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太陽電池 評価 書籍

No.1613

 
★このセルは30年の耐久性を保証できるのか? その根拠は?
★『正確に』 『短期間で』寿命を予測し、迅速に開発へフィードバック!!

太陽電池モジュール信頼性試験寿命評価

〜 『信頼性加速試験』 と 『屋外曝露試験』 の相関性を解明する〜

発 刊 2011年7月29日   体 裁 B5判 300頁(上製本)   定 価 80,000(税抜)


■ 本書のポイント(こんな疑問、問題点に迫ります)

【1章】 太陽電池のモジュール化技術と概況
  ・劣化原因を正確に特定するには、モジュール構造の理解が必要不可欠!
  ・どのような加速試験方法が有用なのか
  ・製造プロセスから基準を学ぶ!


【2章】 太陽電池における規格・認証試験
  ・★テュフ、JET、UL、それぞれの認証試験の全容を解剖!
  ・IEC(国際電気標準会議)規格にいかに対応するか?
  ・不合格確率が最も高い試験は何?
  ・ なぜ特定の試験に不合格が集中するのか?


【3章】 モジュールの信頼性加速試験と屋外曝露試験
  ・太陽電池出力の低下をどこで「故障」と判断するのか?
  ・不良現象をいかに再現するのか? ストレスをむやみにかけてはいけない!
  ・温度+湿度+●●、、、どのような条件の組み合わせが最適なのか?
  ・経年変化モジュール(10年)の統計的解析から劣化メカニズム解明する
  ・モジュールの劣化がシステムや発電能力にどのように影響するのか?
  ・日本、米国、欧州、、、地域差・環境差の影響は?
           それぞれの違いを的確に把握、30年後の劣化進行を正確に予想!


【4章】 太陽電池モジュール・システムの発電性能評価
     〜屋外発電時の利得・損失量の解析〜
  ・全国100箇所のシステム評価結果を徹底解析!
  ・日射エネルギー状態は発電電力にどのように影響するのか?
  ・樹木、建築物、特殊地形、雹、排気ガス・鳥のフンなどの屋外特有の汚れ、、、
  ・各環境因子が発電能力にどのように影響するのか?正確な発電量の定格を!
  ・セル中での変換効率のバラつきを正確に計測し、発電コストの削減へ


【5章】 太陽電池モジュール・システムの評価事例
  ・モジュールメーカーが頭を悩ます起こりやすい不具合...
                      各部材への要求特性から具体的な対応策まで!
  ・国内外24種類のモジュールの屋外発電特性を徹底比較!!
  ・薄膜Si、アモルファス、CIS・・・屋外曝露て明らかになる、それぞれの利点欠点は?
  ・20年フィールドで使用されたモジュールには何が起こっているか? 徹底解析!


【6章】 モジュール構成材料の評価手法と劣化解析技術
  ・バックシートトップメーカーが明かす信頼性試験の実際!
  ・寿命終点を迎えた電子機器や部材、、、いったいどんなトラブルが起こるのか?
  ・経年使用に伴う構造変化を特定し、劣化メカニズムを解明!
  ・部材それぞれの相性(適合性)が、寿命の長期性にどのように影響するのか?
  ・機器分析法の原理原則を正しく理解し、適切な分析法の選択を!
  ・長期間熱劣化試験、火炎伝播試験、紫外線暴露試験、部分放電試験、、、


【7章】 太陽電池モジュール不具合事例とシステム保護   
  ・長期使用時に発生するトラブル(黄変・気泡・焦げ・熱歪み・相間剥離)の数々
  ・製造工程時の潜在的な「不具合」を察知し、初期不良の低減へ!
  ・太陽光発電システムの全てを破壊する『雷撃』にいかに対処するのか!


【8章】 太陽電池モジュールの評価モデルの構築
           −変換効率に対応した価格の推定−
  ・新規太陽電池における研究開発目標の設定
  ・太陽電池モジュールのリユース・リサイクル価格の検討
  ・変換効率とコストのバランスに優れた太陽電池の開発に向けて!

