CN109314488A - 太阳能电池串的故障诊断方法以及故障诊断装置 - Google Patents
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Abstract
目的在于提供能够恰当地诊断太阳能电池串的故障的技术。太阳能电池串的故障诊断方法以及故障诊断装置具备阻抗测量器、解析部和判定部。解析部根据包含太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和由阻抗测量器测量出的第1阻抗的频率特性，求出太阳能电池串的电感。判定部根据由解析部求出的电感，进行太阳能电池串的故障诊断。
Description
技术领域
本发明涉及具备多个太阳能电池模块的太阳能电池串的故障诊断方法以及该太阳能电池串的故障诊断装置。
背景技术
作为火力发电以及原子能发电的替代能源，太阳能发电备受期待，近年来太阳能电池的生产量正飞跃式地增加。作为太阳能电池，使用利用单晶或多晶硅基板来形成太阳能电池单元的晶体系太阳能电池、或在玻璃基板上堆积硅薄膜来形成太阳能电池单元的薄膜太阳能电池。太阳能发电系统中的太阳能电池的设置单位是太阳能电池模块。通过配合目的将多个上述太阳能电池单元串联或并联连接而面板化，并配备作为外框的框架以及端子盒，从而构成太阳能电池模块。
进而，关于太阳能电池单元，通过将多个太阳能电池模块串联连接，并将这些太阳能电池模块的框架固定至共用的金属制台架，从而构成太阳能电池串。另外，在以下的说明中，有时将“太阳能电池模块”以及“太阳能电池串”分别简称为“模块”以及“串”。
将该太阳能电池串与输电电缆、连接箱以及功率调节器等组合而构成太阳能发电系统。这样的系统不限于一般的家用发电用途，太阳能电池串配置为阵列状的系统被用于具有1MW以上的发电量的大规模太阳能发电站。
上述太阳能电池模块没有机械地动作的部分，一般认为其寿命为20年以上。然而，实际上，报告有由于各种原因从运转开始不到几年就发生不良情况的事例。作为不良的原因，已知太阳能电池单元内的发电层的劣化或电极部的腐蚀引起的电阻增大、为了保护太阳能电池单元而以包围太阳能电池单元的周围的方式填充的密封材料的透光率的降低、绝缘劣化、太阳能电池模块内的布线电阻增大、或固定太阳能电池模块的金属制台架的接地不良等。由于这些不良情况，有时发生太阳能电池模块的输出降低，最终造成动作不良。
为了提高太阳能发电系统的可靠性、谋求进一步的普及，也需要能随时检测有无太阳能电池模块和串的故障的诊断技术。在现状下，作为确认太阳能电池串的故障状态的方法，一般是测量串整体的发电电流和电压来监视其发电量的方法。但是，太阳能电池的发电量根据测量时的日照量或气象条件等外在因素而有很大变化，因此，仅仅监视太阳能电池串的发电量难以判断串是否正常动作。另外，在上述的串的发电量监视中，即使串的发电量发生异常，也不能确定串内的故障模块和断线部位。因此，为了发现这些故障部位，只有逐块拆下太阳能电池模块并确认的方法，需要大量的时间和劳动力。
对于这种状况，近年来，提出了例如如专利文献1等能够通过测量太阳能电池串的对地电容(Cg)从而确定串内的故障模块和断线位置的新的故障诊断方法。具体地，断开太阳能电池串的负极的输出电缆，将正极的输出电缆与LCR仪表的正极的测量端子连接。然后，将LCR仪表的负极的测量端子直接接地到地线，或与固定太阳能电池串的金属制台架连接。在该连接状态下，在100Hz～1kHz左右的低频下测量太阳能电池串的对地电容。
在存在太阳光的明亮状态下，太阳能电池模块处于发电状态，因此，发电层的pn结为导通状态，即短路状态，太阳能电池串等效于由各模块的串联电阻(Rs)串联连接而成的电路。在这样的明亮状态下，使用LCR仪表能够测量太阳能电池串和地线之间的对地电容。该对地电容的值与模块的片数成比例地增加。因此，如果在太阳能电池串内发生断线，通过根据对地电容的值求出从LCR仪表至断线位置的模块的片数，能够确定断线位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-091828号公报
发明内容
在专利文献1的技术中，在测量太阳能电池串的对地电容(Cg)时上述LCR仪表所使用的测量信号的频率是100Hz～1kHz这一低频的范围。在该低频的范围中，由频率和太阳能电池模块的结电容确定的阻抗较大，因此，存在难以越过多个模块传输测量信号，只能以少量的模块单位进行故障诊断这一问题。并且，在专利文献1的技术中，需要在接合部成为导通状态的白天将被诊断的太阳能电池串从发电系统分离来测量对地电容，因此，存在太阳能发电系统整体的发电量降低这一问题。
另外，太阳能电池串的对地电容是太阳能电池模块的布线部和金属制框架之间的静电电容，对地电容的值与密封在其间的EVA(Ethylene-Vinyl Acetate：乙烯-醋酸乙烯共聚物)等高分子材料的介电常数成比例。已知该EVA等密封剂由于长期在室外使用，由于暴露于紫外线或水分从模块端部侵入，其分子结构发生某种变化，材料特性变质，导致介电常数逐渐变化。例如，调查薄膜硅太阳能电池模块的对地电容的经时变化的结果是，室外暴露约170天后，对地电容的值减少初始值的15％左右。这样，由于密封剂的介电常数的经时变化，对地电容经时变化，因此，在专利文献1的技术中，存在尽管实际上太阳能电池串未发生故障但错误地判定为故障这一问题。
