JP2011035000A - 故障診断システム、故障診断装置、故障診断方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断することを実現するにあたり、設置環境による影響をも考慮に入れた故障診断システム等を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る故障診断システム２７は、設置された太陽電池アレイ１に入力信号を印加して実測部２５が実測信号を得ると共に、太陽電池アレイの故障箇所を仮定した上で設置環境における太陽電池アレイを模してパラメータ決定部３９が決定した仮想モデルに対して同一の入力信号を印加してシミュレータ部３３が疑似出力信号を得る。比較部３５は、実測信号と疑似出力信号とを比較して、その比較結果から適合率算出部３７が適合率を算出する。適合率が所定の値以上であれば、適合率算出部３７は、パラメータ決定部３９が仮定した故障箇所が太陽電池アレイ１の故障箇所であると推定する。パラメータ決定、比較、適合率算出の際にはライブラリ４１が参照される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断システム、故障診断装置、故障診断方法、プログラム及び記憶媒体に関し、特に、複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断システム等に関する。

一般に、太陽電池は、屋外において２０年以上の期間にわたってメンテナンスフリーで機能し続けると言われていた。しかし、近年、経年劣化による太陽電池の出力低下などの故障や不具合などの事例が報告されている。故障や不具合の原因を明確化するため、開放電圧の測定、断線の有無の確認、電流電圧（Ｉ−Ｖ特性）の計測、発電特性変化の有無などが、人手によって確認されてきた。また、故障箇所の候補を絞り込むため、サーモカメラ等を用いて、高温となっている箇所（ホットスポット）を視覚的に見つける手法がとられてきた。

最近、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における太陽電池パネルの故障箇所の発見（特許文献１参照）及び太陽電池モジュール間の断線箇所の発見（特許文献２参照）についての手法が開発されてきている。特許文献１に記載された手法を例として具体的に説明する。図８は、特許文献１に記載された従来の故障診断システム５３の概要を示す図である。故障診断対象である太陽電池ストリング３への入力信号であるパルス波を入力信号生成部５５が生成する。生成された入力信号は太陽電池ストリング３に印加（入力）され、実測部５７が太陽電池ストリング３から出力される反射信号と入力信号との合成信号である実測信号を得る。太陽電池ストリングを複数有する太陽電池アレイにおいて、故障を有さない正常ストリング４９からの実測信号と故障を有する故障ストリング５１からの実測信号とを比較部５９が比較し、差信号の波形を得る。ここで、実測信号及び差信号の波形は故障ストリングの故障箇所や故障内容に応じて異なるため、パルス波を入力信号として太陽電池ストリング３の故障箇所を診断することが、原理的には可能である。

特開２００９−２１３４１号公報 特開２００８−９１８２８号公報

しかしながら、人手による方法では、大規模な太陽光発電システムに対しては、必要となるコストと労力が膨大なものとなり、実質上、実現が不可能である。

また、特許文献１や特許文献２に記載された手法は、測定環境が厳密にコントロールされた状態で故障箇所を発見できる可能性を示すものである。そのため、これらの手法は、設置環境における故障診断を実施するための前提条件が十分に考慮されているとは言い難い。

すなわち、特許文献１や特許文献２に記載された手法では、具体的な設置環境が実測信号へ与える影響が考慮されていない。後述するように、例えばケーブルの長さだけでも、実測信号の波形は大きく影響されて変化する。具体的な設置環境のもとでは、無限ともいえる膨大な出力信号の波形が存在する。このような膨大な出力信号の波形をあらかじめ用意しておくことは不可能である。具体的な設置環境のもとでの故障箇所の検出を実施するためには、設置環境に応じて故障診断を実施できる手法を開発することが必要である。

さらに、特許文献１や特許文献２に記載された手法では、太陽電池ストリング３の実測信号の具体的な判断処理までは示されていない。太陽電池を設置する環境は千差万別である。そのため、あらゆる設置環境及び故障箇所等の組み合わせに対する、無限ともいえる膨大な出力信号の波形をあらかじめ把握しておき、故障診断対象の太陽電池ストリングから得られた実測信号のみから故障箇所の診断を実施することは現実的ではない。

