CN114846743A - 太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池串的故障诊断装置(20)，该太阳能电池串具有多个太阳能电池模块，该多个太阳能电池模块具有太阳能发电部和导电性的框架，多个太阳能电池模块被电气地串联连接，多个太阳能电池模块的框架被电气地共通连接，该太阳能电池串的故障诊断装置(20)具有：电压供给部(25)，其将直流电压施加于被串联连接的多个太阳能电池模块的正极和负极之间；测量部(22a)，其对通过施加直流电压而产生的被串联连接的多个太阳能电池模块的正极或负极与框架之间的电位进行测量；以及故障判定部(36)，其基于由测量部(22a)测定出的电位，对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定。

Description

太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳 能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法。
背景技术
太阳能电池模块例如具有使用单晶或多晶的硅基板而形成太阳能电池单元的晶体类太阳能电池、或在玻璃基板之上沉积硅的薄膜而形成太阳能电池单元的薄膜太阳能电池。太阳能电池模块通过将串联连接了多个该太阳能电池单元的太阳能电池组并联连接多个而面板化，具有外框即框架及端子盒而构成。在端子盒中具有旁路二极管，该旁路二极管在太阳能电池组的电流路径断线或高电阻化时，或者在处于阴影下，太阳能电池的发电量降低时，对相应的太阳能电池组的电流路径进行旁路绕过。旁路二极管与各太阳能电池组并联连接。
准备多个该太阳能电池模块，将多个太阳能电池模块的太阳能发电部串联连接。而且，通过将这些太阳能电池模块的框架固定于共通的金属制台架，从而构成太阳能电池串。
将多个该太阳能电池串配置为阵列状，与输电电缆、连接箱及功率调节器组合而构成太阳能发电系统。这样的太阳能发电系统不仅用于通常的家庭用发电用途，还用于具有大于或等于1MW的发电量的大规模太阳能电站。
通常，太阳能电池模块没有机械地进行动作的部分，其寿命宣称大于或等于20年。但是，实际上，报告了由于各种各样的原因，太阳能电池模块产生故障的事例。
例如，作为太阳能电池模块产生故障的事例，存在太阳能电池串内的电缆产生断线的情况、太阳能电池模块的太阳能电池组产生故障的情况、或者太阳能电池模块的旁路二极管产生故障的情况。在太阳能电池串内的电缆产生了断线的情况下，电缆产生了断线的太阳能电池串的发电量变为0，产生发电损失。在太阳能电池模块的太阳能电池组产生了故障的情况下，产生了故障的太阳能电池组不发电，由其它太阳能电池模块、没有故障的太阳能电池组发电产生的电流经过旁路二极管。由此，能够避免太阳能电池串整体的发电量的丧失。
但是，不易注意到太阳能电池组的故障的产生，会产生与故障的太阳能电池组相应量的发电量的损失。另外，在太阳能电池模块的旁路二极管产生了故障的情况下，在由于阴影等的影响，并联连接的太阳能电池组的发电量降低时，或由于劣化，太阳能电池单元的电连接部分等高电阻化。如果在高电阻化的太阳能电池组流过电流，则太阳能电池组有时会发热。
因此，为了提高太阳能发电系统的可靠性，进一步实现普及，也谋求高效地对太阳能电池串内的太阳能电池模块的故障进行诊断的技术。例如，作为对太阳能电池串中的太阳能电池模块的旁路二极管的故障进行确定的方法，提出了通过将交流电压施加于太阳能电池串而对交流电压进行测定，从而对旁路二极管的故障位置进行确定的方法(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利第6481571号
发明内容
但是，在现有的故障诊断方法中，由于使用交流电压，因此根据交流电压的频率，有可能在太阳能电池串或太阳能发电系统的意料外的部位产生电容耦合。在该情况下，存在如下问题，即，有时无法对所期望的电信号进行测定，无法对准确的故障部位进行确定。
因此，本发明就是为了解决这样的现有的问题而提出的，其目的在于提供能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法。
为了达成以上目的，就本发明的太阳能电池串的故障诊断装置及具有该故障诊断装置的太阳能发电系统而言，太阳能电池串具有多个太阳能电池模块，该多个太阳能电池模块具有太阳能发电部和导电性的框架，多个太阳能电池模块的太阳能发电部被电气地串联连接，多个太阳能电池模块的框架被电气地共通连接而接地，该太阳能电池串的故障诊断装置的特征在于，具有：电压供给部，其将直流电压施加于太阳能电池串的被串联连接的多个太阳能电池模块的正极和负极之间；测量部，其对通过施加直流电压而产生的太阳能电池串的被串联连接的多个太阳能电池模块的正极或负极与框架之间的电位进行测量；以及故障判定部，其基于由测量部测定出的电位，对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定。
另外，就本发明的太阳能电池串的故障诊断方法而言，太阳能电池串具有多个太阳能电池模块，该多个太阳能电池模块具有太阳能发电部和导电性的框架，多个太阳能电池模块的太阳能发电部被电气地串联连接，多个太阳能电池模块的框架被电气地共通连接而接地，该太阳能电池串的故障诊断方法的特征在于，具有如下工序：从电压供给部将直流电压施加于太阳能电池串的被串联连接的多个太阳能电池模块的正极和负极之间；利用测量部对通过施加直流电压而产生的太阳能电池串的被串联连接的多个太阳能电池模块的正极或负极与框架之间的电位进行测量；以及故障判定工序，通过故障判定部，基于由测量部测定出的电位，对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定。
发明的效果
如上所述构成的本发明的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式1涉及的太阳能发电系统的概略结构的图。
图2是示意性地表示实施方式1涉及的太阳能电池模块的概略结构的图。
图3是示意性地表示实施方式1涉及的故障诊断装置的概略结构的图。
图4是表示实施方式1涉及的对太阳能电池串的故障原因进行判定的故障诊断装置的动作的流程图。
图5是表示实施方式1涉及的对太阳能电池串内的旁路二极管产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定的故障诊断装置的动作的流程图。
图6是说明实施方式1涉及的对产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定的故障诊断装置的动作原理的图。
图7用于说明实施方式1涉及的对产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定的故障诊断装置的动作原理，是太阳能电池模块及太阳能电池串的等效电路图。
图8是表示实施方式1涉及的产生了故障的太阳能电池模块的位置与测定出的电压值之间的关系的图。
图9是表示实施方式2涉及的对电缆断线的位置进行判定的故障诊断装置的动作的流程图。
图10是表示实施方式3涉及的对太阳能电池组产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定的故障诊断装置的动作的流程图。
图11是示意性地表示实施方式4涉及的太阳能发电系统的概略结构的图。
图12是表示实施方式5涉及的产生了故障的太阳能电池模块的位置与测定出的电压值之间的关系的图。
具体实施方式
首先，一边参照附图，一边对本发明的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法的结构进行说明。此外，图是示意性的图，是概念性地说明功能或结构的图。另外，本发明并不限于下面所示的实施方式。除了特别记载的情况之外，太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法的基本结构在所有的实施方式中是共通的。另外，标注了相同标号的部分是相同或与其相当的部分，这在说明书的全文中是共通的。
实施方式1
图1是示意性地表示本实施方式涉及的太阳能发电系统的概略结构的图。图2是示意性地表示本实施方式涉及的太阳能电池模块的概略结构的图。图3是示意性地表示本实施方式涉及的故障诊断装置的概略结构的图。
如图1所示，太阳能发电系统100具有：太阳能电池串10；以及故障诊断装置20，其与太阳能电池串10连接，对太阳能电池串10的故障进行诊断。太阳能电池串10在负极侧具有输出端子11-1并且在正极侧具有输出端子11-2，输出端子11-1、11-2经由输出电缆12-1、12-2与故障诊断装置20电连接。另外，太阳能电池串10的负极侧的输出端子11-1经由输出电缆12-1及未图示的开关等切换单元与功率调节器30电连接。太阳能电池串10的正极侧的输出端子11-2经由输出电缆12-2及未图示的开关等切换单元与防逆流二极管40及功率调节器30电连接。而且，由太阳能电池串10发电产生的电力从输出端子11-1、11-2经由输出电缆12-1、12-2而输出至功率调节器30。
