太陽光発電システムから発生する電磁界

太陽光発電システムの原理 

    太陽光による最も一般的な発電は、半導体を利用して、光のエネルギーを直接電気に変換するものです。太陽光発電イメージと太陽光発電システムの図
    

半導体に光があたると、「+」の粒子(正孔)と「-」の粒子(電子)が発生します。[左図①] 
    太陽光パネルはN型半導体とP型半導体の2種類で構成されています。N型半導体は「-」、P型半導体は「+」が集まる性質も持つので、光があたって発生した粒子は、それぞれの半導体に集まります。[左図②]
    「+」に帯電したP型半導体と「-」に帯電したN型半導体をつなぐと電気が流れます。(乾電池の「+」と「-」をつなぐのと同様です)[左図③]

 

 

 

   

 

    太陽光パネルで発生した電気は直流ですが、電化製品等を使用するには、交流(50ヘルツあるいは60ヘルツ)にする必要があります。そのため、「パワーコンディショナ」(インバータ)という機器を介して、発生した直流電流を交流電流に変換しています。
    電気が流れると、電磁界が発生します。太陽光発電も電磁界が発生しますが、その電磁界のうち磁界の強さを知るため、電磁界情報センターで実際に測定しました。




 

磁界測定

    太陽光発電システムから発生する磁界の種類としては、太陽光パネルからパワーコンディショナに入力するまでの直流電流による直流磁界(静磁界)と、パワーコンディショナからの交流電流による交流磁界があります。*1
*1)実際には、パワーコンディショナを介すことで、高調波(交流波形のひずみ)による磁界もわずかに発生しますが、ここでは静磁界と交流磁界に絞って説明します。

    磁界を測るための機械「磁界測定器」は、いくつかの種類があり、それぞれ仕様が異なります。[▶Ⅰ(5-1)] 測定したい磁界の種類に合った磁界測定器を用いなければ、正確な測定ができませんので、仕様を確認する必要があります。太陽光発電システムから発生する磁界に対しても、静磁界(0ヘルツ)と交流磁界(50ヘルツ)を別々に測定しました。

    測定は次の箇所で行いました。測定の様子
○太陽光パネル(静磁界)
・・・・ 1パネル当たり最低3点(中心と周囲点)を抽出し、パネル裏側から0m、0.05m、0.1m、0.2m 離れた位置で測定(1パネル3点×4箇所=12箇所測定)
○パワーコンディショナ(交流磁界)
・・・・ すべての装置側面の磁界最大点を抽出し、その点から0m、0.05m、0.1m、0.2m、0.3m 離れた位置で測定(1装置4面×5箇所=20箇所測定)

測定結果

磁界測定結果のグラフ

    上のグラフは、磁界測定結果の一例です。
    太陽光パネルの出力については、日射量によって大きく変化しますが、いくつかの日射条件時の出力電流と磁界の強さを測定し、この2つの値が比例関係であることを確認しました。この関係式から、太陽光パネルの定格最大出力時の静磁界の強さを推定することができ、上左図の場合、関係式に定格最大電流(3.05アンペア)を代入し、推定最大磁界レベルは10.157×3.05 ≒ 31.0 マイクロテスラとなります。
    この測定で、太陽光パネルおよびパワーコンディショナから0.2m離れた位置で最大実測値は、太陽光パネルが8.33マイクロテスラ、パワーコンディショナが7.49マイクロテスラでした。これは、ICNIRPが公表するガイドライン値と比べ、十分小さいレベルです。なお、この測定は事業用システム(出力数十キロワット)を対象とした測定でしたが、一般家庭用システムの場合は出力が3〜5キロワット程度なので、パワーコンディショナからの磁界がこの測定結果よりも小さくなると考えられます。
    また、太陽光パネル、パワーコンディショナともに、距離が離れるほど磁界の強さが小さくなることを確認しました。


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