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)

1. 1.太陽電池のSPICEモデルの識別化
*PART NUMBER: HEM125PA
*MANUFACTURER: HONDA
2.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) MARUTSU ELEC CO. LTD
2014年12月30日
マルツエレック株式会社

2. 2Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
Rs
Rsh
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。

3. 3Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
1.太陽電池のSPICEモデルの識別化

4. 4Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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⇒.asy
PSpiceの回路図シンボル⇒ .olb
1.太陽電池のSPICEモデルの識別化

5. 5Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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 Minus
R_RS1 N00A Plus 500.3637m
R_Rsh1 Minus N00A 193.200k
D_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PA
I_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

6. 6Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
1.太陽電池のSPICEモデルの識別化
*$
*PART NUMBER: HEM125PA
*MANUFACTURER: HONDA
*REMARK:Pmax=124.7(W)
*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2014
.SUBCKT HEM125PA Plus Minus
R_RS1 N00A Plus 500.3637m
R_Rsh1 Minus N00A 193.200k
D_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PA
I_I1 Minus N00A DC 0.66001
.Model DIODE_HEM125PA D
+ IS=52.4058u
+ N=1.1374k
+ RS=300.5273m
+ IKF=0
.ENDS
*$
HEM125PA_01
HEM125PA_02
HEM125PA_03
HEM125PA_04
HEM125PA_05
HEM125PA_06
HEM125PA_07
HEM125PA_08
HEM125PA_09
HEM125PA_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

7. 7Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
1.太陽電池のSPICEモデルの識別化
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_01
HEM125PA_02
HEM125PA_03
HEM125PA_04
HEM125PA_05
HEM125PA_06
HEM125PA_07
HEM125PA_08
HEM125PA_09
HEM125PA_10

8. 8Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
1.太陽電池のSPICEモデルの識別化
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。

9. 9Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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

10. 10Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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

11. 11Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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

12. 12Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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 Minus
R_RS1 N00A Plus 500.3637m
R_Rsh1 Minus N00A 193.200k
D_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PA
I_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 Minus
R_RS1 N00A Plus 500.3637m
R_Rsh1 Minus N00A 193.200k
D_D1 N00A Minus DIODE_HEM125PA
I_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

13. 13Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
3.太陽光システムの影のシミュレーション

14. 14Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
3.太陽光システムの影のシミュレーション

15. 15Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
3.太陽光システムの影のシミュレーション
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

16. 16Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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

17. 17Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
4.バイパスダイオードで出力特性を改善する
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。

18. 18Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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。

19. 19Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
4.バイパスダイオードで出力特性を改善する
出力低下の太陽電池にバイパスダイオードを追加する

20. 20Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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追加して、出力特性を改善した
シミュレーション結果

21. 21Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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。
4.バイパスダイオードで出力特性を改善する

22. 22Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
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