監視装置
【課題】複数のストリングが接続された発電装置において、劣化または発電不良が発生したストリングを容易に特定できる監視装置を提供する。
【解決手段】各ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの電流を測定する電流検出器と、各ストリングの電圧を測定する電圧検出器７７により、各ストリングに流れる電流と電圧を測定し、各ストリングについて一定期間の電流積算値または電力積算値を求める。そして、全ストリングの積算値の合計値に対する各ストリングの個別の積算値の割合（積算値の割合）と予め設定された基準の割合を比較し、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続するかを確認する。ストリングに劣化または発電不良が発生していないときには積算値の割合はほとんど変化しないが、劣化または発電不良が発生していると積算値の割合が変化するので、基準の割合と比較することで、ストリングの劣化または発電不良を確実に検出できる。
【解決手段】各ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの電流を測定する電流検出器と、各ストリングの電圧を測定する電圧検出器７７により、各ストリングに流れる電流と電圧を測定し、各ストリングについて一定期間の電流積算値または電力積算値を求める。そして、全ストリングの積算値の合計値に対する各ストリングの個別の積算値の割合（積算値の割合）と予め設定された基準の割合を比較し、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続するかを確認する。ストリングに劣化または発電不良が発生していないときには積算値の割合はほとんど変化しないが、劣化または発電不良が発生していると積算値の割合が変化するので、基準の割合と比較することで、ストリングの劣化または発電不良を確実に検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光発電装置を監視する監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は、家庭用から産業用に発展し、近年では大規模太陽光発電所、いわゆるメガソーラー発電所が国内や海外で建設されている。メガソーラー発電所では、数個から数十個の太陽電池（photovoltaic）モジュール（以下、ＰＶモジュールと称する。）を直列に接続した太陽電池ストリング（以下、ストリングと称する。）が、数百個から数千個並列に接続されている。
【０００３】
各ＰＶモジュールは、太陽光が直接当たるように屋外に設置されているため、紫外線や風雨などの影響で、ＰＶモジュール自体やＰＶモジュール間を接続するケーブル等が経年劣化して、発電不良が発生することがある。
【０００４】
このような問題に対して、従来、複数のストリングからなる太陽電池アレイの出力電圧と出力電流、インバータ回路の出力電圧と出力電流を計測して、これらを用いた演算結果により発電不良等の異常を特定し表示する系統連系型太陽光発電装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−００３２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、メガソーラー発電所は、上記のように膨大な数のストリングを備えているので、一部のストリングでＰＶモジュールに劣化または発電不良が発生しても、発電量がほとんど変化しないため、劣化または発電不良の検出が困難であった。また、劣化または発電不良の発生を検出できた場合にストリングを特定するためには、作業者がストリング毎に確認や検査を行う必要があり、作業が煩雑であった。
【０００７】
そこで、この発明は、複数のストリングが接続された発電設備において、劣化または発電不良が発生したストリングを容易に特定できる監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の監視装置は、正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、電流測定手段と、判定手段と、を備えている。電流測定手段は、各太陽電池ストリングの電流を測定する。判定手段は、各太陽電池ストリングの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を所定のサンプル時間毎に取得し、電流値または電力値の一定期間の積算値を算出する。そして、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに発電不良が発生していることを報知する。
【０００９】
太陽電池ストリングの電流や電力は、天候、気温、日当たり、太陽電池モジュール自体のばらつき等によって左右される。そのため、太陽電池ストリングの電流や電力の瞬時値を計測してこの瞬時値を用いても、太陽電池ストリングの発電不良を検出することは困難である。しかし、太陽電池ストリングの電流や電力を一定期間、例えば１日乃至１ヶ月の期間積算した積算値を用いると、上記のばらつきの影響がかなり小さくなり、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を検出しやすくなる。また、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合は太陽電池ストリングが正常であれば天候などにかかわらずほぼ一定であり、劣化または発電不良が発生した太陽電池ストリングが存在する場合には、一定時間、例えば１０時間乃至１００時間程度確認すると、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が変動するので、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を容易に検出できる。監視装置は、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合を基準の割合と比較するので、基準の割合を適正な値に設定することで、太陽電池ストリングの劣化または発電不良が確実に検出され、複数のストリングが接続された発電装置において、ＰＶモジュールに異常が発生したストリングが容易に特定される。これにより、発電装置の管理者や作業者は、どのストリングで劣化または発電不良が発生しているかを容易に特定でき、従来のように全ストリングの確認や検査を行うことなく、報知された特定のストリングだけ修理や交換を行うことで、劣化または発電不良を短時間で解消できる。
【００１０】
なお、一定期間は、太陽電池ストリングの電流または電力を積算して積算値を算出する期間であり、一定時間は、太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生しているか否かを判定するための時間である。
【００１１】
また、基準の割合は、各太陽電池ストリングの積算値がそれぞれ同じと仮定し、さらに前記積算値の変動及びばらつきを考慮した割合である。
【００１２】
基準の割合をこのように設定すると、基準の割合を演算により設定することが可能となり、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を容易かつ確実に検出できる。
【００１３】
この発明の監視装置は、正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、電流測定手段と、パワコン電流測定手段と、判定手段と、を備えている。電流測定手段は、各太陽電池ストリングの電流を測定する。パワコン電流測定手段は、パワーコンディショナの電流を測定する。判定手段は、各太陽電池ストリングとパワーコンディショナの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を所定のサンプル時間毎に取得し、電流値または電力値の一定期間の積算値を算出する。そして、パワーコンディショナの積算値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生していることを報知する。
【００１４】
監視装置は、パワーコンディショナの積算値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合を基準の割合と比較する。パワーコンディショナには、並列接続された複数の太陽電池ストリングの全電流が流れるので、基準の割合を適正な値に設定することで、太陽電池ストリングの劣化または発電不良が確実に検出され、複数のストリングが接続された発電装置において、ＰＶモジュールに異常が発生したストリングが容易に特定できる。また、判定手段は、全太陽電池ストリングの積算値の合計値を算出しなくても良いので、監視装置の負荷を軽減できる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、複数のストリングが接続された発電装置において、劣化または発電不良が発生したストリングを容易に特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】太陽光発電システムのブロック図である。
