ちょっと長くて難解なために読みにくい記事かと思いますが、丁寧に書かれていると思います。詳細は記事に譲りますが、少し気になる点について触れます。

説明の都合上、報告の概略を説明しておきます。まず住宅太陽光の火災事故の原因は、不良パネル原因の事故と、不良工事原因の事故の二つに分けられますが、この記事は不良パネルによる事故について書かれています。

不良パネルから発火に至るプロセスは次の4段階に整理しています。

1. 第一段階は、ハンダなどパネル内部の配線の高抵抗化（これが起こるのはパネルが不良であることを示しています）。
2. 第二段階は、バイパス回路の常時通電。ここからは専門的ですが、上記のような不良が起こった時に電流をバイパスする回路がパネルには備わっています。
3. 第三段階は、このバイパス回路の断線。
4. 第四段階は、電流がバイパスできなくなったため、元の不良個所に高電圧が加わり、アーク放電や異常過熱が起こり発火に至る。

上記のように第一段階でパネルが不良であることが判りますが、私が問題だなと思うのは第三段階です。第一段階の不良を起こしてはならないのはもちろんですが、もし不良が発生してもバイパス回路で事故を防ぐようになっています。ところが事故を起こしているパネルは、このバイパス回路が機能していないことを示しています。

メーカーの言い分は、「バイパス回路は常時作動することを想定していないので、責任は無い」と言うことだそうです。つまり、パネルの一部に影がかかるなどの一時的なトラブルの回避しか考えていないとのことです。不良パネルのように常時電流が流れるトラブルが起こると、バイパス回路が焼き切れて発火に至ることはやむを得ないようです。

実際、JPEAやJEMAがこのトラブルに対しで出した声明では、パネルは発火することを前提に、パネルと屋根材との間に不燃物を入れることを推奨しています。これって、パネルメーカーを守り過ぎですよね。

メーカーには不良時には発火することを前提にしたパネルを作るのではなくて、安全で発火しないようなパネルを作って欲しいです。ちょっとしっかり作れば、このような発火を防ぐことはできるのですから。

長くなりますので、この点についてもう少し明日触れることにします。

写真の太陽光発電所はかなり酷いですね。これだけ雑草に覆われると発電量もかなり悪くなりそうですが、オーナーは一体何を考えているのでしょう？

で、 まず気になるのは雑草の影によるホットスポットの発生。ホットスポットが発生してしまいますと、一昨日のブログに紹介しましたようにバイパスダイオードが動作し、その発熱で周辺が劣化して電気抵抗が増加すると発火事故を起こすかもしれません。その時に周辺に雑草があると火事を起こしかねませんね。特に冬場は雑草が枯れて乾燥していますので引火・延焼しやすくなっていますから怖いです。

記事によりますと、火事で周りに迷惑をかけると損害賠償を問われるのは発電所のオーナーとのことです。

まぁ、写真のような状況でもし火事を起こしてしまったら、当然オーナーが責任を問われるでしょう。こういう酷い発電所はFIT認定を取り消してほしいところですが、雑草が伸びているというだけではそこまで出来ませんか。フェンスが無いとか標識が無ければ認定取り消しもあり得るのかな。この発電所はどうですかね。

まずパネルが発火して焼損した屋根の写真が下図です。かなりやられていますね。

発火の原因は瓦の一部が下にずれて太陽電池の上に重なって、そこにホットスポットを作ってしまったことがきっかけのようです（下の写真）。

このホットスポット自体は直接の発火源ではありませんが、間接的に発火の元となりました。まずホットスポットができたために、そのパネルのバイパスダイオードが動作しました。その状況で長期間バイパスダイオードに電流が流れ続けたため、バイパスダイオードの発熱で周辺の劣化が進み、電気接続の抵抗が増加してますます発熱が酷くなり、遂に発火に至ったと説明しています。発火したのはバイパスダイオード周辺と言うことになりますね。

分析を行ったのは消防局の人ということですが、消防局の人の太陽電池に対する知識もかなりのものですね。正しい分析だと思います。

下の写真は正常な状態のバイパスダイオードの接続状態と、その下に今回の火事で焼けてしまった接続端子を並べてあります。端子はかなり酷く焼けてしまっていますね。やはりここが発火源なのでしょう。

今回の焼損は太陽電池セルの一部が瓦で隠れてしまって生じたもので、バイパスダイオードに流れた電流は、瓦で隠れた部分の太陽電池電流に相当する量になります（これ重要！）。瓦が太陽電池に重なっている写真を見ると、隠れているのはごく一部分なので、バイパスする電流はそれほど大きくなかったと思われます。それでも発熱・発火したというのは、バイパスダイオードの容量や接続あたりにも問題があったように思います。

