2020 Fiscal Year Research-status Report

Economic and Environmental Evaluation Method and Suitable Location Map for the Bifacial Photovoltaic Modules

Research Project

Project/Area Number	19K04358
Research Institution	University of Fukui
Principal Investigator	伊藤雅一福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (80444115)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	林泰弘早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40257209) [Withdrawn]
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	両面受光型太陽電池 / 垂直設置 / ライフサイクルアセスメント / GIS / 砂漠
Outline of Annual Research Achievements	太陽電池に積もる砂・雪への対応や，土地の有効利用の観点から，垂直設置された両面受光型太陽電池（垂直設置型両面PV）の利用に関する研究が行われている。本研究では，垂直設置により地面反射成分など複雑化する発電量の推定方法の開発を行い，また，環境性と合わせた評価として，ライフサイクルアセスメントと地理情報システム（GIS）を組合せ，垂直設置型両面PVの経済性・環境性が分かる適地地図の作成を行い，乾燥地での利用価値を明らかにする。垂直設置型両面PV向けの発電量推定について検討を行っており，特に本研究では，出力に影響する太陽電池モジュールのクラスタ（ダイオード毎の直列セル）への影のかかり方を考慮している点が特徴である。昨年度は，太陽電池に届く日射量について，前方の太陽電池など障害物を除くための視野度推定手法（ビューファクター）の開発を進め，特に，直達日射量成分の推定を行った。本年度は，散乱日射成分の推定についても検討を行い，概ねモデルに組み込むことが出来た。地面反射成分については，次に述べる現在検討している手法の導入を検討している。これらについて，令和2年電気学会電力・エネルギー部門大会（2020年7月東北大オンライン）と，PVSEC-30太陽光発電国際会議（2020年11月済州島）で発表した。垂直設置型両面PVは地面反射成分の影響が大きくなり，また，両面であるため自己影の影響が大きくなる。従来用いられていた均一反射モデルは影の影響を考慮していないため，自己影を考慮した地面反射モデルを検討している。昨年度は，均一反射モデルを3次元に拡張した角度表現モデルを考案し，また，本年度は熱放射などに用いられる形態係数を用いたモデルを用い，学内での実験データと比較検討を進めているが，どちらのモデルもややずれがあり，引き続き解析とモデルの改善を行う。また，適地地図の作成も進めて行く。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 垂直設置型両面PV向けの発電量推定についての検討では，提案手法の特徴である，出力に影響する太陽電池モジュールのクラスタ（ダイオード毎の直列セル）への影のかかり方を考慮する点は概ね問題なく進み，PVSEC-30太陽光発電国際会議（2020年11月済州島）における発表ではこの点の考慮が重要であるという旨を強調した。前方の太陽電池など障害物を除くための視野度推定手法（ビューファクター）の開発では散乱日射成分の推定についても考慮することができているが，地面反射成分が課題である。このモデル化については従来用いられていた均一反射モデルを3次元に拡張した角度表現モデルや，熱放射などに用いられる形態係数を用いたモデルを用いて学内での実験データと比較検討を進めているが，どちらのモデルもややずれがあるため，引き続き解析とモデルの改善を進め，垂直設置型両面PV向けの発電量推定手法に組み込んでいく。これらについて，コロナ渦ではあったが，オンライン開催された国内学会，国際学会で発表を行った。垂直設置型両面PV向けの発電量推定手法については，前述のPVSEC-30国際学会と，令和2年電気学会電力・エネルギー部門大会（2020年7月）で発表を行った。また，地面反射成分のモデル化については，令和3年電気学会全国大会（2021年3月）で発表した。ライフサイクルアセスメント用ソフトウェアについては国内の一般社団法人サステナブル経営推進機構が提供しているMiLCAを導入し，解析を進めているところであるが，コロナ対応のための遠隔授業や研究室学生の自宅作業など想定外の対応により進捗状況は芳しくない。状況の改善が進めば，スピードは上がると考えている。以上から，垂直設置型両面PV向けの推定手法構築については概ね順調に進展していると言えるが，ライフサイクルアセスメントとGISの部分についてはやや遅れている。
Strategy for Future Research Activity	垂直設置型両面PV向け発電量推定手法については地面反射成分のモデル化部分が遅れている事から力を入れ，屋外測定と合わせて進めて行く。また，平成31年度に取得した乾燥地でのデータと組み合わせてモデル開発を行う。さらに，他機関でも屋外試験等が行われていることから，連携も視野にいれる。この点が概ねうまく行った時点で発電量推定手法への組み込みを進める。GISで利用する発電量データに変換を行い，地図への適用を進めて行く。ライフサイクルアセスメントはLCAデータの収集を引き続き進め，上述の発電量データと合わせながらソフトウェアMiLCAにて解析を進める。現在もコロナ対応により遠隔授業と研究室の学生は在宅研究となり，遅れているが，出来るだけ作業速度を上げていく。
Causes of Carryover	コロナ渦により多くの影響が生じた。国際学会のオンライン開催や見送り等から出張費を支出できなかった点と，遠隔授業や学生の自宅研究などにより進捗が遅れ，論文投稿費を支出できなかった事が理由である。本年度は状況によるが国際学会等への出張や，研究をより進めて論文投稿にかかる費用を支出を予定する。