JP2010258332A - 太陽光発電システム、太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの状態を容易にかつ迅速に判別する。
【解決手段】交流信号重畳器５Ａが重畳させた交流信号は、分周器６Ｂ及び分周器６Ｃにより、送電ケーブル４上の点Ｃ’において１／４に分周される。交流信号重畳器５Ｂが重畳させた交流信号は、分周器６Ｃにより、送電ケーブル４上の点Ｃ’において１／２に分周される。交流信号重畳器５Ｃは送電ケーブル４上の点Ｃ’に交流信号重畳器５Ａ及び交流信号重畳器５Ｂと同じ周波数の交流信号を重畳させる。不良検出器３が、送電ケーブル４上の点Ｃ’における交流信号を検出、判別することで、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの状態を判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システム、太陽電池モジュール、パワーコンディショナ、及び、太陽電池モジュールの不良検出方法に関する。

太陽電池を利用した太陽光発電装置は、所定電力（電圧、電流）を得るために太陽電池セルを複数接続した太陽電池モジュールを、さらに複数配設した太陽電池アレイから構成される。そして、この太陽電池アレイで発電された電力を送電ケーブルへ送電する。

ここで、複数の太陽電池モジュールを直列に接続してストリングとし、そのストリングを複数並列に接続して太陽電池アレイ（太陽光発電システム）を構成する場合がある。このストリング毎に送電ケーブルの電線が接続される。そして、送電ケーブルの電線が接続箱で並列接続された後、太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナに入力される。パワーコンディショナにより変換出力された交流電力は、任意の供給先に供給される。例えば、一般の交流負荷に供給されたり、系統連系により電力会社へ売電される。

上述のように、太陽電池モジュールを複数直列に接続したものをストリングとし、そのストリングを並列に接続して構成された太陽光発電システムを公共施設や工場に設置する場合、太陽電池モジュールの総数が数千に及ぶことがある。

このような大型の太陽光発電システムでは、いずれかの太陽電池モジュールが故障した場合、電力発生総量の変化により、故障の有無は知ることができる。しかし、いずれの太陽電池モジュールが故障したかを直ちに判別することはできず、故障した太陽電池モジュールを探し出すのに時間と労力を費やすこととなり、正常な発電量への迅速な回復が困難であった。

このような問題を解決するため、太陽電池モジュール自体に自己診断機能を備えさせ、故障自己診断や、早期回復のための保守作業が実施できるようにした太陽電池診断システムが提案されている（例えば特許文献１）。

また、太陽電池モジュールそれぞれに個別識別情報と温度や出力電力を測定する機能とその測定データ及び個別識別情報を送信する機能とを持たせ、各太陽電池モジュールから送信される個別識別情報及び測定データに基づいて、故障した太陽電池モジュールを検出可能とする太陽光発電装置も提案されている（例えば特許文献２）。

特開平８−６４６５３号公報 特開２００４−２２１４７９号公報

しかしながら、上述の特許文献１の太陽電池診断システムでは、太陽電池モジュール自体に高度な診断回路を設ける必要があり、構造が複雑化するといった問題が生じる。

また、上述の特許文献２の太陽光発電装置では、太陽電池モジュールにあらかじめ個別識別情報を持たせ、個別識別情報と実際の設置場所とを対応させるため、太陽電池モジュール設置時に、その対応関係情報を記憶させておく必要がある。そのため、施工性が悪く、太陽電池モジュールを交換した場合などのメンテナンスも複雑化するといった問題が生じる。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、個々の太陽電池モジュールの状態を容易にかつ迅速に判別することができる太陽光発電システム、太陽電池モジュール、パワーコンディショナ、及び、太陽電池モジュールの不良検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の太陽光発電システムは、相互に直列に結合された複数の太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールが発電した電力を伝送する送電ケーブルと、前記各太陽電池モジュールが発電した電力をそれぞれ用いて当該太陽電池モジュールに対応する周波数の周波数信号を生成して、当該周波数信号を前記送電ケーブルで伝送される電力に重畳させる信号重畳部と、前記送電ケーブルに重畳された前記周波数信号を検出することにより、発電していない太陽電池モジュールを検出する不良検出器と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池モジュールの状態を容易にかつ迅速に判別できるようになる。

この発明の実施の形態１に示す太陽光発電システムの回路図である。 不良検出器の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２に示す太陽光発電システムの回路図である。 この発明の実施の形態２に示す太陽光発電システムの変形例の回路図

