後 建物一体型太陽光発電 (BIPV) 屋根 が設置されている場合、最も見落とされやすい O&M タスクの 1 つは清掃です。
設計がレビューされ、建設が検査され、系統接続がテストされます。しかし、掃除はあまり注目されていないことがよくあります。所有者が発電量の低下に気づくまでに、汚れによる損失はすでに 1 年にわたって蓄積されている可能性があります。
このガイドは、次の 3 つの重要な質問に答えます。洗浄しないとどれくらいの発電量が失われますか? BIPV の屋根はどのくらいの頻度で掃除する必要がありますか?また、システムに損傷を与えずにクリーニングするにはどうすればよいでしょうか?
掃除を怠った場合のコスト: 汚れによってどのくらいのエネルギーが失われるのでしょうか?
土壌損失の規模は気候によって決まる
汚れによる損失は修正されません。これらは、局所的な降雨量、浮遊粉塵濃度、モジュールの傾斜角度、風速、その他の環境条件によって異なります。
| 気候帯 | 年間の汚れの損失 | 主な特徴 |
| 頻繁に雨が降るきれいな気候 | 1%～2% | 降雨により実質的な自然浄化がもたらされる |
| 米国北東部および中西部 | 2%～4% | 季節的な汚れ、冬には雪が降る |
| 米国南西部 | 4%～10% | 乾燥した状態と限られた降雨量 |
| 中央カリフォルニアの農業地域 | 6%～12% | 農業粉塵と乾燥条件の組み合わせ |
| ラジャスタン州を含むインドの乾燥地域 | 8%～15% | 乾季は最長9か月続くこともある |
| 中東 | 12%～25% | 砂嵐が頻繁に発生し、降雨量は非常に限られている |
| サハラ砂漠に隣接する半乾燥地帯 | 15%～30% | 極度の汚れ状態 |
同じ太陽光発電モジュールでも、ドイツとサウジアラビアでは年間の汚れ損失が大きく異なる可能性があります。その差は10倍以上になることもあります。 洗浄戦略は市場全体に一律に適用されるべきではありません。地域の気候や現場の状況に合わせて調整する必要があります。
汚れが太陽光発電の性能に与える影響
汚れは 3 つの主なメカニズムを通じて発電に影響を与えます。
1つ目: 光透過率の低下。 塵の粒子は、入射する太陽光を吸収および反射し、太陽電池に到達する光の量を減らし、電力出力を低下させます。
2 番目: 汚れが蓄積すると非線形にパフォーマンスが低下します。 汚れの密度が一定のレベルに達すると、性能への影響がさらに深刻になる可能性があります。報告されている汚れ密度 20 g/m² では、テスト条件と堆積材料の特性に応じて、短絡電流が 15% ～ 21% 減少する一方、効率は 15% ～ 35% 低下する可能性があります。
3 番目: 不均一な汚れによって生じる局所的なホットスポット。 モジュールの一部の領域に他の領域よりも著しく多くの汚れが蓄積すると、部分的なシェーディングが発生する可能性があります。陰になったセルは電力を生成するのではなく放散する可能性があり、局所的なホットスポットが形成され、材料の劣化が促進され、モジュールが損傷する可能性があります。
簡単な費用対効果の分析
年間発電量が 1,200 MWh、電気料金が 0.15 ドル/kWh であると仮定して、1 MW の商用および産業用 BIPV 屋上システムを考えてみましょう。
- 年間電力収入：約18万ドル
- 年間 10% の汚れ損失による収益損失: 約 18,000 ドル
- 年間清掃コスト 0.01 ドル/W: 約 10,000 ドル
乾燥地域では、清掃費用に対する収益率は通常 1:1.5 ～ 1:2 の範囲になります。雨の多い地域では1:1を下回る場合があり、清掃が不経済になります。
BIPV の屋根はどのくらいの頻度で掃除する必要がありますか?