如图1所示，太阳能电池串10具有多个太阳能电池模块13。多个太阳能电池模块13各自具有太阳能发电部13a、端子盒13b、框架13c。这里，太阳能电池串10也可以并联连接多个，太阳能电池模块13的数量也不限于5个，只要串联连接大于或等于两个的多个太阳能电池模块13即可。
太阳能发电部13a与接收到的太阳光对应地进行发电。如图2所示，就太阳能发电部13a而言，由被串联连接的多个太阳能电池单元13a-1构成的太阳能电池组13a-2串联连接多个。这里，太阳能电池单元13a-1只要是利用了pn结的由半导体构成的太阳能电池单元即可。例如，太阳能电池单元13a-1应用由单晶的硅基板等构成的晶体类太阳能电池单元或由玻璃基板及硅薄膜等构成的薄膜的太阳能电池单元等。
端子盒13b配设于太阳能电池模块13的背面侧，获取太阳能发电部13a的发电电力。端子盒13b与负极侧的输出端子11-1、正极侧的输出端子11-2电连接。由此，通过端子盒13b获取的发电电力经由输出端子11-1、11-2被输出至太阳能电池串10的外部。
如图2所示，端子盒13b具有多个旁路二极管13b-1。多个旁路二极管13b-1以负极侧的电缆14-1为阳极侧，正极侧的电缆14-2为阴极侧的方式串联连接。旁路二极管13b-1分别与太阳能电池组13a-2并联连接。由3个太阳能电池组13a-2发电得到的电力被输出至太阳能电池模块13的正极和负极。
框架13c为金属制框架等导电性的框架，配设于太阳能电池模块13的外周部。框架13c通常与太阳能发电部13a、端子盒13b及输出端子11-1、11-2电绝缘。
就太阳能电池串10的多个太阳能电池模块13而言，如图1所示，多个太阳能发电部13a通过输出电缆14-1、14-2电气地串联连接。即，作为串联连接，在本实施方式中，相邻的任意两个太阳能电池模块13中的一个太阳能电池模块13的正极侧的输出电缆14-2与另一个太阳能电池模块13的负极侧的输出电缆14-1连接。其结果，位于一端的太阳能电池模块13的输出电缆14-1与位于另一端的太阳能电池模块13的输出电缆14-2成为没有被用于串联连接的输出电缆，各个输出电缆14-1、14-2与输出端子11-1、11-2电连接。
如图1所示，多个太阳能电池模块13的多个框架13c电气地共通连接。作为这样的共通连接，在本实施方式中，相邻的任意两个太阳能电池模块13中的一个太阳能电池模块13的框架13c与另一个太阳能电池模块13的框架13c经由接地配线15-1、15-2电连接，位于另一端的太阳能电池模块13的框架13c的接地配线15-2被接地。此外，框架13c彼此的连接并不限于这样的串联连接，例如，在将太阳能电池模块13固定于金属制的台架而设置于室外的情况下，也可以替代接地配线，通过台架进行框架13c的电连接。另外，位于一端的太阳能电池模块13的框架13c的接地配线15-1不仅与相邻的太阳能电池模块13的框架13c电连接，还经由接地配线16与故障诊断装置20电连接。
如图3所示，故障诊断装置20具有：开关21a，其一端与输出电缆12-1连接；开关21c，其一端与输出线缆12-2连接；开关21b，其一端与接地配线16连接；电阻23，其与开关21a的另一端、开关21b的另一端连接；电阻24，其与开关21b的另一端、开关21c的另一端连接；电压计22a，其与电阻24并联连接；直流电压施加部25，其与开关21a的另一端、开关21c的另一端连接；以及作为测量部的电流计22b，其与直流电压施加部25连接，对由于施加直流电压V0而产生的电流值I0进行测定。
直流电压施加部25具有开关25a和直流电源25b。直流电压施加部25的直流电源25b经由开关25a与开关21a的另一端连接。直流电压施加部25通过对开关25a进行ON/OFF控制，从而能够以太阳能电池串10的负极侧为基准将正的直流电压V0施加于正极侧，或以太阳能电池串10的正极侧为基准将正的直流电压V0施加于负极侧。
就电压计22a的电位而言，在闭合了开关21b时经由接地配线16接地的触点26成为电压计22a的电位的基准。即，电压计22a作为测量部能够以触点26为基准，对太阳能电池串10的一端即正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值进行测定。
这里，电压计22a的测定端子间的阻抗与电阻23相比充分大。
这里，开关21a、21b、21c、25a也可以是手动的拨动开关，也可以是由栅极信号驱动的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)那样的开关元件、机械式继电器等。
而且，如图3所示，故障诊断装置20具有测量控制部34和故障判定部36。
测量控制部34通过按照后述的测定流程，进行开关21a、开关21b、开关21c、开关25a的通断控制，从而能够以太阳能电池串10的负极侧为基准对正极侧施加正电压V0，或以太阳能电池串10的正极侧为基准对负极侧施加正电压V0。另外，由电流计22b测定出的电流值I0及由电压计22a测定出的太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值被输入至测量控制部34。
故障判定部36按照后述的测定流程，基于从测量控制部34输出的电流值I0，对故障原因是电缆断线、太阳能电池组故障、旁路二极管故障、无故障中的哪一者进行判定。而且，故障判定部36基于从测量控制部34输出的电压值Vp-gnd，对太阳能电池串10内的产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定。在本实施方式中，故障判定部36基于从测量控制部34输出的电压值Vp-gnd，对太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定。
这里，测量控制部34及故障判定部36例如由未图示的处理器或者CPU(CentralProcessing Unit)及半导体存储器等存储装置构成，通过由处理器或CPU执行在半导体存储器等存储装置中存储的程序而实现。另外，不仅是测量控制部34及故障判定部36，故障诊断装置20的控制、测定数据的保存、转发等控制等也可以作为处理器或CPU的功能而实现，从测定至诊断结果的输出为止的一系列动作也可以自动地进行。
由此，构成本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20。
接下来，对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的动作进行说明。图4是表示本实施方式涉及的对太阳能电池串10的故障原因进行判定的故障诊断装置20的动作的流程图。图5是表示对太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的故障诊断装置20的动作的流程图。这里，本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20例如在太阳能电池模块13的太阳能发电部13a并未发电的夜间的时间段等太阳能电池模块13为暗状态的时间开始诊断。
如图4所示，如果故障诊断装置20开始太阳能电池串10的诊断，则通过未图示的开关等切换部，在将太阳能电池串10与功率调节器30分离后，首先，实施对太阳能电池串10的故障原因进行判定的第1故障判定工序。
首先，测量控制部34将故障诊断装置20内的开关21c设为ON，将太阳能电池串10的正极侧电缆12-2与直流电压施加部25的正电压输出侧电连接。另外，测量控制部34将开关21a设为ON，将太阳能电池串10的负极侧电缆12-1与直流电压施加部25的负极侧电连接。
接下来，测量控制部34将开关25a设为ON，通过直流电源25b，以太阳能电池串10的负极侧为基准将正的直流电压V0施加于正极侧(S01)。
然后，电流计22b对由于施加直流电压V0而生成的电流值I0进行测量，将该电流值I0输出至测量控制部34。故障判定部36对输入至测量控制部34的电流值I0是否为I0≈0进行判断(S02)。
此时，在没有太阳能电池组故障、电缆断线的情况下，电流沿正向流过构成太阳能电池组13a-2的太阳能电池单元13a-1的pn结，因此不会成为I0≈0。
相反地，在存在太阳能电池组故障、电缆断线的情况下，即使以太阳能电池串10的负极侧为基准将正的直流电压V0施加于正极侧，电流也无法流过太阳能电池组13a-2、旁路二极管13b-1、电缆12-1、12-2、14-1、14-2中的任意者，因此成为I0≈0。
即，在故障判定部36判断为不是I0≈0的情况下，进入步骤S03’，在故障判定部36判断为I0≈0的情况下，进入步骤S03。