実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１における太陽光発電システム１０について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における太陽光発電システム１０の回路図である。図１に示すように、太陽光発電システム１０は、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、パワーコンディショナ２と、不良検出器３と、送電ケーブル４と、交流信号重畳器５Ａ、５Ｂ、５Ｃと、分周器６Ｂ、６Ｃと、交流信号カットコイル７と、から構成される。

太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、太陽電池素子８と、バイパスダイオード９と、から構成される。太陽電池素子８とバイパスダイオード９とは、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内で並列に接続される。太陽電池素子８は、太陽光を受けて発電を行う。バイパスダイオード９は、太陽電池素子８が故障するなどの原因で発電できなくなったときに、太陽電池８をバイパスし、太陽電池モジュール１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）に入力される電流を迂回して流す。

送電ケーブル４は、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電する電力をパワーコンディショナ２に伝送する。

この実施の形態において、交流信号重畳器５Ａ、５Ｂ、５Ｃは本発明の周波数信号出力回路を構成する。交流信号重畳器５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、それぞれ太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電する電力で動作するように、それぞれの電源端子が、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの両端（陰極及び陽極）に接続されている。交流信号重畳器５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、次段の太陽電池モジュールまたはパワーコンディショナ２に接続される送電ケーブル４上に互いに同一の周波数（例えば５０Ｈｚ）の交流信号を出力することにより、送電ケーブル４で伝送される電力に交流信号を重畳させる。

即ち、交流信号重畳器５Ａは、太陽電池モジュール１Ａが発電する電力で動作し、太陽電池モジュール１Ａと太陽電池モジュール１Ｂとの間の送電ケーブル４上の点（ノード）Ａ’に、所定の周波数の交流信号を重畳させる。交流信号重畳器５Ｂは、太陽電池モジュール１Ｂが発電する電力で動作し、太陽電池モジュール１Ｂと太陽電池モジュール１Ｃとの間の送電ケーブル４上の点Ｂ’に、交流信号重畳器５Ａと同一の周波数の交流信号を重畳させる。交流信号重畳器５Ｃは、太陽電池モジュール１Ｃが発電する電力で動作し、太陽電池モジュール１Ｃとパワーコンディショナ２との間の送電ケーブル４上の点Ｃ’に、交流信号重畳器５Ａ及び交流信号重畳器５Ｂと同一の周波数の交流信号を重畳させる。

分周器６Ｂ、６Ｃは第１段の太陽電池モジュール１Ａ以外、即ち、第２段以降の太陽電池モジュール１Ｂ、１Ｃに対応して設けられる。分周器６Ｂ、６Ｃは、入力された交流信号を所定の分周比（この実施の形態では１／２）で分周する。即ち、分周器６Ｂは、前段の交流信号重畳器５Ａが出力した交流信号を所定の分周比で分周する。分周器６Ｃは、前段の交流信号重畳器５Ｂが出力した交流信号及び前段の分周器６Ｂが分周した交流信号を所定の分周比で分周する。具体的には、分周器６Ｂは交流信号重畳器５Ａが出力した交流信号を１／２に分周し、分周器６Ｃは分周器６Ｂが分周した交流信号と交流信号重畳器５Ｂが出力した交流信号とを１／２に分周する。この実施の形態においては、交流信号重畳器５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び分周器６Ｂ、６Ｃが、本発明の信号重畳部を構成する。

また、分周器６Ｂ、６Ｃは、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電する総和の電力で動作するように接続される。具体的には、分周器６Ｂのプラス（＋）の電源端子が太陽電池モジュール１Ｃの陽極側の送電ケーブル４に接続される。分周器６Ｃのプラス（＋）の電源端子が太陽電池モジュール１Ｃの陽極側の送電ケーブル４に接続される。また、分周器６Ｂ、６Ｃのマイナス（−）の電源端子は接地される。即ち、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが故障などで発電できなくならない限り分周を行うことができるように接続されている。

パワーコンディショナ２は、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電した直流電力を送電ケーブル４を介して受け付けて、所定周波数（例えば、商用電源周波数）の交流電力に変換する。そして、パワーコンディショナ２は、変換した交流電力を任意の供給先（例えば、一般の交流負荷や電力会社）に提供する。このようにパワーコンディショナ２により、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電した直流電力を交流電力に変換することで、電力を様々な用途に使用可能となる。

不良検出器３は、送電ケーブル４の最後段の太陽電池モジュール１Ｃとパワーコンディショナ２との間に接続され、送電ケーブル４の送電電力に重畳されている交流信号の周波数成分を検出する。そして、検出した周波数成分に基づいて、各太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常に動作しているか否かを判別する。