環境に合わせて掃除頻度を設定
| 環境条件 | 推奨される清掃頻度 | 主な考慮事項 |
| 年間降水量が 800 mm を超える温帯多雨気候 | 年に 1 ～ 2 回 | 主に鳥の糞、樹液、その他の頑固な汚染物質を除去します。 |
| 一般工業地域 | 年に2～4回 | 工業用粉塵の堆積率を考慮する |
| 市街地および主要道路に近い場所 | 年に 3 ～ 4 回 | 交通関連の粒子が表面に強く付着する可能性がある |
| 乾燥したほこりの多い地域 | 乾季には月に1回 | 安全かつ現実的であれば、砂嵐後 48 時間以内に追加の清掃を検討してください。 |
| 中東と北アフリカの極度の乾燥地域 | 乾季には 1 ～ 2 週間ごと | 粉塵が頻繁に発生する場合は、より集中的な監視が必要になる場合があります |
見落とされがちな点が 1 つあります。 砂嵐後の清掃は、定期的な清掃スケジュールよりも優先する必要があります。。 1 回の深刻な粉塵イベントにより、通常 1 か月にわたって蓄積されるのと同じ量の粉塵が堆積する可能性があります。
パフォーマンス比 (PR) をクリーニングのトリガーとして使用する
太陽光発電システムにモニタリング プラットフォームがある場合、パフォーマンス比（PR）に基づいて清掃を開始すると、固定スケジュールに従うよりも経済的になる可能性があります。
実際的なアプローチは、ベースライン PR 曲線を確立し、測定された PR がベースラインに対して 2% 低下したときにクリーニングを検討することです。 このしきい値は、不必要な洗浄を避けながら、潜在的な汚れの損失を特定するのに役立ちます。
ただし、PR は、インバータ効率の変化、モジュール温度、機器の故障、劣化、またはその他の動作条件によって低下する可能性もあります。劣化の原因を汚れに帰す前に、これらの要因を調査する必要があります。
BIPV 屋根の清掃方法: コストの比較
一般的な洗浄方法
| 洗浄方法 | 水の使用量 | 相対コスト | 代表的な用途 | 洗浄性能 |
| 柔らかい毛のブラシと水による手動洗浄 | モジュールあたり 1 ～ 2 L | 高い。労働集約的な | 小さな屋根と複雑な屋根の形状 | 素晴らしい |
| ドライクリーニングロボット | なし | 中;比較的高い初期投資 | 大きくて平らな屋根と地上設置型太陽光発電所 | 良い |
| 散水ロボット | モジュールあたり 0.5 ～ 1 L | 中 | 商業用および工業用の大きな屋上 | とても良い |
| ドローンを活用した清掃 | 低い | 高 | 高い屋上またはアクセスが困難な屋上 | 中等度 |
| ドライブラシまたは振動による除塵 | なし | 低い | 水不足地域 | 中等度 |
年間清掃コストは通常、屋根へのアクセスのしやすさ、人件費、使用する清掃方法によって異なりますが、1 ワットあたり 0.005 ドルから 0.02 ドルの範囲です。
T防汚コーティングの役割
親水性および疎水性ナノコーティングを含む防汚コーティングは、洗浄に代わるものではありません。むしろ、汚れの蓄積を減らし、掃除の間隔を長くするのに役立ちます。
フィールドテストでは、防汚コーティングが施された PV モジュールは、コーティングされていないモジュールに比べて、洗浄サイクルの間に蓄積する粉塵が 30% ～ 40% 少ないことが報告されています。ただし、報告されているコーティングの耐用年数は、18 ～ 24 か月から 3 ～ 5 年までとかなり異なります。実際の耐久性はサプライヤーのテストデータに照らして検証する必要があります。
防汚コーティングは比較的高額な先行投資を必要としますが、長期的には清掃作業の回数を約 3 分の 1 に減らすことができます。乾燥したほこりの多い地域では、投資が経済的に正当化されることがよくあります。
BIPV の屋根清掃でよくある 4 つの間違い
硬水を使用する
これは、最もコストのかかる清掃ミスの 1 つとなる可能性があります。
地下水の全溶解固形分 (TDS) 濃度が 500 ppm を超える場合、熱いガラスに噴霧された水は急速に蒸発し、カルシウムとマグネシウムの堆積物が残ることがあります。 3 ～ 4 回の洗浄サイクルの後、これらの堆積物によりガラスの光透過率が恒久的に 2% ～ 4% 低下する可能性があり、除去が困難または不可能になる場合があります。
推奨される方法: TDS が 50 ppm 未満に制御された逆浸透 (RO) 水または脱イオン水を使用します。
日中の暑さのピーク時の清掃
