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太陽光発電システムの性能は、気候条件、使用される機器、およびシステム構成の関数です。PV 性能は、実際の太陽光発電システム出力と期待値の比率として測定でき、この測定は太陽光発電施設の適切な運用と保守に不可欠です。主要なエネルギー入力は、ソーラーアレイの平面における全天日射量であり、これは直接放射と拡散放射の組み合わせです。[ 1 ]
性能は、データロギング装置と、多くの場合気象測定装置（現場装置または独立した気象データソース）を含むPV監視システムによって測定されます。太陽光発電性能監視システムは、単一の太陽光発電（PV）システムの傾向を追跡したり、ソーラーパネルやインバーターの故障や損傷を特定したり、システムの性能を設計仕様と比較したり、異なる場所にあるPVシステムを比較したりするなど、さまざまな目的で使用されます。この範囲のアプリケーションには、目的に合わせて調整されたさまざまなセンサーと監視システムが必要です。具体的には、PV施設の出力予測を標準化するために、電子監視センサーと独立した気象センシング（日射量、温度など）の両方が必要です。日射量センシングはPV業界にとって非常に重要であり、現場の日射計と衛星リモートセンシングの2つの主要なカテゴリに分類できます。現場の日射計が利用できない場合は、地域の気象観測所も使用されることがありますが、データ品質は低くなります。産業用IoTを活用したセンサーレス測定アプローチは、最近3番目のオプションとして登場しました。
センサーと太陽光発電監視システムは、IEC 61724-1 [ 2 ]で標準化されており、精度に応じて「A」、「B」、「C」の文字、または「高精度」、「中精度」、「基本精度」のラベルで示される 3 つのレベルに分類されます。PV システムの損失の総値を評価するために、「パフォーマンス比」[ 3 ]と呼ばれるパラメータが開発されました。
太陽光発電システムの性能は、一般的に、ソーラーパネルの平面における入射日射量、太陽電池の温度、および入射光のスペクトルに依存します。さらに、システムの動作電圧を設定するインバータにも依存します。システムの電圧と電流出力は、照明、温度、負荷条件の変化に応じて変化するため、システムが常に動作する特定の電圧、電流、またはワット数はありません。したがって、システムの性能は、その構造（モジュールの方向と傾斜）、地理的な位置と時間帯、気象条件（日射量、雲量、温度）、および日陰、汚れ、充電状態、システムコンポーネントの可用性などの局所的な障害によって変化します。
産業規模および公益事業規模の太陽光発電所は、高い性能数値を達成できる可能性があります。現代の太陽光発電所では、性能比率は通常80%を超えるはずです。[ 4 ] [ 5 ]多くの太陽光発電所は、さまざまな技術プロバイダーによって提供される高度な性能監視ソリューションを利用しています。
屋上太陽光発電システムでは、十分な太陽光発電システム性能監視ツールの入手が困難であることや、人件費が高いことから、故障の特定と技術者の派遣に通常より時間がかかります。その結果、屋上太陽光発電システムは、運用・保守の質が低く、システム稼働率と発電量も低くなる傾向があります。
ほとんどのオフグリッド太陽光発電施設には、監視機器のコスト、クラウド接続の可用性、運用保守の可用性など、さまざまな理由から、性能監視ツールが備わっていない。
太陽光発電設備の性能測定と監視を行うための技術的なソリューションは数多く存在し、データ品質、日射量センサーとの互換性、価格などによってそれぞれ異なっている。
気象データの取得は、一般的に物理的な気象センサーと衛星によるリモートセンシングに依存している。
太陽光発電システムの性能評価において、エネルギー生成データの入手可能性と品質は不可欠な要素です。インターネットへのアクセスにより、エネルギー監視と通信のさらなる改善が可能になりました。
通常、太陽光発電所のデータはデータロガーを介して中央監視ポータルに送信されます。データ送信はローカルクラウド接続に依存するため、OECD諸国では高い可用性がありますが、先進国では制限があります。ファーウェイスマートPVの副社長であるサミュエル・チャン氏によると、世界の太陽光発電所の90%以上が2025年までに完全にデジタル化される予定です。[ 6 ]
一般的に、監視ソリューションは、インバータメーカーが提供するデータロガーと監視ソフトウェアのソリューション、カスタムソフトウェアを備えた独立型データロガーのソリューション、そしてさまざまなインバータやデータロガーと互換性のある、中立的な監視ソフトウェアのみのソリューションに分類できます。
