JP2000284017A - 太陽光発電における出力測定方法及び装置 - Google Patents

太陽光発電における出力測定方法及び装置

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JP2000284017A
JP2000284017A JP11091275A JP9127599A JP2000284017A JP 2000284017 A JP2000284017 A JP 2000284017A JP 11091275 A JP11091275 A JP 11091275A JP 9127599 A JP9127599 A JP 9127599A JP 2000284017 A JP2000284017 A JP 2000284017A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】太陽光発電装置の設置において、太陽電池パネ
ルの正常な出力を測定すること。 【解決手段】設置した太陽電池パネル(PA )に接近し
て、太陽電池センサ(P B )を温度センサ(TS )を付
属して配置し、この太陽電池センサ(PB )と温度セン
サ(TS )が検出した発電電力と、太陽電池センサ(P
B )のモジュール温度をCPU(2)に入力するととも
に、太陽電池パネル(PA )の公表されている放射照度
1000W/m2 ,分光分布AM1.5の基準条件下で
の最大出力値をテンキー(4)によりCPU(2)に入
力して演算させ、演算値をもって太陽電池パネル
(PA )の正常な出力とし、この正常出力を太陽光発電
装置に付属しているパネル出力計(7)に表示される出
力値と比較することにより、太陽電池パネルが正常に機
能しているか否かを知ることができるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、設置されている太
陽電池パネルに接近して、この太陽電池パネルと同一設
置条件で太陽光を受光して発電する太陽電池センサを用
いて、設置されている太陽電池パネルの出力を推定す
る、出力測定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽光発電システムは、無公害エネルギ
ーとして注目され、産業用または民生用として本格的普
及段階に入りつつあるのが現状である。この太陽光発電
システムの設置後の竣工検査の試験項目として、新エネ
ルギー財団(通称NEF)や、新エネルギー・産業技術
総合開発機構(通称NEDO)では、「連係する電力会
社の受電電圧測定」「発電電圧測定」「発生出力測定」
「絶縁抵抗測定(引込口配線、配線機器一括、インバー
タ)」「接地抵抗測定(太陽電池パネル、インバータ、
分電盤)」「警報表示試験」等を行うことを定めてい
る。
【0003】上記試験項目のうち、発電電圧と発生出力
については、設置場所の緯度、太陽電池パネルの傾斜設
置角度及び設置方位、発電時の日射量、日陰の有無、モ
ジュール温度等の設置条件によって変化するものであ
る。また発電電圧と発生出力は、工場出荷後の輸送や搬
入据付時に生じる恐れがある、太陽電池セルのヒビ割れ
等の損傷、太陽電池モジュールの汚れ、回路損失等の施
工の不具合の影響等によっても数値が変動するものであ
る。
【0004】即ち、太陽電池パネルは、設置場所の緯度
とほぼ同じ角度に傾斜させ南向きに適正に設置すれば、
年間を通じての発生電力量は最大とる。但し、太陽の照
度は季節、時刻、天候、障害物による日陰の有無等によ
り変動しており、夏期の晴天日において太陽の南中時が
最大である。
【0005】従来の竣工検査では、図3に示す如き放射
照度(W/m2 )毎の開放電圧(V OC)と、短絡電流
(ISC)の特性を参考に、モジュール温度による補正を
考慮しながら出力を算出していた。但しこの方法は、放
射照度計、温度計、直流電圧計、直流電流計等の測定器
が多種にわたり必要となるとともに、測定時間・工数と
もに多くを要している。このため、簡便法として図3の
特性から、放射照度が1000W/m2 から400W/
2 に変化しても、開放電圧は数%降下するのみで殆ど
変化しないことに着目し、容易に測定できるテスターに
よって開放電圧のみを測定することにより、太陽電池パ
ネルの正・負極の接続間違い等の重大欠陥のチェックを
行っているのが一般的であるが、例えば複数の太陽電池
モジュールの中の1つにヒビ割れが生じていたり、複数
のモジュールのうちの1個を接続忘れする等の結線不良
があったといったような、太陽電池パネルの小さな欠陥
を発見することはできなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】太陽電池を利用する太
陽光発電装置は、基準となる性能が使用説明書等に明記
されてはいるものの、設置される条件がその都度変わる
ため、設置の都度異なる特性を現わすものであり、設置
工事完了後に品質・機能が適切であるか否かについて、
上記試験項目のうち特に発電電圧と発生出力については
施工者が確信を持てないのが現状であって、品質保証の
面でユーザに自信をもって引き渡せないといった問題点
があった。
【0007】即ち、発生出力は設置完了後に太陽光発電
装置に付属しているパネル出力計等を用いて計測するの