这里，旁路二极管故障是指太阳能电池模块13内的多个旁路二极管13b-1中的任意者产生了故障，电流没有正向地流动，发生了断线的状态。另外，电缆断线是指图1所示的正极侧电缆12-2、负极侧电缆12-1、连接太阳能电池模块的输出电缆14-1、14-2中的任意者断线的状态。另外，太阳能电池组故障是指太阳能电池组13a-2的太阳能电池单元13a-1的至少一者产生了故障，发生了断线的状态。
接下来，在故障判定部36判断为I0≈0的情况下，测量控制部34将开关25a设为ON，通过直流电源25b，以太阳能电池串10的正极侧为基准对负极侧施加正电压V0(S03)。
然后，电流计22b对由于施加直流电压V0而生成的电流值I0进行测量，将该电流值I0输出至测量控制部34。故障判定部36对输入至测量控制部34的电流值I0是否为I0≈0进行判断(S04)。
此时，通过直流电源25b，以太阳能电池串10的正极侧为基准对负极侧施加正电压V0，因此在太阳能电池组13a-2产生了故障的情况下，在旁路二极管13b-1流过正向的电流，不会成为I0≈0。相反地，在存在电缆断线的情况下，在太阳能电池组13a-2、旁路二极管13b-1、电缆12-1、12-2、14-1、14-2中均没有流过电流，因此成为I0≈0。
即，在步骤S04中，在故障判定部36判断为不是I0≈0的情况下判断为太阳能电池组13a-2产生了故障，在故障判定部36判断为I0≈0的情况下，判断为电缆断线。故障判定部36向用户通知在步骤S04中判断出的太阳能电池组故障或者电缆断线的结果，故障诊断结束。
返回到步骤S02，在故障判定部36判断为不是I0≈0的情况下，测量控制部34将开关25a设为ON，通过直流电源25b，以太阳能电池串10的正极侧为基准对负极侧施加正电压V0(S03’)。
然后，电流计22b对由于施加直流电压V0而生成的电流值I0进行测量，将该电流值I0输出至测量控制部34。故障判定部36对输入至测量控制部34的电流值I0是否为I0≈0进行判断(S04’)。
此时，通过直流电源25b，以太阳能电池串10的正极侧为基准对负极侧施加正电压V0，因此在旁路二极管13b-1没有产生故障的情况下，在旁路二极管13b-1流过正向的电流，不会成为I0≈0。
相反地，在旁路二极管13b-1产生了故障的情况下，在旁路二极管13b-1没有流过正向的电流，成为I0≈0。例如，在太阳能电池串10中存在旁路二极管13b-1产生了开路故障的太阳能电池模块13的情况下，几乎没有从直流电源25b流过电流，从直流电源25b流过的稳定的电流值I0在直流电源25b的电压V0＝10V的情况下成为小于1mA的低的输出电流值。
即，在步骤S04’中，在故障判定部36判断为不是I0≈0的情况下，判断为旁路二极管13b-1没有产生故障，太阳能电池组13a-2、旁路二极管13b-1、电缆12-1、12-2、14-1、14-2都没有产生故障。故障判定部36向用户通知太阳能电池模块13没有产生故障这样的结果，故障诊断结束。在故障判定部36判断为I0≈0的情况下，判断为太阳能电池串10内的太阳能电池模块13中的任意的旁路二极管13b-1产生了故障，进入对太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的第2故障判定工序。然后，将开关25a设为OFF，第1故障判定工序结束。
首先，在第2故障判定工序中，如图5所示，将开关21b设为ON，将太阳能电池串10的接地配线16与电阻23及电阻24电连接。由此，太阳能电池串10的正极侧经由电阻23与接地配线16电连接，通过电阻23将太阳能电池串10的正极侧与接地之间封端(terminated)。另外，太阳能电池串10的负极侧经由电阻24与接地配线16电连接，通过电阻24将太阳能电池串10的负极侧与接地之间封端(S11)。由此，太阳能电池串10的正极侧、太阳能电池串10的负极侧及被接地的框架成为相等电位。
接下来，将开关25a再次设为ON，从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加正的直流电压V0(S12)。优选施加直流电压时的电压上升时间尽可能快，例如，通过由MOSFET进行的高速通断以10V/μs的转换速率施加直流电压V0。此时，电阻23和电阻24这两者也可以通过未图示的开关在即将施加电压之前从触点26断开。
接下来，电压计22a对施加直流电压V0时的太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值进行测定(S13)。虽然后面会对详情进行叙述，但此时，太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd表示依赖于太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了断线故障的太阳能电池模块13的位置的电压值。测定出的电压值Vp-gnd被输入至测量控制部34。
接下来，故障判定部36基于输入至测量控制部34的电压值Vp-gnd，对太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定(S14)。虽然后面会对详情进行叙述，但旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置依赖于刚施加了直流电压V0之后的-Vp-gnd/V0。因此，故障判定部36对-Vp-gnd/V0进行计算，基于-Vp-gnd/V0，对太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
之后，故障判定部36对在太阳能电池串10内存在旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13进行通知。而且，故障判定部36向用户通知在步骤S14中判断出的太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置结果。
最后，将开关21a、21b、21c、25a设为OFF，将故障诊断装置20从太阳能电池串10电分离，第2故障判定工序结束。
接下来，对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的详细动作原理进行说明。
图6是说明本实施方式涉及的对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的故障诊断装置20的动作原理的图。图6是表示在步骤S13中施加直流电压V0的瞬间前后的电压值Vp-gnd和电压值Vn-gnd的时序数据的一个例子的图。具体而言，图6是表示与太阳能电池串10的从负极侧起第5个太阳能电池模块13的中央的太阳能电池组13a-2并联连接的旁路二极管13b-1产生开路故障的情况下的电压值Vp-gnd和电压值Vn-gnd的时序数据的一个例子的图。这里，电压Vn-gnd是以施加直流电压V0时的太阳能电池串10的负极侧的接地电位为基准的电压值。
如图6所示，在与太阳能电池串10的从负极侧起第5个太阳能电池模块13的中央的太阳能电池组13a-2并联连接的旁路二极管13b-1产生了开路故障的情况下，在太阳能电池串10的正极及负极这两个端子间施加了直流电压V0的时间6.0E-3秒的瞬间，所施加的直流电压V0被分压为电压Vp-gnd和电压Vn-gnd。例如，在与太阳能电池串10的从负极侧起第5个太阳能电池模块13的中央的太阳能电池组13a-2并联连接的旁路二极管13b-1产生了故障的情况下，通过接地电位对直流电压V0进行分压后的电压-Vp-gnd与电压Vn-gnd之比在刚施加直流电压V0后以-Vp-gnd：Vn-gnd＝9：1进行分压，由图6中的41与42之比表示。在太阳能电池串10内的其它太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1产生了开路故障的情况下也同样地，通过接地电位对直流电压V0进行分压后的电压-Vp-gnd与电压Vn-gnd之比在刚施加直流电压V0之后，依赖于旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置，示出与刚才不同的分压比。下面对其理由进行详细的说明。
图7用于说明本实施方式涉及的对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的故障诊断装置20的动作原理，是太阳能电池模块13及太阳能电池串10的等效电路图。图7的(a)是将太阳能电池模块13的等效电路简化后的图。图7的(b)及(c)是在图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1产生了故障的情况下，从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加了正的直流电压V0时的太阳能电池串10的等效电路图。
如图7的(a)所示，就太阳能电池模块13的施加交流电压时的等效电路而言，太阳能电池组13a-2由并联电阻成分Rsh、太阳能电池单元13a-1的电容成分Cd及串联电阻成分Rs构成，而且，由与太阳能电池组13a-2并联连接的旁路二极管13b-1、太阳能电池模块13和框架13c之间的电容成分Ce表示。在图7的(a)中，示出3个太阳能电池组13a-2串联连接的太阳能电池模块13的等效电路图。
