影の影響を考慮した太陽光システム(直列並列接続構成) シミュレーション

1. 太陽電池の SPICE モデルの識別化*PART NUMBER: HEM125PA*MANUFACTURER: HONDA2. 太陽電池の出力特性シミュレーション3. 太陽光システムの影のシミュレーション ( 直列並列接続構成の太陽光システム )4. バイパスダイオードで出力特性を改善するAppendix 1 ブロッキングダイオード

影の影響を考慮した太陽光システム ( 直列並列接続構成 )シミュレーション

1Copyright(C) Bee Technologies 2014

2014 年 12 月 30 日ビー・テクノロジー堀米　毅


R s

R s h

電流源 IDC ダイオード抵抗抵抗

1. 太陽電池の SPICE モデルの識別化

太陽電池の SPICE モデルは出力特性 ( 順方向特性のみ ) に再現性があるモデルです。


太陽電池の等価回路の箇所を回路図シンボルにする。回路図シンボルは、ツールに依存性があります。LTspice の回路図シンボル⇒ .asyPSpice の回路図シンボル⇒ .olb



1. 太陽電池の SPICE モデルの識別化10 個の太陽電池モデルの識別化を行う

*$*PART NUMBER: HEM125PA*MANUFACTURER: HONDA*REMARK:Pmax=124.7(W)*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2014.SUBCKT HEM125PA Plus MinusR_RS1 N00A Plus 500.3637mR_Rsh1 Minus N00A 193.200kD_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PAI_I1 Minus N00A DC 0.66001.Model DIODE_HEM125PA D+ IS=52.4058u+ N=1.1374k+ RS=300.5273m+ IKF=0.ENDS*$ 太陽電池の基本モデル



*$*PART NUMBER: HEM125PA*MANUFACTURER: HONDA*REMARK:Pmax=124.7(W)*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2014.SUBCKT HEM125PA Plus MinusR_RS1 N00A Plus 500.3637mR_Rsh1 Minus N00A 193.200kD_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PAI_I1 Minus N00A DC 0.66001.Model DIODE_HEM125PA D+ IS=52.4058u+ N=1.1374k+ RS=300.5273m+ IKF=0.ENDS*$

HEM125PA_01HEM125PA_02HEM125PA_03HEM125PA_04HEM125PA_05HEM125PA_06HEM125PA_07HEM125PA_08HEM125PA_09HEM125PA_10

SPICE モデルのネットリスト記述についてモデルも名称について 10 個の識別化をする



回路図シンボルファイルの属性についても 10 個の識別化を行う。

HEM125PA_01HEM125PA_02HEM125PA_03HEM125PA_04HEM125PA_05HEM125PA_06HEM125PA_07HEM125PA_08HEM125PA_09HEM125PA_10



SPICE モデルは、 Sub フォルダへ回路図シンボルは、 Sym フォルダへコピー ( 格納 ) します。


2. 太陽電池の出力特性シミュレーション

5 直列 2 並列構成


太陽電池モデルのシミュレーション結果 (All Cells is 100%)

2. 太陽電池の出力特性シミュレーション

出力特性シミュレーション


3. 太陽光システムの影のシミュレーション

50% に発電が低下した場合


3. 太陽光システムの影のシミュレーションSPICE モデルの変更　発電を 100% から 50% に変更する

*$*PART NUMBER: HEM125PA*MANUFACTURER: HONDA*REMARK:Pmax=124.7(W)*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2014.SUBCKT HEM125PA_08 Plus MinusR_RS1 N00A Plus 500.3637mR_Rsh1 Minus N00A 193.200kD_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PAI_I1 Minus N00A DC 0.66001.Model DIODE_HEM125PA D+ IS=52.4058u+ N=1.1374k+ RS=300.5273m+ IKF=0.ENDS*$

I_I1 Minus N00A DC 0.66001 の値を 50% にする0.66001/2=0.330005

*$*PART NUMBER: HEM125PA*MANUFACTURER: HONDA*REMARK:Pmax=124.7(W)*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2014.SUBCKT HEM125PA_08 Plus MinusR_RS1 N00A Plus 500.3637mR_Rsh1 Minus N00A 193.200kD_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PAI_I1 Minus N00A DC 0.330005.Model DIODE_HEM125PA D+ IS=52.4058u+ N=1.1374k+ RS=300.5273m+ IKF=0.ENDS*$

100% の発電の場合 50% の発電の場合



1 つの太陽光パネルの出力低下で全体システムの出力が低下していることが観察できます。

バイパスダイオードを採用することで、出力低下を改善させる


4. バイパスダイオードで出力特性を改善する

電流の流れ



D1 がバイパスダイオード。バイパスダイオードには損失が少ないダイオードを採用する。ショットキバリアダイオード、 MOSFET のボディ・ダイオードも採用されることもあります。


4. バイパスダイオードで出力特性を改善するバイパス・ダイオードの SPICE モデルのネットリスト

*$* PART NUMBER: FSF10A40* MANUFACTURER: Nihon Inter Electronics Corporation* REMARK: VR=400V, Io=10A* All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2014 .MODEL FSF10A40 D+ IS=937.15E-6 N=4.9950 RS=10.391E-3 IKF=5.5300E3+ BV=400 IBV=30.00E-6 ISR=0 TT=0*$

順方向特性と耐圧のみに再現性がある SPICE モデルです。バイパス・ダイオードとして、日本インターの FSF10A40 を採用しました。



出力低下の太陽電池にバイパスダイオードを追加する



バイパスダイオードの追加して、出力特性を改善したシミュレーション結果


直列並列接続において、 1 枚でも太陽電池の発電効率が悪いと、全体システムにおいて、出力特性の影響が非常に大きく影響することがわかります。そこに、バイパスダイオードを採用すると、発電効率が向上することがわかります。このシミュレーションのテンプレートを利用して、各太陽光パネルの日射量を変更し、バイパスダイオードも追記しながら、全体システムの出力特性を描いてみて下さい。



Appendix 1 ブロッキングダイオード

ブロッキングダイオード逆流防止のダイオード

影の影響を考慮した 太陽光システム(直列並列接続構成) シミュレーション

Engineering

影の影響を考慮した太陽光システム(直列並列接続構成) シミュレーション