JP2009065164A - 太陽電池アレイの劣化を検出するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池アレイの劣化を検出するための装置を提供すること。
【解決手段】この装置は、電力生産プロファイルと少なくとも１つの参照プロファイルの比較を実施するための劣化検出モジュールを備え、その電力生産プロファイル及びその少なくとも１つの参照プロファイルが、太陽電池アレイ、太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの少なくとも１つのためのものである。この装置は、その比較に基づいて、劣化が存在するかどうか判定する。
【選択図】 図１

Description

関連出願の相互参照

[0001]本願は、２００７年９月６日に出願された米国特許仮出願第６０／９７０４３０号の利益を主張し、この出願を参照により本明細書に援用する。

[0002]本発明の諸実施形態は、一般に太陽電池アレイを管理するための方法及び装置に関し、より詳細には、太陽電池アレイの劣化（ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ）を検出するための方法及び装置に関する。

[0003]太陽エネルギーから電力を生産するには、複数の太陽電池パネルを構造物（たとえば、ビル、住宅など）上に設置すること、及び太陽の光線を使用可能な電力に変換することが必要とされる。太陽電池アレイ装置では、複数の太陽電池パネルが太陽電池サブアレイを備え、複数の太陽電池サブアレイが太陽電池アレイを形成する。時間の経過につれて、太陽電池パネルは、様々な要因により劣化する傾向がある。たとえば、物理的な障害物など邪魔物、雪、析出物（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）、又は粉塵がパネルの生産性の低下を引き起こす。さらに、欠陥のあるマイクロインバータ又は破損した太陽電池パネルもまた、太陽電池アレイの電力生産性を損なうおそれがある。したがって、太陽電池アレイは、効率的な動作を確保するために、不断の監視及び維持を必要とする。

[0004]一般に、太陽電池アレイの劣化を検出することは、含むことができる太陽電池パネルの数のために、厄介且つ複雑な仕事となることがある。劣化のタイプ（たとえば、障害物又は破損した構成部品）を、物理的な検査なしに識別することは、さらに複雑である。これらの理由で、劣化を矯正することは、非常に困難、且つ時間のかかるものとなる可能性がある。たとえば、従来のシステムでは、太陽電池アレイの管理者は、劣化があればそれを求めて各太陽電池パネルを物理的に検査する必要がある。さらに、劣化を除去するためには、劣化はすべて、部分的に又は完全に、物理的に修理しなければならず、太陽電池アレイのいくらかのダウンタイムを必要とする可能性がある。多くの状況において、劣化は、検出されない、又は識別されないままとなるおそれがあり、或いは、完全な太陽電池アレイの運転停止を回避するために無視される。矯正されないままであると、これらの劣化は、マイクロインバータ又は太陽電池パネルなど、本質的な機器を損傷するおそれがある。最低でも、そのような劣化は、太陽電池アレイの効率及び生産性を低下させる。

[0005]したがって、太陽電池アレイの劣化を都合よく検出するための方法及び装置が求められている。

[0006]本発明は、一般に、太陽電池アレイの劣化を検出するための装置に関する。この装置は、電力生産（ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）プロファイルと少なくとも１つの参照プロファイルの比較を実施するための劣化検出モジュールを備え、その電力生産プロファイル及びその少なくとも１つの参照プロファイルが、太陽電池アレイ、太陽電池アレイの少なくとも１つのサブアレイ、又は太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの少なくとも１つのためのものである。この装置は、その比較に基づいて、劣化が存在するかどうか判定する。

[0007]本発明の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本発明について、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、より具体的に述べることができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示しており、したがって、本発明は、他の均等に有効な実施形態を許す可能性があるため、その範囲を限定するものと解釈すべきでないことに留意されたい。

[0015]本明細書では、本発明について、例として、いくつかの実施形態及び例示的な図面を使用して述べられているが、本発明が、述べられている１つ又は複数の図面の実施形態に限定されないことを、当業者なら理解するであろう。図面、及びそれらに対する詳細な説明は、本発明を、開示されている特定の形態に限定するものではなく、反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内に入る修正、均等物、及び代替すべてを包含すべきであることを理解されたい。本明細書で使用されている見出しは、編成のためのものにすぎず、説明又は特許請求の範囲を限定するために使用されることは意図されていない。本願全体を通して、「ｍａｙ（ことができる、してもよい、可能性がある）」という単語は、義務的な意味（すなわち「ｍｕｓｔ（ねばならない）」を意味する）ではなく、許可的な意味（すなわち、可能性を有することを意味する）で使用される。同様に、「ｉｎｃｌｕｄｅ」「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」という単語は、含むことを意味するが、それだけには限らない。さらに、「ａ」は「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ（少なくとも１つ）」を意味し、「ｐｌｕｒａｌｉｔｙ（複数の）」という単語は、別段の記述がない限り、１つ又は複数を意味する。