在从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加了正的直流电压V0的情况下，在旁路二极管13b-1没有产生故障的太阳能电池模块13中，由于在旁路二极管13b-1的正向上施加电压，因此能够将旁路二极管13b-1近似地作为短路来对待。另外，由于是施加直流电压时，因此与旁路二极管13b-1并联连接的电容成分Cd能够视为开路。另外，由于与旁路二极管13b-1并联连接的并联电阻成分Rsh相对于旁路二极管13b-1的电阻成分来说电阻值大，因此能够近似地视为开路。即，如图7的(b)所示，旁路二极管13b-1没有产生故障的太阳能电池模块13能够视为等效于与所相邻的太阳能电池模块13连接的短路配线、太阳能电池模块13和框架13c之间的电容成分C。
相对于此，在旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的情况下，在产生了开路故障的旁路二极管中，即使施加正向的电压也不流过电流。旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13由并联电阻成分Rsh决定。为了简化，如果将旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13与框架13c之间的电容近似为与旁路二极管13b-1没有产生故障的太阳能电池模块13和框架13c之间的电容C相同，则如图7的(b)所示，旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13能够视为与太阳能电池组13a-2的并联电阻成分Rsh、太阳能电池模块13和框架13c之间的电容成分C等效。即，在图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1产生了故障时，从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加了正的直流电压V0的情况下的太阳能电池串10的等效电路为图7的(b)所示那样的等效电路。
而且，图7的(b)的太阳能电池串10的等效电路的并联电阻成分Rsh的电阻值充分大，近似地视为开路。于是，如图7的(c)所示，在图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1产生了故障的情况下，在从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加了正的直流电压V0时，太阳能电池串10的正极侧的对地静电电容为2C，太阳能电池串10的负极侧的对地静电电容为3C。太阳能电池串10的对地静电电容被串联地分割。即，根据旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置，太阳能电池串10的对地静电电容在不同的位置处被串联地分割。
由此，在从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加了正的直流电压V0时，由于太阳能电池串10的正极侧的对地电容成分Cp(2C)和负极侧的对地静电电容Cn(3C)是串联的，因此在负极侧的静电电容成分Cn中充电了Q的电荷的情况下，在正极侧的对地静电电容Cp中充电的静电量为-Q。因此，根据Q＝CV的关系，由于Cp×(-Vp-gnd)＝Cn×Vn-gnd，因此成为-Vp-gnd：Vn-gnd＝Cn：Cp。即，根据旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2的位置，对地静电电容不同，以这样的状态进行分压。因此，电压Vp-gnd与电压Vn-gnd之比在太阳能电池串10中针对旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的各个位置而示出不同的值。
电压Vp-gnd和电压Vn-gnd在示出基于产生了故障的太阳能电池模块13的位置的分压比的电压值后，由于由直流电压V0产生的电流流过电阻23及电阻24，从而电压Vp-gnd和电压Vn-gnd收敛为电阻23和电阻24的电阻值之比。在本实施方式中，由于电阻23与电阻24相等，因此收敛为-Vp-gnd＝Vn-gnd。这里，电压Vp-gnd收敛的时间常数由太阳能电池串10的正极侧和框架13c之间的电容与电阻24之积决定。电压Vn-gnd收敛的时间常数由太阳能电池串10的负极侧和框架13c之间的电容与电阻23之积决定。
根据以上内容，在本实施方式的故障判定部36中，基于上述动作原理，对根据太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置而示出不同的值的-Vp-gnd/V0进行计算，基于-Vp-gnd/V0，能够对太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
这里，为了准确地对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定，需要没有对太阳能电池串10的正极侧和负极侧充入电荷。在由于某种原因对太阳能电池串10的正极侧或者负极侧充入了电荷的情况下，太阳能电池串10的正极侧或者负极侧的对地电压与没有事先充入电荷的情况相比示出不同的值。由此，电压-Vp-gnd和电压Vn-gnd之比示出不同的值，有时无法对太阳能电池串10的产生了故障的太阳能电池模块的准确的位置进行确定。因此，在步骤S12前，优选太阳能电池串10的正极侧和负极侧的电荷为与0接近的值。即，通过在步骤12前进行步骤S11，从而能够向接地排出在太阳能电池串10的正极侧及负极侧带电的电荷，因此能够准确地对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
另外，在本实施方式中，在将电阻24的电阻值设为R[Ω]、将太阳能电池串10的对地静电电容设为Ce[F]时，为了使内藏于太阳能电池串10的正极侧及负极侧的电荷充分地放电，优选以大于或等于5R×Ce[秒]的时间的期间，将开关21a、21b、21b设为ON。这里，太阳能电池串10内的被串联连接的太阳能电池模块的数量为n个的情况下的电荷放电时间大于或等于nR×Ce[秒]。
这里，在本实施方式中，对将太阳能电池串10的正极侧和框架13c之间、及太阳能电池串10的负极侧和框架13c之间电连接而接地进行了说明，但也可以将太阳能电池串10的正极侧和框架13c之间、及太阳能电池串10的负极侧和框架13c之间中的任意一者电连接而接地。
图8是表示本实施方式涉及的产生了故障的太阳能电池模块13的从太阳能电池串10的负极侧算起的位置与测定出的电压值-Vp-gnd和直流电压V0之比之间的关系的图。图8示出通过基于上述动作原理的等效电路计算出的结果(计算值)、通过实际的实验结果测定出的结果(实测值)。
如图8所示，可知计算值与实测值大致一致，呈依赖于产生了故障的太阳能电池模块13的位置而线性增加的倾向。因此，通过根据事先取得的电路参数计算出的值，事先取得旁路二极管13b-1产生了开路故障的太阳能电池模块13的各个位置的-Vp-gnd/V0，储存于故障判定部36的存储器等存储介质，由此故障判定部36通过对根据在步骤S13测定出的电压Vp-gnd计算出的-Vp-gnd/V0和通过计算求出的-Vp-gnd/V0进行比较，从而能够对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
在构成太阳能电池串10的被串联连接的太阳能电池模块13为n个的情况下，产生了故障的太阳能电池模块13的从负极侧算起的位置由n×Vn-gnd/(-Vp-gnd+Vn-gnd)表示。即，在本实施方式中，由于在太阳能电池串10内具有5个太阳能电池模块13，因此产生了故障的太阳能电池模块13的从负极侧算起的位置由5×Vn-gnd/(-Vp-gnd+Vn-gnd)表示。因此，也可以基于测定出的电压值Vp-gnd，从直流电压V0减去电压值Vp-gnd，求出电压Vn-gnd，使用上式，对产生了故障的太阳能电池模块13的从负极侧算起的位置进行确定。
但是，在实际的太阳能电池模块中没有故障的旁路二极管与理想的短路状态不同，无法使足以进行全部太阳能电池模块的对地静电电容成分的充电的电荷经过，有时无法根据上式对产生了故障的太阳能电池模块13的从负极侧算起的位置进行确定。具体而言，为了将图7所示的旁路二极管13b-1设为ON，太阳能电池组13a-2的电容成分Cd被充电，在旁路二极管的阳极和阴极之间，需要以阴极为基准施加正的电压。就该电压值而言，由于直流电压V0被串联的没有故障的全部旁路二极管分压，因此正向施加的电压变小，有时没有流过足以进行全部太阳能电池模块的对地电容成分的充电的电流。在该情况下，对处于距离正极侧或负极侧远的位置处的太阳能电池模块的对地静电电容成分充电的量减少，因此由n×Vn-gnd/(-Vp-gnd+Vn-gnd)表示的值有时示出比实际的故障位置更靠近太阳能电池串的中央侧的位置。在该情况下，需要进行上式的校正以变得一致。旁路二极管为理想的短路的情况与通过使用实际的旁路二极管产生的故障模块的位置的误差取决于旁路二极管的反向饱和电流值Is和施加电压V0，因此能够预先获得这些值，通过电路计算而进行校正，进行更准确的故障位置判定。