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供能够恰当地诊断太阳能电池串的故障的技术。
本发明的第1方面提供一种太阳能电池串的故障诊断方法，该太阳能电池串具备分别具有太阳能发电部和导电性的框架的多个太阳能电池模块，所述多个太阳能电池模块的多个所述太阳能发电部通过输出电缆以串联方式电连接，并且所述多个太阳能电池模块的多个所述框架共同电连接，所述太阳能电池串的故障诊断方法具有：(a)阻抗测量器测量所述输出电缆的一端和共同电连接的所述多个框架之间的第1阻抗的频率特性的工序；(b)根据包含所述太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和在所述工序(a)中测量出的所述第1阻抗的频率特性，求出所述太阳能电池串的电感的工序；以及(c)根据在所述工序(b)中求出的所述电感，进行所述太阳能电池串的故障诊断的工序。
本发明的第2方面提供一种太阳能电池串的故障诊断装置，该太阳能电池串具备分别具有太阳能发电部和导电性的框架的多个太阳能电池模块，所述多个太阳能电池模块的多个所述太阳能发电部通过输出电缆以串联方式电连接，并且所述多个太阳能电池模块的多个所述框架共同电连接，所述太阳能电池串的故障诊断装置具备：阻抗测量器，测量所述输出电缆的一端和共同电连接的所述多个框架之间的第1阻抗的频率特性；解析部，根据包含所述太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和所述阻抗测量器测量出的所述第1阻抗的频率特性，求出所述太阳能电池串的电感；以及判定部，根据所述解析部求出的所述电感，进行所述太阳能电池串的故障诊断。
根据本发明，求出太阳能电池串的电感，根据求出的电感，进行太阳能电池串的故障诊断。根据这样的构成，能够恰当地诊断太阳能电池串的故障。
通过以下的详细说明和附图使本发明的目的、特征、方式以及优点更加明确。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式1的太阳能电池串及其故障诊断装置的概略结构的图。
图2是示出实施方式1的连接箱内部的概略结构的图。
图3是示出实施方式1的故障诊断装置的动作的流程图。
图4是示出实施方式1的太阳能电池串的等效电路模型的电路图。
图5是示出第1阻抗的频率特性的一个例子的图。
图6是示出第1阻抗的频率特性的一个例子的图。
图7是示出第1阻抗的频率特性的一个例子的图。
图8是示出第1阻抗的频率特性的一个例子的图。
图9是示出太阳能电池串的电感和太阳能电池模块数之间的关系的图。
图10是示出实施方式1的太阳能电池模块的等效电路模型的电路图。
图11是示意性地示出实施方式1的太阳能电池模块及其故障诊断装置的概略结构的图。
图12是示出阻抗的频率特性的一个例子的图。
图13是示出阻抗的频率特性的一个例子的图。
图14是示出实施方式1的太阳能电池串的等效电路模型的电路图。
图15是示意性地示出实施方式2的太阳能电池串的概略结构的图。
图16是示出实施方式2的故障诊断装置的动作的流程图。
图17是示出实施方式2的太阳能电池串的等效电路模型的电路图。
图18是示出第2阻抗的频率特性的一个例子的图。
图19是示出第2阻抗的频率特性的一个例子的图。
图20是示出第2阻抗的频率特性的一个例子的图。
图21是示出第2阻抗的频率特性的一个例子的图。
(附图标记说明)
1：阻抗测量器；2：解析部；3：判定部；6：太阳能电池串；12：太阳能电池模块；12a：太阳能发电部；12d：框架；13a、13b：输出电缆。
具体实施方式
<实施方式1>
图1是示意性地示出本发明实施方式1的太阳能电池串及诊断其故障的故障诊断装置的概略结构的图。另外，通过并联连接下述太阳能电池串6而构成太阳能发电系统。
<太阳能电池串>
太阳能电池串6具备多个太阳能电池模块12。多个太阳能电池模块12分别具备太阳能发电部12a、端子盒12b、12c、框架12d。
太阳能发电部12a根据接收的太阳光来发电。将例如串联或并联连接的太阳能电池单元应用于太阳能发电部12a。另外，太阳能电池单元只要是包含利用PN结的半导体的太阳能电池单元即可，例如，作为太阳能电池单元，应用包含单晶硅基板等的晶系太阳能电池单元或包含玻璃基板以及硅薄膜等的薄膜太阳能电池单元等。
正极的端子盒12b以及负极的端子盒12c配设于太阳能电池模块12的背面侧，取出太阳能发电部12a的发电电力。正极的端子盒12b与正极的输出电缆13a电连接，负极的端子盒12c与负极的输出电缆13b电连接。由此，由端子盒12b、12c取出的发电电力通过输出电缆13a、13b输出到太阳能电池模块12的外部。