[0016]図１は、本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの劣化を検出するための装置を備える太陽エネルギーシステム１００のブロック図である。システム１００は、以下、太陽電池サブアレイ１０８と称する太陽電池サブアレイ１０８_１、１０８_２、１０８_３、１０８_４．．．１０８_ｎを含み、各太陽電池サブアレイ１０８は、少なくとも１つの太陽電池パネル（図示せず）を備える。太陽電池サブアレイ１０８は、住宅、オフィスビル、又は独立の太陽電力プラントにおける太陽発電システムの一部である太陽電池アレイを備える。太陽電池サブアレイ１０８に加えて、そのような太陽発電システムは、維持、セキュリティ、障害警報などのための様々な建築サブシステム（図示せず）を含むことができる。

[0017]各太陽電池サブアレイ１０８は、個々のＤＣ−ＡＣマイクロインバータ１０２_１、１０２_２、１０２_３、１０２_４．．．１０２_ｎ（以下、マイクロインバータ１０２と称する）に接続される。マイクロインバータ１０２は、太陽電池サブアレイ１０８の太陽電池パネルによって発電されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、次いで、そのＡＣ電力は、住宅所有者が使用するために、又は電力グリッド１１２に供給されるように組み合わされる。代替の実施形態では、太陽電池サブアレイ１０８の各太陽電池パネルは、太陽電池パネルによって発電されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換するために、個々にマイクロインバータ１０２に接続される。他の代替の実施形態では、太陽電池サブアレイ１０８は、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換するために、組み合わされ、且つ単一のＤＣ−ＡＣインバータ（図示せず）に供給される。他の実施形態では、ＤＣ−ＤＣ変換器が各太陽電池サブアレイ１０８の各太陽電池パネルに接続され（たとえば、太陽電池パネル当たり１つの変換器）、ＤＣ−ＤＣ変換器の得られる電力出力が、ＤＣ電力として使用され、又は単一のＤＣ−ＡＣインバータによってＡＣ電力に変換される可能性があり、或いは、ＤＣ−ＤＣ変換器が各太陽電池サブアレイ１０８に接続される可能性がある（たとえば、太陽電池サブアレイ１０８当たり１つの変換器）。他の実施形態では、太陽電池サブアレイ１０８によって発電されたＤＣ電力は、どの電力変換も行わずに直接使用することも、その後で使用する、又はＡＣ電力への変換など変換するために貯蔵することもできる。

[0018]マイクロインバータ１０２から収集されたＡＣ電力は、ＡＣ伝送バス１１８を介して接続箱１０４に供給される。接続箱１０４は、一般に、すべてのマイクロインバータ１０２からの出力を共に接続し、電気機器１１６に電力を供給するための配電盤１０６への単一のＡＣフィードを形成する。さらに、ＡＣ伝送バス１１８は、ＡＣ電力を、たとえば電力グリッド１１２に供給するためのメータ１１０に、生産されたＡＣ電力を接続する。本発明は、発電されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する実施形態に関連して述べられているが、本明細書で述べられている様々な実施形態は、そのような変換が行われない可能性があるシステム（たとえば、ＤＣ電力の貯蔵をベースとするシステム）にも等しく適用可能であることを、当業者なら理解するものであり、そのような変形形態すべてが、本発明の範囲内に含まれる。

[0019]図１に示されているように、ＡＣ伝送バス１１８は、太陽電池アレイの劣化を検出するためのアレイ監視デバイス１１４に、動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、インターネットなど通信ネットワークを介してＡＣ伝送バス１１８に接続される可能性がある。アレイ監視デバイス１１４は、各太陽電池サブアレイ１０８に関する１つ又は複数の参照プロファイルを記憶するように構成される。各参照プロファイルは、通常の動作条件下での太陽電池サブアレイ１０８の電力生産のベースラインレベルを示す。たとえば、第１の参照プロファイルは、快晴の夏の日における通常の電力生産を示すことができ、第２の参照プロファイルは、曇天の夏の日における通常の電力生産を示すことができる。それに加えて、及び／又は別法として、アレイ監視デバイス１１４は、参照プロファイルを生成することができ、太陽電池サブアレイ１０８の太陽電池パネルのそれぞれに関する、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する、１つ又は複数の参照プロファイルを生成及び／又は記憶することができる。代替の実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、別個のデバイス上で記憶されている参照プロファイル（たとえば、１つ又は複数の太陽電池パネル、１つ又は複数の太陽電池サブアレイ１０８、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する参照プロファイル）にアクセスすることができる。