であるが、その数値に確信が持てない理由は、施工にお
ける部分的な接続不良等の不具合があって数値が変動し
ても、環境条件が満足な状態でないこととして見逃され
るおそれがあって、この数値がパネル本来の正当な出力
であるか否かを判断することが困難である。
【0008】また、設置工事の終了は、日照が弱い夕刻
近くとなる場合が多く、評価に必要とする充分な出力は
得られないため、出力の測定は翌日以後の日照の強い時
間帯に改めて行う必要があり、二度手間となるといった
施工能率の面での問題もあった。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、設置されている太陽電池パネルに接
近して、この太陽電池パネルと同じ環境条件で、太陽光
を受光して発電する太陽電池センサを、温度センサを付
属して設け、この太陽電池センサの最大出力値と、測定
時の温度をCPUに取り込むとともに、測定しようとす
る太陽電池パネルの使用説明書等に公表されている放射
照度1000W/m2 ,分光分布AM1.5の基準条件
下でのモジュール温度25℃及び0℃における最大出力
値を、テンキーにより同じくCPUに入力して演算する
ことにより、太陽電池パネルの妥当な発電電力推定値を
表示して、この発電電力推定値を、太陽光発電装置に付
属しているパネル出力計に示されている出力値と比較す
ることにより、この太陽電池パネルの現在の出力が正当
であるか否かを判定するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、設置されている太陽電
池パネルに接近配置して、この太陽電池パネルと同一設
置条件で太陽光を受光して発電する太陽電池センサの、
公表されている上記基準条件下でのモジュール温度25
℃及び0℃における最大出力値を、予め記憶させている
CPUに、上記太陽電池センサが検出したセンサの最大
出力値と、この太陽電池センサに付属する温度センサが
任意条件下で検出した上記太陽電池センサのモジュール
温度を、それぞれの専用入力端子を介して入力する。
【0011】次に、測定しようとする上記太陽電池パネ
ルの公表されている上記基準条件下でのモジュール温度
25℃及び0℃における最大出力値を、テンキーにより
上記CPUに入力して、上記基準条件下でのモジュール
温度25℃における太陽電池センサの最大出力値を10
0%とする、太陽電池センサの任意時点における測定直
流出力値比率に、上記太陽電池センサのモジュール温度
による温度補正及び、上記太陽電池パネルの特性への換
算を行い、さらに上記太陽電池パネルの上記基準条件下
でのモジュール温度25℃における最大出力値を乗じた
数値を、上記太陽電池パネルの正当な出力値として出力
表示器に表示する、太陽光発電における出力測定方法で
ある。
【0012】また、設置されている太陽電池パネルに接
近して配置する、太陽電池セルまたはモジュールからな
る太陽電池センサと、この太陽電池センサに付属する温
度センサと、上記太陽電池センサの出力を調節する可変
抵抗器と、太陽電池センサの出力及び上記温度センサの
検出信号を接続する専用入力端子と、インタフェース部
と、このインタフェース部に直結するCPUと、上記太
陽電池パネルの公表されている上記基準条件下における
最大出力値を上記CPUに入力するためのテンキーと、
このCPUに接続してCPUが演算した測定結果を正当
な出力値として表示する出力表示器からなる太陽光発電
における出力測定装置である。
【0013】
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図1は本発明に係わる太陽光発電における出力測定装置
の使用状態を示す構成概要図であり、図2は建物の屋根
上に設置した太陽電池パネルPA の出力を測定する状態
を示す斜視図である。太陽電池パネルPA 及び太陽電池
センサPB は、ほぼ北緯35°に位置する我が国では、
太陽電池パネルをPA をできるだけ太陽に直面させるた
めに約35°傾斜させて南向きに設置すれば、年間を通
じての発生電力量は最大となるが、通常は屋根勾配に合
わせて建物の方位の向きに設置するのが一般的である。
【0014】太陽電池パネルPA は、多数の太陽電池セ
ルからなる太陽電池モジュールを複数個平板状に連結し
たものであって、太陽光を受けて直流電力を発電し、イ
ンバータ6により交流電力に変換し、産業用や民生用の
負荷(図示省略)に接続して利用し、その交流出力をパ
ネル出力計7に表示する。
【0015】この太陽電池パネルPA に接近して、太陽
電池モジュールからなる太陽電池センサPB が配置さ
れ、この太陽電池センサPB には温度センサTS が付属
していて、太陽電池センサPB のモジュール温度を検出
している。
【0016】太陽電池センサPB が発電した直流電力
を、センサ回路10に設けた可変抵抗器11により最大
出力値に調整し、その電圧は電圧入力端子13に、電流
は電流入力端子12に接続され、インタフェース部1を
経てCPU2に入力される。このCPU2には、太陽電
池センサPB の公表されている上記基準条件下での太陽
電池モジュール温度25℃及び0℃における最大出力値
B(1000,25),PB( 1000,0) を予め記憶させてある。
【0017】温度センサTS が検出した太陽電池センサ