■ 執筆者(敬称略)
三菱電機(株) 
(財)電気安全環境研究所
神奈川大学 
筑波大学
(独)産業技術総合研究所 
(株)NTTファシリティーズ
(財)電気安全環境研究所
名城大学 
ソーラーフロンティア(株)
岐阜大学
デュポン(株)
(株)アイテス
(株)雷保護テック・タケタニ 
(独)産業技術総合研究所
環境省
石原 隆
井上 貴光
今井 秀秋
岡島 敬一
大関 崇
小西 博雄
加藤 宏
河村 英昭
櫛屋 勝巳
阪本 貞夫
佐川 友彦
竹内 光一
竹谷 是幸
土井 卓也
瀧口 博明
(独)産業技術総合研究所
エスペック(株)
(独)産業技術総合研究所
テュフラインランドジャパン(株)
日本大学
電気材料システム工学研究所
(株)住化分析センター
(株)東レリサーチセンター
UL Japan(株)
立命館大学
英弘精機(株)
(株)ケミトックス 
レーザーテック(株)
(株)東レリサーチセンター
津野 裕紀
棚橋 紀悟
豊島 安健
永沢 健
西川 省吾
平川 功一
古田 倫明
松田 景子
郡 泰道
峯元 高志
蓑田 光博
望月 三也
米澤 良
渡邉 猛
■ 目  次
◆ 第1章 太陽電池のモジュール化技術と概況

第1節 太陽電池モジュールの製造工程と信頼性因子
  1.タブ付け
  2.セル・ストリング〜セル・マトリックス
  3.積層組立〜ラミネート
  4.フレーム取付/端子ボックス取付
  5.電気特性測定

第2節 太陽電池のモジュール化技術における現状と課題
  1.モジュールガラス
  2.接着剤
  3.太陽電池ストリング
  4.バックシート
  5.端子ボックス

 
◆ 第2章 太陽電池における規格・認証試験

第1節 太陽光発電に関する法規制・規格と試験方法
  1. 仕様関連の規制・規格
    1.1 太陽電池の仕様に関する規格
    1.2 パワーコンディショナの仕様に関する規格
    1.3 系統連系保護機能に関する規格
  2. 性能評価に関する規制・規格
  3. 施工に関する規制・規格

第2節 TUV Rheinlandグループにおける太陽電池モジュールの認証試験
  1. 太陽電池モジュールの認証規格
    1.1 認証規格の種類
    1.2. 各国・地域で要求される規格
    1.4. 認証試験の概要および第三者機関による認証

  2. 太陽電池モジュールの認証試験とTUV Rheinland グループの経験
    2.1 高温高湿試験(Damp Heat Test)
    2.2 温度サイクル試験(Temperature Cycling Test)
    2.3 結露凍結試験(Humidity Freeze Test)
    2.4 紫外線前処理試験(UV Preconditioning Test)
    2.5 ホットスポット耐久性試験(Hot Spot Endurance Test)
    2.6 バイパスダイード試験(Bypass Diode Test)
    2.7 機械的荷重試験(Mechanical Load Test)
    2.8 光照射(Light Soaking)
    2.9 湿潤漏れ電流試験(Wet Leakage Current Test)
  3. 太陽電池モジュールの性能評価試験
  4. コンポーネントの評価・試験および認証
  5. まとめ

第3節 太陽電池モジュールの認証試験(JETPVm認証)の概要
  1.日本における太陽電池モジュールの認証制度について
  2.JETの太陽電池モジュール認証のしくみ
    2.1 JETにおける太陽電池モジュール認証の試験規格等
  3. 太陽電池モジュールの認証試験について
    3.1 性能試験について
    3.2 安全試験について

第4節 太陽光発電製品におけるUL規格の適合性評価
  1. ULの太陽光発電製品の安全規格開発
  2. UL1703の適合性評価概要
    2.1 試験項目の分類
     2.1.1 電気的試験
     2.1.2 機械的試験
     2.1.3 環境試験
     2.1.4 耐火試験
     2.1.5 動作中の性能を調べる試験
  3. UL1703とIEC61215/IEC61646の違い