ゆえに、本発明は、太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断することを実現するにあたり、設置環境による影響をも考慮に入れた故障診断システム等を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断システムであって、前記太陽電池ストリングに印加する入力信号の波形を決定する入力信号決定部と、前記入力信号決定部に決定された前記入力信号を生成する入力信号生成部と、前記入力信号生成部からケーブルを介して前記太陽電池ストリングに前記入力信号が印加された場合の出力信号である実測信号を得る実測部と、前記入力信号生成部と前記ケーブルと前記太陽電池ストリングとをシミュレーションのために模した仮想モデルに対して前記入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するシミュレータ部と、実測された前記実測信号を計算された前記疑似出力信号と比較する比較部と、前記比較部が出力した比較結果から前記実測信号と前記疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出する適合率算出部と、前記仮想モデルの候補となる、各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データベースを有するライブラリと、前記太陽電池ストリングの故障箇所を仮定して前記疑似故障データベースを参照して、前記ケーブルのインピーダンスに整合する前記入力信号生成部の抵抗値及び前記ケーブルの長さのパラメータを含めたパラメータ値を決定することにより前記仮想モデルを決定するパラメータ決定部とを備え、前記適合率算出部が算出した前記適合率が所定の値以上となる仮定された故障箇所があれば前記適合率算出部は前記仮定された故障箇所を前記太陽電池アレイの故障箇所と推定する。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の故障診断システムであって、前記太陽電池アレイは、並列に接続された複数の太陽電池ストリングを有し、前記ライブラリは、太陽電池ストリングの出荷時の実測信号を記憶する出荷時データベースをさらに備え、前記比較部は、前記太陽電池アレイが有する複数の太陽電池ストリングのうち故障を有さない正常ストリングからの実測信号と、前記出荷時データベースが有する前記正常ストリングの出荷時の実測信号とを比較して補正データを計算し、前記補正データを用いて前記疑似出力信号を補正した上で前記比較結果を出力する。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の故障診断システムであって、前記ライブラリは、過去に実測された太陽電池ストリングの故障内容と実測信号の組み合わせを記憶する故障データベースをさらに備え、前記適合率算出部は、前記故障データベースを参照して前記適合率に関連する前記所定の値を決定し、前記適合率が前記所定の値未満であれば、前記仮定された故障箇所とは異なる故障箇所を前記パラメータ決定部に仮定させる。

請求項４に係る発明は、複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断装置であって、生成する入力信号をケーブルを介して前記太陽電池アレイに印加する入力信号生成部と前記ケーブルと前記太陽電池ストリングとをシミュレーションのために模した仮想モデルに対して前記入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するシミュレータ部と、前記シミュレータ部によって計算された前記疑似出力信号を、前記太陽電池ストリングに前記入力信号が印加された場合の出力信号である実測信号と比較する比較部と、前記比較部が出力した比較結果から前記実測信号と前記疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出する適合率算出部と、前記仮想モデルの候補となる、各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データベースを有するライブラリと、前記太陽電池ストリングの故障箇所を仮定して前記疑似故障データベースを参照して、前記ケーブルのインピーダンスに整合する前記入力信号生成部の抵抗値及び前記ケーブルの長さのパラメータを含めたパラメータ値を決定することにより前記仮想モデルを決定するパラメータ決定部とを備え、前記適合率算出部が算出した前記適合率が所定の値以上となる仮定された故障箇所があれば前記適合率算出部は前記仮定された故障箇所を前記太陽電池アレイの故障箇所と推定する。

請求項５に係る発明は、複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断装置における故障診断方法であって、前記故障診断装置は、生成する入力信号をケーブルを介して前記太陽電池アレイに印加する入力信号生成部と前記ケーブルと前記太陽電池ストリングとをシミュレーションのために模した仮想モデルの候補となる、各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データベースを有するライブラリを備えており、パラメータ決定手段が、前記太陽電池ストリングの故障箇所を仮定して前記疑似故障データベースを参照して、前記ケーブルのインピーダンスに整合する前記入力信号生成部の抵抗値及び前記ケーブルの長さのパラメータを含めたパラメータ値を決定することにより前記仮想モデルを決定するステップと、シミュレーション手段が、前記パラメータ決定手段が決定した前記仮想モデルに対して前記入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するステップと、比較手段が、前記太陽電池ストリングに前記入力信号が印加された場合の出力信号である実測信号と前記疑似出力信号を比較するステップと、適合率算出手段が、前記比較手段が出力した比較結果から前記実測信号と前記疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出し、前記適合率が所定の値以上となる仮定された故障箇所があれば前記仮定された故障箇所を前記太陽電池アレイの故障箇所と推定するステップとを含む。