框架12d是金属制框架等导电性的框架，配设于太阳能电池模块12的外周部。框架12d通常与太阳能发电部12a、端子盒12b、12c以及输出电缆13a、13b电绝缘。
在这里，在太阳能电池串6中，多个太阳能电池模块12的多个太阳能发电部12a通过输出电缆13a、13b以串联方式电连接。作为这样的串联连接，在本实施方式1中，在邻接的任意两个太阳能电池模块12中，一方的太阳能电池模块12的负极的输出电缆13b与另一方的太阳能电池模块12的正极的输出电缆13a连接。其结果，位于一端的太阳能电池模块12的输出电缆13a和位于另一端的太阳能电池模块12的输出电缆13b成为未用于串联连接的输出电缆。在以下说明中，有时也将未用于串联连接的输出电缆13a以及输出电缆13b分别称为“端侧输出电缆13a”以及“端侧输出电缆13b”。
在太阳能电池串6中，多个太阳能电池模块12的多个框架12d共同电连接。作为这样的共同连接，在本实施方式1中，在邻接的任意两个太阳能电池模块12中，一方的太阳能电池模块12的框架12d与另一方的太阳能电池模块12的框架12d通过作为布线的接地线25电连接。另外，框架12d彼此的连接不限于这样的串联连接，例如，在太阳能电池模块12固定于金属制的架台而设置在室外的情况下，可以代替接地线25，而通过该架台进行框架12d的电连接。
<故障诊断装置>
本实施方式1的故障诊断装置具备阻抗测量器1、解析部2、判定部3。另外，解析部2以及判定部3通过例如未图示的计算机的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等执行计算机的未图示的半导体存储器等的存储装置中存储的程序，作为该CPU的功能而实现。另外，不只解析部2以及判定部3，阻抗测量器1的控制和测量数据的保存、传输等的控制等也可以作为CPU的功能而实现，也可以自动进行从测量至诊断结果输出的一系列动作。
接着，在对故障诊断装置的各构成要素进行说明之前，对设置于太阳能电池串6和故障诊断装置之间的结构等进行说明。
阻抗测量器1依次经由同轴电缆17以及连接箱15与连接电缆14L、14R以及接地线23连接。分别设置于端侧输出电缆13a、13b的连接器26、27可以与连接电缆14L、14R连接，或从连接电缆14L、14R分离。同样地，太阳能电池串6的设置于接地线25的连接器28、29可以与接地线23连接，或从接地线23分离。
图2是示出本实施方式1的连接箱15内部的概略结构的图。
连接箱15与连接电缆14L、14R、接地线23以及同轴电缆17连接。
同轴电缆17具备中心导体18、绝缘性的电介质19、外部导体20。中心导体18与图1的阻抗测量器1的测量端子连接，外部导体20与该阻抗测量器1的接地(GND)端子连接。另外，中心导体18与外部导体20通过电介质19电绝缘。
在连接箱15内，设置有连接在连接电缆14L和中心导体18之间的用于切断DC的隔离电容器21、连接于连接电缆14R和外部导体20之间的开关22a、连接于接地线23和外部导体20之间的共振点调整用电感器24以及开关22b。
在这里，共振点调整用电感器24以及开关22b直接连接并构成共振点调整电路。共振点调整用电感器24的值只要选定为应测量的第1阻抗的共振频率进入阻抗测量器1的测量频率区域内即可。另外，共振点调整用电感器24和开关22b的位置关系也可以与图2的位置关系相反。
另外，开关22a、22b可以是手动的拨动开关，也可以是利用栅极信号驱动的二极管开关或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)那样的开关元件。
在以上结构中，在图1的连接器26与连接电缆14L连接时，端侧输出电缆13a经由连接电缆14L、连接箱15内的用于切断DC的隔离电容器21以及同轴电缆17的中心导体18，与阻抗测量器1的测量端子电连接。
在图1的连接器27与连接电缆14R连接，且连接箱15内的开关22a导通的情况下，端侧输出电缆13b经由连接电缆14R、连接箱15内的开关22a、以及同轴电缆17的外部导体20，与阻抗测量器1的接地端子电连接。另一方面，在连接箱15内的开关22a断开的情况下，端侧输出电缆13b和阻抗测量器1的接地端子的连接被解除，端侧输出电缆13b与接地端子电绝缘。
在图1的连接器28、29的任意一方与接地线23连接，且连接箱15内的开关22b导通的情况下，太阳能电池串6的框架12d经由接地线25、接地线23、连接箱15内的共振点调整用的电感器24、连接箱15内的开关22b、以及同轴电缆17的外部导体20与阻抗测量器1的接地端子电连接。另一方面，在连接箱15内的开关22b断开的情况下，框架12d与阻抗测量器1的接地端子之间的连接被解除，框架12d与接地端子电绝缘。
接着，对故障诊断装置具备的阻抗测量器1、解析部2以及判定部3进行说明。
阻抗测量器1测量作为输出电缆13a、13b的一端的端侧输出电缆13a、13b的任意一方和共同电连接的多个框架12d之间的第1阻抗的频率特性、即第1阻抗的频率依赖性。
