JP2009021341A - 太陽電池アレイ故障診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】信号発生器9の一方の出力端および波形観測装置12の一方の入力端に複数の太陽電池モジュール4の各電極を直列に接続し、信号発生器の他方の出力端および波形観測装置の他方の入力端を太陽電池モジュールの金属製フレーム5に接続した第1接続形態と、第1接続形態において信号発生器から開放端間のいずれかにおいて故障・劣化状態にある第2接続形態とからなり、第1接続形態における波形観測装置による観測信号と第2接続形態における波形観測装置による観測信号との差信号波形の立上りおよび立下りが閾値を越える時間をそれぞれTxおよびT1とし、T1に対応する信号発生器から開放端までの距離をL1とし、Txに対応する信号発生器から故障・劣化箇所までの距離をLxとするとき、Lx=(Tx/T1)×L1で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。
【選択図】図3
Description
しかし、従来の太陽光発電システムの性能診断方法では、出力端から電流・電圧を測定するだけであるので、太陽電池アレイや、太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングの異常状態の検出はできるものの、故障箇所と故障種類は特定することはできず、故障箇所を発見しようとすると、1枚ずつ太陽電池モジュールを取り外し確認するしか方法がなく、時間と労力を要していた。
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、太陽電池ストリングの端子(正極または負極)または太陽電池アレイの端子(正極または負極)とアース間に、測定信号波形を印加し、その応答信号波形を前記測定信号波形と比較することによって、太陽電池アレイ中の故障位置と故障種類を容易に特定することを可能にした太陽電池アレイ故障診断方法を提供することにある。
第1の手段は、信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールの金属製フレーム間を電気的に接続し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端を前記金属製フレームに接続してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋内に配置し、前記第1の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号と前記第2の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号との差信号波形の立上りおよび立下りが閾値を越える時間をそれぞれ時間Txおよび時間T1とし、時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。ただし、前記nは2以上の任意の整数。
第2の手段は、信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールの金属製フレーム間を電気的に接続し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端を前記金属製フレームに接続してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋内に配置し、前記第1の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号が閾値を越える時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、前記第2の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号の閾値を越える時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。ただし、前記nは2以上の任意の整数。
第3の手段は、信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールを1つの金属製架台に設置し該金属製架台をアースに接地し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端をアースに接地してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋外に配置し、前記第1の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号と前記第2の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号との差信号波形の立上りおよび立下りが閾値を越える時間をそれぞれ時間Txおよび時間T1とし、時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。ただし、前記nは2以上の任意の整数。
第4の手段は、信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールを1つの金属製架台に設置し該金属製架台をアースに接地し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端をアースに接地してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋外に配置し、前記第1の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号が閾値を越える時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、前記第2の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号の閾値を越える時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。ただし、前記nは2以上の任意の整数。
第5の手段は、第1の手段または第3の手段において、前記差信号波形を観測することにより前記劣化状態を把握することを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。
第6の手段は、第2の手段または第4の手段において、前記第1の接続形態において前記波形観測装置で観測された観測信号波形に対する前記第2の接続形態において前記波形観測装置で観測された観測信号波形を観測することにより前記劣化状態を把握することを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法である。
同図において、1は太陽電池ストリング、2は太陽電池モジュールであり、各太陽電池モジュール2は直列抵抗Rs(Ω)、並列抵抗Rp(Ω)、pn接合における接合容量Cd(F)で表される。ここで、L(H)は太陽電池モジュール2間の結線のインダクタンス、Cg(F)は太陽電池モジュール2間における対地間静電容量である。
明状態では、太陽電池モジュール2は発電状態にあるためpn接合における障壁が低くなり、接合容量Cdが無視できるようになると考えられ、抵抗のみの回路で表せる。従って、太陽電池ストリング1は電力ケーブルのような伝送線路として考えられ、静電容量計測法の適用が可能である。また、太陽電池ストリング1は不図示の設置架台を通じて太陽電池モジュール2のフレームにアースが施されているので、対地間静電容量Cgは、太陽電池ストリング1中の線路とフレーム間の静電容量となり、接続されている太陽電池モジュール枚数に比例して増加する。
静電容量計測法は電力ケーブルのような伝送線路における断線箇所の検出に用いられており、伝送線路の全長d(m)、断線箇所x(m)までの静電容量cx(F)、伝送線路全長の静電容量cd(F)とすると、健全相と故障相との静電容量の比から断線箇所までの距離x(m)はx=(cx/cd)×dで求められる。しかし、静電容量計測法は太陽電池モジュール間の断線箇所の検出しかできない問題点がある。
図2は、屋内において複数の直列に接続された各太陽電池モジュール内および各太陽電池モジュール間が健全状態にある時の太陽電池モジュールの第1の接続形態を示す図、図3は、屋内において複数の直列に接続されたいずれかの太陽電池モジュール内または太陽電池モジュール間に故障・劣化がある時の太陽電池モジュールの第2の接続形態を示す図である。