根据以上内容，本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置，特别是旁路二极管产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定。
因此，以往，只能以太阳能电池串为单位进行故障诊断，对于太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的确定需要大量的时间和工作量，但本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定，因此，能够大幅度地降低太阳能电池串内的太阳能电池模块的故障诊断所需要的时间及工作量。
实施方式2
作为本实施方式的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20与实施方式1不同，故障判定部36在判断为是电缆断线的情况下，对该电缆断线的产生位置进行判定。
具体而言，故障判定部36对将太阳能电池模块13彼此连接的输出电缆14-1、14-2、将太阳能电池模块13和太阳能发电系统100的功率调节器30连接的电缆12-1、将太阳能电池模块13和太阳能发电系统100的防逆流二极管40连接的电缆12-2中的哪个位置存在电缆断线进行判定。另外，故障判定部36也对输出电缆14-1、14-2产生了断线的太阳能电池模块13的位置进行判定。
本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的概略结构与实施方式1的图1至图3相同，对本实施方式的故障诊断装置20的特征部分之外的相同结构省略说明。
接下来，对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的动作进行说明。图9是表示本实施方式涉及的对电缆断线的位置进行判定的故障诊断装置的动作的流程图。由于图4的直至故障判定部36判断为电缆断线为止的工序与实施方式1相同，因此省略详细的说明，仅对与实施方式1的不同点进行说明。
首先，如图4所示，与实施方式1同样地，故障诊断装置20开始太阳能电池串10的诊断，经过步骤S01至步骤S04的工序，在故障判定部36判断为太阳能发电系统100内存在电缆断线的情况下，进入图9的对电缆断线的位置进行确定的第3故障判定工序。
接下来，如图9所示，将开关21b设为ON，将太阳能电池串10的接地配线16与电阻23及电阻24电连接。由此，太阳能电池串10的正极侧经由电阻23与接地配线16电连接，通过电阻23将太阳能电池串10的正极侧与接地之间封端。另外，太阳能电池串10的负极侧经由电阻24与接地配线16电连接，通过电阻24将太阳能电池串10的负极侧与接地之间封端(S21)。由此，太阳能电池串10的正极侧、太阳能电池串10的正极侧及被接地的框架成为相等电位。
接下来，将开关25a再次设为ON，从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加正的直流电压V0(S22)。优选施加直流电压时的电压上升时间尽可能快，例如，通过由MOSFET进行的高速通断以10V/μs的转换速率施加直流电压V0。此时，电阻23和电阻24这两者也可以通过未图示的开关在即将施加电压之前从触点26断开。
接下来，电压计22a对施加直流电压V0时的太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值进行测定(S23)。虽然后面会对详情进行叙述，但此时，太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd表示依赖于产生了断线的电缆的位置的电压值。测定出的电压值Vp-gnd被输入至测量控制部34。
接下来，故障判定部36基于输入至测量控制部34的电压值Vp-gnd，对产生了电缆断线的位置进行判定(S24)。虽然后面会对详情进行叙述，但产生了电缆断线的位置依赖于刚施加了直流电压V0之后的-Vp-gnd/V0。因此，故障判定部36对-Vp-gnd/V0进行计算，基于-Vp-gnd/V0，对产生了电缆断线的位置进行确定。
之后，故障判定部36对在太阳能发电系统100内存在电缆断线进行通知。而且，故障判定部36向用户通知在步骤S24中判断出的产生了电缆断线的位置结果。
最后，将开关21a、21b、21c、25a设为OFF，将故障诊断装置20与太阳能电池串10电分离，对产生了电缆断线的位置进行判定的第3故障判定工序结束。
接下来，使用图7对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的详细的动作原理进行说明。
图7的(b)是在实施方式1中的图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1产生了故障的情况下的等效电路图，但在实施方式2中的图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2中的任意者产生了断线的情况下，图7的(b)的并联电阻成分Rsh能够视为开路。因此，在实施方式2中，如图7的(c)所示，在图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2中的任意者产生了断线的情况下，在从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加了正的直流电压V0时，太阳能电池串10的正极侧的对地静电电容为2C，太阳能电池串10的负极侧的对地静电电容为3C。太阳能电池串10的对地静电电容被串联地分割。即，根据输出电缆12-1、12-2、太阳能电池串内的太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2中的任意者的电缆断线的位置，太阳能电池串10的对地静电电容在不同的位置处被串联地分割。
根据以上内容，在从太阳能电池串10的负极侧对正极侧施加正的直流电压V0时，根据输出电缆12-1、12-2、太阳能电池串内的太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2中的任意者的电缆断线的位置，对地静电电容不同，以这样的状态进行分压。因此，电压Vp-gnd与电压Vn-gnd之比针对输出电缆12-1、12-2、太阳能电池串内的太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2的电缆断线的各个位置而示出不同的值。
另外，如上所述，由于实施方式1与实施方式2的等效电路图相同，因此图8的表示产生了故障的太阳能电池模块13的从太阳能电池串10的负极侧算起的位置与测定出的电压值-Vp-gnd和直流电压V0之比之间的关系的图也具有相同的倾向。
就本实施方式的故障判定部36而言，能够基于上述动作原理，对根据输出电缆12-1、12-2、太阳能电池串内的太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2的电缆断线的位置而示出不同的值的-Vp-gnd/V0进行计算，基于-Vp-gnd/V0，对输出电缆12-1、12-2、太阳能电池串10内的太阳能电池模块13的输出电缆14-1、14-2的电缆断线的位置进行确定。
根据以上内容，本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置，特别是太阳能电池串内的太阳能电池模块的电缆断线、太阳能电池串的输出电缆的断线位置进行确定。
因此，以往，只能以太阳能电池串为单位进行故障诊断，对于太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的确定需要大量的时间和工作量，但本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定，因此，能够大幅度地降低太阳能电池串内的太阳能电池模块的故障诊断所需要的时间及工作量。
实施方式3
作为本实施方式的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20与实施方式1或实施方式2不同，故障判定部36在判断为太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2存在故障的情况下，对太阳能电池串10内的太阳能电池组13a-2产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定。