[0020]さらに、アレイ監視デバイス１１４は、太陽電池サブアレイ１０８の１つ又は複数の電力生産プロファイルを得るように構成され、各電力生産プロファイルは、ある期間にわたる太陽電池サブアレイ１０８の電力生産を示す。いくつかの実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、その１つ又は複数の電力生産プロファイルを生成及び／又は記憶することができ、それに加えて、及び／又は別法として、アレイ監視デバイス１１４は、１つ又は複数の太陽電池パネルに関する、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する、１つ又は複数の電力生産プロファイルを生成及び／又は記憶することができる。いくつかの実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、別個のデバイス上で記憶されている電力生産プロファイル（たとえば、１つ又は複数の太陽電池パネル、１つ又は複数の太陽電池サブアレイ１０８、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する電力生産プロファイル）にアクセスすることができる。

[0021]アレイ監視デバイス１１４は、太陽電池アレイの劣化の発生を識別するために、太陽電池サブアレイ１０８のその１つ又は複数の電力生産プロファイルを１つ又は複数の対応する参照プロファイルに比較する。太陽電池アレイの劣化の、可能性のある原因には、欠陥の中でもとりわけ、太陽電池パネル上の析出物の蓄積、障害のあるマイクロインバータ、太陽電池パネルを太陽エネルギーから遮断する邪魔な構造物又は物体（たとえば、影、雲、他の建築物）、破損した太陽電池パネルが含まれる。最低でも、アレイ監視デバイス１１４は、劣化に起因する太陽電池サブアレイ１０８の性能の変化を検出する。それに加えて、及び／又は別法として、アレイ監視デバイス１１４は、太陽電池アレイの劣化を識別するために、１つ又は複数の太陽電池パネルの、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する電力生産プロファイル及び参照プロファイルを取得及び比較する。代替の実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、下記でさらに述べるように、特定のタイプの劣化を識別するために、電力生産プロファイルの追加の処理を実施することができる。それに加えて、及び／又は別法として、アレイ監視デバイス１１４は、１つ又は複数の太陽電池パネル、１つ又は複数の太陽電池サブアレイ１０８、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する、経時的に電力生産の１つ又は複数のレポートを生成することができる。

[0022]いくつかの実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、ＡＣ伝送バス１１８の電圧をサンプリングすることにより、又はマイクロインバータ１０２から、１つ又は複数の太陽電池パネル、１つ又は複数の太陽電池サブアレイ１０８、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する電力生産データを得ることができる。それに加えて、及び／又は別法として、電力生産データは、マイクロインバータ１０２によって取得され、アレイ監視デバイス１１４に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、アレイ監視デバイス１１４は、電力生産データを、１つ又は複数の太陽電池パネル、１つ又は複数の太陽電池サブアレイ１０８、及び／又は太陽電池アレイ全体から直接得ることができる。いくつかの実施形態では、電力生産データは、太陽電池アレイに接続されたローカルデバイスによって取得され、インターネットなど通信ネットワークを介して、アレイ監視デバイス１１４に送信されてもよい。電力生産データを使用し、１つ又は複数の太陽電池パネル、１つ又は複数の太陽電池サブアレイ１０８、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する、１つ又は複数の参照プロファイルを生成する、１つ又は複数電力生産プロファイルを生成する、及び／又は１つ又は複数の電力生産レポートを生成することができる。

[0023]図２は、本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの劣化を検出するためのアレイ監視デバイス１１４のブロック図である。図１に示されているように、１つ又は複数のマイクロインバータ１０２がアレイ監視デバイス１１４に接続される。

[0024]アレイ監視デバイス１１４は、ＣＰＵ２００と、様々なサポート回路２０２と、メモリ２０４と、劣化検出モジュール２０６と、参照プロファイルデータベース２０８と、電力生産プロファイルデータベース２１０とを含む。ＣＰＵ２００は、当技術分野で知られている１つ又は複数のマイクロプロセッサを含むことができる。ＣＰＵ２００の動作を支えるサポート回路２０２は、キャッシュ、電源、クロック回路、データレジスタ、Ｉ／Ｏインターフェースなどを含むことができる。メモリ２０４は、ランダムアクセスメモリ、読取専用メモリ、取外し式メモリ、フラッシュメモリ、これらのタイプのメモリの様々な組合せを含むことができる。メモリ２０４は、メインメモリと呼ばれることがあり、一部には、キャッシュメモリ又はバッファメモリとして使用することができる。メモリ２０４は、オペレーティングシステム２０５を含む。オペレーティングシステム２０５は、任意の市販のオペレーティングシステムである（たとえば、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴによるＷＩＮＤＯＷＳオペレーティングシステム、ＵＮＩＸオペレーティングシステム、ＬＩＮＵＸオペレーティングシステム、ＭＡＣＩＮＴＯＳＨオペレーティングシステムなど）。