B のモジュール温度は、温度センサ回路14により、
温度入力端子3に接続され、インタフェース部1を経て
CPU2 に入力される。
【0018】続いて、太陽電池パネルPA の使用説明書
等に公表されている、上記基準条件下での太陽電池モジ
ュール温度25℃及び0℃における最大出力値P
A(1000,25),PA(1000,0) をテンキー4によりCPU2
に入力する。太陽電池センサPB と温度センサTS に連
なる2点鎖線で囲んだ範囲を、本発明の測定装置15と
する。
【0019】図4は、本発明を試験的に実施するに当た
って使用した太陽電池パネルPA のモジュール温度25
℃における放射照度(分光分布AM1.5)1000,
800,600( W/m2)毎の出力特性を示す図で、太
線は電流−電圧特性、細線は電力−電圧特性を示してい
る。
【0020】図5は、同じく本発明に使用する太陽電池
センサPB の、モジュール温度25℃における放射照度
1000,800,600( W/m2)毎の出力特性を示
す図で、図1に示す可変抵抗器11をR1,2,3 と可
変して、電流・電圧特性曲線の1000,800,60
0(W/m2 )との交点P1 ,P2 ,P3 を、それぞれ
の放射照度毎の最大出力値とし、A1 ×V1 ,A2 ×V
2 ,A3 ×V3 の長方形の角として示している。
【0021】次にCPU2の演算について説明する。 〔演算条件1〕太陽電池パネルPA と太陽電池センサP
B の温度環境及び太陽光入射条件は同一とする。(太陽
電池パネルPA と太陽電池センサPB を接近して設置す
る。)
【0022】〔演算条件2〕太陽電池パネルPA と太陽
電池センサPB の、上記基準条件下での太陽電池モジュ
ール温度25℃及び0℃における最大出力値P
A(1000,25),PA(1000,0) ,PB(1000,25),P
B(1000,0) は既知とする。
【0023】〔演算条件3〕条件2の温度依存性は図6
に示す如くリニア特性とし、その直線は、放射照度の変
化に対し図7に示すように平行移動特性を持つものとす
る。
【0024】〔演算条件4〕太陽電池パネルPA と太陽
電池センサPB の、上記基準条件下での太陽電池モジュ
ール温度25℃における最大出力値PA(1000,25),
B(1000 ,25)をそれぞれ、100%とする比率を、R
A(1000,25), B(1000,25)とし、下記過程により太陽電
池パネルPA の妥当出力値PA(U,T)を表示する演算式を
得るものとする。
【0025】上記妥当出力値PA(U,T)を求める導出過程
は、上記条件1,2,3,4から太陽電池パネルPA
太陽電池センサPB の、上記基準条件と任意の時点(放
射照度Uw/m2,,T ℃)における温度依存性は、図8
のように表すことができ、この図8から次の計算式が得
られる。 〈1〉RA(1000,T) =RA(1000,0) −T/25 (RA(1000,0) − 100) 〈2〉RB(1000,T) =RB(1000,0) −T/25 (RB(1000,0) − 100) 〈3〉RA(U,T)=RA(1000,T) −RB(1000,T) +RB(U,T) =RA(1000,0) −RB(1000,0) −T/25{RA(1000,0) − RB(1000,0) }+RB(U,T) ={RA(1000,0) −RB(1000,0) }×(1−T/25) +RB(U,T)── ───────────────────────(式1) 〈4〉PA(U,T)=PA(1000,25)×RA(U,T)─────────────(式2)
【0026】上記(式1),(式2)において、上記基
準条件下での太陽電池モジュール温度25℃における最
大出力値を100%とする比率RA(1000,0) ,R
B(1000,0),RB(U,T)最大出力値PA ,PB の表現に
戻すと、任意時点での太陽電池パネルPA の妥当出力値
(交流変換後)P' A(U,T)を求める次の計算式が得られ
る。 P' A(U,T)=〔{PA(1000,0) /PA(1000,25)−PB(1000,0) /PB(1000,25) }×(1−T/25) +{A×V×η/PB(1000,25)}〕× PA(1000,25)──────────────────(式3)
【0027】上記(式3)において、Tは温度センサT
s が測定した太陽電池センサPB のモジュール温度、A
は電流入力端子12から入力される太陽電池センサPB
の測定電流値、Vは電圧入力端子13から入力される太
陽電池センサPB の測定電圧値、ηは太陽電池パネルP
A に接続されているインバータ6の効率を示す。
【0028】CPU2の上記(式3)による計算例を次
に示す。 測定時の入力値 PA(1000,25)=3.0KW 〃 PA(1000,0) =3.3KW 〃 η─────=0.92 CPUの記憶値 PB(1000,25)=18.2w 〃 PB(1000,0 =20.2w 測定値 T─────=50℃ 〃 A─────=1.03A 〃 V─────=12.8V PA(U,T)=〔{3.3 /3.0 −20.2/18.2}×(1 − 50
/25)+{1.03×12.8×0.92/18.2}〕×3.0 ≒2.0
3(KW) つまり、この場合の太陽電池パネルPA の発電電力2.