瓦が太陽電池と重なったことが元の原因ですが、写真を見ると太陽電池と瓦の配置にほとんど余裕は無く、ちょっとしたことで重なってしまうように見えます。別にパネルメーカーを責めるつもりはありませんが、今回の事件を教訓にこの屋根一体型太陽電池はもっと安全に改良できるような気がしますけれど、メーカーはどのように対応したのでしょうか。気になるところです。

この記事にありますように、雷の被害には直撃雷と誘導雷があります。直撃雷とは文字通り雷の直撃を受けるもので、誘導雷とは近くに雷が落ちた時にその周辺に誘導される誘導電流のことです。誘導電流と言っても元の雷の電流がとてつもなく大きいので、誘導される電流も何万Aにもなることがあり、それに繋がれている機器が破損します。

この記事では雷がパネルを直撃したようです。雷はパネルのフレームに落ちたようで、そこから更に太陽電池の電力線に雷が飛んだのか、誘導雷が流れたのか判りませんが（記事では誘導雷となっています、多分そうでしょう）、33枚のパネルが電気的に破損したようです。

故障のほとんどはバイパスダイオードのショートのようです。雷被害がバイパスダイオードのショートになるのなら、これにアレスタ素子のような機能を持たせるのも賢いかもしれません。しかしバイパスダイオードの交換って簡単にできるのかな？　昔はできたのですが・・・。

で、少し気になるのは「近くのパネルのアース線が外れていた」という点。写真を見ているとパネルのアース線か架台のアース線か良く判りませんが、確かに外れていますね。

太陽光発電の架台は地面に埋められていますので、ほぼアースレベルになっていると思われます。しかし、地面の電位は微妙に分布していますので、架台間をつないで均一レベルにしておくことが望まれます。メガソーラーのように広い面積になると、地面の電位分布が馬鹿にならず、その影響で雷が落ちることもあり得ます。

雷のメカニズムは良く判らず、完全に防ぐのは難しいようです。今回の被害もアース線が外れていたためかどうかは良く判りません。ただ、リスクヘッジのためにはアース線をつないでおいた方が良いでしょう。また、このケースのように常にモニタリングして、異常を早く見つけ、損害を最小限にすることも大切ですね。

変わった太陽電池が出てきました（米ベンチャー、太陽電池セルをマトリックス状に接続）。普通の太陽電池パネルでは、10数センチ角のセルが全部直列に接続されています。よく使われる、セルを縦に10個、横に6個並べた太陽電池パネルは、60セルが全て直列に接続されています。マトリックス状に接続するということは、多分、10直列6並列で全てのセルを直並列するのだろうと想像しています。セルの方向を揃えないといけないですね。

しかし、こんなやり方があったのだなぁ。

これなら多分、バイパスダイオード無しでもホットスポットは発生しないでしょう。とはいえ、ちょっと複雑でどのような動作になるのか良く判りませんが（汗）・・・。記事も簡単に「影の影響などを大幅に低減できる」としか書いてありません。まぁ、バイパスダイオードに比べてそれほど大きな低減になるという気はしませんけれど、技術はおもしろいですね。

この技術はアメリカのベンチャー企業Ten K Solarと言う会社の特許で、中国のACCという会社でパネルを作ることになったようです。

この記事の写真に写っているパネルをよく見ると、確かに普通のパネルとは違った接続をしているように思えます。詳しくは判りませんが。

しかし、それよりもこの写真のパネルの設置方法がおもしろいです。M型に設置されていますね。日本でも最近こういうやり方が提案されていました（NTTファシリティーズの太陽光パネルを詰め込む工夫）。アメリカでも同じようなことを考えている人がいたのですね。

こういういろいろな工夫が出てくるのはなかなか楽しいことです。できればこれらの発電データが早く出てきてほしいですね。もっと楽しくなりそう。

太陽電池の動作改善のために、難しい名前のICが発表されています（マキシムセルストリングオプティマイザー）。どうやらMPPTの制御をするICのようです。回路を集積化して小型になったのでパネル内に組み込むことができるということでしょう。記事ではバイパスダイオードの代わりにこのオプティマイザーを使うと良いと書いています。

バイパスダイオードの代わりに使うとなると、普通の60セルのモジュールなら3つのバイパスダイオード（太陽光発電の動作チェック－バイパスダイオード）の代わりにオプティマイザーを使うことになります。当然コストアップになると思いますが、どの程度になるのでしょう。それが許せる範囲なら良いのですが。