本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的概略结构与实施方式1的图1至图3相同，对本实施方式的故障诊断装置20的特征部分之外的相同结构省略说明。
接下来，对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的动作进行说明。图10是表示本实施方式涉及的对太阳能电池组产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的故障诊断装置20的动作的流程图。由于图4的直至故障判定部36判断为太阳能电池组故障为止的工序与实施方式1相同，因此省略详细的说明，仅对与实施方式1的不同点进行说明。
首先，如图4所示，与实施方式1同样地，故障诊断装置20开始太阳能电池串10的诊断，经过步骤S01至步骤S04的工序，在故障判定部36判断为太阳能电池串10内存在太阳能电池组故障的情况下，进入图10的对太阳能电池组产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的第4故障判定工序。
接下来，如图10所示，将开关21b设为ON，将太阳能电池串10的接地配线16与电阻23及电阻24电连接。由此，太阳能电池串10的正极侧经由电阻23与接地配线16电连接，通过电阻23将太阳能电池串10的正极侧与接地之间封端。另外，太阳能电池串10的负极侧经由电阻24与接地配线16电连接，通过电阻24将太阳能电池串10的负极侧与接地之间封端(S31)。由此，太阳能电池串10的正极侧、太阳能电池串10的正极侧及被接地的框架成为相等电位。
接下来，将开关25a再次设为ON，从太阳能电池串10的正极侧对负极侧施加正的直流电压V0(S32)。优选施加直流电压时的电压上升时间尽可能快，例如，通过由MOSFET进行的高速通断以10V/μs的转换速率施加直流电压V0。此时，电阻23和电阻24这两者也可以通过未图示的开关在即将施加电压之前从触点26断开。
接下来，电压计22a对施加直流电压V0时的太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值进行测定(S33)。虽然后面会对详情进行叙述，但此时，太阳能电池串10的正极侧与接地间的电位Vp-gnd表示依赖于产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置的电压值。测定出的电压值Vp-gnd被输入至测量控制部34。
接下来，故障判定部36基于输入至测量控制部34的电压值Vp-gnd，对产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置进行判定(S34)。虽然后面会对详情进行叙述，但产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置依赖于刚施加了直流电压V0之后的Vp-gnd/V0。因此，故障判定部36对Vp-gnd/V0进行计算，基于Vp-gnd/V0，对产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置进行判定。
之后，故障判定部36对在太阳能电池串10内存在太阳能电池组故障进行通知。而且，故障判定部36向用户通知在步骤S34中判断出的产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置结果。
最后，将开关21a、21b、21c、25a设为OFF，将故障诊断装置20与太阳能电池串10电分离，对产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的第4故障判定工序结束。
接下来，使用图7对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的详细的动作原理进行说明。
在实施方式1中的图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2产生了故障的情况下，如果从太阳能电池串10的正极侧对负极侧施加正的直流电压V0，则太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1变为反向偏置，因此不流过电流，电流流过没有故障的太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2，电流没有流过产生了故障的太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2。
图7的(b)是在实施方式1中的图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的旁路二极管13b-1产生了故障的情况下的等效电路图，但在实施方式3中的图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2产生了故障的情况下，图7的(b)的并联电阻成分Rsh能够视为开路。另外，如果将没有故障的太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2的电阻视为非常小，则如图7的(b)所示，没有故障的太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2能够视为短路。
即，在实施方式3中，如图7的(c)所示，在图1的太阳能电池串10的从负极侧起第3个太阳能电池模块13的太阳能电池组13a-2产生了故障的情况下，在从太阳能电池串10的正极侧对负极侧施加了正的直流电压V0时，太阳能电池串10的正极侧的对地静电电容为2C，太阳能电池串10的负极侧的对地静电电容为3C。太阳能电池串10的对地静电电容被串联地分割。即，根据产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置，太阳能电池串10的对地静电电容在不同的位置处被串联地分割。
根据以上内容，在从太阳能电池串10的正极侧对负极侧施加了正的直流电压V0时，根据产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置，对地静电电容不同，以这样的状态进行分压。因此，电压Vp-gnd与电压Vn-gnd之比针对产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的各个位置而示出不同的值。
另外，如上所述，实施方式1与实施方式3的等效电路图相同，但直流电压V0的施加方式相反，因此对于图8的表示产生了故障的太阳能电池模块13的从太阳能电池串10的负极侧算起的位置与测定出的电压值Vp-gnd和直流电压V0之比之间的关系的图而言，纵轴从-Vp-gnd/V0替换为Vp-gnd/V0，但具有与实施方式1相同的倾向。
在本实施方式的故障判定部36中，基于上述动作原理，能够对根据产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置而示出不同值的Vp-gnd/V0进行计算，基于Vp-gnd/V0，对产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
根据以上内容，本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置，特别是产生了太阳能电池组故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
因此，以往，只能以太阳能电池串为单位进行故障诊断，对于太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的确定需要大量的时间和工作量，但本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法能够准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定，因此，能够大幅度地降低太阳能电池串内的太阳能电池模块的故障诊断所需要的时间及工作量。
实施方式4
作为本实施方式的太阳能发电系统200与实施方式1至实施方式3不同，能够在不将功率调节器与太阳能电池串分离的状态下，进行旁路二极管的故障位置的确定或电缆断线的位置的确定。
图11是示意性地表示本实施方式涉及的太阳能发电系统的概略结构的图。
如图11所示，在太阳能电池串10的负极侧的输出端子11-1和功率调节器30之间连接防逆流二极管41，防逆流二极管41的阳极与功率调节器30连接，防逆流二极管41的阴极与负极侧的输出端子11-1及故障诊断装置20的开关21a连接。由于其它标注了相同标号的结构与实施方式1的图1至图3相同，因此省略说明。