【図２】（Ａ）は、ストリング５１−１〜５１−３のうち、ストリング５１−３に劣化または発電不良が発生した状態を示す図であり、（Ｂ）は、ストリング５１−１〜５１−３の電流−電圧特性ＩＶ１〜ＩＶ３と、全ストリングの電流−電圧特性ＩＶ０を示す図であり、（Ｃ）は、ストリング５１−１〜５１−３の電力−電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ３と、全ストリングの電力−電圧特性ＰＶ０を示す図である。
【図３】監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽光発電装置３と、監視装置４を備えている。太陽光発電装置３は、太陽光のエネルギーを電力に変換して商用電源系統２に電力を供給する。監視装置４は、太陽光発電装置３の状態を監視する。
【００１８】
太陽光発電装置３は、Ｎ個の太陽電池ストリング（以下、単にストリングと称する。）５１−１〜５１−Ｎと、パワーコンディショナ６を備えている。ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎは、パワーコンディショナ６に並列に接続されている。各ストリングは、一例として、正極端子と負極端子の間に１０個の太陽電池モジュール（以下、ＰＶモジュールと称する。）が直列に接続されている。例えば、ストリング５１−１は、正極端子５１−１Ｐと負極端子５１−１Ｍの間に直列接続されたＰＶモジュール５１１〜ＰＶモジュール５２０から成り、各ＰＶモジュールが太陽光のエネルギーを変換した直流電力を出力（発電）する。なお、図１には、ストリング５１−１のみ詳細な構成を示している。
【００１９】
図には示していないが、各ＰＶモジュールにはバイパスダイオードが接続されており、ＰＶモジュールに異常がある場合などには、そのＰＶモジュールをバイパスさせる。
【００２０】
パワーコンディショナ６は、インバータ６１、地絡検出器６２、電流検出器６３、及びＩ／Ｏ回路６４を備えている。インバータ６１は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎが出力（発電）した直流電力を交流電力に変換して、商用電源系統２に供給する。地絡検出器６２は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎで発生した地絡を検出して信号を出力する。電流検出器６３は、本発明のパワコン電流測定手段に相当し、並列接続されたストリング５１−１〜５１−Ｎの全電流値（I det ）を測定して、測定結果を出力する。Ｉ／Ｏ回路６４は、地絡検出器６２が出力した信号と、電流検出器６３が測定した電流値のデータを、コントロールボックス８に出力する。
【００２１】
監視装置４は、ジャンクションボックス７とコントロールボックス８を備えている。コントロールボックス８は、パワーコンディショナ６とジャンクションボックス７とコンピュータ９に接続されている。ジャンクションボックス７は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの電圧や電流の計測、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎとパワーコンディショナ６の接続や切り離し等を行う。コントロールボックス８は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの状態を表示する。コンピュータ９は、コントロールボックス８が出力したデータに基づいてシステム全体の監視を行う。
【００２２】
ジャンクションボックス７は、入力がＮチャンネルで出力が１チャンネルであり、各入力端子にストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎが接続され、出力端子にパワーコンディショナ６が接続されている。ジャンクションボックス７は、入力端子７０−１（１ｃｈ）〜入力端子７０−Ｎ（Ｎｃｈ）、計測部７１−１〜計測部７１−Ｎ、電圧検出器７７、配線用遮断器７８、出力端子７９、及びＩ／Ｏ回路８０を備えている。以下、計測部７１−１の構成を説明する。計測部７１−２〜計測部７１−Ｎの構成は、計測部７１−１と同様である。
【００２３】
計測部７１−１は、断路器７１１、ヒューズ７２１、断線検出部７３１、電流検出器７４１Ｐ（本発明の電流測定手段に相当）、電流検出器７５１Ｍ（本発明の電流測定手段に相当）、及び逆流防止ダイオード７６１を備えている。
【００２４】
Ｉ／Ｏ回路８０は、計測部７１−１の断線検出部７３１、電流検出器７４１Ｐ、及び電流検出器７５１Ｍと、電圧検出器７７に接続されている。また、Ｉ／Ｏ回路８０は、他の計測部７１−２〜７１−Ｎとも、同様に接続されている。
【００２５】
入力端子７０−１の入力端子７０−１Ｐはストリング５１−１の正極端子５１−１Ｐと接続され、入力端子７０−１Ｍはストリング５１−１の負極端子５１−１Ｍと接続されている。
【００２６】
断路器７１１は、パワーコンディショナ６とストリング５１−１を接続する電路を開閉する。
【００２７】
ヒューズ７２１は、ストリング５１−１〜５１−Ｎにおいて複数の箇所に地絡が発生して複数の地絡電流が合成されて流れる結果、その電流値が過大となって断線する。ヒューズ７２１は、一例として、３箇所以上に地絡が発生すると断線する値のものが採用されている。
【００２８】
断線検出部７３１は、抵抗とフォトカプラを備え、並列接続されたヒューズが断線すると信号を出力する。
【００２９】
電流検出器７４１Ｐは、ストリング５１−１の正極端子５１−１Ｐに流れる電流（I+(1ch)det）を測定して、測定データをＩ／Ｏ回路８０に出力する。
【００３０】
電流検出器７５１Ｍは、ストリング５１−１の負極端子５１−１Ｍに流れる電流（I-(1ch)det）を測定して、測定データをＩ／Ｏ回路８０に出力する。
【００３１】
逆流防止ダイオード７６１は、各ストリングの電圧のばらつきにより電圧の高いストリングから低いストリングに電流が逆流するのを防止する。
【００３２】
電圧検出器７７は、ストリング５１−１〜５１−Ｎの電圧（V det ）を測定して、測定データをＩ／Ｏ回路８０に出力する。
【００３３】
配線用遮断器７８は、過負荷や短絡などの要因で電路に異常な電流が流れたときに電路を開放する。
【００３４】
出力端子７９は、パワーコンディショナ６に接続されている。
【００３５】
Ｉ／Ｏ回路８０は、電流検出器７４１Ｐ、電流検出器７５１Ｍ、及び電圧検出器７７から入力された測定データをコントロールボックス８に出力する。また、Ｉ／Ｏ回路８０は、断線検出部７３１から入力された信号をコントロールボックス８に出力する。
【００３６】
コントロールボックス８は、Ｉ／Ｏ回路８１、制御部８２（本発明の判定手段に相当）、表示部８３（本発明の判定手段に相当）、及び記憶部８４を備えている。
【００３７】
制御部８２は、パワーコンディショナ６及びジャンクションボックス７からＩ／Ｏ回路８１を介して入力された信号や測定データを処理して、表示部８３に表示させたり、記憶部８４に記憶させたり、Ｉ／Ｏ回路８１を介してコンピュータ９に出力したりする。
【００３８】
コンピュータ（ＰＣ）９は、コントロールボックス８から入力された信号やデータをディスプレイに表示させたり、さらにデータ処理を行ったり、システム全体の監視を行ったりする。
【００３９】
次に、本実施形態の特徴的な構成について説明する。制御部８２は、電流検出器７４１Ｐまたは電流検出器７５１Ｍで測定したストリング５１−１に流れる電流値のデータを取得する。また、制御部８２は、電流検出器７４１Ｐまたは電流検出器７５１Ｍで測定したストリング５１−１に流れる電流値のデータと、電圧検出器７７で測定したストリング５１−１〜５１−Ｎの電圧値のデータから算出した電力のデータを取得しても良い。電流値のデータや電力値のデータは、所定のサンプル時間（例えば数１０ｍ秒）毎に取得しても良い。そして、電流値または電力値を積算して、一定期間の電流積算値または電力積算値（以下、積算値と称する。）を記憶部８４に記憶させる。同様に、他のストリング５１−２〜５１−Ｎについても積算値を記憶部８４に記憶させる。また、制御部８２は、全ストリング５１−１〜５１−Ｎの積算値の合計値を算出し、この合計値に対する各ストリングの個別の積算値の割合（以下、積算値の割合と称する。）を算出して、この積算値の割合と予め設定した基準の割合を比較する。そして、比較の結果、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続する場合には、ストリングの出力電流または出力電力が低下しているので、そのストリングに劣化または発電不良が発生しているとして警報を報知する。
【００４０】