[0025]また、メモリ２０４は、劣化検出モジュール２０６を含めて、様々なソフトウェアパッケージを記憶する。代替の実施形態では、劣化検出モジュール２０６は、ハードウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組合せで実装することができる。また、メモリ２０４は、参照プロファイルデータベース２０８及び電力生産プロファイルデータベース２１０を含めて、様々な関係データベースを記憶する。参照プロファイルデータベース２０８は、太陽電池アレイの太陽電池パネル、太陽電池アレイの（太陽電池サブアレイ１０８など）太陽電池サブアレイ、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する１つ又は複数の参照プロファイルを格納する。電力生産プロファイルデータベース２１０は、太陽電池アレイの太陽電池パネル、太陽電池アレイの（太陽電池サブアレイ１０８など）太陽電池サブアレイ、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する１つ又は複数の電力生産プロファイルを格納する。

[0026]一実施形態によれば、劣化検出モジュール２０６は、参照プロファイルデータベース２０８及び電力生産プロファイルデータベース２１０にアクセスすることができる。劣化検出モジュール２０６は、参照プロファイルデータベース２０８から太陽電池サブアレイ１０８の１つ又は複数の参照プロファイルにアクセスし、電力生産プロファイルデータベース２１０からの、対応する電力生産プロファイルを解析し、太陽電池サブアレイ１０８の劣化、したがって太陽電池アレイの劣化が存在するかどうか判定するように構成される。一実施形態によれば、太陽電池サブアレイ１０８の現在の電力生産と、同様の条件下での太陽電池サブアレイ１０８の通常の太陽電力生産との、何らかの統計的に有意な差があるかどうか判定するために、電力生産プロファイルが１つ又は複数の参照プロファイルに比較される。電力生産プロファイルと参照プロファイルとのわずかな差は、天候及び太陽の動的な性質に帰すことができるが、プロファイル間の統計的に有意な差は、劣化の存在を示す。

[0027]任意選択で、劣化検出モジュール２０６はさらに、追加の動作を実施するように構成されてもよい。一実施形態によれば、劣化検出モジュール２０６はさらに、太陽電池サブアレイ１０８の劣化のタイプを識別するように構成される。太陽電池サブアレイ１０８の電力生産プロファイルが、対応する参照プロファイルに比較されたとき、プロファイル間の差のある種の特徴（たとえば、傾き、時刻、太陽電力生産の大きさ又は方向など）は、特定のタイプの劣化を示す可能性がある。たとえば、電力生産プロファイルが通常の生産からほぼゼロ生産への減少と、それに続く通常の生産に戻る増大とを示す場合、ある物体が、特定の時刻に太陽を遮断している（たとえば、影が太陽電池サブアレイ１０８を横断する）可能性がある。劣化が検出された後で、劣化検出モジュール２０６はさらに、特定の劣化を判定するために、電力生産プロファイルを解析することができる（たとえば、傾き検出、フィルタリング、変化速度など）。他の実施形態によれば、あるタイプの劣化には、電力生産プロファイルと比較するための、それら自体の参照プロファイル（すなわち、疑わしい劣化の存在下での平均太陽電力生産を示すプロファイル）があり得る。そのような劣化プロファイルは、アレイ監視デバイス１１４の劣化プロファイルデータベース２１２内で記憶されてもよく、電力生産プロファイルと比較するために、劣化検出モジュール２０６によってアクセスされることができる。そのような比較に基づいて、劣化検出モジュール２０６は、特定のタイプの劣化を識別することができる。

[0028]それに加えて、及び／又は別法として、劣化検出モジュール２０６はさらに、太陽電池サブアレイ１０８の電力生産データを処理し、経時的な太陽電池サブアレイ１０８の電力生産のレポートを生成するように構成されてもよい。サブアレイ１０８に関する既存の電力生産プロファイルを、レポートを生成する際に使用することができる。他の実施形態では、劣化検出モジュール２０６はさらに、太陽電池アレイの劣化を検出したとき警報（たとえば、メッセージ）を生成するように構成されてもよい。他の実施形態では、劣化検出モジュール２０６はさらに、検出された劣化を自動的に矯正するように構成されてもよく、たとえば、劣化は、太陽電池アレイの太陽電力生産を最適化するように太陽電池アレイの１つ又は複数の太陽電池パネルの最大電力点（ＭＰＰ）を調整することによって矯正することができる。