接下来，对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的动作进行说明。
在实施方式1至实施方式3中，在第1故障诊断工序前具有将太阳能电池串10和功率调节器30分离的工序，但在本实施方式中，在不将太阳能电池串10和功率调节器30分离的状态下，实施实施方式1的第1故障判定工序及实施方式1的第2故障判定工序或实施方式2的第3故障判定工序。由于本实施方式的第1故障判定工序至第3故障判定工序与实施方式1或实施方式2相同，因此省略说明。
根据该结构，在开关25a为ON，向太阳能电池串10的正极侧的输出端子11-2和负极侧的输出端子11-1之间以与发电电动势相反的方向施加了直流电压V0的情况下，通过防逆流二极管40和防逆流二极管41，能够防止电流流过功率调节器30所具有的未图示的对地电容成分。通常，功率调节器30所具有的对地静电电容成分被与太阳能电池串10的对地静电电容成分合成，由此，在对地静电电容成分的测定中，有时不能准确地求出太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置、电缆断线的位置。但是，本实施方式涉及的太阳能发电系统200通过防逆流二极管41可以无需关注功率调节器30所具有的对地静电电容成分，因此能够在不将太阳能电池串10和功率调节器30分离的状态下，准确地得到产生了故障的太阳能电池模块13的位置，特别是太阳能电池串10内的旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置、电缆断线的位置。
根据以上内容，本实施方式涉及的太阳能发电系统能够在不将太阳能电池串和功率调节器分离的状态下，得到产生了故障的太阳能电池模块的位置，特别是太阳能电池串内的旁路二极管产生了故障的太阳能电池模块的位置、电缆断线的位置，因此能够大幅度降低太阳能电池串内的太阳能电池模块的故障诊断所需要的时间及工作量。
实施方式5
作为本实施方式的太阳能发电系统100与实施方式1至实施方式4不同，在太阳能电池模块13的太阳能发电部13a开始了发电时等，太阳能电池模块13通过光照而产生电动势时开始诊断，能够进行旁路二极管的故障位置的确定。
本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的概略结构与实施方式1的图1至图3相同，对本实施方式的故障诊断装置20的特征部分之外的相同结构省略说明。
接下来，对本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20的动作进行说明。由于图4及图5的故障判定部36的诊断工序与实施方式1相同，因此省略详细的说明。
本实施方式涉及的太阳能发电系统100及太阳能电池串10的故障诊断装置20在太阳能电池模块13通过光照而产生了电动势时执行进行旁路二极管13b-1的故障位置的确定的图5的诊断工序。具体而言，例如，在太阳能电池模块13的太阳能发电部13a开始发电的清晨、发电能力下降的傍晚等由光照引起的电动势小的时间段进行诊断。这里，在太阳能电池模块13的由光照引起的电动势小的时间段进行诊断的理由在于，如果电动势大则在诊断时施加的电压被抵消，无法进行诊断。因此，太阳能电池模块13的由光照引起的电动势需要是小至能够实施图5的诊断工序的电动势。具体而言，优选太阳能电池模块13的由光照引起的太阳能电池串的电动势小于或等于直流电压施加部25的电动势，能够被直流电压施加部25的电动势抵消。
因此，例如，如果是清晨的时间段，则对太阳能电池串10的电缆12-1和12-2之间的电压进行测量，在太阳能电池串10的正极相对于负极的电压大于0V的情况下，开始图5的诊断工序。另外，如果是傍晚的时间段，则对太阳能电池串10的电缆12-1和12-2之间的电压进行测量，在太阳能电池串10的正极相对于负极的电压例如小于或等于太阳能电池串的额定的开路电压的1/100V而充分小时，开始图5的诊断工序。
接下来，详细说明在由光照引起的电动势小的时间段进行实施旁路二极管13b-1的故障位置的诊断这一确定故障位置的工序的理由。
图12是表示本实施方式涉及的产生了故障的太阳能电池模块13的从太阳能电池串10的负极侧算起的位置与测定出的电压值-Vp-gnd和直流电压V0之比之间的关系的图。图12示出通过基于在实施方式1中说明过的动作原理的等效电路计算出的结果(计算值)、根据有无光照的实验结果而测定出的结果。
例如，就作为太阳能发电部13a的太阳能电池板的开路电压值而言，每1个电池板约为0.3V，是太阳能电池模块13的额定的开路电压30V的约1/100的值。如果在照射光，太阳能电池板的开路电压变为0.3V的情况下实施图5的旁路二极管13b-1的故障位置的诊断，则如图12所示，得到与计算值接近的结果。相对于此，如果在没有对太阳能电池板照射光的情况下实施图5的旁路二极管13b-1的故障位置的诊断，则如图12所示，与照射光的情况相比，成为从计算值偏离的结果。即，通过在上述那样的太阳能电池模块13通过光照而产生了电动势时进行图5的旁路二极管13b-1的故障位置的确定，从而能够更准确地对旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
下面对其理由进一步进行详细的说明。在没有对太阳能电池板照射光的情况下，旁路二极管13b-1的反向饱和电流值Is成为比施加电压V0低的值，电流没有充分地流过旁路二极管13b-1，不会视为理想的短路。另一方面，在对太阳能电池板照射光的情况下，太阳能电池组13a-2的导电性由于光照而增加，将太阳能电池组13a-2短路而流过旁路二极管13b-1的电流成分增加，因此与没有对太阳能电池板照射光的情况相比，能够将太阳能电池组13a-2视为短路。因此，与没有对太阳能电池板照射光的情况相比，在对太阳能电池板照射光的情况下能够得到与计算式接近的结果。因此，通过在由光照引起的电动势小的时间段进行图5的旁路二极管13b-1的故障位置的确定，从而无需进行由电路计算实现的校正，能够更准确地对旁路二极管13b-1产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
根据以上内容，本实施方式涉及的太阳能电池串的故障诊断装置、具有该故障诊断装置的太阳能发电系统及太阳能电池串的故障诊断方法与实施方式1相比，能够更准确地对太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置，特别是旁路二极管产生了故障的太阳能电池模块的位置进行确定。
这里，在本实施方式中，说明了在太阳能电池模块13通过光照而产生了电动势时进行旁路二极管的故障位置的确定的图5的诊断工序，但图4的对太阳能电池串的故障原因进行判定的工序也可以在该时间段进行。另外，本实施方式也能够应用于实施方式2至实施方式4，也可以在太阳能电池模块13的太阳能发电部13a的由光照引起的电动势小的时间段进行诊断。
这里，在上述实施方式1至实施方式5中，说明了对太阳能电池串10的一端即正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值进行测定，对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定的例子，但也可以对太阳能电池串10的另一端即负极侧与接地间的电位Vn-gnd的值进行测定，基于电压值Vn-gnd的值，对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定。在该情况下，设置与电阻23并联连接的电压计，对电阻23的电压进行测定即可。另外，在该情况下，图8的太阳能电池模块13的位置与测定出的电压值Vn-gnd之间的关系不同于电压Vp-gnd，太阳能电池模块13的位置与测定出的电压值Vn-gnd之间的关系相反，即成为负的斜率。
这里，在上述实施方式1至实施方式5中，如图3所示，说明了将电压计22a与电阻24并联连接，对电阻24的两端的电压进行测定的例子，但也可以另外设置与电阻23并联连接的电压计，对电阻23和电阻24的电压这两者进行测定。即，作为触点26的基准，也可以对太阳能电池串10的一端即正极侧与接地间的电位Vp-gnd的值和太阳能电池串10的另一端即负极侧与接地间的电位Vn-gnd的值这两者进行测定。在该情况下，基于电压值Vp-gnd和电压值Vn-gnd这两者的值，对产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行判定，因此与上述实施方式1至实施方式4相比，能够进一步准确地对太阳能电池串10内的产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
这里，实施方式1至实施方式3及实施方式5可以分别单独地使用，也可以组合使用实施方式1至实施方式3及实施方式5中的至少两个实施方式，也可以使用实施方式1至实施方式3及实施方式5全体。