不良検出器３は、例えば、図２に示すように、５０Ｈｚ検出回路３１と、２５Ｈｚ検出回路３２と、１２．５Ｈｚ検出回路３３と、制御部３４と、報知器３５と、カップリングコンデンサＣＣと、から構成される。各検出回路３１〜３３は、バンドパスフィルタＢＰ（ＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３）と、振幅検出器ＡＤ（ＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ３）と、コンパレータＣＰ（ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３）と、から構成されている。

バンドパスフィルタＢＰは、それぞれ、目的周波数を中心周波数とする通過帯域を有する。即ち、バンドパスフィルタＢＰ１は、５０Ｈｚを中心周波数とする通過帯域を有する。バンドパスフィルタＢＰ２は、２５Ｈｚを中心周波数とする通過帯域を有する。バンドパスフィルタＢＰ３は、１２．５Ｈｚを中心周波数とする通過帯域を有する。

振幅検出回路ＡＤは、ダイオードＤ（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）と、コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、抵抗器Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）から構成され、バンドパスフィルタＢＰを通過した交流信号のピーク電圧（エンベロープ）でコンデンサＣを充電する。

コンパレータＣＰは、コンデンサＣの充電電圧を反転入力端子（−）に受け、所定の基準電圧Ｖｒｅｆを非反転入力端子（＋）に受け、両入力電圧を比較し、比較結果に相当するレベルの信号を制御部３４に出力する。

例えば、入力信号に５０Ｈｚ、２５Ｈｚ、１２．５Ｈｚの交流信号が混在している場合には、５０Ｈｚの交流信号がバンドパスフィルタＢＰ１を通過し、振幅検出回路ＡＤ１が、５０Ｈｚの交流信号のピーク電圧でコンデンサＣ１を充電する。コンパレータＣＰ１は、コンデンサＣ１の充電電圧を反転入力端子（−）に受け、その充電電圧を非反転入力端子（＋）に印加される基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。基準電圧Ｖｒｅｆは、通常状態（対応する太陽電池モジュールが発電している状態）では、コンデンサＣの充電電圧よりも小さくなるような値に設定されている。従って、コンパレータＣＰ１は、上記通常状態では制御部３４にローレベルの信号を出力する（ローレベルを維持する）。また、２５Ｈｚの交流信号がバンドパスフィルタＢＰ２を通過し、振幅検出回路ＡＤ２が、２５Ｈｚの交流信号のピーク電圧でコンデンサＣ２を充電する。コンパレータＣＰ２は、コンデンサＣ２の充電電圧を反転入力端子（−）に受け、その充電電圧を非反転入力端子（＋）に印加される基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。上記通常状態では、充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、コンパレータＣＰ２は、制御部３４にローレベル信号を出力する。また、１２．５Ｈｚの交流信号がバンドパスフィルタＢＰ３を通過し、振幅検出回路ＡＤ３が、１２．５Ｈｚの交流信号のピーク電圧でコンデンサＣ３を充電する。コンパレータＣＰ３は、コンデンサＣ３の充電電圧を反転入力端子（−）に受け、その充電電圧を非反転入力端子（＋）に印加される基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。上記通常状態では、充電電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、コンパレータＣＰ３は、制御部３４にローレベル信号を出力する。

一方、対応する周波数の信号の入力が停止すると、コンデンサＣの充電電荷が抵抗器Ｒを介して放電され、充電電圧が低下し、コンパレータＣＰの反転入力端子（−）の入力電圧が低下する。このため、コンパレータＣＰの判定入力端子（−）の入力電圧が非反転入力端子（＋）に印加される基準電圧Ｖｒｅｆ以下となり、コンパレータＣＰはハイレベルの信号を制御部３４に出力する。

制御部３４は、コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３からの入力信号を読取可能な形式にエンコードするエンコーダや、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などから構成され、コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３からの入力信号に応じた処理を実行する。例えば、制御部３４は、いずれかのコンパレータＣＰ１〜ＣＰ３からハイレベルの信号が出力されると、ハイレベルの信号を出力したコンパレータＣＰ１〜ＣＰ３に対応する周波数を特定する。そして、その周波数の交流信号を出力する源となる交流信号重畳器５に電力を提供する太陽電池モジュールの動作が停止していると判別する。即ち、制御部３４は、検出できない周波数に対応する太陽電子モジュールを発電を行っていない不良太陽電池モジュールとして検出する。

制御部３４は、動作を停止している（故障している）太陽電池モジュールがあると判別した場合に、その太陽電池モジュールを特定する情報を報知器３５により報知または表示するなど任意の動作を行う。