一定期間、例えば１日乃至１ヶ月の期間積算したストリングの電流や電力の積算値を、ストリング間で比較すると、天候、気温、日当たり、ＰＶモジュール自体のばらつきの影響が小さくなる。また、計測期間や計測タイミングによってストリングの電流や電力の積算値にばらつきがあるが、全ストリングの積算値の合計値に対する各ストリングの積算値の割合は、ほとんど変化しない。さらに、ストリングに発電不良が発生した場合には、正常であった期間に比べて積算値は低下するので、不良が発生したストリングの積算値の割合は他のストリングの積算値よりも小さくなる。そのため、ストリングの発電不良を検出可能になる。したがって、ユーザはどのストリングで発電不良が発生しているかを容易に特定できる。
【００４１】
発電不良の検出概念を説明する。以下の説明では、太陽光発電装置３が３個のストリング５１−１〜５１−３を備えている場合について説明する。
【００４２】
図２（Ａ）には、太陽光発電装置３の３つのストリング５１−１〜５１−３を示している。この例においては、ストリング５１−３の４つのＰＶモジュールＭ７〜Ｍ１０が発電不良により欠損している。図２（Ｂ）には、このときの各ストリング５１−１〜５１−３の電流−電圧特性ＩＶ１〜ＩＶ３と、全ストリングの電流−電圧特性ＩＶ０を示している。また、図２（Ｃ）には、このときの各ストリング５１−１〜５１−３の電力−電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ３と、全ストリングの電力−電圧特性ＰＶ０を示している。なお、各ストリングを構成するＰＶモジュールのパネル温度及び日射温度は同一とする。
【００４３】
パワーコンディショナ６は、ストリングで発電された電力を効率よく取り出すために最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking：MPPT）制御を行っており、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）に示すパワコン動作点で動作している。このとき、パワーコンディショナ６は、全ストリング５１−１〜５１−３から供給される直流電流、直流電圧、直流電力の瞬時値を計測する。
【００４４】
しかし、パワーコンディショナ６では、ストリング５１−３で発電不良が発生して、全ストリングの電流−電圧特性ＩＶ０や全ストリングの電力−電圧特性ＰＶ０が、図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示すような特性カーブになっていることは検出できない。
【００４５】
また、ストリングの電流や電力は、天候、気温、日当たり、ＰＶモジュール自体のばらつき等によって左右され、日射量が急激に変化したり、雲等の影響で部分的に影が発生したりすると、一部のＰＶモジュールで発電量が低下する。そのため、各ストリングの直流電流、直流電圧、直流電力の瞬時値を個別に計測しても、ストリングの発電不良を検出できない場合がある。そこで、本発明では、このような場合を考慮して、ストリング毎に、直流電流または直流電力の瞬時値を積算する。
【００４６】
図２には、説明のために極端な例を示したが、実際には、健全なストリングに対して数十％発電量が低下した場合を、発電不良として検出する。また、急激な日射量の変化や部分的に影が発生して発電量が低下した場合を考慮して、各瞬時値を積算後、発電量の低下が一定時間継続すると、劣化または発電不良が発生したことを伝える表示や警報出力を行う。
【００４７】
制御部８２は、具体的には以下のようにしてストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎにおける積算処理と発電不良の検出処理を行う。なお、以下の説明では、積算値として電力積算値を用いる場合を説明する。積算値としては、電力積算値に代えて、電流積算値を用いても当然良い。
【００４８】
ジャンクションボックス７では、電流検出器７４１Ｐによりストリング５１−１の電流が、電圧検出器７７によりストリング５１−１の電圧が、それぞれ測定され、測定データがＩ／Ｏ回路８０を介してコントロールボックス８に出力される。他のストリングに関しても同様である。また、制御部８２は、入力端子７０−１（７０−１Ｐ、７０−１Ｍ））から入力端子７０−Ｎ（７０−ＮＰ、７０−ＮＭ））に接続されたストリング５１−１〜５１−Ｎに流れる電流を、順番に確認する。
【００４９】
図３に示すように、制御部８２は、まず、入力端子７０−１に接続されたストリング５１−１の電流値（I+(1ch)det）と電圧値（V det）の積を１０００で除して、ストリング５１の電力値（ｋＷ）を算出する（ＳＴ１−１）。また、制御部８２は、ストリング５１−１の電力値データを積算して、一定期間（例えば１０日間）の積算値（積算電力(1ch)）を記憶部８４に記憶させ、次の処理（ステップＳＴ２−１）に移る（ＳＴ１−２）。
【００５０】
以降、制御部８２は、入力端子７０−２から入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−２〜ストリング５１−Ｎについて順番に、ステップＳＴ１−１−１〜ＳＴ１−２で説明した電力の積算処理を行う。そして、制御部８２は、入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−Ｎについて、処理を終了したら、ステップＳＴ１−１に移り、ステップＳＴ１−１以降の処理を繰り返す。
【００５１】
ここで、ストリング毎に一定期間の積算値を記憶させる例を示したが、各ストリングの電力値を記憶部８４に順次記憶させておき、一定期間の積算値をまとめて算出させることもできる。
【００５２】
なお、制御部８２は、所定のタイミングで、全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値の合計値（Sum[(1ch)〜(Nch)]）を演算して、記憶部８４に記憶させる。したがって、積算値と合計値は所定のタイミングで順次更新される。
【００５３】
図４に示すように、制御部８２は、入力端子７０−１に接続されたストリング５１−１の積算値と、全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値と、を記憶部８４から読み出す。そして、全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値（Sum[(1ch)〜(Nch)]）に対するストリング５１の積算値（積算電力(1ch)）の割合（以下、%積算電力(1ch)または積算値の割合と称する。）を算出する（Ｓ１−１）。すなわち、制御部８２は、ストリング５１の積算値（積算電力(1ch)）を全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値（Sum[(1ch)〜(Nch)]）で除して、１００を掛けた値（%積算電力(1ch)＝積算電力(1ch)/Sum[(1ch)〜(Nch)]×100）を算出する。
【００５４】
制御部８２は、各ストリングの積算値がそれぞれ同じと仮定し、さらに前記積算値の変動及びばらつきを考慮して、基準の割合を算出する。すなわち、制御部８２は、予め設定された閾値を記憶部８４から読み出して、１００をストリング数で除した値と、１から閾値を引いた値と、の積（基準の割合）を、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）と比較する（Ｓ１−２）。制御部８２は、積算値の割合が基準の割合以上の場合には、次の処理（ステップＳ２−１）に移る。一方、制御部８２は、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）が基準の割合よりも小さい場合には、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間（例えば、２４時間）継続するか否かを確認する（Ｓ１−３）。制御部８２は、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すれば、入力端子７０−１に接続されたストリング５１−１で劣化または発電不良が発生していることを表示部８３に表示させるとともに、警報を出力して、次の処理に移る（Ｓ１−４）。
【００５５】
なお、この一定時間は、太陽光発電装置３の設置環境などに応じて決めればよく、例えば１０時間乃至９９時間のいずれかの値に設定するのが好ましい。
【００５６】
また、制御部８２は、ステップＳ１−３において、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続せずに途中で積算値の割合が基準値以上になると、次の処理（ステップＳ２−１）に移る。
【００５７】
以降、制御部８２は、入力端子７０−２から入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−２〜ストリング５１−Ｎについて順番に、ステップＳ１−１〜Ｓ１−４で説明した劣化または発電不良の検出処理を行う。そして、制御部８２は、入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−Ｎについて、処理を終了したら、ステップＳ１−１に移り、ステップＳ１−１以降の処理を繰り返す。
【００５８】