請求項６に係る発明は、コンピュータに請求項５記載の故障診断方法を実行させるためのプログラムである。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載されたプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

なお、擬似故障データベースは、有限個の標準的なパラメータ値の組み合わせを記憶するものであってもよい。そして、パラメータ決定部が設定環境に応じてこの擬似故障データベースに記憶されたパラメータ値を修正して仮想モデルを決定するものであってもよく、及び／又は、比較部が設定環境に応じて疑似出力信号を修正して比較を行うものであってもよい。

本願の各請求項に係る発明によれば、太陽電池アレイは、設置されたケーブルや入力信号生成部の抵抗を含めて診断される。したがって、実際の設置環境における太陽電池アレイの故障箇所の推定が可能となる。

さらに、一般的に、太陽電池アレイは、電源として存在することから、例えばパワーコンディショナにおいて検出される電力量といったＤＣ特性により故障が検出されることになる。そのため、出荷時等の検査では、信号強度が比較的変化なく継続する出力信号が用いられていた。具体的に設置した状態でのＡＣ特性による検査は、これまで行われてきていなかった。これに対し、本願の各請求項に係る発明は、具体的な設置環境のもとで、入力信号の変化に応じて検出される出力信号により、ＡＣ特性によって故障箇所を推定するものである。そして、本願の各請求項に係る発明によれば、パラメータ決定部は、疑似故障データベースを参照し、ケーブルの長さや入力信号生成部の抵抗値といった設置環境に由来するパラメータを含めて、パラメータ値を決定して仮想モデルを決定する。そのため、具体的な設置環境のもとで、無限ともいえる膨大な出力信号の波形をあらかじめ用意する必要はなく、ＡＣ特性による検査が可能となる。

さらに、請求項２に係る発明によれば、太陽電池が有する並列接続された複数の太陽電池ストリングのうち、正常ストリングからの実測信号と前記正常ストリングの出荷時における実測信号とを比較して得た補正データを用いて疑似出力信号を補正する。当該補正データには、設置されたケーブルの長さ等に依存する特性（抵抗値、容量値、インダクタンス値等）に関わる設置環境が実測信号に与える影響が包含されている。したがって、設置環境に由来するパラメータを故障診断の度に入力することが不要となり、容易に具体的な設置環境において太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断することが可能となる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、適合率算出部は、過去の実測信号を記憶する故障データベースを参照した上で、仮定された故障箇所が故障診断の対象である太陽電池アレイの故障箇所と推定されるために満たすべき実測信号と疑似出力信号との適合率の値を決定する。また、適合率算出部は、算出された適合率が過去の知見を基に決定された値未満であれば、仮定された故障箇所とは異なる故障箇所をパラメータ決定部に仮定させる。したがって、蓄積された過去の知見が信頼できるものであるほど、適合率算出部による故障箇所の修正指示が的確なものとなり、推定される故障箇所の信頼度が高くなる。すなわち、故障データベースには、具体的な設置環境の下での故障診断から得られた知見が蓄積されており、これを故障診断に反映させることが可能となる。そのため、より高精度で、具体的な設置環境における太陽電池アレイの故障箇所の推定が可能となる。

設置された太陽光発電システムの一般的な構成を示す図である。 太陽電池アレイの構成の概要を示す図である。 本発明に係る故障診断システムの概要を示すブロック図である。 本発明に係る故障診断方法の概要を示すフロー図である。 シミュレーションに用いられる仮想モデルを与える回路図の一例を示す図である。 故障箇所に対する疑似出力信号の変化を示す図である。 ケーブルの長さに対する疑似出力信号の変化を示す図である。 従来の故障診断システムの概要を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、故障診断の対象となる太陽光発電システムについて説明する。図１は、設置された太陽光発電システムの一般的な構成を示す図である。図２は、太陽電池アレイの構成の概要を示す図である。

図１に示すように、建物に設置される太陽電池アレイ１は一般に屋根等の屋外に設置される。通常、太陽電池アレイ１は、並列接続される複数の太陽電池ストリング３を有しており、各太陽電池ストリング３は、直列接続される複数の太陽電池モジュール５を有する。太陽電池アレイ１で発電された電気は直流電流としてケーブル７内を流れ、中継端子箱９を経由してパワーコンディショナ１１に達する。パワーコンディショナ１１は、太陽電池アレイ１の出力レベルを表示すると共に、太陽電池アレイが出力した直流電流を交流電流に変換する。交流に変換された電流は、分電盤１３によって住宅内電気負荷１５において消費されるか、電力の売買のための電力量計１７を介して商用電力系統１９に売電される。それぞれの機器の間もケーブル７によって接続されている。