在这里，由于可以通过实质上扫描测量频率来确定共振点，因此在本实施方式1中，阻抗测量器1使用高频的测量信号，测量第1阻抗的频率特性。另外，实质上扫描测量频率是指例如连续扫描频率的动作、或以一定间隔离散扫描的动作。作为这样的阻抗测量器1，例如可应用网络分析器、阻抗分析器或组合分析器等，也可以应用组合有频率可变的高频发送器、电流传感器、电压传感器、A/D变换器或运算装置的装置。
另外，在图1的例子中，假设阻抗测量器1的壳体通过3P型插座或接地线接地，但阻抗测量器1的壳体不是必须接地，也可以电浮置。另外，图1所示的太阳能电池串6的接地线25在开关22b为导通的情况下，通过接地线23经由阻抗测量器1的壳体接地，但也可以使用其它接地线另外接地。阻抗测量器1的壳体以及太阳能电池串6是否接地不对本实施方式1的太阳能电池模块的诊断结果造成实质上的影响。
例如在太阳能电池模块12的太阳能发电部12a不发电的夜间的时间段等太阳能电池模块12处于暗状态的时间实施由阻抗测量器1进行的第1阻抗的频率特性的测量。在这里，在正在测量第1阻抗的频率特性的过程中，如果光偶然入射至太阳能电池模块12的受光面，则太阳能电池模块12内的太阳能发电部12a发电，在端子盒12b和端子盒12c之间，发生例如直至几十～几百V左右的较大的直流电压。
为了保护阻抗测量器1使其免受该过电压，在本实施方式1中，在太阳能电池串6和阻抗测量器1的测量端子之间设置用于切断上述DC的隔离电容器21。另一方面，如上所述，从阻抗测量器1的测量端子向太阳能电池串6供给的测量信号的频率较高，因此，测量信号能够容易地通过隔离电容器21，并传输至太阳能电池串6。
接着，对故障诊断装置的构成要素中的解析部2以及判定部3进行说明。但是，对解析部2以及判定部3的详细内容在后面叙述，在这里简单地进行说明。解析部2根据包含太阳能电池串6的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和由阻抗测量器1测量的第1阻抗的频率特性，求出太阳能电池串6的电感。判定部3根据由解析部2求出的电感，进行太阳能电池串6的故障诊断。
<故障诊断>
图3是示出本实施方式1的故障诊断装置进行太阳能电池串6的故障诊断时的动作的流程图。另外，被诊断的太阳能电池串6与通常的太阳能电池串同样地设为由同一规格的太阳能电池模块周期性地排列而构成的太阳能电池串。另外，设为例如在夜间等即使太阳能发电系统停止也无碍的时间进行步骤S1。
首先，作为进行步骤S1之前的阶段，作业人员等操作连接器26、27，将应诊断的太阳能电池串6的端侧输出电缆13a、13b从太阳能发电系统分离，并分别连接于图1的连接电缆14L、14R。但是，输出电缆13b也可以不连接于图1的连接电缆14R，而是断开。另外，作业人员等操作连接器28、29，将应诊断的太阳能电池串6的接地线25从太阳能发电系统分离，连接于图1的接地线23。在此，与输出电缆13a对应的连接器28连接于接地线23，与输出电缆13b对应的连接器29被断开。
在步骤S1中，阻抗测量器1测量太阳能电池串6的端侧输出电缆13a和共同电连接的多个框架12d之间的第1阻抗的频率特性。即，阻抗测量器1测量连接箱15前面的阻抗的频率特性。
在本实施方式1中，使用网络分析器作为阻抗测量器1，通过所谓的1端口反射法进行测量。具体地，从作为网络分析器的阻抗测量器1向太阳能电池串6输入例如5V以下的微弱的正弦波电压作为测量信号，测量其反射率r。在这里，使用网络分析器的阻抗Z0以及反射率r如下式(1)所示表示第1阻抗Z。
[数学式1]
由于阻抗Z0已知，所以阻抗测量器1通过将测量到的反射率r应用于上式(1)，能够测量第1阻抗Z。阻抗测量器1一边在例如100～2MHz的范围随时变更测量信号的频率，一边进行第1阻抗Z的测量。由此，阻抗测量器1测量第1阻抗的频率特性。
另外，在上述测量系统中，使用1端口反射法，但是，当然不限于此。另外，在上述测量系统中，由于网络分析器构成为经由隔离电容器21等测量阻抗，因此，确切地说，测量的是第1阻抗和隔离电容器21等的阻抗的合成阻抗。因此，优选对从连接器26、27至阻抗测量器1侧的部分连接校准器，利用该情况下测量的阻抗来进行校准。
在步骤S2中，解析部2根据包含太阳能电池串6的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和由阻抗测量器1测量出的第1阻抗的频率特性，求出太阳能电池串6的电感。
图4是示出图1的太阳能电池串6的等效电路模型的电路图。具体地，在图4中示出将多个太阳能电池模块12连接而成的太阳能电池串6简化为一个虚拟的等效的太阳能电池模块而得到的等效电路。另外，在等效电路的说明中，有时也将电感器称为电感，将电容器称为电容或容量。
在图4的等效电路中，在连接器26、27之间串联连接电感Ls、电阻Rs以及电容Ce。在这里，电感Ls为电极布线、太阳能电池模块12的框架12d以及接地线的电感。电阻Rs为电极布线、太阳能电池模块12的框架12d以及接地线的电阻。电容Ce主要是太阳能电池模块12内的电极和框架12d之间的浮置电容，在这里是电路常数。