次に、具体的な数値を挙げて、例えば、ストリング数が１００台で、全ストリングが正常なとき夫々１０ｋＷずつ発電するとし、一定期間（電力値を積算する期間）を５時間、一定時間を２４時間とした場合について説明する。この場合、理想的には全ストリングが発電する電力瞬時値の合計値は１０ｋＷ×１００台＝１０００ｋＷ、一定期間の積算値の合計値は１０００ｋＷ×５時間＝５０００ｋＷｈとなる。例えば、測定した積算値の合計値（Sum[(1ch)〜(100ch)]）＝４６００ｋＷｈ、ストリング５１−１の積算値（積算電力(1ch)）＝４０ｋＷｈ、閾値を０．２とすると、ストリング５１−１の積算値の割合（%積算電力(1ch)）は、
%積算電力(1ch)＝４０／４６００×１００≒０．８７％…（ステップＳ１−１）
である。また、基準の割合は、
基準の割合＝[（１００／１００台)×（１−０．２）]＝０．８％
である。ストリング５１−１の積算値の割合（%積算電力(1ch)）と基準の割合を比較すると、０．８７＞０．８（ステップＳ１−２）であるので、ストリング５１−１は正常と判断して次のステップ（Ｓ２−１）に移る。
【００５９】
今、ストリング５１−２の積算値（積算電力(2ch)）＝３２ｋＷｈのとき、
%積算電力(2ch)＝３２／４６００×１００≒０．７％…（ステップＳ２−１）
である。%積算電力(2ch)と基準の割合を比較すると、０．７＜０．８（ステップＳ２−２）であり、ストリング５１−２の積算値の割合が基準の割合よりも小さいため、（ステップＳ２−３）に移る。そして、ストリング５１−２の積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が継続し、一定時間経過後の積算値の合計値（Sum[(1ch)〜(100ch)]）＝４２００ｋＷｈ、ストリング５１−２の積算値（積算電力(2ch)）＝２９ｋＷｈとすると、%積算電力(2ch)＝２９／４２００×１００≒０．７％となり、基準の割合（０．８％）よりも小さいため、ストリング５１−２に劣化または発電不良が発生していると判断し、ステップＳ２−４で表示や警報出力を行う。この場合には、全ストリングの積算値の合計値に対するストリング５１−２の積算値の割合はほぼ一定であるので、雲による影の影響等の突発的な要因ではなく、ストリング５１−２のいずれかのＰＶモジュールの故障や断線、またはごみなどが付着したり常に木や建物の陰に入る状態になっていたりする等で常時光が当たらない状態であるなど、ストリング５１−２に劣化または発電不良が発生していることを確実に検出することができる。この例では、積算値(%積算電力(2ch))がほぼ一定の場合を示したが、積算値が時間によって変動することもある。
【００６０】
このように本実施形態では、全ストリングの積算値に対する各ストリングの割合を比較するので、季節や時間などの外部要因等に左右されることなく、良好な検出を行うことができる。例えば各ストリングの電力値そのものを基準値と比較する場合、季節や時間、天候などの日照条件によって発電量が大きく変動するため、夫々に対する基準値を複数用意しなければならない。しかし、本実施形態では、全体に対する個々の割合を用いて劣化または発電不良を検出するため、小容量の記憶部でよく、演算も単純なものを用いることができ、汎用性が非常に高い。
【００６１】
太陽光発電システム１では、全ストリングの積算値の合計値に代えて、電流検出器６３で測定したパワーコンディショナ６の電流値の積算値や、この電流値と電圧検出器７７により測定した電圧値から算出した電力値の積算値を用いることもできる。パワーコンディショナ６には前記のようにストリング５１−１〜５１−Ｎの全電流が流れるので、全ストリングの積算値の合計値を算出しなくても良くなり、監視装置の負荷を軽減できる。
【００６２】
また、基準の割合としては、太陽光発電システム１の正常動作時に、各ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの一定期間の積算値を測定し、全ストリングの一定期間の積算値の合計値に対する各ストリングの一定期間の積算値の割合を算出したものを使用しても良い。
【００６３】
本例では、１つのストリングの不良検出後に、次のストリングの判断を行っているが、各ストリングについての不良を判断しつつ、積算値の割合が基準の割合よりも小さいストリングの監視も同時に行うことが好ましく、図４は模擬的な例に過ぎない。
【００６４】
なお、上記の処理において、積算値の割合が基準の割合よりも小さい場合には、直ちに警報を出力することも可能である。しかし、太陽光発電装置３の設置環境によっては、一時的に現在の割合が低下している可能性があり、この場合にはストリングに劣化または発電不良が発生しているかどうかを正しく判定できない。そこで、基準の割合が現在の積算値の割合よりも大きい状態が一定時間以上続く場合には、設置環境の影響ではなく、劣化または発電不良が発生していると判定できる。したがって、劣化または発電不良をより確実に検出するためには、ステップＳ１−３の処理を行うことが好ましい。
【００６５】
また、太陽光発電システム１の正常動作時に、各ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの一定期間の積算値を測定し、全ストリングの一定期間の積算値の合計値に対する各ストリングの一定期間の積算値の割合を算出したものを使用しても良い。
【００６６】
なお、劣化または発電不良の表示や警報は、例えば劣化または発電不良発生箇所のメンテナンス後など、任意のときに停止させることが可能である。また、コントロールボックス８やコンピュータ９で、劣化または発電不良が発生したストリングを記憶しておき、呼び出しに応じて劣化または発電不良が発生した場合を示したり、劣化が発生しやすい場所をデータとして収集したりするように構成することが可能である。
【００６７】
また、図１に示した太陽光発電システム１において、各ストリングに劣化または発電不良が発生した場合には、そのストリングで劣化または発電不良が発生していることを表示部８３に表示させるとともに、警報を出力するだけでなく、断路器でストリングをジャンクションボックス７から切り離すように構成することも可能である。例えば、ストリング５１−１に劣化または発電不良が発生した場合には、制御部８２からＩ／Ｏ回路８１及びＩ／Ｏ回路８０を介して、断路器７１１を開放できるように構成すると良い。
【００６８】
また、このようにストリングをジャンクションボックス７から切り離した場合には、制御部８２は、切り離したストリングについては、劣化または発電不良の発生の有無を確認しないので、基準の割合を算出する際には、そのストリングは除外する。例えば、ストリング数が１０台の場合には、制御部８２は、１００をストリング数（１０）で除した値と、１から閾値を引いた値と、の積（基準の割合）を、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）と比較する。しかし、１台のストリングを切り離した場合には、制御部８２は、１００をストリング数（９）で除した値と、１から閾値を引いた値と、の積（基準の割合）を、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）と比較する。このようにすることで、ストリングの劣化または発電不良の発生の有無を常に正確に検出することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…太陽光発電システム ２…商用電源系統 ３…太陽光発電装置
５１−１〜５１−Ｎ…（太陽電池）ストリング ５１１〜５２０…ＰＶモジュール ５１−１Ｐ…正極端子 ５１−１Ｍ…負極端子
６…パワーコンディショナ ６１…インバータ ６２…地絡検出器
４…監視装置 ７…ジャンクションボックス ７１−１〜７１−Ｎ…計測部 ７０−１〜７０−Ｎ、７０−１Ｐ、７０−１Ｍ…入力端子 ７１１…断路器 ７２１…ヒューズ ７３１…断線検出部 ７４１Ｐ…電流検出器 ７５１Ｍ…電流検出器 ７６１…逆流防止ダイオード ７７…電圧検出器 ７８…配線用遮断器 ７９…出力端子 ８０…Ｉ／Ｏ回路
８…コントロールボックス ８１…Ｉ／Ｏ回路 ８２…制御部 ８３…表示部 ８４…記憶部 ８５…操作部 ９…コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光発電装置を監視する監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は、家庭用から産業用に発展し、近年では大規模太陽光発電所、いわゆるメガソーラー発電所が国内や海外で建設されている。メガソーラー発電所では、数個から数十個の太陽電池（photovoltaic）モジュール（以下、ＰＶモジュールと称する。）を直列に接続した太陽電池ストリング（以下、ストリングと称する。）が、数百個から数千個並列に接続されている。
【０００３】
各ＰＶモジュールは、太陽光が直接当たるように屋外に設置されているため、紫外線や風雨などの影響で、ＰＶモジュール自体やＰＶモジュール間を接続するケーブル等が経年劣化して、発電不良が発生することがある。
【０００４】