記事ではオプティマイザーを使うと発電量が30%上がると書いていますが、それはさすがに言い過ぎだと思います。ー桁違うのではないでしょうか。普通のパネルを普通に設置してあれば、オプティマイザーを導入しても改善は3%ぐらいではないかと思います。

仮に、発電所建設の中でのパネル価格の占める割合が50%とすると、オプティマイザー導入によるパネルのコストアップが6%以下なら、導入の効果があることになります。木などの影が入る発電所では、もっと改善効果が望めるでしょう。

このオプティマイザーはバイパスダイオードの代わりに用いると記事には書いてありますが、バイパスダイオードのようにストリングと並列になるのではなく、接続はもう少し複雑になるでしょう。そうすると、このオプティマイザーは後付けと言うのではなく、初めからパネルに組み込んだ形で提供されることになりそうです。

これまでオプティマイザーやマキシマイザーを見て、集積化できれば小型低コスト化できるなと感じていました。記事の写真では小さなICが丸印で示されていますが、おそらくこれは制御部分だけで、実際のオプティマイザーは更にパワートランジスタなどとハイブリッド化したものになると見られますので、もう少し大きなものになると思います。

いずれにせよバイパスダイオード代替として使うなら、パネルメーカーが導入しないと難しいと思います。ただ、そこまでしなくてもこのICを用いパネル単位でオプティマイズするという使い方もあるでしょう。オプティマイザーが効果を持つのは影が入るような発電所なので、今あるような、パネル単位でのオプティマイズの方が市場があるような気がします。まぁ、IC化されればそういうマキシマイザーやオプティマイザーにも利用され、コストダウンが期待できるでしょう。

話に入る前に少し前提知識を。ちょっとややこしいですが・・・。 太陽電池はセルが直列につながっていますので、どれかに影が入ると全体の電流が制限されてしまい、状況によっては出力が大きく下がる恐れがあります。これを避けるために、普通はバイパスダイオードと呼ばれるものが入っていますが、バイパスダイオードでバイパスされた部分は電圧がほぼゼロとなってしまいます。ふつうバイパスダイオードはセル20個ごとに入っていて、一つのバイパスダイオードが作用すると電圧が10Vほど下がります。 この最後の「一つのバイパスダイオードが作用すると電圧が10Vほど下がる」というところだけ覚えておいてください。

ではまず下の図。

赤破線の丸で示した部分の歪が判るでしょうか。歪より上の電圧では電流が制限され、歪より下の電圧ではバイパスダイオードが作用するので電流が元に戻ります。電流が制限されると言ってもほんの少しだけです。

説明ではこれはパネルの汚れによるものとなっています。パネルの汚れによる電流制限は少しですが、はほとんど全てのパネルで起こります。従って多くのバイパスダイオードが作用しますが、電流の回復は少しです。図の歪はVopあたり（電流制限の始まったポイント）から100Vほど下がったところでバイパスダイオードが働き始め、電流が少し増えていく様子が示されています。100Vほど低下なので10個ほどのバイパスダイオードが作用したのだと思います。典型的なパネル汚れによる歪と言えます。

英弘精機ではパネルの清掃を行ってこの歪が無くなることを確認しています。

では次の図。

ここで歪はIVカーブの右側に歪がありますが電流制限が始まってすぐにまたカーブが立ち上がっています。多分、バイパスダイオードが一つだけ作用したのでしょう。電流が大きく制限されていますので、大きな影が一部にだけかかったのだと思います。

実は英弘精機は故意に一部に影をいれてこのIVカーブを測定したようです。その後、影の原因を取り除いてIVカーブがもとに戻ったとしています。

まぁ、このようにIVカーブの歪から多少解析することは可能です。バイパスダイオードの動作はかなり難解で頭の中がぐちゃぐちゃになりそうですが、少し判ってくると頭の体操をしているようで楽しむことも可能です。

ただ、あまり解説書が無いので自分でいろいろ調べたり考えたりして勉強しなければなりません。この英弘精機のような解説記事はその意味で貴重だと思い取り上げました。

パネル1kWあたりの1日平均発電量で3.44kWh/kW、設備利用率に換算すると（24時間で割る）14.3%、まぁまぁの値でしょう。しかし月初めの5日間が悪かったので、これからもっと発電して取り戻して欲しいところです。

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バイパスダイオードの不具合が日経テクノロジーで紹介されていました（ジャンクションボックスが融ける－バイパスダイオードの故障が招く不具合）。