ここで、図２に示すように、太陽電池アレイ１は、出力値を安定的に増大させるために、通常、太陽電池モジュール５は同一のメーカー製のものを直列に接続し、複数の太陽電池ストリング３が中継端子箱９において並列に接続されている。なお、図２では太陽電池アレイ１への電流の逆流を防ぐためにダイオード２１が中継端子箱９と各太陽電池ストリング３との間に備えられている。

中継端子箱９において１つの太陽電池ストリングにのみ接続するように接続を切り替えることにより、太陽電池ストリング毎の出力レベルを、例えばパワーコンディショナ１１に表示させて得ることも可能である。また、入力信号を故障診断対象の太陽電池ストリング３に印加する際は、中継端子箱９にて故障診断対象の太陽電池ストリング３のみを接続するように接続を切り替えて入力信号を印加し、故障診断対象の太陽電池ストリング３から反射される反射信号と入力信号との合成信号である実測信号を実測する。図１に示すように、中継端子箱９は通常は地面付近に設置されている。そのため、故障対象とする太陽電池ストリング３の切り替えや信号の印加及び実測といった一連の故障診断に関する作業は地面付近で行われる。したがって、本願の発明に係る故障診断方法は、設置環境における故障診断でありながら、屋根に登って足場の悪い場所で手作業にて行う故障診断の手法に比べて手間がかからない上に危険を伴わないという点で、格段に実施しやすいものである。この点は、太陽電池モジュール５がマトリクス状に電気的に接続されている中から故障した１つの太陽電池モジュール５を発見する際に優れた効果を有する。メガソーラーのような大規模なシステムにおいては特に重要となる。

以下では、図３を用いて本願の発明に係る故障診断システムについて説明する。図３は、本発明に係る故障診断システムの概要を示すブロック図である。

本発明に係る故障診断システム２７は、太陽電池アレイ１の出力レベルを表示する出力表示手段であるパワーコンディショナ１１と、診断対象の太陽電池ストリング３に印加する入力信号の波形等の入力信号情報を決定する入力信号決定手段である入力信号決定部２９と、入力信号を生成する入力信号生成手段である入力信号生成部２３と、入力信号生成部２３のインピーダンスと故障診断の対象回路のインピーダンスとを整合させるインピーダンス整合抵抗３０と、入力信号生成部２３と診断対象の太陽電池アレイ１等の機器間を接続する接続手段であるケーブル３１と、入力信号を診断対象の太陽電池ストリング３に印加したときに出力される反射信号と入力信号との合成信号である実測信号を得る実測手段である実測部２５と、入力信号生成部２３とインピーダンス整合抵抗３０とケーブル３１と太陽電池ストリング３とをシミュレーションのために模した仮想モデルに対して故障診断対象の太陽電池ストリング３に印加される入力信号と同一の入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するシミュレーション手段であるシミュレータ部３３と、実測された実測信号を計算された疑似出力信号と比較する比較手段である比較部３５と、比較部が出力した比較結果から実測信号と疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出する適合率算出手段である適合率算出部３７と、太陽電池ストリングの故障箇所を仮定してパラメータ値を決定することにより仮想モデルを決定するパラメータ決定手段であるパラメータ決定部３９と、各種データベースを有する記憶手段であるライブラリ４１を備える。

ライブラリ４１が有するデータベースには、仮想モデルの候補となる各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データ記憶手段である疑似故障データベース４３と、太陽電池ストリング３の出荷時の実測信号を記憶する出荷時データ記憶手段である出荷時データベース４５と、過去に実測された太陽電池ストリング３の故障内容と実測信号の組み合わせを記憶する故障データ記憶手段である故障データベース４７とが含まれる。なお、以下では、診断対象の太陽電池アレイ１は並列に接続された複数の太陽電池ストリング３を有するものとし、その中には故障を有さない正常ストリング４９と故障を有する故障ストリング５１とがあるものとする。図３において、故障ストリング内の故障箇所は「×」で示されている。