このような問題に対して、従来、複数のストリングからなる太陽電池アレイの出力電圧と出力電流、インバータ回路の出力電圧と出力電流を計測して、これらを用いた演算結果により発電不良等の異常を特定し表示する系統連系型太陽光発電装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−００３２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、メガソーラー発電所は、上記のように膨大な数のストリングを備えているので、一部のストリングでＰＶモジュールに劣化または発電不良が発生しても、発電量がほとんど変化しないため、劣化または発電不良の検出が困難であった。また、劣化または発電不良の発生を検出できた場合にストリングを特定するためには、作業者がストリング毎に確認や検査を行う必要があり、作業が煩雑であった。
【０００７】
そこで、この発明は、複数のストリングが接続された発電設備において、劣化または発電不良が発生したストリングを容易に特定できる監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の監視装置は、正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、電流測定手段と、判定手段と、を備えている。電流測定手段は、各太陽電池ストリングの電流を測定する。判定手段は、各太陽電池ストリングの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を所定のサンプル時間毎に取得し、電流値または電力値の一定期間の積算値を算出する。そして、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに発電不良が発生していることを報知する。
【０００９】
太陽電池ストリングの電流や電力は、天候、気温、日当たり、太陽電池モジュール自体のばらつき等によって左右される。そのため、太陽電池ストリングの電流や電力の瞬時値を計測してこの瞬時値を用いても、太陽電池ストリングの発電不良を検出することは困難である。しかし、太陽電池ストリングの電流や電力を一定期間、例えば１日乃至１ヶ月の期間積算した積算値を用いると、上記のばらつきの影響がかなり小さくなり、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を検出しやすくなる。また、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合は太陽電池ストリングが正常であれば天候などにかかわらずほぼ一定であり、劣化または発電不良が発生した太陽電池ストリングが存在する場合には、一定時間、例えば１０時間乃至１００時間程度確認すると、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が変動するので、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を容易に検出できる。監視装置は、全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合を基準の割合と比較するので、基準の割合を適正な値に設定することで、太陽電池ストリングの劣化または発電不良が確実に検出され、複数のストリングが接続された発電装置において、ＰＶモジュールに異常が発生したストリングが容易に特定される。これにより、発電装置の管理者や作業者は、どのストリングで劣化または発電不良が発生しているかを容易に特定でき、従来のように全ストリングの確認や検査を行うことなく、報知された特定のストリングだけ修理や交換を行うことで、劣化または発電不良を短時間で解消できる。
【００１０】
なお、一定期間は、太陽電池ストリングの電流または電力を積算して積算値を算出する期間であり、一定時間は、太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生しているか否かを判定するための時間である。
【００１１】
また、基準の割合は、各太陽電池ストリングの積算値がそれぞれ同じと仮定し、さらに前記積算値の変動及びばらつきを考慮した割合である。
【００１２】
基準の割合をこのように設定すると、基準の割合を演算により設定することが可能となり、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を容易かつ確実に検出できる。
【００１３】
この発明の監視装置は、正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、電流測定手段と、パワコン電流測定手段と、判定手段と、を備えている。電流測定手段は、各太陽電池ストリングの電流を測定する。パワコン電流測定手段は、パワーコンディショナの電流を測定する。判定手段は、各太陽電池ストリングとパワーコンディショナの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を所定のサンプル時間毎に取得し、電流値または電力値の一定期間の積算値を算出する。そして、パワーコンディショナの積算値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生していることを報知する。
【００１４】
監視装置は、パワーコンディショナの積算値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合を基準の割合と比較する。パワーコンディショナには、並列接続された複数の太陽電池ストリングの全電流が流れるので、基準の割合を適正な値に設定することで、太陽電池ストリングの劣化または発電不良が確実に検出され、複数のストリングが接続された発電装置において、ＰＶモジュールに異常が発生したストリングが容易に特定できる。また、判定手段は、全太陽電池ストリングの積算値の合計値を算出しなくても良いので、監視装置の負荷を軽減できる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、複数のストリングが接続された発電装置において、劣化または発電不良が発生したストリングを容易に特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】太陽光発電システムのブロック図である。
【図２】（Ａ）は、ストリング５１−１〜５１−３のうち、ストリング５１−３に劣化または発電不良が発生した状態を示す図であり、（Ｂ）は、ストリング５１−１〜５１−３の電流−電圧特性ＩＶ１〜ＩＶ３と、全ストリングの電流−電圧特性ＩＶ０を示す図であり、（Ｃ）は、ストリング５１−１〜５１−３の電力−電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ３と、全ストリングの電力−電圧特性ＰＶ０を示す図である。
【図３】監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽光発電装置３と、監視装置４を備えている。太陽光発電装置３は、太陽光のエネルギーを電力に変換して商用電源系統２に電力を供給する。監視装置４は、太陽光発電装置３の状態を監視する。
【００１８】
太陽光発電装置３は、Ｎ個の太陽電池ストリング（以下、単にストリングと称する。）５１−１〜５１−Ｎと、パワーコンディショナ６を備えている。ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎは、パワーコンディショナ６に並列に接続されている。各ストリングは、一例として、正極端子と負極端子の間に１０個の太陽電池モジュール（以下、ＰＶモジュールと称する。）が直列に接続されている。例えば、ストリング５１−１は、正極端子５１−１Ｐと負極端子５１−１Ｍの間に直列接続されたＰＶモジュール５１１〜ＰＶモジュール５２０から成り、各ＰＶモジュールが太陽光のエネルギーを変換した直流電力を出力（発電）する。なお、図１には、ストリング５１−１のみ詳細な構成を示している。
【００１９】
図には示していないが、各ＰＶモジュールにはバイパスダイオードが接続されており、ＰＶモジュールに異常がある場合などには、そのＰＶモジュールをバイパスさせる。
【００２０】
パワーコンディショナ６は、インバータ６１、地絡検出器６２、電流検出器６３、及びＩ／Ｏ回路６４を備えている。インバータ６１は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎが出力（発電）した直流電力を交流電力に変換して、商用電源系統２に供給する。地絡検出器６２は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎで発生した地絡を検出して信号を出力する。電流検出器６３は、本発明のパワコン電流測定手段に相当し、並列接続されたストリング５１−１〜５１−Ｎの全電流値（I det ）を測定して、測定結果を出力する。Ｉ／Ｏ回路６４は、地絡検出器６２が出力した信号と、電流検出器６３が測定した電流値のデータを、コントロールボックス８に出力する。
【００２１】