[0029]代替の実施形態では、劣化検出モジュール２０６は、太陽電池アレイの１つ又は複数の太陽電池パネルに関する、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する電力生産プロファイル及び参照プロファイルを、それぞれ電力生産プロファイルデータベース２１０及び参照プロファイルデータベース２０８から得ることができる。次いで、劣化検出モジュール２０６は、太陽電池アレイの劣化が存在するかどうか識別するために電力生産プロファイルと参照プロファイルを比較し、劣化が存在すると判定したとき警報を生成することができる。さらに、劣化検出モジュール２０６は、劣化の特定の原因を識別するために電力生産プロファイルを１つ又は複数の劣化プロファイルに比較することができ、その劣化を自動的に矯正することができる。さらに、劣化検出モジュール２０６は、１つ又は複数の太陽電池パネル、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する電力生産データを処理し、その１つ又は複数の太陽電池パネル、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する、経時的な電力生産のレポートを生成することができる。

[0030]図３は、本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの各太陽電池サブアレイに関する参照プロファイルを生成及び記憶するための方法３００を示す流れ図である。それに加えて、及び／又は別法として、方法３００を使用し、太陽電池アレイの各太陽電池パネルに関する、及び／又は太陽電池アレイ全体に関する参照プロファイルを生成及び記憶することができる。方法３００は、ステップ３０２で始まり、初期化工程３０４に進む。初期化工程３０４は、ステップ３０６で、所定の期間にわたって、太陽電池アレイの各太陽電池サブアレイに関する動作データを得るステップを含む。動作データは、たとえば、指定された期間にわたる、ある条件下での、太陽電池サブアレイの各太陽電池パネルの平均又は通常の電力生産データを含むことができる。ステップ３０８では、動作データが統計的に処理され、たとえば、各太陽電池サブアレイに関する、太陽電池サブアレイの太陽電池パネルすべてに関する動作データを平均することができる。ステップ３１０では、太陽電池アレイの各太陽電池サブアレイに関する参照プロファイルが、処理済み動作データを使用して生成される。そのように生成された参照プロファイルは、ステップ３１２で記憶される。プロファイルは、たとえば、内部メモリ（たとえば、メモリ２０４）内に、又は外部データ記憶装置（たとえば、光ディスク、フラッシュドライブ、データサーバなど）上で記憶されてもよい。

[0031]方法３００はステップ３１４に進み、初期化工程３０４を繰り返し、太陽電池アレイの各太陽電池サブアレイに関する別の参照プロファイルを生成するかどうか判断される。たとえば、追加の参照プロファイルは、様々な天候条件の間に、及び／又は様々な季節中に、各太陽電池サブアレイについて生成することができる。初期化工程３０４を繰り返すべきである場合（選択肢「はい」）、方法３００は、ステップ３０６に戻る。初期化工程３０４を繰り返すべきでない場合（選択肢「いいえ」）、方法３００は、ステップ３１６で終了する。

[0032]図４は、本発明の様々な実施形態に従って生成された太陽電池サブアレイの参照プロファイル４００を示すグラフである。図４では、グラフ４００は、Ｙ軸上の、太陽電池サブアレイの処理済み電力生産データと、Ｘ軸上の時間とを表し、プロファイル４０２を示す。上述のように、参照プロファイル４０２など、参照プロファイルは、様々な天候条件（たとえば、晴天の夏の日、快晴の冬の日、曇天の秋の日、雨天の春の日など）及び／又は特定の劣化（たとえば、障害のあるマイクロインバータ、雲、建築物の影など）の元で生成することができる。図４は、特に、通常の快晴の夏の日に（すなわち、理想的な動作条件下で）生成されたデータ参照プロファイルを示す。プロファイル４０２は、特定の太陽電池サブアレイが、夜明け頃、発電し始め、ほぼ正午にピークとなり、夕暮れ頃停止することを示す。

[0033]他の実施形態では、参照プロファイルは、所与の条件下での「理想的な」プロファイルの推定に基づいて生成されてもよい。たとえば、電力生産全体及び／又はピーク電力生産の値は、概して冬の日の方が夏の日より低くなるはずである。さらに、電力生産時間範囲全体は、冬における短くなった昼間の時間のために、夏の日ではなく冬の日に短くなるはずである。したがって、赤道から離れている太陽電池アレイ位置については、通常の快晴の冬の日には、グラフ４００は、電力生産がより低いことを除いて、快晴の夏の日のものと同じ、概して放物線の形状を有する可能性がある。したがって、夏の日に関する参照プロファイルは、方法３００によって新しい参照プロファイルを作成することなしに、快晴の冬の日に関する参照プロファイルを形成するように調整する（たとえば、短縮された電力生産時間範囲でスケーリングする）ことができる。