パラメータ決定部３９は、疑似故障データベース４３を参照して設置環境に依存しないパラメータ値を決定すると共に、ケーブル３１のインピーダンスに整合する入力信号生成部の抵抗値及びケーブル３１の長さのパラメータを含めた設置環境に依存するパラメータ値を決定することにより、仮想モデルを決定する。比較部３５は、正常ストリングからの実測信号と出荷時データベースが有する正常ストリングの出荷時の実測信号とを比較して補正データを計算し、補正データを用いて疑似出力信号を補正した上で比較結果を出力する。適合率算出部３７は、故障データベース４７を参照して適合率に関連する所定の値を決定し、適合率が所定の値未満であれば、仮定された故障箇所とは異なる故障箇所をパラメータ決定部３９に仮定させる。

入力信号生成部２３としては、パルスジェネレータを用いる。パルスジェネレータは、インピーダンス整合抵抗３０を備えるものであってもよい。実測部２５としてオシロスコープを用いて、入力信号と診断対象の太陽電池ストリング３からの反射信号との合成信号である実測信号を実測する。この際、入力信号生成部２３からの入力信号を参照信号としてオシロスコープにも印加する構成とすることで、実測信号と入力信号との差分をとり純粋な反射信号を取り出すことも可能である。入力信号生成部２３が生成した入力信号は、インピーダンス整合抵抗３０及びケーブル３１を介して診断対象の太陽電池ストリング３に印加される。診断対象の太陽電池ストリング３からの反射信号は、ケーブル３１を介してインピーダンス整合抵抗３０を介さずに、入力信号との合成信号である実測信号として実測部２５に実測される。ここで、反射信号にインピーダンス整合抵抗３０を経由させないのは、反射波の信号の減衰を防ぐためである。

シミュレータ部３３、比較部３５、適合率算出部３７、パラメータ決定部３９、及び、ライブラリ４１は、ひとまとまりの故障診断装置としてコンピュータにより（例えば、シミュレータ部３３はＳＰＩＣＥ等のシミュレーションソフトを利用して）実現される。

以下では、図４を用いて本願の発明に係る故障診断の手順について説明する。図４は、本発明に係る故障診断方法の概要を示すフロー図である。

ステップＳＴ１において、パワーコンディショナ１１に表示される太陽電池ストリング３毎の出力レベルに基づき、定常的にパワーダウンしている故障ストリング５１を見定める。このとき、故障診断対象の太陽電池ストリング３の使用年数、製造会社が保証する出力レベル及び耐用年数、並びに、気候や日照条件といった環境条件を考慮して見定める。なお、故障診断対象である太陽電池ストリング１が屋外に設置されているため、実際には故障していない正常ストリング４９であっても日陰等で太陽光が遮られて出力レベルが低下しているように見える場合がある点に留意する必要はある。

正常ストリング４９と故障ストリング５１とを見定めた後、ステップＳＴ２において、比較手段である比較部３５が、正常ストリング４９の実測信号と出荷時データベース４５に記憶されている同一製品の太陽電池ストリングの出荷時の実測信号とを比較する。故障していない正常ストリング４９であっても経年劣化が存在するが、この比較により経年劣化による実測信号の変化を疑似出力信号に反映するための補正データが得られる。なお、この補正データは正常ストリング４９と故障ストリング５１とが同種の太陽電池ストリングである場合にのみ意味のある補正データとなる。通常、太陽電池アレイ１においては望ましい出力を得るために同種同数の太陽電池ストリング３を並列に接続して設置されるため、通常の設置条件においては、意味ある補正データを得ることは可能である。

ステップＳＴ３において、パラメータ決定手段であるパラメータ決定部３９が故障ストリング５１の故障箇所を仮定する。続いてステップＳＴ４において、パラメータ決定部３９は、仮想モデルの候補となるモデルが記憶された疑似故障データベース４３を参照して仮定した故障箇所に対応するモデルを選択し、パラメータ値を決定することにより仮想モデルを決定する。なお、設置環境に依存するパラメータに関しては、ここで決定された値は標準的な値である。ステップＳＴ５において、シミュレーション手段であるシミュレータ部３３は、決定された仮想モデルにおける疑似出力信号を計算する。

ステップＳＴ６において、比較手段である比較部３５は、ステップＳＴ２で得られた補正データを用いてステップＳＴ５で得られた疑似出力信号を補正した上で、実測信号と疑似出力信号を比較し、比較結果を出力する。続いてステップＳＴ７において、適合率算出手段である適合率算出部３７は、ステップＳＴ６で得られた比較結果から適合率を算出する。