カップリングコンデンサＣＣは、送電ケーブル４からの直流電力を遮断するコンデンサである。

図１の交流信号カットコイル７は、交流信号を遮断する。交流信号カットコイル７は、各太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃに交流信号が入り込まないようにするため、各太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの陽極側及び陰極側に接続される。

次に、上記構成を有する太陽光発電システム１０の動作について説明する。ここでも、交流信号重畳器５Ａ、５Ｂ、５Ｃが出力する交流信号の周波数を５０Ｈｚ、分周器６Ｂ、６Ｃの分周比を１／２として説明する。

全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常に動作している場合は、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの太陽電池素子８による電力が送電ケーブル４に供給される。そして、交流信号重畳器５Ａは、太陽電池モジュール１Ａから電力が供給され動作する。交流信号重畳器５Ｂは、太陽電池モジュール１Ｂから電力が供給され動作する。交流信号重畳器５Ｃは、太陽電池モジュール１Ｃから電力が供給され動作する。また、分周器６Ｂ、６Ｃは、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃにより発電され、分周器６Ｂ、６Ｃのプラス（＋）の電源端子から供給される電力により動作する。全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電する電力（直流電力）は、パワーコンディショナ２に入力され、所定周波数の交流電力に変換される。

このとき、送電ケーブル４上の点Ａ’には、交流信号重畳器５Ａによって５０Ｈｚの交流信号が重畳される。点Ａ’に重畳された５０Ｈｚの交流信号は分周器６Ｂによって１／２に分周され、送電ケーブル４上の点Ｂ’では１／２の２５Ｈｚとなる。また、点Ｂ’には交流信号重畳器５Ｂによって５０Ｈｚの交流信号が重畳されるので、送電ケーブル４上の点Ｂ’には５０Ｈｚ及び２５Ｈｚの交流信号が混在することになる。

点Ｂ’に混在する５０Ｈｚ及び２５Ｈｚの交流信号は分周器６Ｃによってそれぞれ１／２に分周され、送電ケーブル４上の点Ｃ’では１／２の２５Ｈｚ及び１２．５Ｈｚとなる。そして、点Ｃ’には交流信号重畳器５Ｃによって５０Ｈｚの交流信号が重畳されるので、送電ケーブル４上の点Ｃ’には５０Ｈｚ、２５Ｈｚ、及び１２．５Ｈｚの交流信号が混在することになる。

不良検出器３は、これらの混在した交流信号に含まれる周波数成分を検出する。ここでは、５０Ｈｚ、２５Ｈｚ、及び１２．５Ｈｚの交流信号が検出されるので、不良検出器３は、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常に動作していると判別する。

次に、例えば、太陽電池モジュール１Ｂが故障して発電していない場合について説明する。この場合、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｃの太陽電池素子８による電力が送電ケーブル４に供給され、太陽電池モジュール１Ｂ内では、バイパスダイオード９を電流が流れる。交流信号重畳器５Ｂは、太陽電池モジュール１Ｂから電力が供給されないため動作しない。交流信号重畳器５Ａは、太陽電池モジュール１Ａから電力が供給され動作する。交流信号重畳器５Ｃは、太陽電池モジュール１Ｃから電力が供給され動作する。また、分周器６Ｂ、６Ｃは、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｃによる電力により動作する。太陽電池モジュール１Ａ、１Ｃによる電力（直流電力）は、パワーコンディショナ２に入力され、所定周波数の交流電力に変換される。

このとき、送電ケーブル４上の点Ａ’には、交流信号重畳器５Ａによって５０Ｈｚの交流信号が重畳される。点Ａ’に重畳された５０Ｈｚの交流信号は分周器６Ｂによって１／２に分周され、送電ケーブル４上の点Ｂ’では１／２の２５Ｈｚとなる。このとき、交流信号重畳器５Ｂは動作しないため、送電ケーブル４上の点Ｂ’には２５Ｈｚの交流信号のみが存在することになる。

点Ｂ’に存在する２５Ｈｚの交流信号は分周器６Ｃによってさらに１／２に分周され、送電ケーブル４上の点Ｃ’では１／２の１２．５Ｈｚとなる。そして、点Ｃ’には交流信号重畳器５Ｃによって５０Ｈｚの交流信号が重畳されるので、送電ケーブル４上の点Ｃ’には５０Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの交流信号が混在することになる。

不良検出器３は、これらの混在した交流信号の各周波数成分を検出する。ここでは、５０Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの２つの周波数成分が検出されることとなる。不良検出器３は、２５Ｈｚの周波数が検出できなかったので、２段目の太陽電池モジュール１Ｂが正常に動作していないと判別する。