[0034]図５は、本発明の様々な実施形態による太陽電池サブアレイの電力生産プロファイル５００を示すグラフである。グラフ５００は、Ｙ軸上の、太陽電池サブアレイによって発電された電力と、Ｘ軸上の時間とを表し、プロファイル５０２を示す。具体的には、グラフ５００は、快晴の夏の日に生成された電力生産プロファイル５０２を示す。

[0035]図５は、特に、点５０４辺りでの電力生産の減少と、点５０６辺りで始まる電力生産の増大とを示す。図４に示されている快晴の夏の日に関する参照プロファイル４０２と比較されたとき、電力生産プロファイル５０２の電力生産の減少は統計的に有意であることがわかり、それにより、太陽電池サブアレイの劣化を示す。電力生産プロファイル５０２で見られる電力生産の減少は、快晴の夏の日に、点５０４及び５０６のＸ座標によって示されている時刻の間に太陽電池サブアレイの上を通過する影（たとえば、太陽電池サブアレイ近くで木が生長した）によって引き起こされる可能性がある。

[0036]図６は、本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの劣化を検出するための方法６００を示す流れ図である。方法６００は、ステップ６０２で始まり、ステップ６０４に進み、太陽電池アレイの太陽電池サブアレイの電力生産データが解析される。代替の実施形態では、太陽電池アレイの１つ又は複数の太陽電池パネルの、或いは太陽電池アレイ全体の電力生産データを解析することができる。解析は、電力生産プロファイルを生成することを含むことができ、別法として、電力生産プロファイルは、別のルーチンによって生成され、方法６００によってアクセスされることができる。

[0037]ステップ６０６では、参照プロファイルが、たとえばアレイ監視デバイス１１４によってアクセスされる。ステップ６０８では、それらの電力生産プロファイルが、対応する太陽電池サブアレイに関する１つ又は複数の参照プロファイルと比較される（すなわち、図４の参照プロファイル４０２が、図５の電力生産プロファイルと比較される）。たとえば、プロファイルの統計的に有意な属性を比較することができ、それらの属性は、一般に、参照プロファイルに比較した、太陽電池サブアレイによって生成される電力のパターンの変化を示す。ステップ６１０では、太陽電池サブアレイの劣化、したがって太陽電池アレイの劣化が存在するかどうかについて判定が行われる。電力生産プロファイルが参照プロファイルと同様である場合、劣化が存在しないと判定され（選択肢「いいえ」）、したがって、方法６００はステップ６０４に戻る。しかし、統計的に有意な差が、参照プロファイルと電力生産プロファイルの間に存在する場合、太陽電池サブアレイに劣化が存在すると判定され（選択肢「はい」）、方法６００は、ステップ６１２に進む。ステップ６１２では、警報メッセージが生成され、劣化が検出されたことを示す。ステップ６１４では、その警報メッセージが、たとえば建築物サブシステム又はサーバに通信され、ステップ６１６で、方法６００は終了する。

[0038]図７は、本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの検出された劣化を処理するための方法７００を示す流れ図である。方法７００を実施するのは、劣化が検出された後での任意選択である。方法７００は、ステップ７０２で始まり、ステップ７０４に進む。ステップ７０４では、特定の劣化、又は劣化のタイプが識別される。劣化は、たとえば、太陽電池パネル上の析出物の蓄積、障害のあるマイクロインバータ、太陽電池パネルに対する太陽エネルギーの完全な視界を妨げる邪魔な構造物、破損した太陽電池パネルを含むことができる。各劣化は、特徴的な劣化プロファイルを有する可能性があり、特定の劣化は、劣化を示す電力生産プロファイルを１つ又は複数の劣化プロファイルに比較することによって識別することができる。

[0039]ステップ７０６では、方法７００は、太陽電力生産データのレポートを生成すべきかどうか判定する。レポートを生成すべきである場合（選択肢「はい」）、方法７００は、ある期間の間の太陽電力生産データに関するレポートが生成されるステップ７０８に進み、いくつかの実施形態では、既存の電力生産プロファイルを、レポートを生成する際に使用することができる。しかし、レポートを生成すべきでない場合（選択肢「いいえ」）、方法７００は、判断ステップ７１０に進む。ステップ７１０では、方法７００は、劣化の矯正を行う必要があるかどうか判定する。劣化を矯正する必要がない場合（選択肢「いいえ」）、方法はステップ７１４に進み、方法７００が終了する。劣化を矯正する必要がある場合（選択肢「はい」）、ステップ７１２で、劣化が自動的に矯正され、ステップ７１４でこの方法が終了する。一実施形態によれば、方法７００の様々なステップは、アレイ監視デバイス１１４内に常駐する劣化検出モジュール２０６によって実施される。