另外，图4的等效电路的阻抗Zst如下式(2)所示。
[数学式2]
在式(2)中，f为频率，j为虚数。解析部2根据包含阻抗、电感以及频率的关系式即式(2)和由阻抗测量器1测量出的第1阻抗的频率特性，求出太阳能电池串6的电感。在这里，由阻抗测量器1测量出的第1阻抗的频率特性包含多个组的第1阻抗以及频率。因此，解析部2通过将由阻抗测量器1测量出的多个组的第1阻抗以及频率代入到式(2)的阻抗Zst以及频率f，求出作为未知数参数(Rs、Ls、Ce)的太阳能电池串6的电阻、电感、电路常数。
另外，在本实施方式1中，由阻抗测量器1测量出的第1阻抗以及频率的组较多。因此，在本实施方式1中，解析部2在利用式(2)所示的曲线图中，将多个组的第1阻抗以及频率作为多个坐标进行绘制，使用最小二乘法，求出参数(Rs、Ls、Ce)。以下，对求出的结果进行说明。
图5以及图6是示出构成太阳能电池串6的太阳能电池模块12为1～5个的情况下由阻抗测量器1测量出的第1阻抗的频率特性的一个例子的图。在图5中，以第1阻抗的强度为纵轴，在图6中，以第1阻抗的相位为纵轴，都以频率为横轴。
当谷部为共振点、且太阳能电池模块12的数量即模块数增加时，出现共振频率减少的趋势。将表示图5以及图6这样的曲线的第1阻抗以及频率的数据应用到式(2)，确定参数(Rs、Ls、Ce)的值。在这里，作为求出参数(Rs、Ls、Ce)的值的方法，使用第1阻抗的对数值的最小二乘法来确定，但只要是例如能够良好地再现共振点的方法，也可以是其它方法。
图7以及图8是在太阳能电池模块12的数量是2个的情况下与图5以及图6同样地示出第1阻抗的测量值的曲线和应用测量值来确定参数(Rs、Ls、Ce)的式(2)的曲线的图。在图7以及图8中，都用虚线表示测量值的曲线，用实线表示确定了参数的式(2)所示的曲线。如图7以及图8所示，式(2)所示的曲线与测量值的曲线在峰值位置非常一致。
在图3的步骤S3中，判定部3根据由解析部2求出的电感Ls，进行太阳能电池串6的故障诊断。在本实施方式1中，判定部3根据由解析部2求出的电感Ls和与太阳能发电部12a串联电连接而成的太阳能电池模块12的数量预先对应关联的电感，检测太阳能电池串6有无断线以及断线部位。另外，以下有时也将太阳能电池模块的数量称为“太阳能电池模块数”。
图9是示出太阳能电池串6的电感和太阳能电池串6的太阳能电池模块数之间的关系的一个例子的图。在图9中，绘制测量值以及在步骤S2求出的计算值。
如图9所示，如果太阳能电池模块数增加，则电感也增加。因此，如果预先求出太阳能电池模块数和电感之间的测量结果的关系，则能够求出太阳能电池串6有无断线和断线的位置。
具体地，预先对应关联并测量与构成太阳能电池串的模块相同规格的串联连接的太阳能电池模块的数量和电感，根据其测量结果，预先制作图9所示的图表。然后，判定部3使用该图表，关于被诊断的太阳能电池串，求出与在步骤S2中求出的电感Ls对应的太阳能电池模块数Nr。例如，判定部3求出图9那样的图表的多个电感中的与和在步骤S2中求出的电感Ls最接近的电感对应的太阳能电池模块数，作为太阳能电池模块数Nr。
在太阳能电池模块数Nr比构成被诊断的太阳能电池串的太阳能电池模块数N小的情况下，判定部3判定为在该太阳能电池串中存在断线。另外，在该情况下，判定部3判定为在从正极侧起的第Nr个模块和第(Nr+1)个模块之间、或第(Nr+1)个模块内发生断线。
根据以上，图3的动作结束。但是，在上述例子中，如图1所示，在阻抗测量器1连接于太阳能电池串的正极侧并进行测量的情况下，即使在太阳能电池串的负极侧的端侧输出电缆13b存在断线，电感Ls也不发生变化。另外，即使在负极侧的一端的太阳能电池模块内存在断线，考虑到电感Ls的测量误差，关于该断线有时难以得到正确的判定结果。
因此，优选不仅在将阻抗测量器1连接于正极侧的状态下实施上述动作，还在将阻抗测量器1连接于负极侧的状态下也实施上述动作。即，操作连接器26、27，将应诊断的太阳能电池串6的端侧输出电缆13b连接于图1的连接电缆14L，将端侧输出电缆13a连接于图1的连接电缆14R或断开。与其一起，将与输出电缆13b对应的连接器29连接于接地线23，将与输出电缆13a对应的连接器28断开。在以上的连接状态下，再次进行图3的动作。即使从负极侧进行诊断，由于太阳能电池模块数N和电感Ls之间的关系与上述相同，因此，如果进行这样的动作，也能够判定负极侧的端侧输出电缆13b中的断线、以及负极侧的一端的太阳能电池模块12内的断线。
<求出太阳能电池模块数和电感之间的关系的其它例子>
在图9中，绘制太阳能电池模块数和电感之间的测量结果的关系。在这里，能够根据太阳能电池串6的等效电路计算第1阻抗的频率特性。另外，能够根据各太阳能电池模块的等效电路确定太阳能电池串的等效电路。因此，如果一个太阳能电池模块的等效电路能够确定图9那样的太阳能电池模块数和电感之间的测量结果的关系，则也能够通过计算来求出。以下，对通过计算求出在步骤S3的判定中使用的图9那样的太阳能电池模块数和电感之间的测量结果的关系的方法进行说明。