 
◆ 第3章 太陽電池モジュールの信頼性加速試験と屋外曝露試験

第1節 太陽電池モジュールにおける寿命評価の現状
  1. 温度加速寿命試験と故障・寿命の定義
  2. 加速劣化試験としての認証試験JIS C8990 (IEC 61215)
  3. 定量的評価試験をもとめて
    3.1 BP solar社の25年保証用試験規格9)
    3.2 米国NREL(National Renewable Energy Laboratory)が提案しているTTFプロトコル
    3.3 テュフ ラインランド社の長期逐次加速試験(long-term sequential testing) 

第2節 各種太陽電池評価装置の特徴・計測原理と使用ポイント
  1. 太陽電池評価機器
  2. 日射・放射概論
    2.1 日射・放射の基本
    2.2 全天日射計の原理・構造
    2.3 分光放射計の概要
    2.4 可視光分光放射計MS-710/MS-712の原理・構造
    2.5 ソーラシミュレータ用分光放射計LS-100の概要
  3. 太陽電池評価概論
    3.1 太陽電池の評価方法
    3.2 I-Vカーブと各特性値の関係
    3.3 電子負荷方式I-VカーブトレーサーMP-160の特徴
    3.4 人工光源(ソーラシミュレータ)での太陽電池評価方法
       3.4.1 ソーラシミュレータ
       3.4.2 基準セル(二次基準太陽電池セル)
       3.4.3 温調付き測定台
       3.4.4 システム構成
    3.5 分光感度特性測定装置/量子収率・IPCE測定装置の概要
    3.6 耐久性・寿命評価システム


第3節 太陽電池モジュールにおける信頼性加速試験の現状と評価条件最適化
  1.加速試験・評価条件の最適化への取組み
  2.温度・湿度ストレスは十分か?
  3.新しく提案されてきた加速試験方法
  4.現行の型式認証試験の概念を超えて

第4節 太陽電池モジュールの加速劣化試験と評価技術
  1. 温度サイクル試験 Thermal cycling test [TC50, TC200]
  2. 結露凍結試験 Humidity-freeze test [HF]
  3. 高湿試験 Damp-heat test [DH]
  4. 紫外線前処理試験 UV preconditioning test [UV]
  5. 温度と光照射の複合加速試験
  6. 複合加速試験の結果
  7 順方向・逆方向の電圧・電流サイクリック試験 
   7.1. サイクリック試験の結果
   7.2 逆バイアス降伏破壊試験の結果
   7,3 長期サイクリック試験の条件

第5節 太陽電池モジュールの暴露試験,及び事例と出力特性
  1. 加速試験・評価条件の最適化への取組み
  2. 温度・湿度ストレスは十分か?
  3. 新しく提案されてきた加速試験方法
  4. 現行の型式認証試験の概念を超えて

第6節 太陽電池モジュール劣化メカニズムの解析
  1.統計的手法による故障モードの推定
   1.1. 調査対象モジュール 
   1.2. 最大出力低下率の分布
   1.3. 相関解析
  2.故障解析
   2.1. 劣化箇所の観察(FF モード)
   2.2. I ・V モード
   2.3. 外観不良・ 剥離

第7節  太陽電池モジュールの劣化モードがシステムに与える影響
  1. 評価の概要と前提条件
   1.1. モジュール劣化モードの定義
   1.2. アレイ構成と劣化モジュール発生条件
  2. モジュール劣化影響評価
   2.1. 各劣化モードにおけるアレイ出力低下率
   2.2. アレイパターンの違いによる出力低下率差
  3. アレイ故障確率の検討
  4. モジュール劣化影響評価まとめ

 
◆ 第4章 太陽電池モジュール・システムの発電性能評価
       −屋外発電時の利得・損失量の解析−

第1節 太陽電池モジュールの屋外発電特性に影響する環境因子
  1.太陽光発電システムと解析パラメータ
    1.1 PVシステムの設置概要と屋外実証評価のためのパラメータ
    1.2 太陽電池発電特性の環境因子依存性マップの作成法
  2.太陽光スペクトルと屋外環境
    2.1 太陽光スペクトルの形状とAPEの関係
    2.2 実際の環境因子分布と基準状態の比較
  3.屋外発電特性と環境因子の関係