このように、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの状態（正常（発電中）：故障（非発電中））に対応して、送電ケーブル４上の点Ｃ’での交流信号成分は下記の表１の通り一意に定まる。従って、点Ｃ’での交流信号を検出し、各周波数成分（ここでは５０Ｈｚ、２５Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの３種類の成分）を抽出し、いずれの周波数成分が検出されたか否かを判別することで、正常に動作していない（故障している）太陽電池モジュール１を特定することができる。

○：正常
×：故障

なお、この実施の形態１では、太陽電池モジュール１が３つ結合された例について説明したが、この数は複数であれば任意である。例えば、太陽電池モジュール１がＮ個（Ｎ段）結合された場合（Ｎは２以上の整数）、交流信号重畳器５は太陽電池モジュール１に対応してＮ個設けられ、対応する太陽電池モジュール１が発電する電力により動作するように、交流信号重畳器５それぞれの電源端子は、対応する太陽電池モジュールの両端（陰極及び陽極）に接続されている。Ｎ個の交流信号重畳器５が重畳させる交流信号の周波数は全て同一である。また、分周器６は２段以降の太陽電池モジュールに対応して設けられる。そして、分周器６の陽極（＋）が最終段の太陽電池モジュール１の陽極側の送電ケーブル４に接続される。分周器６の陰極（−）は接地される。このような構成において、最終段以外の交流信号重畳器５は、所定の周波数の交流信号を次段の分周器６に出力し、第２段の分周器６は、第１段の交流信号重畳器５が出力する交流信号を分周して次段（第３段）の分周器６に出力し、第３段以降で最終段以外の分周器６は、前段の交流信号重畳器５及び分周器６が出力する交流信号を受けて、所定の分周比で分周して次段の分周器６に出力し、最終段の交流信号重畳器５は、所定の周波数の周波数信号を不良検出器３に出力し、最終段の分周器６は、前段の交流信号重畳器５及び分周器６が出力する交流信号を受けて、分周して不良検出器３に出力する。この場合の分周器６の分周比は１／２でもよいし、各太陽電池モジュール１に対応する周波数を不良検出器３に入力できれば任意の分周比であってもよい。

また、実施の形態１において、各交流信号重畳器５が出力する交流信号、及び、各分周器６が分周した交流信号を伝送するための経路を送電ケーブル４とは別に設けて、その経路を伝送する交流信号を不良検出器３で検出するようにしてもよい。例えば、最終段以外の各交流信号重畳器５の出力端子を次段の分周器６の入力端子に接続する（図１の例では交流信号重畳器５Ａの出力端子を送電ケーブル４に接続せず分周器６Ｂの入力端子に接続し、交流信号重畳器５Ｂの出力端子を送電ケーブル４に接続せず分周器６Ｃの入力端子に接続する）ようにしてもよい。

また、実施の形態１では、分周器６は、第１段以外の太陽電池モジュール１Ｂ、１Ｃに対応して設けられるものとして説明したが、第１段の太陽電池モジュール１Ａに対応して設けられてもよい。例えば、太陽電池モジュール１、交流信号重畳器５、及び、分周器６をまとめて一つのモジュールとする場合などには、第１段の太陽電池モジュール１Ａに対応する分周器６が設けられる。

実施の形態２．
続いて、この発明の実施の形態２における太陽光発電システム２０について説明する。図３はこの発明の実施の形態２における太陽光発電システム２０の回路図である。図３に示すように、太陽光発電システム２０は、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、パワーコンディショナ２と、不良検出器３と、送電ケーブル４と、交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅ、５Ｆと、交流信号カットコイル７と、キャパシタ１１Ｅ、１１Ｆと、から構成される。太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、上記実施の形態１と同様に、太陽電池素子８と、バイパスダイオード９と、から構成される。また、パワーコンディショナ２、不良検出器３、送電ケーブル４、交流信号カットコイル７など、上記実施の形態１と同様の構成には同じ番号を付す。

実施の形態２において、交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅ、５Ｆは、本発明の周波数信号出力回路を構成する。交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅ、５Ｆは、図３に示すように、それぞれ太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電する電力で動作するように、それぞれの電源端子が、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの両端（陰極及び陽極）に接続される。交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅ、５Ｆは、次段の太陽電池モジュールに接続される送電ケーブル４上に互いに異なる周波数（例えば５０Ｈｚ、２５Ｈｚ、１２．５Ｈｚ）の交流信号を重畳させる。