[0040]本発明は、太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池パネル、太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、及び／又は太陽電池アレイ全体の、所与の期間にわたる太陽電力生産を、少なくとも１つの参照プロファイルに比較することによって、太陽電池アレイの劣化を検出するための自動化された工程を提供することが有利である。各参照プロファイルは、典型的な条件、又は諸条件の組合せに関して、通常及び／又は平均電力生産を示すことができ、したがって、電力生産データが、その対応する参照プロファイルから逸脱した場合、太陽電池アレイの劣化を推論することができる。本発明は、劣化を検出するだけでなく、劣化のタイプを識別することができる方法をも提供する。さらに、本発明は、その劣化及びその可能性のある原因に関する警報メッセージを生成し、そのようなメッセージを太陽電池アレイの管理者に通信することを可能にするものであり、是正措置及び適時の行動をとることを可能にし、それにより太陽電池アレイに対する損傷、及び関連する電力生産の損失を回避することが有利である。

[0041]さらに、本発明は、検出された劣化を自動的に矯正し、それにより、様々な劣化条件に関して、修理工程をきわめて単純化及び短縮することを可能にする。本発明のそのような自動矯正機能は、人のどんな介在をも必要としない可能性があり、それにより太陽電力生産動作の利便性を非常に増大する。

[0042]前述のことは、本発明の実施形態を対象とするが、本発明の他の、及びさらなる実施形態を、本発明の基本範囲から逸脱することなしに工夫することができる。

本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの劣化を検出するための装置を備える太陽エネルギーシステムのブロック図である。 本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの劣化を検出するためのアレイ監視デバイスのブロック図である。 本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの各太陽電池サブアレイに関する参照プロファイルを生成及び記憶するための方法を示す流れ図である。 本発明の様々な実施形態に従って生成された太陽電池サブアレイの参照プロファイルを示すグラフである。 本発明の様々な実施形態に従って生成された太陽電池サブアレイの電力生産プロファイルを示すグラフである。 本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの劣化を検出するための方法を示す流れ図である。 本発明の様々な実施形態による、太陽電池アレイの検出された劣化を処理するための方法を示す流れ図である。

符号の説明

１００ 太陽エネルギーシステム
１０２ ＤＣ−ＡＣマイクロインバータ
１０４ 接続箱
１０６ 配電盤
１０８ 太陽電池サブアレイ
１１０ メータ
１１２ 電力グリッド
１１４ アレイ監視デバイス
１１６ 電気機器
１１８ ＡＣ伝送バス
２００ ＣＰＵ
２０２ サポート回路
２０４ メモリ
２０５ オペレーティングシステム
２０６ 劣化検出モジュール
２０８ 参照プロファイルデータベース
２１０ 電力生産プロファイルデータベース
２１２ 劣化プロファイルデータベース

Claims (27)

