両面受光型 PV のアルベドをどのように測定するか

Hukx は、両面受光型 PV システムの性能監視に用いるアルベドメーター市場のリーダーです。

地表面のアルベド、すなわち地表面反射率の測定は、ますます重要になっています。 両面受光型 PV モジュールは、全球日射だけでなく、地表面からの反射日射によっても発電します。

下向きに設置した日射計で反射日射を測定することは可能ですが、性能モデルが入力として求めているのが 地表面の物性値（アルベド）なのか、反射日射量なのか を正しく理解することが重要です。

本ノートでは、機器仕様、測定位置、設置方向 についての指針を示します。

はじめに

アルベド（太陽反射率とも呼ばれます）は、反射日射量と全球日射量の比として定義されます。 1 未満の無次元量であり、地表面の物性値です。

アルベドメーターは、全球日射と反射日射の両方を測定し、その値から特定の地表面における太陽アルベド（太陽反射率）を算出するための機器です。 アルベドメーターは 2 台の日射計で構成され、どちらも水平に設置されます。 このうち 下向きに設置された日射計が反射日射を測定します。

開放環境における太陽アルベドは、入射日射の方向分布と、地表面の物性に依存します。 通常、アルベドは 1 日の平均値として求められる単一の数値で表されます。 アルベドの変化は一般的にゆっくりしており季節的ですが、降雪時のみ急激に変化します。

代表的な地表面のアルベドは、新しいアスファルトで約 4 %、緑の芝生で約 15 %、新雪では約 90 % とされています。

アルベドメーターの古典的な用途は、気象学におけるエネルギーバランス研究であり、広い地域にわたるアルベドの経年変化を調べることにあります。 近年、両面受光型 PV モジュールの普及に伴い、PV 発電所においてアルベドを測定する需要が高まっています。

これは日射計を用いて実施可能ですが、いくつか注意すべき点があります。

推奨事項のまとめ

以下は、両面受光型 PV におけるアルベド測定に関する Hukx の推奨事項の概要です。

• アルベドの定義はシンプルに保つこと。   多くのモデルは、アルベドを季節（月次）変動を持つ地表面の物性値として扱います。 日陰パターンの補正やアレイ面への変換はモデル側に任せます。
• アレイから離れた位置に、遮蔽物のない基準アルベド測定点を少なくとも 1 つ設置すること。   これは、その地点の地表面特性がアレイ間の地表面を代表していることを前提としています。
• 運用をシンプルに保つため、POA・GHI・RI の測定には同じ種類の機器を使用すること。   通常、分光特性がフラットな Class A（日射計二次標準）を用い、同じ校正サービスを利用できます。
• 単体日射計 2 台、または 2 台の日射計で構成されるモジュラー型機器のいずれかを使用すること。   これにより、保守や再校正が容易になります。
• 地表面特性を把握するため、季節ごとにサイト特性調査を実施することを検討すること。   （遮蔽物のない基準測定点との比較も含む。） これは不確かさ評価に必要です。
• 調査の代替として、アレイ間に複数の機器を設置し、反射日射のモデル計算の検証や空間的変動の評価を行うことも検討すること。   この場合、Class B や C の分光フラットな機器など、精度の低い機器を使用することも可能です。 通常は水平・下向きに設置しますが、用途によっては POA に設置する例もあります。
• RHI（反射水平日射）測定用の日射計は、1 m 未満の高さに設置しないこと。   実務的には 1.5 m が良い妥協点です。
• 作業者の安全のため、日射計本体を PV アレイの架台から電気的に絶縁すること。
• 降雪後は、遮蔽物のない基準アルベド測定点の値を使用しないこと。   その地点の積雪パターンはアレイ間の状況を代表しないためです。

性能モデル、パフォーマンス比およびパフォーマンス指数

新しい IEC 61724「太陽光発電システムの性能」シリーズ規格は、 「パフォーマンス比（Performance Ratio）」や 「パフォーマンス指数（Performance Index）」といったパラメータを定義する、最も信頼できる情報源です。

IEC では、これらの用語を次のように定義しています。

• 性能モデル（performance model）：気象条件、システム構成要素、システム設計を変数として、PV システムの電気出力を数学的に記述したもの。 このモデルは、試験に関わるステークホルダー間で事前に合意されるのが一般的です。
• 予測出力（predicted output）：過去の気象データを用いて性能モデルにより算出される、特定期間の出力。
• 期待出力（expected output）：実測した気象データを性能モデルに入力して算出される出力。
• 定格（rating）：メーカーが規定する性能で、通常はパネルのネームプレートで確認されます。 または、供給者との合意に基づく性能値であり、一般に標準試験条件（STC）などの基準条件下で規定されます。
• パフォーマンス比（performance ratio, PR）：システムのネームプレート定格に基づき、特定の報告期間における 実測出力と期待出力の比。
• パフォーマンス指数（performance index）：パフォーマンス比よりも詳細なシステム性能モデルに基づき、特定の報告期間における 実測出力と期待出力の比。

晴天時のサイトサーベイ

サイトの特性を把握するため、ユーザーはサイトサーベイを実施することがあります。 サーベイ中は、アルベドメーターを持って歩き回り、複数地点で測定することができます。 日射条件が安定している場合は、単体の日射計を用いて上下反転させる方法も可能です。

このようなサーベイの目的は、以下を調査することにあります。

• （地表面）アルベドの空間的変動
• アルベドの季節変動
• フィールドステーションとアレイ周辺条件との相関

すべての POA 測定地点において、IEC 61724-3 の 5 章は、 その地点のアルベドを測定することを要求しています。 これは、測定地点のアルベドが発電所全体のアルベドを代表しているか、 モデルで仮定した条件に適合しているかを確認し、 さらに性能試験の不確かさ評価に使用するためです。

サーベイにおける推奨事項と前提条件

• 晴天の日を選ぶこと。   雲量が少なく、太陽高度が 60°以上 であることが望ましい。
• 地表面の特性測定に集中すること。   日陰のない、代表的な地表面または植生の上で測定を行う。
• 日陰での測定は避けること。   日陰では信号レベルが低く、適切なアルベド推定が困難になる。
• 季節性のある植生がある場合は、年間で 2〜4 回測定すること。
• アルベドメーターを使用すること。   ただし、日射条件が安定している場合は、単体の日射計を用いて上下反転させる方法も可能。