JP2012169447A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の状態を検出し、その検出の結果に応じて所要の措置を講じられるようにすること。
【解決手段】太陽電池１と、パワーコンディショナ３と、を含み、パワーコンディショナ３は、太陽電池１の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御してＭＰＰＴ制御を行うＭＰＰＴ制御部１１とを含む太陽光発電システムであって、太陽電池１の状態検出に際しては、太陽電池１においてその出力電流を例えば０Ａのところから出力電圧を例えば０Ｖのところまで変化させ、この変化における出力電流−出力電圧変化の状態から太陽電池１の状態を検出する太陽電池状態検出装置２１を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の最大電力動作点を追跡制御（以下、ＭＰＰＴ制御）する太陽光発電システムに関するものであり、特には、太陽光発電システムにおいて太陽電池の状態を検出することに関するものである。

太陽エネルギーを利用した太陽光発電システムでは近年におけるその普及はめざましい。そして太陽光発電システムは、太陽光による発電電力を自家使用するのみでなく、余剰電力を商用電力として出力することにより、効率的な電力利用を図られるようになっている。こうした太陽光発電システムにおいては、太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換して負荷側（負荷、商用電源）に出力するパワーコンディショナを有する。パワーコンディショナには、太陽電池出力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータ出力をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータとを有するものがある。

こうした太陽光発電システムで電力変換される太陽電池は、詳細は略するが、日射量や素子温度等その周囲の環境変化に伴って出力電力が変化するために、通常、当該太陽電池が最大出力電力で動作する点を追跡制御するＭＰＰＴ制御が行われている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２３８２６５号公報

そこで、本発明は、上記太陽光発電システムにおいて太陽電池の状態を検出し、その検出の結果に応じて、例えば故障情報、交換時期情報を得たりして、所要の措置を例えば早期に講じることができるようにすることを解決すべき課題としている。

本発明による太陽光発電システムは、太陽電池と、パワーコンディショナと、を含み、上記パワーコンディショナは、上記太陽電池の出力電圧と出力電力の状態に基づいてＭＰＰＴ制御を行うものである太陽光発電システムであって、当該システムは、太陽電池の状態を検出する装置を具備し、上記装置は、太陽電池の出力電圧と出力電流とを変化させ、この変化の状態から太陽電池の状態を検出する、ことを特徴とする。

上記装置は、好ましくは、日射量や太陽電池の素子温度のデータも含めて太陽電池の状態を検出する。

上記装置は、好ましくは、太陽電池の状態検出結果を太陽光発電システムにおけるリモコン装置やサーバ、その他と通信する機能を備える。

上記装置は、好ましくは、所定期間ごとに太陽電池の出力電圧、出力電流、日射量、温度等のデータを記憶し、その記憶内容に基づいて太陽電池の状態の統計的処理を行い、その結果から太陽電池の状態を検出する。

本発明では、太陽電池の状態を検出し、その検出の結果に応じて例えば故障情報、交換時期の情報などを取得して所要の措置を例えば早期に講じたりするようにことができるようになる。

図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの構成の一例を示す図である。 図２は、図１の制御部によるＭＰＰＴ制御の説明に供する図である。 図３は、本発明の他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。 図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る太陽光発電システムを説明する。図１に本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示す。図１において、符号１は、太陽電池、３はパワーコンディショナ、５は負荷側（負荷５ａ、商用電源５ｂを含む）である。太陽電池１はその状態が検出されるべきものであり、太陽電池セルを複数枚直並列接続して必要な電圧と電流を得られるようにしたパネル状に限定されず、モジュール状、アレイ状等のいずれも含む。この太陽電池１にはシリコン系、化合物系、有機系等の太陽電池を含むことができる。太陽電池１はその水分の浸入、紫外線の照射など様々な要因で劣化してくるようになる。実施形態ではこの太陽電池１の状態を検出するようにしている。

パワーコンディショナ３は、太陽電池１の出力電圧を昇圧する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の直流出力をＤＣ／ＡＣ変換するＤＣ／ＡＣインバータ９と、ＭＰＰＴ制御を行うＭＰＰＴ制御部１１とを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、コイル７ａ、スイッチング素子７ｂ、ダイオード７ｃ、およびコンデンサ７ｄを含む。このＤＣ／ＤＣコンバータ７の上記構成素子に対してＭＰＰＴ制御部１１により制御して太陽電池１出力を昇圧しＭＰＰＴ制御する動作は周知である。このＭＰＰＴ制御のため、太陽電池１とパワーコンディショナ３との間には太陽電池１の出力電圧を検出する出力電圧センサ１３と、太陽電池１の出力電流を検出する出力電流センサ１５とが設けられている。１７は太陽電池１への日射量を検出する日射量センサ、１９は太陽電池１の素子温度を検出する温度センサである。

ＭＰＰＴ制御部１１は、出力電圧センサ１３，出力電流センサ１５からの出力を入力し、これら各センサ出力から所要の演算を行い、この演算出力からＤＣ／ＤＣコンバータ７内のスイッチング素子７ｂをオンオフしてＭＰＰＴ制御を行うようになっている。

