二面太陽電池システムのPV性能予測の不正確さへの取り組み

バイフェイシャル太陽電池（PV）モジュールは、セルの両面で太陽光を取り込むため効率が高く、モノフェイシャルPVモジュールよりも多くのエネルギーを生成できることから、最近のソーラープロジェクトでは主流となっている。最新の調査研究によると、二面式太陽電池の世界市場規模は現在1,000億ドル近くに達し、2023年から2028年にかけて12.7%成長すると予測されている。

しかし、バイフェイシャル太陽電池への移行には、従来のモノフェイシャル技術とは異なる実現可能性評価のアプローチが必要となる。開発者は、反射日射と二面体モジュールの相互作用をよりよく理解し、信頼性の高い性能評価を行うために、日射量や地表面アルベドなど、より正確で詳細なデータセットを用いて作業しなければならない。

現在のPVシミュレーションソフトが二面体PVモジュールの電気出力を正確にシミュレートできるかどうかについては、答えよりも疑問の方が多い。

二面体システムのビューファクターモデルの限界

日射のモデリングにおいて、業界で使用されているPVシミュレーションツールのほとんどは簡略化されたビューファクターモデルを使用している。等方天空モデルに基づくビューファクターシミュレーションは、モノフェイシャルPVシステムには高速で簡単な手法だが、バイフェイシャルモジュールに適用すると背面日射量推定の精度が低下する。

等方天空モデルは、拡散天空放射の強度が天空ドーム全体で一様であると仮定し、反射の動的性質や周辺表面の複雑さを無視した単純化されたアプローチである。この単純化は、PVモジュール、構造物、樹木、建物、物体など、近くの物体からの反射や陰影の変化をビューファクターモデルが考慮しないことを意味する。

ビューファクターモデルは、プロジェクトの実現可能性の前段階における迅速なシミュレーションには有用ですが、より詳細な分析やプロジェクトの完全な評価にはあまり適していません。また、エネルギー収量の予測が不正確なことも多く、最適なシステム設計ができないばかりか、二面体PVプロジェクトの財政的な実行可能性にも悪影響を及ぼしかねない。

こうした制約が長引けば長引くほど、デベロッパーや投資家にとっての財務リスクは大きくなる。バイフェーシャルシステムが業界の主流になりつつある今、より高い精度を実現する高度なシミュレーション技術が急務となっている。

レイトレーシング技術による精度の向上

後方光線追跡技術と異方性スカイモデルは、単純化されたビューファクターモデルの限界に対処します。一様な拡散放射を仮定した等方性スカイモデル（ビューファクターモデルで使用）とは異なり、異方性スカイモデルは、スカイドームや周囲のオブジェクトの動的挙動を考慮することで、反射放射の複雑さを捉えます。

レイトレーシング法は、反射光が二面体PVモジュールとどのように相互作用するかを詳細かつ現実的にシミュレーションし、地表面、モジュールの裏面、トラッカー、構造物、近隣の物体など、周囲の物体の影響を考慮することで、より正確なエネルギー収量予測を実現します。

現実世界の変数を考慮することで、レイトレーシングと異方性モデルは、前面照射と背面照射の両方を考慮した、より信頼性の高いエネルギー収量シミュレーションを提供します。

Solargis Evaluateは、レイトレーシング技術と異方性スカイモデルを使用し、高解像度のエネルギー収量予測を提供する市場初のPVシミュレーションソリューションです。

Solargis Evaluateは、Solargisデータモデルの水平線データと物理世界モデルに存在する陰影オブジェクトの両方によって定義されるあらゆる種類の陰影を考慮します。太陽光の正確な経路は、空と太陽電池の表面を結ぶ個々の光線が3D環境内を移動する様子をトレースすることでシミュレートされます。

3D光線追跡ベースのシミュレーションにより、ソフトウェアは丘陵地や二面パネルの計算を制限なく行うことができます。ビューファクターは高速な計算を提供しますが、レイトレーシングは、シーンに関する詳細な幾何学的情報と各レイの正確な計算を必要とし、シミュレーションをよりリソース集約的なものにする、計算集約的な、より正確な結果を提供します。

Solargis Evaluate 2.0は、サイト固有のアルベド値と日射のサブアワー時系列データを使用することで、二面シミュレーションの精度を次のレベルに引き上げます。このアプローチにより、一日を通して前面放射と背面放射の両方の短期的な変動を捉えることができます。クラウドコンピューティングは、PVエネルギーシステム全体のエネルギー収量について、よりニュアンスの異なる画像を提供するユニークなスケールアップの機会を提供する。

新しいEvaluateにより、太陽光発電業界はより正確で信頼性の高いPVシミュレーションへと移行し、PVシステム評価の新たなベンチマークを打ち立てようとしている。精度の向上は、バイフェーシャルシステムが期待される性能を満たし、経済的な見返りを確保する上で極めて重要である。