日経テクノロジーの解説にはなかなか他では扱っていない良い記事が多いように思います。ちょっと技術的に細かくなって読みづらい面があるかもしれませんが、発電所を運営している人には参考になるのではないでしょうか。

ここで説明されている不具合はサーモカメラで細めに検査していれば見つけられると思います。見つけた時は業者に連絡して対応してもらうことになるでしょう。ただ、屋根の場合は検査が困難なので、なかなか見つけられません。しかも発火すると火事になるかもしれないので厄介です。このため、屋根に載せる太陽電池は信頼性の高いものが使われていると言われています。

前回まで説明していたセルの不良による発熱と異なり、接続不良による発熱は小さな面積で集中的に起こることが多いため、異常加熱になりトラブルを引き起こしやすいと言えるでしょう。

接続不良が起こりやすい個所はセルとセルの接続（タブの接触不良）や端子ボックス（モジュールの裏にある）での接続箇所などです。

まずタブの接触不良について考えます。

タブというのはセル同士を接続する細長い金属で、片方のセルの表のバスバーと隣のセルの裏のバスバーを接続するようにハンダ付けされています。

タブはバスバーにしっかりとはんだ付けされているはずですが、太陽電池をラミネートした時や長期の使用中にストレスがかかり、はんだ付けが外れたり弱くなったりすることがあります。ゆるんだり外れたりしたタブが中途半端にバスバーに接触していると、電気抵抗が生じて、熱を発生します。当然、出力も落ちます。

製造段階で起こった不良は出荷試験でNGとなりますが、出荷試験段階ではOKでも長期使用中に接続不良になってしまうことがあります。このようなものは現地で調べるしかありません。発熱を伴うトラブルなので、サーモビュアーによって調べるのが一番手っ取り早いでしょう。

さて、

タブには2Aほどの電流が流れています（3本バスバー全体で8Aほどになる）。例えば、接触抵抗が1オームほどあったとすると、そこで消費される電力は2Wほどになり、これは少ないように思えますが、接触がわずかな面積になっているような場合はかなり温度が上がります。サーモビュアーで見ればタブに沿って色が変わるはずです。（サンプル写真があればよいのですが・・・。）

このように接触抵抗があるセルがモジュールに混じっている場合、IV特性はどのようになるでしょう。

前に直列抵抗について説明したことがありましたが、この直列抵抗が増加したと考えてよいと思います。従って、IVカーブの傾きが寝て、下図のようになります。

前に説明しましたように、直列接続の場合は各セルのIVカーブを横向きに足せば全体のIV特性が得られます。抵抗の大きなセルは上図のように電流は減らずに曲線が寝ているだけなので、簡単に横に足していけます。結果は下図のように、本来のIVカーブよりやや曲線が傾いているだけの特性となります。

つまり少し対抗が高いというだけで、その他は通常通りです。抵抗の高いセルの電圧がやや低くなるだけで、その他のセルは普通に発電します。ストリング全体でも電圧がやや下がるだけで、通常に発電します。従ってバイパスダイオードは通常通り逆方向に印加されるので動作しません。（下図のように通常発電ならバイパスダイオードは逆方向に印加され動作しない）。

バイパスダイオードが動作するのは、タブが完全に断線した時か、前回説明したようにセルの異常で電流が極端に減った時だけです。バイパスダイオードが動作すると熱を発生するので、端子ボックスの温度が少し上がると見られます。また、そのバイパスダイオードがバイパスしているセルのどれかで異常があるはずで、そのセルも発熱すると考えられます（残念ながらサンプルの写真がありません）。

一方、接触不良の時はその接触箇所がスポットで高温になりますので、サーモビュアーで見ればすぐに発見することができるでしょう。

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端子ボックスでの接続不良の時も、そのスポットが高温になります。端子ボックスでの接続の場合、8Aほどの電流が流れていますので（バス3本分の電流が一緒になっているため）、かなり高温になりやすく、表から間接的に見るサーモビュアーの観察でも見つけられることが多いようです。

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接触不良による発熱はスポットで高温になるため、サーモビュアーでは見つけやすいと思いますが、接触不良による抵抗はほんの数オームかそれ以下なので、ソラメンテやソコデスで見つけることは困難だと思います。ソラメンテやソコデスで見つけられるのは完全な断線の時でしょう。逆に、完全に断線してもバイパスダイオードが正常に作動していると、サーモビュアーだけでは見つけにくくなります。

太陽光発電の動作状況をよく知るためには、いくつかのデータを見比べながら検討していくことが望まれるようです。