これらの図において、3は太陽電池モジュール4が直列に接続された太陽電池ストリング、4は太陽電池モジュール、5は各太陽電池モジュール4の金属製フレーム、6はアース線、7は信号発生器9の出力端(正極側)、8は信号発生器9の出力端(負極側)、9は太陽電池ストリング3に向けて計測信号を出力する信号発生器、10は波形観測装置12の入力端(正極側)、11は波形観測装置12の入力端(負極側)、12は太陽電池ストリング3に向けて出力された計測信号が太陽電池ストリング3で反射された観測信号を入力する波形観測装置、13は太陽電池モジュール4のうち、故障・劣化状態にあるためインピーダンスが変化している太陽電池モジュールである。
図5は、図4において観測された観測信号波形Aと観測信号波形Bの差信号をとった差信号波形Cである。
Lx=(Tx/T1)×L1
で求められる。ここで、故障・劣化状態にある地点までの距離Lxが求められる理由は、複数個直列接続されている太陽電池モジュール4の故障・劣化状態にある地点の違いによって、信号発生器7の入力側から見た太陽電池ストリング3の分布定数回路のインピーダンスが変化し、そのため、波形観測装置12において観測される観測信号波形が変化するためのであると考えられる。
図6は、屋外における各太陽電池モジュール内および各太陽電池モジュール間において故障・劣化がない時の太陽電池モジュールの第1の接続形態を示す図、図7は、屋外における太陽電池モジュール内または太陽電池モジュール間のいずれかににおいて故障・劣化がある時の太陽電池モジュールの第2の接続形態を示す図である。
これらの図において、14はアースに接地され、個々の太陽電池モジュール4を一体に支持する金属製架台である。なお、その他の構成は図2および図3に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
同図において、入力信号21は信号発生器9から太陽電池モジュールに入力された入力信号波形、反射信号22は2番目の太陽電池モジュールと3番目の太陽電池モジュール間が開放されている時に波形観測装置12において観測された反射信号波形、反射信号23は4番目の太陽電池モジュールと5番目の太陽電池モジュール間が開放されている時に波形観測装置12において観測された反射信号波形、反射信号24は6番目の太陽電池モジュールと7番目の太陽電池モジュール間が開放されている時に波形観測装置12において観測された反射信号波形、反射信号25は8番目の太陽電池モジュールと9番目の太陽電池モジュール間が開放されている時に波形観測装置12において観測された反射信号波形、反射信号26は太陽電池モジュール間のいずれの位置も開放されていない健全時に波形観測装置12において観測された反射信号波形である。
同図に示すように、太陽電池モジュール間のいずれの位置が開放されているかに応じて反射信号波形が異なっている。これを利用して健全時の反射信号波形と開放時の反射信号とを対比することによって開放位置を特定できることが分る。
2、4 太陽電池モジュール
5 金属製フレーム
6 アース線
7 信号発生器9の出力端(正極側)
8 信号発生器9の出力端(負極側)
9 信号発生器
10 波形観測装置12の入力端(正極側)
11 波形観測装置12の入力端(負極側)
12 波形観測装置
13 インピーダンス変化(故障・劣化状態)モジュール
14 金属製架台
Claims (6)
- 信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールの金属製フレーム間を電気的に接続し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端を前記金属製フレームに接続してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋内に配置し、前記第1の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号と前記第2の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号との差信号波形の立上りおよび立下りが閾値を越える時間をそれぞれ時間Txおよび時間T1とし、時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法。
ただし、前記nは2以上の任意の整数。 - 信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールの金属製フレーム間を電気的に接続し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端を前記金属製フレームに接続してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋内に配置し、前記第1の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号が閾値を越える時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、前記第2の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号の閾値を越える時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法。
ただし、前記nは2以上の任意の整数。 - 信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールを1つの金属製架台に設置し該金属製架台をアースに接地し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端をアースに接地してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋外に配置し、前記第1の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号と前記第2の接続形態において前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号との差信号波形の立上りおよび立下りが閾値を越える時間をそれぞれ時間Txおよび時間T1とし、時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法。
ただし、前記nは2以上の任意の整数。 - 信号発生器の一方の出力端および波形観測装置の一方の入力端に第1の太陽電池モジュールの一方の極を接続し、前記第1の太陽電池モジュールの他方の極を隣接する第2の太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、同様にして、第n−1の太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を第nの太陽電池モジュールの前記一方の極と同極の一方の極に接続し、第nの太陽電池モジュールの前記他方の極と同極の他方の極を開放端とし、前記第1の太陽電池モジュールから第nの太陽電池モジュールの全ての太陽電池モジュールを1つの金属製架台に設置し該金属製架台をアースに接地し、前記信号発生器の他方の出力端および前記波形観測装置の他方の入力端をアースに接地してなる第1の接続形態と、前記第1の接続形態において前記信号発生器から前記開放端までのいずれかの箇所において故障ないし劣化状態にある第2の接続形態とからなり、前記第1の接続形態および前記第2の接続形態を屋外に配置し、前記第1の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号が閾値を越える時間T1に対応する前記信号発生器から前記開放端までの距離をL1とし、前記第2の接続形態において、前記信号発生器から出力された計測信号に対する前記波形観測装置で観測された観測信号の閾値を越える時間Txに対応する前記信号発生器から前記故障ないし劣化状態にある箇所までの距離をLxとするとき、距離Lxを下式、
Lx=(Tx/T1)×L1
で求めることを特徴とする太陽電池アレイ故障診断方法。
ただし、前記nは2以上の任意の整数。 - 前記差信号波形を観測することにより前記劣化状態を把握することを特徴とする請求項1または請求項3に記載の太陽電池アレイ故障診断方法。
- 前記第1の接続形態において前記波形観測装置で観測された観測信号波形に対する前記第2の接続形態において前記波形観測装置で観測された観測信号波形を観測することにより前記劣化状態を把握することを特徴とする請求項2または請求項4に記載の太陽電池アレイ故障診断方法。
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