60°C を超える温度で PV モジュールに冷水をスプレーすると、ガラスに熱応力が生じ、微小な亀裂が発生したり、ひどい場合にはガラスが破損したりする可能性があります。
推奨される方法: モジュール温度が周囲温度に近い早朝または午後遅くに清掃してください。
掃除が頻繁すぎる
汚れの少ない環境では、毎月の清掃にかかる費用が追加の発電の価値よりも高くなる可能性があります。 もう一つの懸念は表面の摩耗です。ドライブラシでこすったりこすったりすると、ガラスに微細な傷が残る場合があります。時間の経過とともに、これらの傷により光の透過率が低下し、クリーニングの効果が相殺される可能性があります。
洗浄剤の使用
一部の洗浄剤は、ガラスの反射防止 (AR) コーティングを損傷する可能性があります。 AR コーティングは、製品によって異なりますが、光の透過率を約 2% ～ 3% 向上させることができます。コーティングが損傷すると、この性能上の利点の一部が永久に失われる可能性があります。
推奨される方法: きれいな水と柔らかい毛のブラシを使用してください。鳥の糞や樹液などの頑固な汚染物質の場合は、水で湿らせた柔らかい布を使用して患部を拭きます。
清掃コストを削減できる 3 つの設計上の決定
屋根の傾きと排水路
傾斜角が 15° 以上の屋根表面は、重力による流出の恩恵を受けることができ、蓄積したほこりの一部を除去し、適切な降雨条件下で自然洗浄を向上させることができます。
排水経路は水が滞留しないように設計する必要があります。停滞した水が蒸発すると、水の汚れや鉱物の堆積物が残る可能性があり、これらはほこりよりも除去するのが困難です。
アクセスルートの清掃
大きな屋上の場合は、清掃ルートと安全なアクセス経路を最初から設計に組み込む必要があります。 専用のアクセスルートがないと、機器が効率的に屋根に到達できず、ホースがすべてのエリアをカバーできない可能性があるため、清掃コストが倍増する可能性があります。
ガードレール、ライフラインアンカーポイント、適切な落下防止システムなど、安全性も考慮する必要があります。
メンテナンス接続
給水接続、排水口、機器保管エリアのためのスペースを確保してください。 これらの設備は一般に、建設中に低コストで組み込むことができます。試運転後にそれらを改修するには、完成した屋根の変更が必要になる場合があり、コストと運用の中断の両方が増加します。
よくある質問
Q1: BIPV の屋根は清掃が必要ですか?従来の太陽光発電システムとどう違うのですか？
はい。 BIPV モジュールは屋根自体の一部を形成しているため、清掃では発電だけでなく、屋根の外観や防水性も考慮する必要があります。重要な違いの 1 つは、BIPV モジュールは歩行者の通行をサポートするように設計されていないことが多く、一部の製品には特定の耐荷重制限があることです。したがって、清掃のアクセスルートと手順はシステム専用に設計する必要があります。
Q2: 雨は手動清掃の代わりに使用できますか?
部分的に。雨はほこりを洗い流すことができますが、鳥の糞、樹液、工業用油の残留物などの頑固な汚染物質に対しては一般に効果がありません。雨の多い地域でも、年に 1 ～ 2 回手作業での清掃が必要な場合があります。
Q3: 洗浄により PV モジュールが損傷する可能性がありますか?
適切な清掃により、損傷のリスクが最小限に抑えられます。主なリスクには、硬水によって引き起こされる鉱物の堆積、冷水で熱いモジュールを洗浄することによる熱ストレス、研磨材や硬い毛のブラシによって引き起こされる傷などが含まれます。メーカーのクリーニング手順に従い、これらの行為を避けることは、モジュールの保護に役立ちます。
次の簡単な式を使用してください: 清掃コスト率 = 年間清掃コスト ÷ (年間汚れ損失 × 年間電気収入)
1 未満の比率は、推定回収可能な収益損失がクリーニング費用を上回っていることを示し、クリーニングが経済的に価値がある可能性があることを示唆しています。乾燥地域ではこの比率は約 0.5 ですが、雨地域では 1 に近づくかそれを超えることがあります。
Q5: 防汚コーティングには投資する価値がありますか?
年間の汚れ損失が 8% を超える地域では価値があるかもしれません。いくつかの現場テストでは、防汚コーティングによりほこりの蓄積を 30% ～ 40% 削減でき、掃除の頻度が減る可能性があることが報告されています。ただし、汚れレベルが低い地域では、投資収益率が制限される可能性があります。
BIPV プロジェクトの場所に合わせた清掃戦略が必要ですか?
電子メール: info@xzbesta.com