即ち、交流信号重畳器５Ｄは、太陽電池モジュール１Ａが発電する電力で動作し、太陽電池モジュール１Ａと太陽電池モジュール１Ｂとの間の送電ケーブル４上の点Ａ’に、所定の周波数の交流信号を重畳させる。交流信号重畳器５Ｅは、太陽電池モジュール１Ｂが発電する電力で動作し、太陽電池モジュール１Ｂと太陽電池モジュール１Ｃとの間の送電ケーブル４上の点Ｂ’に、交流信号重畳器５Ｄと異なる周波数の交流信号を重畳させる。交流信号重畳器５Ｆは、太陽電池モジュール１Ｃが発電する電力で動作し、太陽電池モジュール１Ｃとパワーコンディショナ２との間の送電ケーブル４上の点Ｃ’に、交流信号重畳器５Ｄ及び交流信号重畳器５Ｅと異なる周波数の交流信号を重畳させる。この実施の形態においては、交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅ、５Ｆが、本発明の信号重畳部を構成する。

キャパシタ１１Ｅ及び１１Ｆは、送電ケーブル４上の直流電力を遮断するとともに、交流信号重畳器５Ｄ及び５Ｅが送電ケーブル４上に重畳させが交流信号を通過させるためのフィルタとして機能する。キャパシタ１１Ｅは、交流信号重畳器５Ｅのプラス（＋）の電源端子とマイナス（−）の電源端子との間に接続される。キャパシタ１１Ｆは、交流信号重畳器５Ｆのプラス（＋）の電源端子とマイナス（−）の電源端子との間に接続される。

次に、太陽光発電システム２０の動作について説明する。ここでは、各交流信号重畳器５が重畳させる交流信号の周波数を、交流信号重畳器５Ｄ：５０Ｈｚ、交流信号重畳器５Ｅ：２５Ｈｚ、交流信号重畳器５Ｆ：１２．５Ｈｚであるものとして説明する。

全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常に動作している場合は、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの太陽電池素子８による電力が送電ケーブル４に供給される。全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが発電する電力（直流電力）は、パワーコンディショナ２に入力され、所定周波数の交流電力に変換される。

このとき、送電ケーブル４上の点Ａ’には、太陽電池モジュール１Ａから電力が供給される交流信号重畳器５Ｄによって５０Ｈｚの交流信号が重畳される。点Ａ’に重畳された５０Ｈｚの交流信号は、キャパシタ１１Ｅを通って送電ケーブル４上の点Ｂ’に伝送される。また、点Ｂ’には太陽電池モジュール１Ｂから電力が供給される交流信号重畳器５Ｅによって２５Ｈｚの交流信号が重畳される。従って、送電ケーブル４上の点Ｂ’には５０Ｈｚ及び２５Ｈｚの交流信号が混在することになる。

点Ｂ’に混在する５０Ｈｚ及び２５Ｈｚの交流信号は、キャパシタ１１Ｆを通って送電ケーブル４上の点Ｃ’に伝送される。そして、点Ｃ’には太陽電池モジュール１Ｃから電力が供給される交流信号重畳器５Ｆによって１２．５Ｈｚの交流信号が重畳される。従って、送電ケーブル４上の点Ｃ’には５０Ｈｚ、２５Ｈｚ、及び１２．５Ｈｚの交流信号が混在することになる。

不良検出器３は、５０Ｈｚ、２５Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの交流信号を検出するので、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常に動作していると判別する。

次に、例えば、太陽電池モジュール１Ｂが故障して発電していない場合について説明する。この場合、太陽電池モジュール１Ａ、１Ｃの太陽電池素子８による電力が送電ケーブル４に供給され、太陽電池モジュール１Ｂ内では、バイパスダイオード９を電流が通過する。交流信号重畳器５Ｅは、太陽電池モジュール１Ｂから電力が供給されないため動作しない。交流信号重畳器５Ｄは、太陽電池モジュール１Ａから電力が供給され動作する。交流信号重畳器５Ｆは、太陽電池モジュール１Ｃから電力が供給され動作する。太陽電池モジュール１Ａ、Ｃによる電力（直流電力）は、パワーコンディショナ２に入力され、所定周波数の交流電力に変換される。

このとき、送電ケーブル４上の点Ａ’には、交流信号重畳器５Ｄによって５０Ｈｚの交流信号が重畳される。点Ａ’に重畳された５０Ｈｚの交流信号は、キャパシタ１１Ｅを通って送電ケーブル４上の点Ｂ’に伝送される。このとき、交流信号重畳器５Ｅは動作しないため、送電ケーブル４上の点Ｂ’には５０Ｈｚの交流信号のみが存在することになる。

