JP2013120802A - 太陽光発電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタにバイパスダイオードが接続された太陽光発電装置において、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタの異常を検知し、その異常箇所を簡単に特定できるようにする。
【解決手段】太陽電池モジュール(PVモジュール)2は、3つのクラスタ11〜13を直列接続することにより構成され、各クラスタ11〜13には、バイパスダイオード21〜23が並列接続されている。バイパスダイオード21〜23には、対応するクラスタ11〜13からの発電電力が低下した際に流れるバイパス電流によって点灯するLED31〜33が直列接続されており、バイパスダイオード21〜23と各クラスタ11〜13との接続部分には、各クラスタ11〜13を、それぞれ、PVモジュール2内の発電電力出力経路から切り離すためのスイッチSW1〜SW4が設けられている。
【選択図】図4

Description

本発明は、太陽電池モジュール若しくは太陽電池モジュールを構成する太陽電池クラスタにバイパスダイオードが接続された太陽光発電装置に関する。
一般に、太陽光発電装置は、太陽電池アレイとパワーコンディショナとから構成されており、パワーコンディショナは、太陽電池アレイからの発電電力を電力変換(例えばDC/AC変換)して商用系統などの電力系統へ出力する。
また、太陽電池アレイは、複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングを複数備え、その複数の太陽電池ストリングを並列接続することにより、所望電力を発電できるようにされている。
また、太陽電池モジュールは、多数の太陽電池セルを直列に接続することにより構成されており、その多数の太陽電池セルを太陽電池クラスタとして複数に分割したものも知られている。
そして、太陽電池モジュールには、太陽電池モジュール全体若しくは複数の太陽電池クラスタの一部が、故障或いは日陰によって所望の発電電力を出力できなくなった際に、その太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタをバイパスする経路を形成する、バイパスダイオードが設けられる(例えば、特許文献1参照)。
つまり、バイパスダイオードは、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池クラスタに対しそれぞれ並列接続されており、その並列接続された太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタからの発電出力が低下すると、太陽電池ストリングを構成する他の太陽電池モジュール若しくは他の太陽電池クラスタから印加される電圧にて順方向に電流を流すことで、太陽電池ストリングからの発電電力の出力を継続させる。
特開2007−88195号公報(図2、段落0029等参照)
上記従来の太陽光発電装置によれば、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタの一つが故障し、発電することができなくなった際に、太陽電池ストリングからの発電電力の出力を継続させることはできるものの、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタの故障を検知して、その故障した太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタを特定するには、時間がかかるという問題があった。
つまり、太陽電池モジュール若しくは太陽電池モジュールを構成する太陽電池クラスタの一つが故障し、バイパスダイオードによりバイパス経路が形成された場合、太陽電池ストリングからの発電電力が低下する。
このため、従来の太陽光発電装置によれば、太陽電池ストリングに何らかの異常が発生したことについては、例えば、パワーコンディショナ側で、太陽電池ストリングからの出力電圧及び電流を監視することにより、検知することができる。
しかし、その異常箇所を特定するには、太陽電池モジュール毎或いは太陽電池クラスタ毎に、出力電圧や電流を測定する必要がある。
このため、上記従来の太陽光発電装置において、太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュール若しくは太陽電池モジュールを構成する太陽電池クラスタに異常が生じた際に、その異常箇所を特定するのに時間がかかるのである。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタにバイパスダイオードが接続された太陽光発電装置において、使用者が、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタの異常を検知して、その異常箇所を簡単に特定できるようにすることを目的とする。
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の太陽光発電装置によれば、太陽電池ストリングを構成する複数の太陽電池モジュール毎、或いは、各太陽電池モジュールを構成する複数の太陽電池クラスタ毎に、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタからの発電電力が低下したときにバイパス経路を形成するバイパスダイオードが設けられている。
そして、各バイパスダイオードには、その通電状態を検出して報知する報知手段が設けられている。
従って、本発明の太陽光発電装置によれば、使用者は、報知手段からの報知出力によって、故障若しくは日陰によって発電できなくなった太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタを検知することができ、そのときの日時や天候などから、故障した太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタを簡単に特定することができる。