图10是示出暗状态中的太阳能电池模块的等效电路模型的电路图。在图10的等效电路中，电感Lmc、电感Lms、电阻Rms、电容Cmd以及电阻Rmsh的并联连接体串联连接于端子30a和端子30b之间。另外，在电感Lmc和电感Lms之间的连接点和设置端子31之间，串联连接电阻Rmg、电容Cme。
在这里，端子30a对应于图1的输出电缆13a，端子30b对应于图1的输出电缆13b，设置端子31对应于图1的接地线25。
电感Lmc为太阳能电池单元的外部的电极布线的电感，电阻Rmg为经由地线到连接箱15的路径的电阻，电容Cme为由于构成为太阳能电池单元内的电极布线的一部分通过框架12d的附近而在电极布线和框架12d之间产生的浮置电容。
电感Lms为模块内部的串联的电感，电阻Rms为模块内部的电极以及太阳能电池单元的串联电阻，电容Cmd为使构成模块的所有太阳能电池单元的结电容串联连接而成的有效电容，电阻Rmsh为使构成模块的所有太阳能电池单元的并联电阻串联连接而成的有效电阻。
如图11所示，与图1的太阳能电池串6的测量同样地测量仅一个太阳能电池模块12的阻抗。然后，通过将图10的等效电路应用至该测量值，确定这些参数。在此测量出的一个太阳能电池模块优选是与被诊断的太阳能电池串所具备的太阳能电池模块相同规格的太阳能电池模块，更优选是被诊断的太阳能电池串中的一个太阳能电池模块。
以下，对确定图10的等效电路的参数的方法进行说明。
在连接箱15的开关22b断开且开关22a导通的状态下，阻抗测量器1测量太阳能电池模块12的正极和负极之间的阻抗的频率特性。例如，与上述同样地，作为阻抗测量器1使用网络分析器，利用1端口反射法，测量太阳能电池模块12的阻抗的频率特性。在图10的等效电路中，通过该测量得到的阻抗相当于端子30a和端子30b之间的阻抗。
在这里，如下式(3)表示图10的等效电路的端子30a和端子30b之间的阻抗ZPV1。
[数学式3]
故障判定装置的例如解析部2通过将由阻抗测量器1测量出的多组的阻抗以及频率应用至式(3)的阻抗ZPV1以及频率f，求出未知数的参数(Lmc+Lms、Rms、Cmd、Rmsh)。
图12以及图13是和图7以及图8同样地关于一个太阳能电池模块12示出阻抗的测量值的曲线和应用了测量值并确定了参数的式(3)的曲线的图。作为此时获得的参数值，为Lmc+Lms＝5.2μH，Rms＝1.1Ω、Rmsh＝11kΩ、Cmd＝0.14μF。
在到目前为止的阶段，知道合成电感Lmc+Lms的值，但是电感Lmc的值以及电感Lms的值不清楚。另外，电阻Rmg的值以及电容Cme的值也不清楚。
因此，接下来在连接箱15的开关22a断开、且开关22b导通的状态下，阻抗测量器1测量从连接电缆14L返回至设置端子31的电路的阻抗的频率特性。在图10的等效电路中，通过该测量获得的阻抗相当于端子30a和设置端子31之间的阻抗。
在这里，如下式(4)表示图10的等效电路的端子30a和设置端子31之间的阻抗ZPV2。
[数学式4]
故障判定装置通过将由阻抗测量器1测量出的多组的阻抗以及频率应用到式(4)的阻抗ZPV2以及频率f中，求出未知数的参数(Lmc、Rmg、Cme)。作为此时获得的参数值，为Lmc＝1.0μH、Rmg＝1.0Ω、Cme＝1.1nF。
通过上述两个测量，求出合成电感Lmc+Lms的值以及电感Lmc的值，因此，求出电感Lms的值。在上述例子中，由于获得合成电感Lmc+Lms＝5.2μH以及Lms＝4.2μH，因此，能够获得电感Lms＝1.0μH(＝5.2-4.2)。通过以上，确定图6的太阳能电池模块的等效电路的参数。
图14是连接N个确定了参数的图10的太阳能电池模块的等效电路90而制作的太阳能电池串的等效电路。另外，端子91对应于图1的连接器26，端子92对应于图1的连接器27，端子93对应于图1的连接器28。故障判定装置根据参数(Lmc、Lms、Rms、Cmd、Rmsh、Cme、Rmg)求出通过变形图14的等效电路而获得的图4的等效电路的电感。然后，故障判定装置根据求出的电感和N个等效电路90，求出作为图4的等效电路的参数之一的电感，根据太阳能电池模块数和求出的电感之间的关系，求出图9那样的曲线。
<实施方式1的总结>
根据以上的本实施方式1的太阳能电池串的故障诊断装置，求出太阳能电池串的电感，根据求出的电感，进行太阳能电池串的故障诊断。根据这样的结构，能够使用高频信号作为测量信号，因此能够诊断大量的太阳能电池模块的故障。另外，能够在夜间进行故障诊断，因此能够抑制为了故障诊断而太阳能发电系统整体的太阳能发电的发电量降低。进而，由于不受密封剂的劣化的影响，因此能够提高故障诊断的精度。
另外，根据本实施方式1，根据求出的电感和与太阳能电池模块的数量预先对应关联的电感，检测太阳能电池串有无断线以及断线部位。由此，能够降低故障诊断所需的时间以及劳动力。