ステップＳＴ８において、適合率算出手段である適合率算出部３７は、故障データベース４７を参照して、パラメータ決定部３９が仮定した故障箇所が故障診断の対象である太陽電池アレイの故障箇所と推定されるために満たすべき適合率の値を決定し、ステップＳＴ７において算出された適合率が決定された適合率の値以上であるか否かを判定する。算出された適合率が決定された適合率の値以上であれば、ステップＳＴ９において、適合率算出部３７は、パラメータ決定部３９が仮定した故障箇所が故障診断対象の故障ストリング５１における故障箇所であると推定する。算出された適合率が決定された適合率の値未満であれば、ステップＳＴ１０において、適合率算出部３７は、パラメータ決定部３９に別の故障箇所を仮定させ、算出された適合率が決定された適合率の値以上となる故障箇所が得られるまでステップＳＴ４以降の処理が繰り返される。

本願発明に係る故障診断においては、設置環境における太陽電池ストリング３をシミュレーションするための仮想モデルの構築が重要となる。そこで、図５を用いて仮想モデルについて説明する。

図５は、シミュレーションに用いられる仮想モデルを与える回路図の一例を示す図である。図５（ａ）は、仮想モデル全体を示す回路図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）中の「ストリング」で表されている、太陽電池ストリング３とケーブル３１を直列につないだ回路を示す回路図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）中の「ＰＶ」で表されている、太陽電池モジュール５の回路図である。図５（ｄ）は、図５（ｂ）中の「ケーブル」で表されている、ケーブル３１の回路図である。図５（ａ）には、入力信号生成部２３としてのパルスジェネレータ、インピーダンス整合抵抗３０も示されている。図５（ｄ）に示すケーブル３１は一定の長さと断面積を有しているため、コンデンサ及びコイルで示されるインピーダンス成分も有する。

ここで、電気回路において信号はインピーダンスが整合していないときに反射する（科学大辞典第２版（財団法人国際科学振興財団編、丸善株式会社出版、２００５年２月２８日発行、ｐ．９６）参照）。図５（ａ）においてパルスジェネレータ、インピーダンス整合抵抗３０、「ストリング」がこの順序で接続されており、パルスジェネレータの左端が接地され、「ストリング」の右端は開放されている。「ストリング」の右端が開放されていることは、「ストリング」の右端のインピーダンスが無限大と見ることも可能である。正常ストリング４９に信号を印加した場合、正常ストリング４９が有する各太陽電池モジュール５からの反射と正常ストリング４９の信号を印加したのとは反対の端からの反射とが起こる。一方、故障ストリング５１は、故障箇所において故障内容に応じたインピーダンスの変化が生じ、インピーダンスの不整合が生じる。そのため、故障ストリング５１に信号を印加した場合、故障箇所の太陽電池モジュール５で正常ストリング４９の場合とは異なる信号の反射が起こり、正常ストリングとは異なる反射波が観測される。

したがって、入力信号生成部２３が太陽電池ストリング３に同一の入力信号を印加するとしても、正常ストリング４９に印加された場合と故障ストリング５１に印加された場合とでは実測部２５が得る反射信号の波形は異なるものになる。また、故障箇所や故障内容が異なれば実測部２５が得る反射信号の波形は異なる。このような反射信号の波形の差異は、故障箇所の他に、故障の種類に依存した断線故障や劣化によるインピーダンスの変化等に起因する。上述した仮想モデルにおいて、故障箇所に応じたインピーダンスの変化がモデル化されているため、シミュレーションを行うことで、設置環境に影響される実測信号を模した疑似出力信号を得ることが可能となる。

図６は、太陽電池ストリングの故障箇所に対する疑似出力信号の変化を示す図である。図６（ａ）は、太陽電池モジュール５を１２枚有する正常ストリング４９の仮想モデルから得られた疑似出力信号のグラフを示す図である。図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、いずれも太陽電池モジュール５を１２枚有し、それぞれ９、１０，１１枚目の太陽電池モジュールが故障した故障ストリング５１の仮想モデルから得られた疑似出力信号を示す図である。図６（ｅ）は、図６（ａ）から（ｄ）のグラフをまとめて示す図である。図６において、縦軸は実測信号の信号強度、横軸は計測における経過時間を表す。すなわち、図６の各グラフは、実測信号の信号強度の経時変化を表す。