另外，在实施方式4中，说明了如实施方式1那样对旁路二极管产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定的情况，但也能够应用于实施方式2。另外，实施方式4及应用了实施方式2的实施方式4可以分别单独地使用，也可以将两个实施方式组合使用。
另外，也可以将实施方式3应用于实施方式4。在该情况下，在将功率调节器30与太阳能电池串10分离的基础上进行实施方式3，由此能够对太阳能电池串10内的太阳能电池组13a-2产生了故障的太阳能电池模块13的位置进行确定。
此外，本发明可以在其发明的范围内将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。而且，本发明不限定于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。另外，在上述实施方式中包含各种阶段的发明，通过公开的多个结构条件的适当组合，能够提取出各种发明。
标号的说明
100、200太阳能发电系统，10太阳能电池串，12-1、12-2、14-1、14-2输出电缆，13太阳能电池模块，13a太阳能发电部，13a-2太阳能电池组，13b-1旁路二极管，13c框架，20故障诊断装置，21a、21b、21c、25a开关，22a电压计，22b电流计，25直流电压施加部，25b直流电源，30功率调节器，34测量控制部，36故障判定部，40、41防逆流二极管

Claims (16)

1.一种太阳能电池串的故障诊断装置，该太阳能电池串具有多个太阳能电池模块，该多个太阳能电池模块具有太阳能发电部和导电性的框架，所述多个太阳能电池模块的所述太阳能发电部被电气地串联连接，所述多个太阳能电池模块的所述框架被电气地共通连接而接地，
该太阳能电池串的故障诊断装置的特征在于，具有：
电压供给部，其将直流电压施加于所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极和负极之间；
测量部，其对通过施加所述直流电压而产生的所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极或负极与所述框架之间的电位进行测量；以及
故障判定部，其基于由所述测量部测定出的所述电位，对所述太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
所述太阳能电池模块具有旁路二极管，该旁路二极管的阳极与所述太阳能发电部的负极侧连接，阴极与所述太阳能发电部的正极侧连接，该旁路二极管与所述太阳能发电部并联连接，
所述故障判定部对所述太阳能电池串内的所述旁路二极管产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
所述太阳能电池串具有多个电缆，该多个电缆将所述太阳能电池模块彼此之间连接，将所述太阳能电池串和太阳能发电系统的防逆流二极管连接，将所述太阳能电池串和所述太阳能发电系统的功率调节器连接，
所述故障判定部对所述多个电缆中的产生了断线的所述电缆的位置进行判定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
所述太阳能发电部具有串联连接有多个太阳能电池单元的太阳能电池组，
所述故障判定部对所述太阳能电池串内的所述太阳能电池组产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
具有以如下方式进行控制的测量控制部，即，在施加所述直流电压前，将所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极和所述框架之间、及所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的负极和所述框架之间的至少一者电连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
所述故障判定部基于事先通过等效电路计算出的结果，对所述太阳能电池串内的产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
所述电压供给部以所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极侧为基准将第1正的直流电压施加于负极侧，以所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的负极侧为基准将第2正的直流电压施加于正极侧，
所述测量部对通过施加所述第1正的直流电压及所述第2正的直流电压而产生的各个电流值进行测量，
所述故障判定部基于所述电流值，对所述太阳能电池串的故障原因是旁路二极管故障、电缆断线、太阳能电池组故障及没有故障的哪一个进行判定。
8.根据权利要求2所述的太阳能电池串的故障诊断装置，其特征在于，
所述故障判定部在所述太阳能电池模块通过光照而产生了电动势时，对所述太阳能电池串内的所述旁路二极管产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
9.一种太阳能发电系统，其特征在于，具有：
所述太阳能电池串；以及
与所述太阳能电池串连接的权利要求1至8中任一项所述的所述故障诊断装置。
10.根据权利要求9所述的太阳能发电系统，其特征在于，具有：
功率调节器；
第1防逆流二极管，其阳极与所述太阳能电池串的正极侧的输出端子连接，阴极与所述功率调节器的正极侧连接；以及
第2防逆流二极管，其阳极与所述功率调节器的负极侧连接，阴极与所述太阳能电池串的负极侧的输出端子连接。
11.一种太阳能电池串的故障诊断方法，该太阳能电池串具有多个太阳能电池模块，该多个太阳能电池模块具有太阳能发电部和导电性的框架，所述多个太阳能电池模块的所述太阳能发电部被电气地串联连接，所述多个太阳能电池模块的所述框架被电气地共通连接而接地，
该太阳能电池串的故障诊断方法的特征在于，具有如下工序：
从电压供给部将直流电压施加于所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极和负极之间；
利用测量部对通过施加所述直流电压而产生的所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极或负极与所述框架之间的电位进行测量；以及
故障判定工序，通过故障判定部，基于由所述测量部测定出的所述电位，对所述太阳能电池串内的产生了故障的太阳能电池模块的位置进行判定。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其特征在于，
所述太阳能电池模块具有旁路二极管，该旁路二极管的阳极与所述太阳能发电部的负极连接，阴极与所述太阳能发电部的正极连接，该旁路二极管与所述太阳能发电部并联连接，
所述故障判定工序对所述太阳能电池串内的所述旁路二极管产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
13.根据权利要求11或12所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其特征在于，
所述太阳能电池串具有多个电缆，该多个电缆将所述太阳能电池模块彼此之间连接，将所述太阳能电池串和太阳能发电系统的防逆流二极管连接，将所述太阳能电池串和所述太阳能发电系统的功率调节器连接，
所述故障判定工序对所述多个电缆中的产生了断线的所述电缆的位置进行判定。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其特征在于，
所述太阳能发电部具有串联连接有多个太阳能电池单元的太阳能电池组，
所述故障判定工序对所述太阳能电池串内的所述太阳能电池组产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其特征在于，具有如下工序：
从所述电压供给部，以所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的正极侧为基准将第1正的直流电压施加于负极侧；
从所述电压供给部，以所述太阳能电池串的被串联连接的所述多个太阳能电池模块的负极侧为基准将第2正的直流电压施加于正极侧；以及
利用所述测量部对通过施加所述第1正的直流电压及所述第2正的直流电压而产生的各个电流值进行测量，
所述故障判定工序基于所述电流值，对所述太阳能电池串的故障原因是旁路二极管故障、电缆断线、太阳能电池组故障及没有故障的哪一个进行判定。
16.根据权利要求12所述的太阳能电池串的故障诊断方法，其特征在于，
所述故障判定工序在所述太阳能电池模块通过光照而产生了电动势时，对所述太阳能电池串内的所述旁路二极管产生了故障的所述太阳能电池模块的位置进行判定。
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