図２に、横軸に出力電圧Ｖ、左縦軸に出力電流Ｉ、右縦軸に出力電力Ｐをとり、出力電流−出力電圧曲線ａ１，ｂ１，ｃ１を実線で、出力電力−出力電圧曲線ａ２，ｂ２，ｃ２を破線で示す。

そして、曲線ａ１とａ２とが第１日射量に対応し、曲線ｂ１とｂ２とが第２日射量に対応し、曲線ｃ１とｃ２とが第３日射量に対応している。なお、曲線ａ１、ｂ１、ｃ１、ａ２、ｂ２、ｃ２は温度の影響も受ける。

線ｄ上で出力電力−出力電圧曲線ａ２，ｂ２，ｃ２のピーク点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は太陽電池１が最大出力電力に制御（ＭＰＰＴ制御）されている点である。

ＭＰＰＴ制御部１１は上記ＭＰＰＴ制御が行われるようＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子７ｂのオンオフを制御する。

以上の構成において本実施形態では以下で説明するように太陽電池１の状態を検出する太陽電池状態検出装置２１を設けている。

この太陽電池状態検出装置２１は既設の太陽光発電システムにオプションで付設してもよいし、当初から太陽光発電システムに組み込むようにしてもよい。

太陽電池状態検出装置２１は、動作制御部２３、記憶部２５、および通信部２７、を備える。２９はリモコン装置、４０はサーバを示す。

太陽電池状態検出装置２１において、動作制御部２３は、太陽電池１の状態検出に際してＭＰＰＴ制御部１１に対してＭＰＰＴ制御の動作を停止させると共にＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子７ｂのオンオフを制御して太陽電池１の出力電圧と出力電流とを変化させ、この変化の状態を出力電圧センサ１３、出力電流センサ１５、日射量センサ１７、温度センサ１９とから得ると共に、そのセンサ出力に基づいて太陽電池１の状態を検出する。動作制御部２３は、構成的には、ＭＰＰＴ制御部１１とは別のＣＰＵで構成してもよいし、同一のＣＰＵで構成してもよい。動作制御部２３は図面的には単一ブロックで示すが、機能的には複数の機能を有するため、複数の機能ブロックで表すこともできるが、実施形態では説明の都合で、動作制御部２３を複数の機能ブロックであらわしていない。動作制御部２３はＣＰＵと適宜の記憶部とを有し、記憶部には太陽電池１の状態検出のための制御プログラムがインストールされており、ＣＰＵはこの制御プログラムに従い太陽電池１の状態検出のために必要な制御動作を実行する。

記憶部２５は、太陽電池１の状態検出に必要とする出力電圧、出力電流、日射量、温度のデータを記憶する。動作制御部２３は、記憶部２５に対して太陽電池１の状態検出に必要とする出力電圧、出力電流、日射量、温度の記憶動作を制御すると共に、所定の制御プログラムに従い、この記憶内容から太陽電池１の状態の検出を行う。動作制御部２３は、上記出力電圧センサ１３と出力電流センサ１５、日射量センサ１７、温度センサ１９それぞれのセンサ出力を記憶部２５に記憶させる制御を行うが、この場合、その記憶させる時点での日射量センサ１７，温度１９の検出データも同時に対応付けして記憶させる。さらには、動作制御部２３は、日時、日射量、温度、電圧、電流、さらには電圧と電流とから電力を計算しその計算した電力を記憶部２５に記憶させる。

この実施形態では、太陽電池１の劣化状況を負荷５に電力を供給しながら調べその交換を促す情報を各太陽電池１で調べられるようにする。

動作制御部２３は太陽電池１の検出時には、基準の出力電流、出力電圧、日射量、温度のデータを記憶部２５から読み込むと共に、その読み込んだ出力電流−出力電圧変化と、検出した出力電流−出力電圧変化とを比較し、太陽電池１の劣化状態を判定することができるようになっている。この場合、太陽電池１の劣化状態は、パーセント表示してもよい。例えば、太陽電池１の初期状態における出力電流−出力電圧変化の関係を１００％とし、検出時点での出力電流−出力電圧変化の関係が例えば８０％であれば、例えば劣化度２０％と判定できるようにしてもよい。

通信部２７は、動作制御部２３による太陽電池１の状態判定結果をリモコン装置２９やサーバ４０に通信する。動作制御部２３は、通信部２７における上記通信動作を制御する。リモコン装置２９側から太陽電池１の状態検出開始信号が送信され、通信部２７がこの状態検出開始信号を受信すると、太陽電池状態検出装置２１では、太陽電池１の状態検出動作を開始する。また、通信部２７から太陽電池１の状態検出信号が送信され、リモコン装置２９でその状態検出信号を受信すると、リモコン装置２９ではその受信の内容を表示する。