図６に示されるように、太陽電池ストリング３における故障の有無又は故障箇所によって出力される疑似出力信号が異なる。したがって、故障診断対象の太陽電池ストリング３から出力される実測信号と疑似出力信号とを比較部３５が比較することにより、故障の有無又は故障箇所を診断することが可能である。

図７は、ケーブルの長さに対する疑似出力信号の変化を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図６（ｃ）と同じく太陽電池モジュール５を１２枚有して１０枚目の太陽電池モジュールが故障した故障ストリング５１を故障診断の対象とし、ケーブルの長さをそれぞれ２５ｍ、５０ｍ、７５ｍ、１００ｍとした仮想モデルから得られた疑似出力信号を示す図である。図７（ｅ）は、図７（ａ）から（ｄ）のグラフをまとめて示す図である。

図７に示されるように、ケーブルの長さが異なる仮想モデルから得られる疑似出力信号は、波形が大きく異なることが分かる。特に、高調波成分の波形はケーブルの長さによって大きく影響されている。図６及び図７より、ケーブルの長さの違いが、時には故障箇所の違いよりも大きな出力信号の波形の違いをもたらしうることが分かる。したがって、太陽電池アレイの設置環境を考慮した故障診断が必要である。少なくとも、太陽電池アレイに接続されるケーブルの長さを考慮した故障診断が必要である。

なお、実施例において、設置されたケーブルの長さ等に依存する特性（抵抗値、容量値、インダクタンス値等）に関わる設置環境に由来するパラメータの値は、比較部３５が補正データを用いて疑似出力信号に行う補正によって反映されることとした。しかし、設置環境に由来するパラメータの値が最終的に疑似出力信号に反映されていればよく、補正データを用いる代わりに、例えば、パラメータ決定部３９が、故障診断の度に、設置環境に由来するパラメータの値を疑似故障データベースに記憶されているモデルにおける標準的な値から変更することにより、補正された仮想モデルを決定することとしてもよい。

また、実施例において、比較部３５は、補正データを用いて疑似出力信号を補正することとした。しかし、出荷時の実測信号と正常ストリングの実測信号との差異が疑似出力信号に反映されればよく、例えば、パラメータ決定部３９は、比較部３５が出力した補正データを用いてパラメータ値の補正を行い、補正された仮想モデルを決定することとしてもよい。

さらに、実施例において、適合率算出部３７は、算出された適合率が決定された適合率の値以上となる故障箇所が得られるまでパラメータ決定部３９に順次別の故障箇所を仮定させる処理を行うこととした。しかし、所定の値を超える適合率を与えるような仮定された故障箇所を故障ストリング５１の故障箇所と推定できればよく、例えば適合率算出部３７がパラメータ決定部３９に別の故障箇所を仮定させる図４のステップＳＴ１０の処理を行う代わりに、パラメータ決定部３９に考えられる全ての場合の仮想モデルを決定させて、各仮想モデルを用いて図４におけるステップＳＴ４から９の処理を行うこととしてもよい。

さらに、実施例において、診断される故障は太陽電池モジュール５における故障であるとしたが、太陽電池モジュール５間における断線故障であってもよい。

１ 太陽電池アレイ
３ 太陽電池ストリング
５ 太陽電池モジュール
１１ パワーコンディショナ
２３ 入力信号生成部
２５ 実測部
２７ 故障診断システム
２９ 入力信号決定部
３１ ケーブル
３３ シミュレータ部
３５ 比較部
３７ 適合率算出部
３９ パラメータ決定部
４１ ライブラリ
４３ 疑似故障データベース
４５ 出荷時データベース
４７ 故障データベース
４９ 正常ストリング
５１ 故障ストリング
５２ 故障診断装置

Claims (7)