ここで、報知手段を、LED等の発光素子を点灯させることにより、バイパスダイオードの通電状態を報知するように構成すれば、使用者は、太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタが正常に発電できていないことを視覚的に検知できるようになり、異常状態をより速やかに検知することが可能となる。
なお、この場合、報知手段は、請求項2若しくは請求項3に記載のように構成するとよい。
すなわち、請求項2に記載の報知手段は、バイパスダイオードに対し発光素子を直列に接続し、バイパスダイオードに流れる通電電流の一部を発光素子に流すことで、バイパスダイオードの通電状態を、発光素子の点灯により報知する。
また、請求項3の報知手段は、バイパスダイオードに並列に接続され、バイパスダイオードが通電状態であるとき、バイパスダイオードと同方向に電流を流す検出用ダイオードを備え、この検出用ダイオードに流れる電流により発光素子を点灯させることによって、バイパスダイオードの通電状態を報知する。
そして、報知手段を請求項2に記載のように構成すれば、請求項3に記載のものに比べて、報知手段を簡単に構成することができる。
一方、報知手段を請求項3に記載のように構成した場合、バイパスダイオードに対し並列に、検出用ダイオードや発光素子からなる回路を設ける必要があるため、報知手段の回路構成は、請求項2に記載のものに比べて複雑になる。
しかし、報知手段は、バイパスダイオードを備えた太陽電池モジュール(若しくは太陽電池クラスタ)とは別体で構成できる。
従って、請求項3に記載の太陽光発電装置によれば、報知手段を、太陽電池モジュール(若しくは太陽電池クラスタ)に対し外付け可能なモジュールとして構成し、そのモジュールを、報知手段を備えていない従来の太陽光発電装置に組み込むことで、従来の太陽光発電装置にも、本発明を簡単に適用することができるようになる。
なお、請求項2又は請求項3に記載の報知手段において、発光素子に代えて(或いは、発光素子とは別に)信号発生器を設け、バイパスダイオードが通電状態であるとき(換言すればバイパス経路の形成時)に、その旨を表す検知信号を、バイパスダイオードの位置を表す情報と共に受信装置に送信するようにしてもよい。
そして、この場合、使用者は、受信装置による検知信号の受信状態を監視することで、太陽電池モジュールから離れた位置で、バイパスダイオードの通電状態を検知し、故障した太陽電池モジュール(若しくは太陽電池クラスタ)を特定できるようになる。
またこの場合、受信装置側では、検知信号の受信状態を記憶媒体に順次記憶するように構成すれば、使用者は、太陽光発電装置の発電機能が停止される夜間であっても、その記憶媒体に記憶されたデータに基づき、故障した太陽電池モジュール(若しくは太陽電池クラスタ)を特定することができるようになる。
一方、本発明(請求項1〜請求項3)の太陽光発電装置においては、請求項4に記載のように、バイパスダイオードがそれぞれ並列接続される太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタに対し、それぞれ、太陽電池ストリングの発電電力出力経路との接続を遮断して、バイパスダイオードによりバイパス経路を形成させるスイッチを設けるようにしてもよい。
そして、このようにすれば、太陽電池モジュール毎若しくは太陽電池クラスタ毎に設けられた複数のスイッチの一部を選択的にオフさせることで、そのスイッチに対応する太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタを、太陽電池ストリングの発電電力出力経路から外し、バイパスダイオードを強制的に通電状態にすることができる。
このようにバイパスダイオードを通電状態にすれば、そのバイパスダイオードに対応する報知手段から、その旨が通知されることになるが、バイパスダイオード若しくは報知手段に異常があると、報知手段から、スイッチ操作により通電状態に切り換えたバイパスダイオードの通電状態が報知されない。
従って、使用者は、上記スイッチを選択的にオフさせることで、バイパスダイオード及び報知手段が正常に動作するか否かを確認することができるようになる。
第1実施形態の太陽電池モジュールの回路構成を表す構成図である。 第1実施形態のジャンクションボックスの外観を表す説明図である。 図1の太陽電池モジュールの一部が故障した際の電流経路を表す説明図である。 第2実施形態の太陽電池モジュールの回路構成を表す構成図である。 第2実施形態のジャンクションボックスの外観を表す説明図である。 図2のジャンクションボックスに設けられた操作ボタンの操作によってオン・オフされるスイッチの状態及び電流経路を表す説明図である。 第3実施形態の太陽光発電装置の回路構成を表す構成図である。 第3実施形態のジャンクションボックス及び状態検出装置の外観を表す説明図である。 変形例の太陽光発電装置の回路構成を表す構成図である。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[第1実施形態]
第1実施形態の太陽光発電装置は、図1に示す太陽電池モジュール(以下、単にPVモジュールともいう)2を、複数個直列接続することにより構成される太陽電池ストリングを備える。
そして、その複数のPVモジュール2は、それぞれ、所定個数の太陽電池セル(以下、単に電池セルともいう)4を直列接続してなる複数(図では3つ)の太陽電池クラスタ(以下、単にクラスタともいう)11、12、13からなり、これら複数のクラスタ11〜13を直列接続することにより構成されている。
また、PVモジュール2において、各クラスタ11〜13には、それぞれ、バイパスダイオード21〜23が並列接続されている。