第2節 各種太陽電池モジュールの屋外性能評価
  1. 損失・利得要因と定量解析方法
  2. 評価事例

第3節 太陽電池モジュールの発電電力に及ぼす入射角の影響と
                               これに関わる損失評価
  1. PVモジュールの温度補正を行った発電効率と
                       その日射強度依存性
  2. PVモジュールのガラス面を透過した日射強度と
                       これに起因する発電効率の推定
  3. PVモジュールの発電効率に及ぼす太陽光線の
                       直達成分の影響とその入射角依存性
  4. PVモジュールの発電効率に及ぼす太陽光線の
                       散乱成分の影響とその入射角依存性
  5. PVモジュールの発電効率に及ぼす
            日射強度(直達成分と散乱成分)依存性と入射角依存性
  6. 入射角に依存したPVモジュールの電力損失評価

第4節 太陽光発電システムの屋外における利得・損失量の定量解析
  1. 日射データの基礎
  2. 太陽光発電システムの発電性能評価指標
    2.1 太陽光発電システムの定格値:PAS
    2.2 システム出力電力量(System output energy):EP
    2.3 等価システム運転時間(System yield):YP
    2.4 等価太陽日照時間(reference yield):Yi
    2.5 システム出力係数(Performance ratio):K
  3. 太陽光発電システムの屋外発電特性
    3.1 日射に関する特性
    3.2 光電変換に関する特性
    3.3 アレイ構成に関する特性
    3.4 パワーコンディショナ(PCS)に関連する損失
 4. 太陽光発電システムの評価手法
 5. 屋外発電特性評価事例
    5.1 住宅用太陽光発電システムの発電特性評価事例
    5.2 公共・産業用太陽光発電システムの発電特性評価事例
    5.3 電力供給用太陽光発電システムの発電特性評価事例


第5節 太陽電池発電効率改善のための解析技術
 1.不良解析技術と手順
   1.1 太陽電池の不良解析
   1.2 部位特定
   1.3 不良箇所の観察と分析
 2.EL発光を用いた不良解析実施例
   2.1 EL発光の実験例
   2.2 薄膜a-Si太陽電池のEL発光不良部断面解析
   2.3 薄膜a-Si太陽電池のEL発光不良部平面解析
 3.リーク発光を用いた不良解析実施例
   3.1 単結晶Si太陽電池セルのリーク発光部解析
   3.2 薄膜a-Si太陽電池セルのリーク発光部解析
 4.その他の解析例
   4.1 有機薄膜太陽電池セルにおけるEL発光法とLBIC法の比較
   4.2 EL発光法による部材評価


第6節 太陽電池変換効率分布測定 〜MAPシリーズ〜
 1. 太陽電池効率分布測定機開発の背景
 2. 変換効率分布を測定するための技術
   2.1 シリコン結晶系セルの測定
   2.2 シリコン結晶系セル拡散長の測定
   2.3 CIGSセルの測定
   2.4 色素増感度セルの測定
   2.5 大型結晶系モジュールの測定

 
◆ 第5章 太陽電池モジュール・システムの評価事例
第1節 結晶シリコン系太陽電池モジュールの評価事例
 1. 温度サイクルに対する耐性
 2. 湿度に対する耐性
 3. 積雪に対する耐性
 4. 製造時のセルのクラック発生

第2節 CIS系薄膜太陽電池モジュール・システムの信頼性・長期使用事例
 1. IEC 61646と光照射効果
 2. CIS系薄膜太陽電池モジュールの出力測定
 3. CIS系薄膜太陽電池モジュールの屋外曝露試験および曝露による評価
 4. IEC 61646と寿命予測

第3節 北杜プロジェクトにおける各種太陽電池モジュールの特性評価と環境評価
 1. 北杜プロジェクトの概要
 2. SV法による運転特性解析
 3. 評価結果
 4. 環境評価