1. 複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断システムであって、
   前記太陽電池ストリングに印加する入力信号の波形を決定する入力信号決定部と、
   前記入力信号決定部に決定された前記入力信号を生成する入力信号生成部と、
   前記入力信号生成部からケーブルを介して前記太陽電池ストリングに前記入力信号が印加された場合の出力信号である実測信号を得る実測部と、
   前記入力信号生成部と前記ケーブルと前記太陽電池ストリングとをシミュレーションのために模した仮想モデルに対して前記入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するシミュレータ部と、
   実測された前記実測信号を計算された前記疑似出力信号と比較する比較部と、
   前記比較部が出力した比較結果から前記実測信号と前記疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出する適合率算出部と、
   前記仮想モデルの候補となる、各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データベースを有するライブラリと、
   前記太陽電池ストリングの故障箇所を仮定して前記疑似故障データベースを参照して、前記ケーブルのインピーダンスに整合する前記入力信号生成部の抵抗値及び前記ケーブルの長さのパラメータを含めたパラメータ値を決定することにより前記仮想モデルを決定するパラメータ決定部とを備え、
   前記適合率算出部が算出した前記適合率が所定の値以上となる仮定された故障箇所があれば前記適合率算出部は前記仮定された故障箇所を前記太陽電池アレイの故障箇所と推定する、故障診断システム。
2. 前記太陽電池アレイは、並列に接続された複数の太陽電池ストリングを有し、
   前記ライブラリは、太陽電池ストリングの出荷時の実測信号を記憶する出荷時データベースをさらに備え、
   前記比較部は、前記太陽電池アレイが有する複数の太陽電池ストリングのうち故障を有さない正常ストリングからの実測信号と、前記出荷時データベースが有する前記正常ストリングの出荷時の実測信号とを比較して補正データを計算し、前記補正データを用いて前記疑似出力信号を補正した上で前記比較結果を出力する、請求項１記載の故障診断システム。
3. 前記ライブラリは、過去に実測された太陽電池ストリングの故障内容と実測信号の組み合わせを記憶する故障データベースをさらに備え、
   前記適合率算出部は、
   前記故障データベースを参照して前記適合率に関連する前記所定の値を決定し、
   前記適合率が前記所定の値未満であれば、前記仮定された故障箇所とは異なる故障箇所を前記パラメータ決定部に仮定させる、
   請求項１又は２記載の故障診断システム。
4. 複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断装置であって、
   生成する入力信号をケーブルを介して前記太陽電池アレイに印加する入力信号生成部と前記ケーブルと前記太陽電池ストリングとをシミュレーションのために模した仮想モデルに対して前記入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するシミュレータ部と、
   前記シミュレータ部によって計算された前記疑似出力信号を、前記太陽電池ストリングに前記入力信号が印加された場合の出力信号である実測信号と比較する比較部と、
   前記比較部が出力した比較結果から前記実測信号と前記疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出する適合率算出部と、
   前記仮想モデルの候補となる、各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データベースを有するライブラリと、
   前記太陽電池ストリングの故障箇所を仮定して前記疑似故障データベースを参照して、前記ケーブルのインピーダンスに整合する前記入力信号生成部の抵抗値及び前記ケーブルの長さのパラメータを含めたパラメータ値を決定することにより前記仮想モデルを決定するパラメータ決定部とを備え、
   前記適合率算出部が算出した前記適合率が所定の値以上となる仮定された故障箇所があれば前記適合率算出部は前記仮定された故障箇所を前記太陽電池アレイの故障箇所と推定する、故障診断装置。
5. 複数の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を有する太陽電池アレイの故障箇所を推定して診断する故障診断装置における故障診断方法であって、
   前記故障診断装置は、生成する入力信号をケーブルを介して前記太陽電池アレイに印加する入力信号生成部と前記ケーブルと前記太陽電池ストリングとをシミュレーションのために模した仮想モデルの候補となる、各故障箇所に対応するモデルのパラメータを記憶する疑似故障データベースを有するライブラリを備えており、
   パラメータ決定手段が、前記太陽電池ストリングの故障箇所を仮定して前記疑似故障データベースを参照して、前記ケーブルのインピーダンスに整合する前記入力信号生成部の抵抗値及び前記ケーブルの長さのパラメータを含めたパラメータ値を決定することにより前記仮想モデルを決定するステップと、
   シミュレーション手段が、前記パラメータ決定手段が決定した前記仮想モデルに対して前記入力信号が印加された場合の出力信号である疑似出力信号を計算するステップと、
   比較手段が、前記太陽電池ストリングに前記入力信号が印加された場合の出力信号である実測信号と前記疑似出力信号を比較するステップと、
   適合率算出手段が、前記比較手段が出力した比較結果から前記実測信号と前記疑似出力信号が類似する度合である適合率を算出し、前記適合率が所定の値以上となる仮定された故障箇所があれば前記仮定された故障箇所を前記太陽電池アレイの故障箇所と推定するステップとを含む、故障診断方法。
6. コンピュータに請求項５記載の故障診断方法を実行させるためのプログラム。
7. 請求項６に記載されたプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。