風力タービンによるソーラーパネルの急激な遮光によるエネルギー収量低下

December, 27, 2023, Amsterdam--風力発電所と太陽光発電所の組み合わせでは、回転する風力タービンのブレードが影を引き起こし、ソーラーパネルのエネルギー収量を低下させる。
最大50%のエネルギー損失の一時的な外れ値は局所的に発生する。ミリ秒単位の急激な光の揺らぎによって引き起こされるダイナミックシェーディング効果は、TNOが業界パートナーと共同で初めて研究した。

スロー日陰(shade)とファスト日陰
タービンマストによる遮光の影響は、すでに広く研究されており、よく知られている。これには、日中太陽光線を一時的に遮るゆっくりと動く影が含まれる。しかし、高速回転するタービンブレードの高周波シャドウは、これまで深く研究されたことはなかった。

エレクトロニクスの重要な役割
VattenfallのHaringvliet-Zuid太陽光発電所での長期にわたる包括的な測定により、多くの興味深いデータが得られた。特に、太陽光で収穫したエネルギーを使用可能な電力に変換するインバータは重要な役割を担っている。シェーディングが発生すると、いわゆる最大電力点追従制御(MPPT)を使用して、超高速で電圧を最適化しようとする。すると、ミリ秒スケールで正確に何が起こるかが、今回初めて明らかにされた。

収量の損失
「経済・気候政策省からの財政支援のおかげで、オランダ企業庁を通じて、風力発電所の所有者であるVattenfall、インバータを製造するエレクトロニクス企業Heliox、コンサルタントのUw-Stroom、開発者のProsoldigaとコンソーシアムを形成することができた。おかげで、実際の条件下で研究を行うことができた」と、TNOのソーラー研究者Lenneke Slooff氏は話している。

風力とソーラの知識を組み合わせる
MPPTは、ソーラーパネルからできるだけ多くの電力を引き出そうとし、ソーラーパネルを最大限に活用する方法を常に計算している。全ての太陽エネルギー測定システムは数秒の時間スケールだが、ここではミリ秒について話しており、電流、電圧、温度、放射照度などのすべての信号を正確に同時に測定する必要がある。

「幸いなことに、当社の風力エネルギーの同僚は、すでにこの種の迅速な測定の経験を持っている。この2つの専門分野を組み合わせることで、新しい知見を豊富に得ることができる」

インバータの最適化
1つの洞察は、インバータが急速なシェーディングによって完全にオフになる可能性があること。場合によっては、最大ポイントを再び見つけるまでに長い時間がかかった。メーカーは現在、TNOの測定と分析を使用して、インバータ自体を最適化している。

「われわれは、収量の損失を最小限に抑えるために、このように努力している。測定されたエネルギー損失率は変動するが、それらは重要であり、したがって大幅に削減する価値がある。われわれはすでに、われわれの研究データを使いたいと考えている太陽光発電所や風力発電所の所有者や設計者と話し合っている」(Lenneke)。

「さらに、各ソーラファームの効果を定量的に予測できるモデルにも多くの関心が寄せられている。そうすれば、ソーラパークとウインドパークの組み合わせをさらに良く設計することができる。現在得られた測定データに基づいて、そのようなモデルを開発することを検討している」
(詳細は、https://www.tno.nl/)