専用の性能監視システムは、多くのベンダーから提供されています。マイクロインバータ（パネルレベルの直流から交流への変換）を使用する太陽光発電システムの場合、モジュールの電力データは自動的に提供されます。一部のシステムでは、制限値に達した際に電話、メール、またはテキストメッセージで警告を発する性能アラートを設定できます。これらのソリューションは、システム所有者や設置業者にデータを提供します。設置業者は複数の設置場所を遠隔監視し、設置済みのシステム全体の状態を一目で確認できます。主要なインバータメーカーはすべて、データロガーまたはポータルとの直接通信手段のいずれかであるデータ収集ユニットを提供しています。
これらのソリューションの利点は、インバータから最大限の情報を取得し、それをローカルディスプレイに表示したり、インターネット経由で送信したりできることです。特に、インバータ自体からのアラート（過熱温度、ネットワーク接続の喪失など）を取得できます。
そうした監視ソリューションには以下のようなものがあります。
インバータに接続する汎用データロギングソリューションは、インバータメーカー固有のソリューションの大きな欠点である、複数の異なるメーカーとの互換性を克服することを可能にします。これらのデータ収集ユニットは、各メーカーのプロトコルに準拠してインバータのシリアルリンクに接続されます。汎用データロギングソリューションは、一般的にインバータメーカー独自のソリューションよりも手頃な価格であり、さまざまなインバータメーカーの太陽光発電システム群を統合することができます。
そうした監視ソリューションには以下のようなものがあります。
最後のカテゴリーは、太陽光発電モニタリング分野における最新のセグメントです。これらはソフトウェアベースの集約ポータルであり、インバータ固有のポータルやデータロガー、そして独立したデータロガーからの情報を集約することができます。このようなソリューションは、インバータ固有の通信がデータロガーを使用せず、直接データ接続でクラウドとやり取りされるケースが増えるにつれて、より広く普及していくでしょう。
現場での日射量測定は、太陽光発電（PV）性能監視システムの重要な要素です。日射量は、PVパネルと同じ方向（いわゆるアレイ面（POA）測定）または水平方向（いわゆる全水平面日射量（GHI）測定）で測定できます。このような日射量測定に使用される代表的なセンサーには、熱電対式日射計、PV基準デバイス、フォトダイオードセンサーなどがあります。特定の精度クラスに適合するためには、各センサータイプは一定の仕様を満たす必要があります。これらの仕様は、以下の表に示されています。
日射センサーをPOAに配置する場合は、PVモジュールと同じ傾斜角に配置する必要があります。これは、モジュール自体にセンサーを取り付けるか、同じ傾斜レベルに別のプラットフォームまたはアームを使用して行います。センサーが適切に位置合わせされているかどうかは、ポータブル傾斜センサーまたは統合傾斜センサーを使用して確認できます。[ 7 ]
この規格では、精度クラスごとに必要なメンテナンススケジュールも規定されています。クラスCセンサーは、製造元の要求に従ってメンテナンスを行う必要があります。クラスBセンサーは2年ごとに再校正が必要で、結露や降雨を防ぐためのヒーターが必要です。クラスAセンサーは、1年に1回再校正が必要で、週に1回清掃が必要、ヒーターが必要、さらに換気も必要です（熱電対式日射計の場合）。
PV の性能は、衛星リモートセンシングによって推定することもできます。これらの測定は、衛星が地球表面から反射された太陽放射を測定するため間接的です。さらに、放射は地球の大気のスペクトル吸収によってフィルタリングされます。この方法は、通常、オンサイトセンサーのコストとメンテナンスを回避するために、計測機器のないクラス B およびクラス C モニタリング システムで使用されます。衛星由来のデータがローカル条件に合わせて補正されていない場合、放射に最大 10% の誤差が生じる可能性があります。[ 2 ]
センサーおよび監視システムは、IEC 61724-1 [ 2 ]で標準化されており、精度に応じて「A」、「B」、「C」の文字、または「高精度」、「中精度」、「基本精度」のラベルで示される 3 つのレベルに分類されます。
カリフォルニア州では、太陽光発電の性能監視は州政府によって規制されています。2017年現在、政府機関であるカリフォルニア太陽光発電イニシアチブ（CSI）は、太陽光発電分野で活動し、CSIの要件に従って行動する適格企業に性能監視および報告サービス証明書を提供しています。[ 8 ]
PVシステムの損失の総値を評価するために、「性能比」 [ 3 ]と呼ばれるパラメータが開発されました。性能比は、周囲の気候条件下でソーラーモジュールが供給できるはずの総DC電力に対する、実際に供給されるAC電力の割合を示す指標です。