災害大国日本で安全な太陽光発電システムを追究！　　
安全で安心な太陽光発電の発展を目指す

2012年にFIT制度が施行されて以降、太陽光発電は一気に普及し、今や住宅用だけでも300万件に到達するほど。普及に伴い、災害や不具合（故障）から生じる「火災」や「感電」事故の可能性も見えてきました。
濱田研究室では、こうしたリスクを回避するシステムの構築や、太陽光発電のレジリエンス強化に向け、実地研究を行っています。

雷が火災のリスクに!?　
太陽光発電システムの故障メカニズムを検証

濱田准教授は宇部高専・大島商船高専・津山高専・米子高専の４校と共に、安全で安心な太陽光発電の発展に向け、現場の状況を重視した共同研究を続けています。

最初に取り組んだテーマは「雷による太陽光発電システムの故障メカニズムの解明」。発端となったのは、実際に太陽光発電を設計・施工する技術者らが、現場で目撃してきた事故故障の相談です。

太陽光パネル（太陽電池モジュール）の設置現場では、積乱雲が通過した後に、太陽光パネル内のバイパスダイオードが煙を上げて焼け焦げる現象が発生していました。バイパスダイオードとは、太陽光パネル内で導通不良や部分的に影がかかったときに起こる、太陽電池の発熱現象（ホットスポット）や出力低下を避けるため正常なパネルで発電した電流を迂回させるための電子回路部品です。また、事故の状況から落雷が原因である可能性が高いですが、対策するには実際に故障に至る仕組みを知ることが必要でした。

既に一般住宅への屋根上設置が普及している日本の太陽光パネル。

太陽光発電の焼損事故は、火災をはじめ人々の命を危険にさらす重要インシデントになると濱田准教授は考え、太陽光発電の焼損現象の原因究明に取り組みました。被害パネルを調査し、落雷模擬実験を繰り返す中で、バイパスダイオードの故障は、落雷による電流が太陽光パネルの金属フレームなどの近くに通過するだけでも起こることを解明しました。また、焼け焦げてしまうのはバイパスダイオードが故障したあとに、太陽光パネル自身が発電したエネルギーによるものであることを明らかにしました。さらにそのバイパスダイオードは0.1〜10Ω程度の抵抗値で故障すると焼損に至るリスクが高くなることを明らかにしました。

故障の防止・故障の検知・故障後の安全対策と　
各段階で安全な太陽光発電を実現する技術

この件をきっかけに、濱田研究室では現在、太陽光発電の安全活用に向け、さまざまな安全フェーズでの技術開発にも取り組んでいます。

まずは、故障の予防。バイパスダイオードは現在「シリコンショットキーバリアダイオード(SBD)」が主流です。このダイオードは、逆方向耐電圧が低く、今回のような雷被害が発生しやすくなっている可能性があります。そこで、高い耐雷性能と長期で使用できる耐久性を備えたダイオードの材料や仕様を探求すべく耐久性評価を行っています。

次に故障の検知。少しでも早く故障を見つけることができれば、被害を最小限に抑えられます。現在、太陽光発電が正常に機能している時と故障発生時の発電電圧や電流、電力のデータを収集中。今後は蓄積したデータをAIに学習させ、故障検知システムを構築する予定です。

最後は、事故時の安全対策。火災や事故が発生した後の消火活動や撤去作業では、感電への注意も必要です。そこで現在、事故後の現場作業員を守るため、事故や災害時は感電リスクのないレベルまで電圧を下げられる「ラピッドシャットダウンシステム」を開発中です。これは太陽光パネル同士の接続を切り離す構造で、暴風や土砂崩れでパネルが飛んだり、流れたりした時は自動的に作動する仕組みで考えています。実用化すれば、太陽光発電はさらに安全なエネルギーとして浸透しそうです。

濱田研究室では、雷に限らず現場の声を重視し、地震や台風など日本の自然環境を見据えた技術開発に努めています。