03(KW)が出力表示器5に表示される。
【0029】この発電電力2.03(KW)が、太陽電池パ
ネルPA のパネル出力計7に表示されていれば、この太
陽電池パネルPA は正常に機能していると判定し、これ
以下の数値であれば何らかの異常があることを示してい
るのであるから、再点検して対処するものである。
【0030】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0031】従来の太陽光発電装置の竣工検査で実施し
ている太陽光発電装置に付属しているパネル出力計で、
測定した出力がその時の日照や気温等の環境条件に対し
て妥当なものであるか否かを判定することが困難である
ため、設置経験者の判断に依存していたが、本発明を利
用することで計測が正確になり、自信をもって施主に引
き渡すことができる。
【0032】従来の竣工検査における放射照度計,温度
計,直流電圧計,直流電流計等、多種の計器を使用する
測定法は、煩雑で手数がかかり実用的でない。また、簡
便法のテスターによる測定では、部分的な結線不良や太
陽電池セルのヒビ割れ等の小さな欠陥を見出すことはで
きなかったが、本発明によれば簡易な装置で容易に太陽
電池パネルの正常状態の出力を即時に知ることができ、
実際の太陽電池パネルの出力計に現れる数値と比較する
ことにより、その差によって小さな欠陥も発見すること
ができる。
【0033】従来の竣工検査は、放射照度の高い晴天の
日の正午頃に測定するのを理想としていたが、本発明に
よると放射照度の高低に応じて測定結果を評価できるの
で、竣工検査を後日に行う必要がなく、設置工事時間を
短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置を使用状態で示した構成概要の一例
を示す図である。
【図2】建物の屋根上に設置した太陽電池パネルに接近
して本発明装置を配置して出力測定する状態の一例を示
す斜視図である。
【図3】本発明の試験に利用した太陽電池パネルの、開
放電圧・短絡電流−放射照度特性を示す図である。
【図4】太陽電池パネルの放射照度毎の電流・電力−電
圧特性を示す図である。
【図5】太陽電池センサの放射照度毎の電流・電力−電
圧特性及び最大出力点を示す図である。
【図6】太陽電池における、最大出力比率の温度依存特
性を示す図である。
【図7】太陽電池における、放射照度変化時の最大出力
比率の温度依存特性変化を示す図である。
【図8】太陽電池における放射照度1000W/m2
分光分布AM1.5の基準条件下と、任意時点での最大
出力比率の温度依存特性点を示す図である。
【符号の説明】
A 太陽電池パネル PB 太陽電池センサ TS 温度センサ 1 インタフェース部 2 CPU 3 温度入力端子 4 テンキー 5 出力表示器 6 インバータ 7 パネル出力計 10 太陽電池センサ回路 11 可変抵抗器 12 電流入力端子 13 電圧入力端子 14 温度センサ回路 15 測定装置 A 太陽電池センサの測定電流値 V 太陽電池センサの測定電圧値 T 太陽電池センサのモジュール温度 η インバータ効率 PA(U,T) 太陽電池パネルの妥当出力値 P' A(U,T) 太陽電池パネルの妥当出力値(交流換算
値) PA(1000,0) 太陽電池パネルの放射照度1000W/
m2, 分光分布AM1.5の基準条件下でのモジュール温
度0℃における最大出力値 PA(1000,25) 太陽電池パネルの放射照度1000W/
m2, 分光分布AM1.5の基準条件下でのモジュール温
度25℃における最大出力値 PB(1000,0) 太陽電池センサの放射照度1000W/
m2, 分光分布AM1.5の基準条件下でのモジュール温
度0℃における最大出力値 PB(1000,25) 太陽電池センサの放射照度1000W/
m2, 分光分布AM1.5の基準条件下でのモジュール温
度25℃における最大出力値 RA(1000,0) A(1000,25)を100%とする太陽電池
パネルの、放射照度1000W/m2, 分光分布AM1.5
の基準条件下でのモジュール温度0℃における最大出力
値比率 RA(1000,25)A(1000,25)を100%とする太陽電池