点Ｂ’に存在する５０Ｈｚの交流信号は、キャパシタ１１Ｆを通って送電ケーブル４上の点Ｃ’に伝送される。そして、点Ｃ’には交流信号重畳器５Ｆによって１２．５Ｈｚの交流信号が重畳される。従って、送電ケーブル４上の点Ｃ’には５０Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの交流信号が混在することになる。

不良検出器３は、５０Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの２つの周波数成分を検出し、２５Ｈｚの周波数成分を検出できなかったと判別する。不良検出器３は、２５Ｈｚの周波数信号に対応する２段目の太陽電池モジュール１Ｂが正常に動作していないと判別する。

このように、全ての太陽電池モジュール１Ａ、１Ｂ、１Ｃの状態に対応して、送電ケーブル４上の点Ｃ’での交流信号成分は下記の表２の通り一意に定まる。従って、点Ｃ’での交流信号成分を検出し、各周波数成分（ここでは５０Ｈｚ、２５Ｈｚ及び１２．５Ｈｚの３種類の成分）を抽出し、いずれの周波数成分が検出されたか否かを判別することで、正常に動作していない（故障している）太陽電池モジュール１を特定することができる。

○：正常
×：故障

なお、実施の形態２において、図４に示すように、交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅの出力を、太陽電池モジュール１Ｃの陽極側の送電ケーブル４に接続し、キャパシタ１１Ｅ及び１１Ｆを除去して、送電ケーブル４上の点Ｃ’に交流信号を出力するようにしてもよい。このように配線することで、交流信号重畳器５Ｄ、５Ｅが出力する交流信号を不良検出器３に接続される送電ケーブル４に伝送することができる。

また、この実施の形態２では、太陽電池モジュール１が３つ結合された例について説明したが、この数は複数であれば任意である。太陽電池モジュール１がＮ個結合された構成の場合（Ｎは２以上の整数）、交流信号重畳器５は太陽電池モジュール１に対応してＮ個設けられ、対応する太陽電池モジュール１が発電する電力により動作する。また、第２段以降の太陽電池モジュール１に対応してキャパシタ１１も設けられる。Ｎ個の交流信号重畳器５は、互いに異なる周波数の交流信号を、対応する太陽電池モジュール１の陽極側の送電ケーブル４、または図４の変形例においては、最終段の太陽電池モジュール１の陽極側の送電ケーブル４に重畳させる。

また、実施の形態２では、キャパシタ１１は、第１段以外の交流信号重畳器５Ｅ、５Ｆに対応して設けられていたが、第１段の交流信号重畳器５Ｄに対応して設けられてもよい。例えば、太陽電池モジュール１、交流信号重畳器５、キャパシタ１１をまとめて一つのモジュールとする場合などには、第１段の交流信号重畳器５Ｄに対応するキャパシタ１１が設けられる。

以上詳述したように、本発明の太陽光発電システム１０、２０によれば、太陽電池モジュールを特定するための情報を予め入力する必要なく、施工時の手間を大幅に省略しながら、正常に動作していない太陽電池モジュールの有無の検出及びその特定が可能となる。

また、一部の太陽電池モジュールが故障して交換した際にも、上記実施の形態では特別な設定をする必要がないので、メンテナンスの手間も大幅に省略可能となる。また、交流信号発振器５と分周器６とを送電ケーブル４を介して接続しているので、結線が容易である。

なお、上述した実施の形態において、太陽電池モジュールの数や設定した数値は一例である。設定した数値は、太陽電池モジュールの数等に応じて適切に設定する必要があることはいうまでもない。

上記各実施の形態では、周波数信号出力回路は、交流信号を出力する交流信号重畳器５（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ）であったが、交流信号に直流信号（バイアス）を足した周波数信号を出力する回路であってもよい。

また、上記各実施の形態では、不良検出器３は、送電ケーブル４の最後段の太陽電池モジュール１Ｃとパワーコンディショナ２との間に接続されるものとして説明したが、不良検出器３は、パワーコンディショナ２に内蔵されていてもよい。

また、上記各実施の形態では、太陽電池モジュール１と交流信号重畳器５とを別体の構成としたが、太陽電池モジュール１の配列及び接続を容易化するため、太陽電池モジュール１に交流信号重畳器５を予め組み込み或いは両者を結合してモジュール化する等してもよい。さらに、上記実施の形態１においては、一部のモジュールについて、分周器６を組み込んでもよい。

また、上記各実施の形態では、初段の太陽電池モジュール１Ａの陰極側にも交流信号カットコイル７を設けていたが、交流信号重畳器５や分周器６からの交流信号は入り込まないため、太陽電池モジュール１Ａの陰極側の交流信号カットコイル７は設けなくてもよい。