1. 電力生産プロファイルと少なくとも１つの参照プロファイルの比較を実施し、前記比較に基づいて太陽電池アレイの劣化が存在するかどうか判定するための劣化検出モジュールを備える、太陽電池アレイの劣化を検出するための装置であって、
   前記電力生産プロファイル及び前記少なくとも１つの参照プロファイルが、前記太陽電池アレイ、前記太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は前記太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの少なくとも１つのためのものである、装置。
2. 少なくとも１つの電力生産プロファイルを記憶するための電力生産プロファイルデータベースと、
   前記少なくとも１つの参照プロファイルを記憶するための参照プロファイルデータベースと
   をさらに備え、
   前記劣化検出モジュールが前記電力生産プロファイルを前記電力生産プロファイルデータベースから取得し、前記劣化検出モジュールが前記少なくとも１つの参照プロファイルを前記参照プロファイルデータベースから取得する、請求項１に記載の装置。
3. 前記劣化検出モジュールが前記電力生産プロファイルを生成する、請求項１に記載の装置。
4. 前記劣化検出モジュールが前記少なくとも１つの参照プロファイルを生成する、請求項１に記載の装置。
5. 前記劣化検出モジュールが、前記電力生産プロファイルと少なくとも１つの劣化プロファイルの比較を実施し、前記比較に基づいて、前記劣化の原因を識別する、請求項１に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つの劣化プロファイルを記憶するための劣化プロファイルデータベースをさらに備え、前記劣化検出モジュールが前記少なくとも１つの劣化プロファイルを前記劣化プロファイルデータベースから取得する、請求項５に記載の装置。
7. 前記劣化検出モジュールが、前記太陽電池アレイ、少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの前記少なくとも１つに関する、経時的な電力生産のレポートを生成する、請求項１に記載の装置。
8. 前記劣化検出モジュールが、前記劣化が存在すると判定したとき警報メッセージを生成する、請求項１に記載の装置。
9. 前記劣化検出モジュールが、前記劣化が存在すると判定したとき前記劣化を自動的に矯正する、請求項１に記載の装置。
10. 自動矯正が、前記少なくとも１つの太陽電池パネルの電力生産を最適化するように、前記少なくとも１つの太陽電池パネルの最大電力点（ＭＰＰ）を調整することを含む、請求項９に記載の装置。
11. 太陽電池アレイの劣化を検出するための方法において、
    電力生産データを少なくとも１つの参照プロファイルに比較するステップであって、前記電力生産データ及び前記少なくとも１つの参照プロファイルが、前記太陽電池アレイ、前記太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は前記太陽電池アレイの少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの少なくとも１つのためのものである、ステップと、
    前記比較するステップの結果から、前記劣化が存在するかどうか判定するステップと
    を含む方法。
12. 前記劣化が存在すると判定したとき、前記電力生産データと少なくとも１つの劣化プロファイルの比較を実施するステップと、
    前記比較に基づいて、前記劣化の原因を識別するステップと
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記判定するステップが、前記電力生産データと前記少なくとも１つの参照プロファイルとの、少なくとも１つの統計的に有意な差を識別するステップを含み、前記少なくとも１つの統計的に有意な差が、前記劣化が存在することを示す、請求項１１に記載の方法。
14. 前記劣化が存在すると判定したとき警報メッセージを生成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの参照プロファイルのうちの参照プロファイルが、
    前記太陽電池アレイ、少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの前記少なくとも１つに関して、所定の期間にわたって動作データを取得するステップと、
    前記参照プロファイルを得るように前記動作データを処理するステップと
    によって生成される、請求項１１に記載の方法。
16. 前記動作データが、指定された期間にわたる平均電力生産又は通常電力生産のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記処理するステップが、前記動作データの少なくとも１つの平均を計算するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記太陽電池アレイ、少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの前記少なくとも１つに関する、経時的な電力生産のレポートを生成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
19. 前記劣化が存在すると判定したとき前記劣化を自動的に矯正するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記自動的に矯正するステップが、前記少なくとも１つの太陽電池パネルの電力生産を最適化するように、前記少なくとも１つの太陽電池パネルの最大電力点（ＭＰＰ）を調整するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 太陽電池アレイの劣化を検出するためのシステムであって、
    複数の太陽電池サブアレイを備える太陽電池アレイであり、前記複数の太陽電池サブアレイの各太陽電池サブアレイが複数の太陽電池パネルを備える、太陽電池アレイと、
    前記太陽電池アレイに接続され、電力生産プロファイルと少なくとも１つの参照プロファイルの比較を実施し、前記比較に基づいて、前記劣化が存在するかどうか判定するアレイ監視デバイスであり、前記電力生産プロファイル及び前記少なくとも１つの参照プロファイルが、前記太陽電池アレイ、前記複数の太陽電池サブアレイの少なくとも１つの太陽電池サブアレイ、又は前記複数の太陽電池パネルの少なくとも１つの太陽電池パネルのうちの少なくとも１つのためのものである、アレイ監視デバイスと
    を備えるシステム。
22. 複数のマイクロインバータをさらに備え、前記複数のマイクロインバータが、前記複数の太陽電池サブアレイに１対１の関係で接続され、前記複数のマイクロインバータが、前記アレイ監視デバイスに接続される、請求項２１に記載のシステム。
23. 複数のマイクロインバータをさらに備え、前記複数のマイクロインバータが、前記複数の太陽電池パネルに１対１の関係で接続され、前記複数のマイクロインバータが、前記アレイ監視デバイスに接続される、請求項２１に記載のシステム。
24. 前記アレイ監視デバイスが、
    少なくとも１つの電力生産プロファイルを記憶するための電力生産プロファイルデータベースと、
    前記少なくとも１つの参照プロファイルを記憶するための参照プロファイルデータベースと
    を備え、
    前記アレイ監視デバイスが前記電力生産プロファイルを前記電力生産プロファイルデータベースから取得し、前記アレイ監視デバイスが前記少なくとも１つの参照プロファイルを前記参照プロファイルデータベースから取得する、請求項２１に記載のシステム。
25. 前記アレイ監視デバイスが前記電力生産プロファイルを生成する、請求項２１に記載のシステム。
26. 前記アレイ監視デバイスが前記少なくとも１つの参照プロファイルを生成する、請求項２１に記載のシステム。
27. 前記アレイ監視デバイスが、インターネットを介して前記太陽電池アレイに接続される、請求項２１に記載のシステム。

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