リモコン装置２９では、各種の表示を行うモニタ３１と、各種操作を行うと共に太陽電池１の状態の判定結果を得るための操作も行うことができる操作部３３と、太陽電池状態検出装置２１の通信部２７から送信される判定データを表示する表示部３５，３７とを具備する。リモコン装置２９から操作部３３の操作データが太陽電池状態検出装置２１の通信部２７に送信されると、太陽電池状態検出装置２１はその送信に応答して、太陽電池１の状態データを通信部２７を介してリモコン装置２９に送信する。リモコン装置２９ではその送信信号が太陽電池１の状態の判定信号であり、その判定信号が太陽電池１の状態が良好であるとする信号であれば表示部３５を青色に発光表示させ、そうでなく劣化などして不良であるとする信号であれば表示部３７を赤色に発光表示させ、これによりリモコン装置２９のユーザに太陽電池１の状態を知らせることができるようになっている。また、リモコン装置２９からサーバ４０に通信すれば太陽電池１の劣化状態をサーバ４０により一括管理ができ、太陽電池１等のメンテナンス情報を早めに出すことができたりする。

図３に本発明の他の実施形態にかかる太陽光発電システムを示す。この実施形態では、日射量センサ１７、温度センサ１９を使用していない。この実施形態において、動作制御部２３には、太陽電池状態検出用ソフトがダウンロードされ、このソフトに規定されるフローチャートに従い、所定期間、例えば毎日、毎週、毎月、あるいは季節ごとに、ＭＰＰＴ制御部１１の動作を停止させると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のスイッチング素子７ｂをオンオフして、太陽電池１の出力電流０のところから出力電圧０のところまで出力電流と出力電圧とを変化させ、その出力電流−出力電圧変化特性、あるいは出力電力−出力電圧変化特性を記憶部２５に記憶させる。そして、この記憶部２５における記憶内容に基づいて、太陽電池１の状態の統計的処理を行い、その結果から太陽電池１の状態を判定することができるようにしている。

図４に本発明のさらに他の実施形態にかかる太陽光発電システムを示す。この実施形態では、日射量センサ１７、温度センサ１９が使用されていない状態で示すが、これらセンサ１７，１９を使用してもよい。この実施形態では、太陽電池状態検出装置２１はパワーコンディショナ３に内蔵されている。この実施形態において、動作制御部２３の動作は日射量センサ１７、温度センサ１９を使用しているときは図１の太陽光発電システムと同様であり、日射量センサ１７、温度センサ１９を使用していないときは図３の太陽光発電システムと同様である。

なお、太陽電池状態検出装置２１による太陽電池１の状態判定結果は、リモコン装置２９のモニタ画面３１上に表示させてもよいし、適宜のモニタ画面に表示できるようにしてもよい。

なお、パワーコンディショナ３においては、太陽電池１の最大出力点の電圧が高く、昇圧する必要がない場合は、昇圧回路７を用いず、ＤＣ／ＡＣインバータ９だけで構成することができる。このようなパワーコンディショナとした場合、発電しながら太陽電池１の特性の劣化状態を調べようとするに際しては、太陽電池１の電流０からＤＣ／ＡＣインバータ９のＤＣ電圧として必要な最低電圧（おおよそ系統電圧の振幅値）まででしか太陽電池１の特性を調べることができないが、その場合でも太陽電池１の特性の劣化を検出することができる。

以上説明したように本実施形態では、太陽電池の太陽電池状態検出装置２１を具備し、この太陽電池状態検出装置２１により、太陽電池１の状態検出に際しては、太陽電池１の出力電圧と出力電流とを変化させ、この変化の状態から太陽電池１の状態を検出するようにしたから、その検出結果に応じて、例えば故障情報、交換時期情報を得て、所要の措置を例えば早期に講じることができるようになる。

１ 太陽電池
３ パワーコンディショナ
７ 昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ
９ ＤＣ／ＡＣインバータ
１１ ＭＰＰＴ制御部
５ 負荷側
１３ 出力電圧センサ
１５ 出力電流センサ
１７ 日射量センサ
１９ 温度センサ
２１ 太陽電池状態検出装置
２３ 動作制御部
２５ 記憶部
２７ 通信部
２９ リモコン装置

Claims (4)

1. 太陽電池と、パワーコンディショナと、を含み、上記パワーコンディショナは、上記太陽電池の出力電圧と出力電力の状態に基づいてＭＰＰＴ制御を行うものである太陽光発電システムであって、
   当該システムは、太陽電池の状態を検出する装置を具備し、
   上記装置は、少なくとも太陽電池の出力電圧と出力電流とを変化させ、この変化の状態から太陽電池の状態を検出することを特徴とする太陽光発電システム。
2. 上記装置は、日射量や太陽電池の素子温度のデータも含めて太陽電池の状態を検出する、請求項１に記載のシステム。
3. 上記装置は、リモコン装置、サーバ、その他と通信する機能を備える、請求項１に記載のシステム。
4. 上記装置は、所定期間ごとに太陽電池の出力電圧と出力電流とを記憶すると共に、その記憶内容に基づいて太陽電池の状態の統計的処理を行い、その結果から太陽電池の状態を判定する、請求項１に記載のシステム。

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