第4節 太陽電池経年使用モジュールの劣化解析と封止材・バックシートの部材評価
 1.はじめに
 2.経年使用モジュールの劣化解析
  2.1 封止材の黄変劣化解析
  2.2 セルの形態劣化解析
  2.3 経年使用モジュール劣化解析まとめ
 3.耐候性試験による封止材の初期劣化解析
  3.1 標準EVAにおける耐光性試験劣化評価
  3.2 実モジュールにおける耐光性試験劣化評価
  3.3 封止材の初期劣化解析まとめ
 4. バックシートの評価事例
  4.1 水蒸気バリア性の評価
  4.2 バックシートの断面方向からの評価
  4.3 バックシートの評価事例まとめ
 5. まとめ

 

◆ 第6章 モジュール構成材料の(バックシート・封止材)評価手法と劣化解析技術

第1節 太陽電池モジュールバックシート材料の長期信頼性評価と今後の課題
 1. 太陽電池モジュールとその長期信頼性
 2. 太陽電池バックシートとその長期信頼性 
  2.1 太陽電池バックシートの機能・要求特性
  2.2 太陽電池バックシートの種類
  2.3 太陽電池バックシートの信頼性評価
  2.4 太陽電池バックシート信頼性評価の課題

第2節 太陽電池用高分子の耐候性試験方法
 1. 屋外暴露試験法
  1.1 屋外暴露試験について
  1.2 屋外暴露試験の種類
 2. 促進劣化試験方法
  2.1 促進劣化試験について
  2.2 促進劣化試験方法の種類
  2.3 促進劣化試験法の注意点
  2.4 屋外暴露試験と促進劣化試験の相関性
 3. 太陽電池の複合加速劣化試験方法
 4. 高分子材料の新しい耐候性評価技術
  4.1 新しい耐候性評価技術
  4.2 オンライン紫外線/熱分解ガスクロマトグラフィー/質量分析法(UV/Py-GC/MS法)

第3節 機器分析による太陽電池モジュール部材の分析・評価方法
 1. 封止材の評価事例
  1.1 EVAの劣化評価
   1.1.1  EVAの組成変化
   1.1.2  EVAからの分解物
  1.2  EVAの添加剤評価
 2. バックシートの評価事例
  2.1 積層構造評価
  2.2 水蒸気透過度測定

第4節 太陽光発電モジュール用バックシート・封止材の寿命予測と適合性評価
 1. 太陽光発電モジュールの材料構成と概略構造
 2. 機器信頼性設計概要
 3. バックシートの寿命予測
 4. 封止材の寿命予測
 5. バックシート・封止材(EVA樹脂)の適合性

第5節 太陽電池バックシートの評価と部分放電試験
 1. 部分放電試験(Partial Discharge Test)
 2. 部分放電について
 3. 部分放電試験の実際
 4. 部分放電試験結果の太陽電池モジュールへの適用

第6節 太陽電池バックシート・封止材の各種安全性試験方法
 1. 太陽光発電モジュールの規格
 2. 試験の概要
  2.1 長期間熱劣化試験
  2.2 火炎伝播試験(ラジアントパネル試験)
  2.3 紫外線暴露試験
  2.4 部分放電試験

 
◆ 第7章 太陽電池モジュールの不具合事例とシステム保護

第1節 太陽電池の反りなどの不具合発生の原因と対策
 1.応力の発生について
 2.太陽電池の製造工程
 3.高温での熱処理を用いないセル製造方法
 4.その他の留意点など

第2節 太陽電池モジュールの屋外運転中の不具合事例
 1.産総研メガソーラーシステム調査結果
 2.各症状の例
 3.NRELにおける不具合分類例

第3節 太陽光発電システムの雷保護
 1. 太陽電池モジュールにおける雷撃の危険性
 2. 建築物の直撃雷の受雷数
 3. 雷電流の特性値
 4. 雷の種類と雷撃の作用
 6.雷保護レベルと雷保護設備の有効性
 7.雷保護の基本原理
 8. 電気設備の雷保護のための手段のまとめ

 

◆ 第8章 太陽電池モジュールの評価モデルの構築
       −変換効率に対応した価格の推定−

1. 効率-価格モデルの構築
 1.1 モデルの概念
 1.2 モデルの数式化
2. 効率-価格モデルの検証
 2.1 検証の方法
 2.2 検証の結果と考察
3. 評価モデルを用いた将来予測
 3.1 予測の方法
 3.2 予測の結果と考察

 

太陽電池 評価 書籍

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