另外，如上所述，如果输出电缆13a、13b的一端即端侧输出电缆13a、13b的任意一方与阻抗测量器1的测量端子电连接，框架12d经由电感器24与阻抗测量器1的接地端子电连接，则能够进行本实施方式1中的太阳能电池串6的故障诊断。因此，例如输出电缆13a、13b的另一端即端侧输出电缆13a、13b的另一方无需与阻抗测量器1的接地端子连接，连接箱15也不是必需的。但是，根据连接端侧输出电缆13a、13b的另一方和阻抗测量器1的接地端子的结构，能够进行后述实施方式2那样具有非周期性结构的太阳能电池串的故障诊断。另外，根据具备连接箱15的结构，能够使进行故障诊断时的布线的连接容易。
<实施方式2>
图15是示意性地示出通过本发明的实施方式2的故障诊断装置诊断的太阳能电池串的概略结构的图。以下，对在本实施方式中说明的结构要素中的与实施方式1相同或类似的结构要素附加相同的参照附图标记，主要对不同的结构要素进行说明。
作为实施方式1的故障诊断装置的故障诊断对象，如图1所示，以太阳能电池串6具备周期性地排列的多个太阳能电池模块12的情况为前提。但是，如图15所示，有时通过在中途夹设比其它大量的布线长或短的特定的布线，从而太阳能电池串6、太阳能电池串6具备非周期性地排列的多个太阳能电池模块12。在实施方式1的故障诊断装置中，在图15所示的太阳能电池串6的特定的布线导致的电感不清楚的情况下，存在如下情况：无法预先确定太阳能电池串6的太阳能电池模块数N和电感Ls之间的关系，其结果无法进行故障诊断。对此，在本实施方式2的故障诊断装置中，能够诊断图15所示的太阳能电池串6的故障。
<故障诊断>
图16是示出本实施方式1的故障诊断装置进行太阳能电池串6的故障诊断时的动作的流程图。另外，设为例如在夜间等即使太阳能发电系统停止也无碍的时间进行步骤S11。另外，作为步骤S11之前的阶段，设为与实施方式1中说明的图3的步骤S1的前阶段同样地进行各连接器的连接等的阶段。
在步骤S11中，连接箱15的开关22b断开，开关22a导通。
在步骤S12中，阻抗测量器1例如通过使用与实施方式1同样的测量方法，测量太阳能电池串6的端侧输出电缆13a、13b的一方和另一方之间的第2阻抗的频率特性。
在步骤S13中，解析部2根据包含太阳能电池串6的预定的等效电路中的阻抗、电感、电容以及频率的关系式和由阻抗测量器1测量出的第2阻抗的频率特性，求出作为太阳能电池串6的容量的电容。
图17是示出图15的太阳能电池串6的等效电路模型的电路图。图17的等效电路与图4的等效电路同样地，是将多个太阳能电池模块12连接而成的太阳能电池串6简化为一个虚拟的等效的太阳能电池模块而得到的等效电路。其中，图17的两个端子对应于输出电缆13a、13b。
将构成太阳能电池串6的太阳能电池模块12的数量设为N、且设为各模块的等效电路常数相等，使用图10的参数(Lmc、Lms、Rms、Rmsh、Cmd)如下式(5)～(8)表示图17的等效电路的各结构要素的参数(Ls2、Rs、Rsh、Cd)。
[数学式5]
Ls2＝N·(Lmc+Lms)…(5)
[数学式6]
Rs＝N·Rms…(6)
[数学式7]
Rsh＝N·Rmsh…(7)
[数学式8]
另外，如下式(9)表示图17的等效电路的两个端子之间的阻抗Zst2。
[数学式9]
在这里，Cd的物理单位如式(8)所示与电容Cmd相同。因此，式(9)的关系式为包含太阳能电池串6的预定的等效电路中的阻抗、电感、电容以及频率的关系式。
解析部2通过将由阻抗测量器1测量出的多组的第2阻抗以及频率应用到式(9)的阻抗Zst2以及频率f，来求出未知数的参数(Ls2、Rs、Rsh、Cd)。由此，求出太阳能电池串6的电容Cd。
在步骤S14中，判定部3根据由解析部2求出的电容Cd，检测太阳能电池串6有无断线。一般地，如果存在断线，则电容Cd的值为断线部的电容，因此，电容Cd的值远小于上式(8)所预测的值。因此，判定部3在由解析部2求出的电容Cd低于预定的阈值的情况下，判定为太阳能电池串6中存在断线。在这里，在调查布线的连接中存在断线的情况下的电容Cd时发现为1nF左右，因此，使用2nF作为预定的阈值。
图18、图19、图20以及图21是和图7以及图8同样地示出第2阻抗的测量值的曲线和应用测量值并确定了参数的式(9)的曲线的图。另外，图18以及图19是关于具备第二个模块和第三个模块通过长的输出电缆连接的五个太阳能电池模块12、且长的输出电缆中不存在断线的太阳能电池串6的曲线图。另一方面，图20以及图21是关于具备同样的五个太阳能电池模块12、且长的输出电缆中存在断线的太阳能电池串6的曲线图。
如图18～图21所示，利用式(9)所示的曲线与测量值的曲线在低频侧共振点非常一致。另外，在图18以及图19的情况下，即在不存在断线的情况下获得的电容Cd为32nF。另一方面，在图20以及图21的情况下，即在存在断线的情况下获得的电容Cd为1nF。因此，上述这样构成的判定部3在电容Cd为2nF以上的图18以及图19的情况下判定为不存在断线，在电容Cd小于1nF的图20以及图21的情况下判定为存在断线。
<实施方式2的总结>