監視装置４は、ジャンクションボックス７とコントロールボックス８を備えている。コントロールボックス８は、パワーコンディショナ６とジャンクションボックス７とコンピュータ９に接続されている。ジャンクションボックス７は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの電圧や電流の計測、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎとパワーコンディショナ６の接続や切り離し等を行う。コントロールボックス８は、ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの状態を表示する。コンピュータ９は、コントロールボックス８が出力したデータに基づいてシステム全体の監視を行う。
【００２２】
ジャンクションボックス７は、入力がＮチャンネルで出力が１チャンネルであり、各入力端子にストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎが接続され、出力端子にパワーコンディショナ６が接続されている。ジャンクションボックス７は、入力端子７０−１（１ｃｈ）〜入力端子７０−Ｎ（Ｎｃｈ）、計測部７１−１〜計測部７１−Ｎ、電圧検出器７７、配線用遮断器７８、出力端子７９、及びＩ／Ｏ回路８０を備えている。以下、計測部７１−１の構成を説明する。計測部７１−２〜計測部７１−Ｎの構成は、計測部７１−１と同様である。
【００２３】
計測部７１−１は、断路器７１１、ヒューズ７２１、断線検出部７３１、電流検出器７４１Ｐ（本発明の電流測定手段に相当）、電流検出器７５１Ｍ（本発明の電流測定手段に相当）、及び逆流防止ダイオード７６１を備えている。
【００２４】
Ｉ／Ｏ回路８０は、計測部７１−１の断線検出部７３１、電流検出器７４１Ｐ、及び電流検出器７５１Ｍと、電圧検出器７７に接続されている。また、Ｉ／Ｏ回路８０は、他の計測部７１−２〜７１−Ｎとも、同様に接続されている。
【００２５】
入力端子７０−１の入力端子７０−１Ｐはストリング５１−１の正極端子５１−１Ｐと接続され、入力端子７０−１Ｍはストリング５１−１の負極端子５１−１Ｍと接続されている。
【００２６】
断路器７１１は、パワーコンディショナ６とストリング５１−１を接続する電路を開閉する。
【００２７】
ヒューズ７２１は、ストリング５１−１〜５１−Ｎにおいて複数の箇所に地絡が発生して複数の地絡電流が合成されて流れる結果、その電流値が過大となって断線する。ヒューズ７２１は、一例として、３箇所以上に地絡が発生すると断線する値のものが採用されている。
【００２８】
断線検出部７３１は、抵抗とフォトカプラを備え、並列接続されたヒューズが断線すると信号を出力する。
【００２９】
電流検出器７４１Ｐは、ストリング５１−１の正極端子５１−１Ｐに流れる電流（I+(1ch)det）を測定して、測定データをＩ／Ｏ回路８０に出力する。
【００３０】
電流検出器７５１Ｍは、ストリング５１−１の負極端子５１−１Ｍに流れる電流（I-(1ch)det）を測定して、測定データをＩ／Ｏ回路８０に出力する。
【００３１】
逆流防止ダイオード７６１は、各ストリングの電圧のばらつきにより電圧の高いストリングから低いストリングに電流が逆流するのを防止する。
【００３２】
電圧検出器７７は、ストリング５１−１〜５１−Ｎの電圧（V det ）を測定して、測定データをＩ／Ｏ回路８０に出力する。
【００３３】
配線用遮断器７８は、過負荷や短絡などの要因で電路に異常な電流が流れたときに電路を開放する。
【００３４】
出力端子７９は、パワーコンディショナ６に接続されている。
【００３５】
Ｉ／Ｏ回路８０は、電流検出器７４１Ｐ、電流検出器７５１Ｍ、及び電圧検出器７７から入力された測定データをコントロールボックス８に出力する。また、Ｉ／Ｏ回路８０は、断線検出部７３１から入力された信号をコントロールボックス８に出力する。
【００３６】
コントロールボックス８は、Ｉ／Ｏ回路８１、制御部８２（本発明の判定手段に相当）、表示部８３（本発明の判定手段に相当）、及び記憶部８４を備えている。
【００３７】
制御部８２は、パワーコンディショナ６及びジャンクションボックス７からＩ／Ｏ回路８１を介して入力された信号や測定データを処理して、表示部８３に表示させたり、記憶部８４に記憶させたり、Ｉ／Ｏ回路８１を介してコンピュータ９に出力したりする。
【００３８】
コンピュータ（ＰＣ）９は、コントロールボックス８から入力された信号やデータをディスプレイに表示させたり、さらにデータ処理を行ったり、システム全体の監視を行ったりする。
【００３９】
次に、本実施形態の特徴的な構成について説明する。制御部８２は、電流検出器７４１Ｐまたは電流検出器７５１Ｍで測定したストリング５１−１に流れる電流値のデータを取得する。また、制御部８２は、電流検出器７４１Ｐまたは電流検出器７５１Ｍで測定したストリング５１−１に流れる電流値のデータと、電圧検出器７７で測定したストリング５１−１〜５１−Ｎの電圧値のデータから算出した電力のデータを取得しても良い。電流値のデータや電力値のデータは、所定のサンプル時間（例えば数１０ｍ秒）毎に取得しても良い。そして、電流値または電力値を積算して、一定期間の電流積算値または電力積算値（以下、積算値と称する。）を記憶部８４に記憶させる。同様に、他のストリング５１−２〜５１−Ｎについても積算値を記憶部８４に記憶させる。また、制御部８２は、全ストリング５１−１〜５１−Ｎの積算値の合計値を算出し、この合計値に対する各ストリングの個別の積算値の割合（以下、積算値の割合と称する。）を算出して、この積算値の割合と予め設定した基準の割合を比較する。そして、比較の結果、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続する場合には、ストリングの出力電流または出力電力が低下しているので、そのストリングに劣化または発電不良が発生しているとして警報を報知する。
【００４０】
一定期間、例えば１日乃至１ヶ月の期間積算したストリングの電流や電力の積算値を、ストリング間で比較すると、天候、気温、日当たり、ＰＶモジュール自体のばらつきの影響が小さくなる。また、計測期間や計測タイミングによってストリングの電流や電力の積算値にばらつきがあるが、全ストリングの積算値の合計値に対する各ストリングの積算値の割合は、ほとんど変化しない。さらに、ストリングに発電不良が発生した場合には、正常であった期間に比べて積算値は低下するので、不良が発生したストリングの積算値の割合は他のストリングの積算値よりも小さくなる。そのため、ストリングの発電不良を検出可能になる。したがって、ユーザはどのストリングで発電不良が発生しているかを容易に特定できる。
【００４１】
発電不良の検出概念を説明する。以下の説明では、太陽光発電装置３が３個のストリング５１−１〜５１−３を備えている場合について説明する。
【００４２】
図２（Ａ）には、太陽光発電装置３の３つのストリング５１−１〜５１−３を示している。この例においては、ストリング５１−３の４つのＰＶモジュールＭ７〜Ｍ１０が発電不良により欠損している。図２（Ｂ）には、このときの各ストリング５１−１〜５１−３の電流−電圧特性ＩＶ１〜ＩＶ３と、全ストリングの電流−電圧特性ＩＶ０を示している。また、図２（Ｃ）には、このときの各ストリング５１−１〜５１−３の電力−電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ３と、全ストリングの電力−電圧特性ＰＶ０を示している。なお、各ストリングを構成するＰＶモジュールのパネル温度及び日射温度は同一とする。
【００４３】
パワーコンディショナ６は、ストリングで発電された電力を効率よく取り出すために最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking：MPPT）制御を行っており、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）に示すパワコン動作点で動作している。このとき、パワーコンディショナ６は、全ストリング５１−１〜５１−３から供給される直流電流、直流電圧、直流電力の瞬時値を計測する。
【００４４】
しかし、パワーコンディショナ６では、ストリング５１−３で発電不良が発生して、全ストリングの電流−電圧特性ＩＶ０や全ストリングの電力−電圧特性ＰＶ０が、図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示すような特性カーブになっていることは検出できない。
【００４５】
また、ストリングの電流や電力は、天候、気温、日当たり、ＰＶモジュール自体のばらつき等によって左右され、日射量が急激に変化したり、雲等の影響で部分的に影が発生したりすると、一部のＰＶモジュールで発電量が低下する。そのため、各ストリングの直流電流、直流電圧、直流電力の瞬時値を個別に計測しても、ストリングの発電不良を検出できない場合がある。そこで、本発明では、このような場合を考慮して、ストリング毎に、直流電流または直流電力の瞬時値を積算する。
【００４６】