パネルの、放射照度1000W/m2, 分光分布AM1.5
の基準条件下でのモジュール温度25℃における最大出
力値比率(100%) RB(1000,0) B(1000,25)を100%とする太陽電池
センサの、放射照度1000W/m2, 分光分布AM1.5
の基準条件下でのモジュール温度0℃における最大出力
値比率 RB(1000,25)B(1000,25)を100%とする太陽電池
センサの、放射照度1000W/m2, 分光分布AM1.5
の基準条件下でのモジュール温度25℃における最大出
力値比率(100%) RA(1000,T) A(1000,25)を100%とする太陽電池
パネルの、放射照度1000W/m2, 分光分布AM1.5
の基準条件下でのモジュール温度T℃における最大出力
値比率 RB(1000,T) B(1000,25)を100%とする太陽電池
センサの、放射照度1000W/m2, 分光分布AM1.5
の基準条件下でのモジュール温度T℃における最大出力
値比率 RA(U,T) 太陽電池パネルの妥当出力値比率 RB(U,T) 太陽電池センサの測定出力値比率

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】設置されている太陽電池パネル(PA )に
    接近配置して、この太陽電池パネルと同一設置条件で太
    陽光を受光して発電する太陽電池センサ(P B )の、公
    表されている放射照度1000W/m2 ,分光分布AM
    1.5の基準条件下での、セルまたはモジュール温度2
    5℃における最大出力値と、セルまたはモジュール温度
    0℃における最大出力値を予め記憶させているCPU
    (2)に、太陽電池センサ(PB )が任意条件下で検出
    した太陽電池センサ(PB )の最大出力値と、太陽電池
    センサ(PB )に付属する温度センサ(TS )が検出し
    た太陽電池センサ(PB )のセルまたはモジュール温度
    を、インタフェース部(1)により入力し、さらに測定
    しようとする太陽電池パネル(PA )の公表されている
    上記基準条件下での、モジュール温度25℃における最
    大出力値と、モジュール温度0℃における最大出力値
    を、テンキー(4)によりCPU(2)に入力して、上
    記基準条件下でのモジュール温度25℃における太陽電
    池センサ(PB)の最大出力値を100%とする太陽電
    池センサ(PB )の任意時点における測定直流出力比率
    値(RB(U,T))に、太陽電池センサ(PB )のセルまた
    はモジュール温度による温度補正、及び太陽電池パネル
    (PA )の妥当直流出力比率値(RA(U,T))への換算を
    行い、さらに太陽電池パネル(PA )の基準条件下での
    モジュール温度25℃における最大出力値を乗じた数値
    を、太陽電池パネル(PA)の正当な出力値として出力
    表示部(5)に表示することを特徴とする太陽光発電に
    おける出力測定方法。
  2. 【請求項2】設置されている太陽電池パネル(PA )に
    接近して配置する太陽電池セルまたはモジュールからな
    る太陽電池センサ(PB )と、この太陽電池センサに付
    属する温度センサ(TS )と、太陽電池センサ(PB
    の出力を調節する可変抵抗器(11)と、太陽電池セン
    サ(PB )の出力及び温度センサ(T S )の出力を取り
    込むインタフェース部(1)と、このインタフェース部
    に直結するCPU(2)と、太陽電池パネル(PA )の
    公表されている放射照度1000W/m2 ,分光分布A
    M1.5の上記基準条件下における出力をCPU(2)
    に入力するためのテンキー(4)と、CPU(2)に接
    続して、このCPUが演算した測定結果を正当な出力値
    として表示する出力表示器(5)からなる太陽光発電に
    おける出力測定装置。
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