根据以上这样的本实施方式2的太阳能电池串的故障诊断装置，求出太阳能电池串的电容，根据求出的电容，进行太阳能电池串的故障诊断。根据这种结构，关于如图15那样具备由于存在长的布线等而非周期性地排列的多个太阳能电池模块12的太阳能电池串6，也能够检测有无断线。
另外，也可以在通过本实施方式2中说明的诊断方法判定有无断线之后，通过实施方式1中说明的诊断方法判定有无断线。例如在图15的太阳能电池串6中，通过本实施方式2中说明的方法，判定左侧的五个太阳能电池模块12和右侧的五个太阳能电池模块12之间的布线中有无断线。之后，将左侧的五个太阳能电池模块12作为一个单位，从正极侧测量连接器26和连接器28之间的阻抗，从而能够对该五个太阳能电池模块12判定有无故障以及断线位置。然后，将右侧的五个太阳能电池模块12作为一个单位，从负极侧测量连接器27和连接器29之间的阻抗，从而能够对该五个太阳能电池模块12判定有无断线以及断线位置。
像这样，在太阳能电池串6整体的多个太阳能电池模块12非周期性地排列的情况下，使用本实施方式2的诊断方法，判定长度与多数布线不同的特定的布线有无断线。之后，通过该特定的布线划分多个太阳能电池模块12，关于划分的单位的太阳能电池模块12，只要进行实施方式1的诊断方法，就能够判定有无断线以及断线位置。
另外，本发明在其发明的范围内,可以自由组合各实施方式，或可以对各实施方式恰当地进行变形、省略。
详细地说明了本发明，但上述说明在所有方式中都是例示，本发明不限于此。应理解为未例示的无数个变形例未脱离本发明的范围，是能够设想的。
Claims (6)
1.一种太阳能电池串的故障诊断方法，该太阳能电池串具备分别具有太阳能发电部和导电性的框架的多个太阳能电池模块，所述多个太阳能电池模块的多个所述太阳能发电部通过输出电缆以串联方式电连接，并且所述多个太阳能电池模块的多个所述框架共同电连接，该太阳能电池串的故障诊断方法具有：
(a)阻抗测量器测量所述输出电缆的一端和共同电连接的所述多个框架之间的第1阻抗的频率特性的工序；
(b)根据包含所述太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和在所述工序(a)中测量出的所述第1阻抗的频率特性，求出所述太阳能电池串的电感的工序；以及
(c)根据在所述工序(b)中求出的所述电感，进行所述太阳能电池串的故障诊断的工序。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其中，
所述工序(c)包含根据在所述工序(b)中求出的所述电感和与所述太阳能发电部以串联方式电连接而成的所述太阳能电池模块的数量预先对应关联的电感，检测所述太阳能电池串有无断线以及断线部位的工序。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其中，具备：
(d)阻抗测量器测量所述输出电缆的一端和另一端之间的第2阻抗的频率特性的工序；
(e)根据包含所述太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感、电容以及频率的关系式和在所述工序(d)中测量出的所述第2阻抗的频率特性，求出所述太阳能电池串的电容的工序；以及
(f)根据在所述工序(e)中求出的所述电容，检测所述太阳能电池串有无断线的工序。
4.一种太阳能电池串的故障诊断装置，该太阳能电池串具备分别具有太阳能发电部和导电性的框架的多个太阳能电池模块，所述多个太阳能电池模块的多个所述太阳能发电部通过输出电缆以串联方式电连接，并且所述多个太阳能电池模块的多个所述框架共同电连接，该太阳能电池串的故障诊断装置具备：
阻抗测量器，测量所述输出电缆的一端和共同电连接的所述多个框架之间的第1阻抗的频率特性；
解析部，根据包含所述太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感以及频率的关系式和由所述阻抗测量器测量出的所述第1阻抗的频率特性，求出所述太阳能电池串的电感；以及
判定部，根据由所述解析部求出的所述电感，进行所述太阳能电池串的故障诊断。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其中，
所述判定部根据由所述解析部求出的所述电感和与所述太阳能发电部以串联方式电连接而成的所述太阳能电池模块的数量预先对应关联的电感，检测所述太阳能电池串有无断线以及断线部位。
6.根据权利要求4或5所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其中，
所述阻抗测量器测量所述输出电缆的一端和另一端之间的第2阻抗的频率特性，
所述解析部根据包含所述太阳能电池串的预定的等效电路中的阻抗、电感、电容以及频率的关系式和由所述阻抗测量器测量出的所述第2阻抗的频率特性，求出所述太阳能电池串的电容，
所述判定部根据由所述解析部求出的所述电容，检测所述太阳能电池串有无断线。
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