また、上述した周波数、回路構成などは一例であり、適宜変更可能である。

また、本発明の太陽電池モジュールの不良検出方法を、太陽電池以外の発電装置などの不良検出に適用してもよい。

１Ａ〜１Ｃ 太陽電池モジュール
２ パワーコンディショナ
３ 不良検出器
４ 送電ケーブル
５Ａ〜５Ｆ 交流信号重畳器（信号重畳部、周波数信号出力回路）
６Ｂ、６Ｃ 分周器（信号重畳部）
７ 交流信号カットコイル
８ 太陽電池素子
９ バイパスダイオード
１０、２０ 太陽光発電システム
１１Ｅ、１１Ｆ キャパシタ

Claims (9)

1. 相互に直列に結合された複数の太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールが発電した電力を伝送する送電ケーブルと、
   前記各太陽電池モジュールが発電した電力をそれぞれ用いて当該太陽電池モジュールに対応する周波数の周波数信号を生成して、当該周波数信号を前記送電ケーブルで伝送される電力に重畳させる信号重畳部と、
   前記送電ケーブルに重畳された前記周波数信号を検出することにより、発電していない太陽電池モジュールを検出する不良検出器と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記太陽電池モジュールは、直列に複数段結合されており、
   前記信号重畳部は、前記各段の太陽電池モジュールに対応して配置され、対応する前記太陽電池モジュールが発電した電力により動作する周波数信号出力回路と、第２段以降の前記太陽電池モジュールに対応して配置される分周器と、から構成され、
   最終段以外の前記太陽電池モジュールに対応して配置される前記周波数信号出力回路は、所定の周波数の周波数信号を次段の前記太陽電池モジュールが接続された前記送電ケーブルに出力して、当該送電ケーブルで伝送される電力に重畳させ、
   第２段以降で且つ最終段以外の前記太陽電池モジュールに対応して配置される前記分周器は、前記送電ケーブルに重畳された前記周波数信号を受けて、所定の分周比で分周し、分周した周波数信号を次段の太陽電池モジュールに接続された前記送電ケーブルに出力して、当該送電ケーブルで伝送される電力に重畳させ、
   最終段の前記太陽電池モジュールに対応して配置される前記周波数信号出力回路は、所定の周波数の周波数信号を前記不良検出器が接続された前記送電ケーブルに出力して、当該送電ケーブルで伝送される電力に重畳させ、
   最終段の前記太陽電池モジュールに対応して配置される前記分周器は、前記送電ケーブルに重畳された前記周波数信号を受けて、所定の分周比で分周し、分周した周波数信号を前記不良検出器が接続された前記送電ケーブルに出力して、当該送電ケーブルで伝送される電力に重畳させる
   ことを特徴する請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記分周器は、それぞれ前記複数の太陽電池モジュールが発電する総和の電力で動作するように接続されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記信号重畳部は、前記各太陽電池モジュールに対応して配置され、対応する前記太陽電池モジュールが発電した電力により動作し、互いに異なる周波数の周波数信号を前記送電ケーブルに出力する複数の周波数信号出力回路を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
5. 前記送電ケーブルに接続され、前記太陽電池モジュールが発電した直流電力を所定周波数の交流電力に変換するパワーコンディショナをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
6. 太陽電池と、
   前記太陽電池が発電した電力により動作し、所定周波数の周波数信号を前記太陽電池が発電した電力に重畳させる周波数信号出力回路と、
   を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
7. 入力された周波数信号を所定の分周比で分周して前記太陽電池が発電した電力に重畳させる分周器をさらに備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 複数の太陽電池モジュールが発電した電力を伝送するための送電ケーブルに接続され、当該送電ケーブルにより伝送される直流電力を所定周波数の交流電力に変換するパワーコンディショナであって、
   前記送電ケーブルには、発電中の太陽電池モジュールそれぞれに割り当てられた周波数信号が重畳されており、
   前記周波数信号を検出することにより、発電していない太陽電池モジュールを特定する不良検出器を備える
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
9. 相互に直列に結合された複数の太陽電池モジュールについて、
   各太陽電池モジュールが発電した電力を用いて当該太陽電池モジュールに対応する周波数の周波数信号を生成することにより、発電中の太陽電池モジュールについては対応する周波数の周波数信号を生成し、非発電中の太陽電池モジュールについては対応する周波数信号の生成を停止し、
   生成した複数の周波数信号を前記電力に重畳させて伝送し、
   重畳されて伝送された前記周波数信号に含まれる各周波数信号を検出することにより、発電していない太陽電池モジュールを特定する
   ことを特徴とする太陽電池モジュールの不良検出方法。

Images