図２には、説明のために極端な例を示したが、実際には、健全なストリングに対して数十％発電量が低下した場合を、発電不良として検出する。また、急激な日射量の変化や部分的に影が発生して発電量が低下した場合を考慮して、各瞬時値を積算後、発電量の低下が一定時間継続すると、劣化または発電不良が発生したことを伝える表示や警報出力を行う。
【００４７】
制御部８２は、具体的には以下のようにしてストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎにおける積算処理と発電不良の検出処理を行う。なお、以下の説明では、積算値として電力積算値を用いる場合を説明する。積算値としては、電力積算値に代えて、電流積算値を用いても当然良い。
【００４８】
ジャンクションボックス７では、電流検出器７４１Ｐによりストリング５１−１の電流が、電圧検出器７７によりストリング５１−１の電圧が、それぞれ測定され、測定データがＩ／Ｏ回路８０を介してコントロールボックス８に出力される。他のストリングに関しても同様である。また、制御部８２は、入力端子７０−１（７０−１Ｐ、７０−１Ｍ））から入力端子７０−Ｎ（７０−ＮＰ、７０−ＮＭ））に接続されたストリング５１−１〜５１−Ｎに流れる電流を、順番に確認する。
【００４９】
図３に示すように、制御部８２は、まず、入力端子７０−１に接続されたストリング５１−１の電流値（I+(1ch)det）と電圧値（V det）の積を１０００で除して、ストリング５１の電力値（ｋＷ）を算出する（ＳＴ１−１）。また、制御部８２は、ストリング５１−１の電力値データを積算して、一定期間（例えば１０日間）の積算値（積算電力(1ch)）を記憶部８４に記憶させ、次の処理（ステップＳＴ２−１）に移る（ＳＴ１−２）。
【００５０】
以降、制御部８２は、入力端子７０−２から入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−２〜ストリング５１−Ｎについて順番に、ステップＳＴ１−１−１〜ＳＴ１−２で説明した電力の積算処理を行う。そして、制御部８２は、入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−Ｎについて、処理を終了したら、ステップＳＴ１−１に移り、ステップＳＴ１−１以降の処理を繰り返す。
【００５１】
ここで、ストリング毎に一定期間の積算値を記憶させる例を示したが、各ストリングの電力値を記憶部８４に順次記憶させておき、一定期間の積算値をまとめて算出させることもできる。
【００５２】
なお、制御部８２は、所定のタイミングで、全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値の合計値（Sum[(1ch)〜(Nch)]）を演算して、記憶部８４に記憶させる。したがって、積算値と合計値は所定のタイミングで順次更新される。
【００５３】
図４に示すように、制御部８２は、入力端子７０−１に接続されたストリング５１−１の積算値と、全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値と、を記憶部８４から読み出す。そして、全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値（Sum[(1ch)〜(Nch)]）に対するストリング５１の積算値（積算電力(1ch)）の割合（以下、%積算電力(1ch)または積算値の割合と称する。）を算出する（Ｓ１−１）。すなわち、制御部８２は、ストリング５１の積算値（積算電力(1ch)）を全ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの積算値（Sum[(1ch)〜(Nch)]）で除して、１００を掛けた値（%積算電力(1ch)＝積算電力(1ch)/Sum[(1ch)〜(Nch)]×100）を算出する。
【００５４】
制御部８２は、各ストリングの積算値がそれぞれ同じと仮定し、さらに前記積算値の変動及びばらつきを考慮して、基準の割合を算出する。すなわち、制御部８２は、予め設定された閾値を記憶部８４から読み出して、１００をストリング数で除した値と、１から閾値を引いた値と、の積（基準の割合）を、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）と比較する（Ｓ１−２）。制御部８２は、積算値の割合が基準の割合以上の場合には、次の処理（ステップＳ２−１）に移る。一方、制御部８２は、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）が基準の割合よりも小さい場合には、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間（例えば、２４時間）継続するか否かを確認する（Ｓ１−３）。制御部８２は、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すれば、入力端子７０−１に接続されたストリング５１−１で劣化または発電不良が発生していることを表示部８３に表示させるとともに、警報を出力して、次の処理に移る（Ｓ１−４）。
【００５５】
なお、この一定時間は、太陽光発電装置３の設置環境などに応じて決めればよく、例えば１０時間乃至９９時間のいずれかの値に設定するのが好ましい。
【００５６】
また、制御部８２は、ステップＳ１−３において、積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続せずに途中で積算値の割合が基準値以上になると、次の処理（ステップＳ２−１）に移る。
【００５７】
以降、制御部８２は、入力端子７０−２から入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−２〜ストリング５１−Ｎについて順番に、ステップＳ１−１〜Ｓ１−４で説明した劣化または発電不良の検出処理を行う。そして、制御部８２は、入力端子７０−Ｎに接続されたストリング５１−Ｎについて、処理を終了したら、ステップＳ１−１に移り、ステップＳ１−１以降の処理を繰り返す。
【００５８】
次に、具体的な数値を挙げて、例えば、ストリング数が１００台で、全ストリングが正常なとき夫々１０ｋＷずつ発電するとし、一定期間（電力値を積算する期間）を５時間、一定時間を２４時間とした場合について説明する。この場合、理想的には全ストリングが発電する電力瞬時値の合計値は１０ｋＷ×１００台＝１０００ｋＷ、一定期間の積算値の合計値は１０００ｋＷ×５時間＝５０００ｋＷｈとなる。例えば、測定した積算値の合計値（Sum[(1ch)〜(100ch)]）＝４６００ｋＷｈ、ストリング５１−１の積算値（積算電力(1ch)）＝４０ｋＷｈ、閾値を０．２とすると、ストリング５１−１の積算値の割合（%積算電力(1ch)）は、
%積算電力(1ch)＝４０／４６００×１００≒０．８７％…（ステップＳ１−１）
である。また、基準の割合は、
基準の割合＝[（１００／１００台)×（１−０．２）]＝０．８％
である。ストリング５１−１の積算値の割合（%積算電力(1ch)）と基準の割合を比較すると、０．８７＞０．８（ステップＳ１−２）であるので、ストリング５１−１は正常と判断して次のステップ（Ｓ２−１）に移る。
【００５９】
今、ストリング５１−２の積算値（積算電力(2ch)）＝３２ｋＷｈのとき、
%積算電力(2ch)＝３２／４６００×１００≒０．７％…（ステップＳ２−１）
である。%積算電力(2ch)と基準の割合を比較すると、０．７＜０．８（ステップＳ２−２）であり、ストリング５１−２の積算値の割合が基準の割合よりも小さいため、（ステップＳ２−３）に移る。そして、ストリング５１−２の積算値の割合が基準の割合よりも小さい状態が継続し、一定時間経過後の積算値の合計値（Sum[(1ch)〜(100ch)]）＝４２００ｋＷｈ、ストリング５１−２の積算値（積算電力(2ch)）＝２９ｋＷｈとすると、%積算電力(2ch)＝２９／４２００×１００≒０．７％となり、基準の割合（０．８％）よりも小さいため、ストリング５１−２に劣化または発電不良が発生していると判断し、ステップＳ２−４で表示や警報出力を行う。この場合には、全ストリングの積算値の合計値に対するストリング５１−２の積算値の割合はほぼ一定であるので、雲による影の影響等の突発的な要因ではなく、ストリング５１−２のいずれかのＰＶモジュールの故障や断線、またはごみなどが付着したり常に木や建物の陰に入る状態になっていたりする等で常時光が当たらない状態であるなど、ストリング５１−２に劣化または発電不良が発生していることを確実に検出することができる。この例では、積算値(%積算電力(2ch))がほぼ一定の場合を示したが、積算値が時間によって変動することもある。
【００６０】
このように本実施形態では、全ストリングの積算値に対する各ストリングの割合を比較するので、季節や時間などの外部要因等に左右されることなく、良好な検出を行うことができる。例えば各ストリングの電力値そのものを基準値と比較する場合、季節や時間、天候などの日照条件によって発電量が大きく変動するため、夫々に対する基準値を複数用意しなければならない。しかし、本実施形態では、全体に対する個々の割合を用いて劣化または発電不良を検出するため、小容量の記憶部でよく、演算も単純なものを用いることができ、汎用性が非常に高い。
【００６１】
太陽光発電システム１では、全ストリングの積算値の合計値に代えて、電流検出器６３で測定したパワーコンディショナ６の電流値の積算値や、この電流値と電圧検出器７７により測定した電圧値から算出した電力値の積算値を用いることもできる。パワーコンディショナ６には前記のようにストリング５１−１〜５１−Ｎの全電流が流れるので、全ストリングの積算値の合計値を算出しなくても良くなり、監視装置の負荷を軽減できる。
【００６２】
また、基準の割合としては、太陽光発電システム１の正常動作時に、各ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの一定期間の積算値を測定し、全ストリングの一定期間の積算値の合計値に対する各ストリングの一定期間の積算値の割合を算出したものを使用しても良い。
【００６３】
本例では、１つのストリングの不良検出後に、次のストリングの判断を行っているが、各ストリングについての不良を判断しつつ、積算値の割合が基準の割合よりも小さいストリングの監視も同時に行うことが好ましく、図４は模擬的な例に過ぎない。
【００６４】
なお、上記の処理において、積算値の割合が基準の割合よりも小さい場合には、直ちに警報を出力することも可能である。しかし、太陽光発電装置３の設置環境によっては、一時的に現在の割合が低下している可能性があり、この場合にはストリングに劣化または発電不良が発生しているかどうかを正しく判定できない。そこで、基準の割合が現在の積算値の割合よりも大きい状態が一定時間以上続く場合には、設置環境の影響ではなく、劣化または発電不良が発生していると判定できる。したがって、劣化または発電不良をより確実に検出するためには、ステップＳ１−３の処理を行うことが好ましい。
【００６５】
また、太陽光発電システム１の正常動作時に、各ストリング５１−１〜ストリング５１−Ｎの一定期間の積算値を測定し、全ストリングの一定期間の積算値の合計値に対する各ストリングの一定期間の積算値の割合を算出したものを使用しても良い。
【００６６】
なお、劣化または発電不良の表示や警報は、例えば劣化または発電不良発生箇所のメンテナンス後など、任意のときに停止させることが可能である。また、コントロールボックス８やコンピュータ９で、劣化または発電不良が発生したストリングを記憶しておき、呼び出しに応じて劣化または発電不良が発生した場合を示したり、劣化が発生しやすい場所をデータとして収集したりするように構成することが可能である。
【００６７】
また、図１に示した太陽光発電システム１において、各ストリングに劣化または発電不良が発生した場合には、そのストリングで劣化または発電不良が発生していることを表示部８３に表示させるとともに、警報を出力するだけでなく、断路器でストリングをジャンクションボックス７から切り離すように構成することも可能である。例えば、ストリング５１−１に劣化または発電不良が発生した場合には、制御部８２からＩ／Ｏ回路８１及びＩ／Ｏ回路８０を介して、断路器７１１を開放できるように構成すると良い。
【００６８】
また、このようにストリングをジャンクションボックス７から切り離した場合には、制御部８２は、切り離したストリングについては、劣化または発電不良の発生の有無を確認しないので、基準の割合を算出する際には、そのストリングは除外する。例えば、ストリング数が１０台の場合には、制御部８２は、１００をストリング数（１０）で除した値と、１から閾値を引いた値と、の積（基準の割合）を、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）と比較する。しかし、１台のストリングを切り離した場合には、制御部８２は、１００をストリング数（９）で除した値と、１から閾値を引いた値と、の積（基準の割合）を、ステップＳ１−１で算出した積算値の割合（%積算電力(1ch)）と比較する。このようにすることで、ストリングの劣化または発電不良の発生の有無を常に正確に検出することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…太陽光発電システム ２…商用電源系統 ３…太陽光発電装置
５１−１〜５１−Ｎ…（太陽電池）ストリング ５１１〜５２０…ＰＶモジュール ５１−１Ｐ…正極端子 ５１−１Ｍ…負極端子
６…パワーコンディショナ ６１…インバータ ６２…地絡検出器
４…監視装置 ７…ジャンクションボックス ７１−１〜７１−Ｎ…計測部 ７０−１〜７０−Ｎ、７０−１Ｐ、７０−１Ｍ…入力端子 ７１１…断路器 ７２１…ヒューズ ７３１…断線検出部 ７４１Ｐ…電流検出器 ７５１Ｍ…電流検出器 ７６１…逆流防止ダイオード ７７…電圧検出器 ７８…配線用遮断器 ７９…出力端子 ８０…Ｉ／Ｏ回路
８…コントロールボックス ８１…Ｉ／Ｏ回路 ８２…制御部 ８３…表示部 ８４…記憶部 ８５…操作部 ９…コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、
各太陽電池ストリングの電流を測定する電流測定手段と、
各太陽電池ストリングの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を取得し、前記電流値または前記電力値の一定期間の積算値を算出し、
全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生していることを報知する判定手段と、
を備えた監視装置。
【請求項２】
前記基準の割合は、各太陽電池ストリングの積算値がそれぞれ同じと仮定し、さらに前記積算値の変動及びばらつきを考慮した割合である請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、
各太陽電池ストリングの電流を測定する電流測定手段と、
前記パワーコンディショナの電流を測定するパワコン電流測定手段と、
各太陽電池ストリングと前記パワーコンディショナの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を取得し、前記電流値または前記電力値の一定期間の積算値を算出し、
前記パワーコンディショナの積算値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生していることを報知する判定手段と、
を備えた監視装置。
【請求項１】
正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、
各太陽電池ストリングの電流を測定する電流測定手段と、
各太陽電池ストリングの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を取得し、前記電流値または前記電力値の一定期間の積算値を算出し、
全太陽電池ストリングの積算値の合計値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生していることを報知する判定手段と、
を備えた監視装置。
【請求項２】
前記基準の割合は、各太陽電池ストリングの積算値がそれぞれ同じと仮定し、さらに前記積算値の変動及びばらつきを考慮した割合である請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
正極端子と負極端子の間に複数の太陽電池モジュールが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、並列接続された前記複数の太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電装置を監視する監視装置であって、
各太陽電池ストリングの電流を測定する電流測定手段と、
前記パワーコンディショナの電流を測定するパワコン電流測定手段と、
各太陽電池ストリングと前記パワーコンディショナの電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を取得し、前記電流値または前記電力値の一定期間の積算値を算出し、
前記パワーコンディショナの積算値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定時間継続すると、その太陽電池ストリングに劣化または発電不良が発生していることを報知する判定手段と、
を備えた監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−７７４７７（Ｐ２０１１−７７４７７Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３０３６４（Ｐ２００９−２３０３６４）
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（０００１４４３９３）株式会社三社電機製作所 (95)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（０００１４４３９３）株式会社三社電機製作所 (95)
【Ｆターム（参考）】
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