バイパスダイオード21〜23は、それぞれ、並列接続されたクラスタ11〜13からの発電電力が低下し、隣接する他のクラスタ若しくは他のPVモジュール2からの印加電圧が所定の順方向電圧に達した際に、順方向に電流を流すことで、並列接続されたクラスタ11〜13に対するバイパス経路を形成するものである。
このため、クラスタ11〜13の故障時、或いはクラスタ11〜13が日陰に入り、クラスタ11〜13による発電電力が低下したときには、バイパスダイオード21〜23にて形成されるバイパス経路を介して、隣接する他のクラスタ11〜13或いは他のPVモジュール2を接続し、これら各部からの発電電力を合成して、太陽電池ストリングからパワーコンディショナ(図示せず)へと出力させることができる。
また、本実施形態では、各バイパスダイオード21〜23には、それぞれ、バイパスダイオード21〜23に流れる電流を、それぞれ、抵抗R11とR12、抵抗R21とR22、若しくは抵抗R31とR32にて分流し、その分流抵抗の一方(抵抗R12、R22、R32)に直列接続された発光ダイオード(以下、単にLEDという)31、32、33を点灯させる回路が、直列に接続されている。
この回路は、バイパスダイオード21〜23によりバイパス経路が形成されて、バイパスダイオード21〜23が通電状態となったときに、対応するLED31〜33を点灯させることで、バイパスダイオード21〜23によりバイパス経路が形成されていること(換言すれば、バイパスダイオード21〜23に対応したクラスタ11〜13からの発電電力が低下していること)を報知するためのものであり、本発明(特に請求項2に記載の報知手段に相当する。
そして、この報知手段としての回路(詳しくは、抵抗R11,R12及びLED31、抵抗R21,R22及びLED32、抵抗R31,R32及びLED33)は、それぞれ、バイパスダイオード21、22、23と共に、PVモジュール2の裏面(太陽光の受光面とは反対側の面)に設けられるジャンクションボックス6内に収納されている。
また、このジャンクションボックス6には、上記各クラスタ11〜13に対応するLED31〜33の点灯状態を外から確認できるように、各LED31〜33が、その発光部分が外部に露出するように固定されている(図2参照)。
このように構成された本実施形態の太陽光発電装置によれば、例えば、図3に示すように、クラスタ11が正常に発電できなくなって、対応するバイパスダイオード21が通電状態になると、そのバイパスダイオード21に対し設けられたLED31が点灯する。
従って、使用者は、そのLED31の点灯により、正常に発電できなくなったクラスタ11を速やかに検知することができ、そのときの日時や天候などから、そのクラスタ11の動作不良が日陰によるものか、クラスタ11自身の故障によるものかを判定することで、故障したクラスタ11を簡単に特定することができるようになる。
[第2実施形態]
次に、図4は、第2実施形態のPVモジュール2の回路構成を表している。
本実施形態のPVモジュール2は、基本的には、第1実施形態のものと同様に構成されており、第1実施形態と異なる点は、下記の2点である。
(1)PVモジュール2内に設けられた抵抗R11,R12及びLED31、抵抗R21,R22及びLED32、抵抗R31,R32及びLED33と、各クラスタ11、12、13との接続部分である4箇所に、その接続経路を接続、遮断するためのスイッチSW1、SW2、SW3、SW4を設けた点。
(2)ジャンクションボックス6に設けられた3つの操作ボタン41〜43(図5参照)の押下状態に応じて、これら4つのスイッチSW1〜SW4のオン・オフ状態を3段階に切り換える切換回路40を設けた点。
この切換回路40は、操作ボタン41〜43が操作(押下)されない通常時には、全てのスイッチSW1〜SW4をオン状態に設定することで、第1実施形態と同様に、クラスタ11〜13からの発電電力の低下によって生じるバイパスダイオード21の通電状態を、LED31〜33の点灯状態から確認できるようにする。
また、切換回路40は、操作ボタン41〜43の何れかが押下されると、図6(a)〜(c)に示すように、押下された操作ボタン41〜43に対応したオン・オフパターンで各スイッチSW1〜SW4のオン・オフ状態を設定することで、予め設定されたバイパスダイオード21〜23を通電状態にする。
つまり、図6(a)に例示するように、操作ボタン41が押下された際には、切換回路40は、スイッチSW1をオフ状態、スイッチSW2、SW3、SW4をオン状態にすることで、クラスタ11を、PVモジュール2内の発電電力出力経路から切り離して、バイパスダイオード21を強制的に通電状態とし、そのとき、LED31が点灯したか否かによって、バイパスダイオード21によるバイパス経路が正常か否かを判断できるようにする。
また、図6(b)に例示するように、操作ボタン42が押下された際には、切換回路40は、スイッチSW1、SW2、SW3をオン状態、スイッチSW4をオフ状態にすることで、クラスタ13を、PVモジュール2内の発電電力出力経路から切り離して、バイパスダイオード23を強制的に通電状態とし、そのとき、LED33が点灯したか否かによって、バイパスダイオード23によるバイパス経路が正常か否かを判断できるようにする。
また、図6(c)に例示するように、操作ボタン43が押下された際には、切換回路40は、全てのスイッチSW1〜SW4をオフ状態にすることで、クラスタ11〜13を、PVモジュール2内の発電電力出力経路から切り離して、バイパスダイオード23を強制的に通電状態とし、そのとき、全てのLED31〜33が点灯したか否かによって、バイパスダイオード21〜23により形成されるバイパス経路が正常か否かを判断できるようにする。
従って、本実施形態のPVモジュール2によれば、使用者は、ジャンクションボックス6に設けられた操作ボタン41〜42を順に押下して、LED31〜33の点灯状態を確認することで、バイパスダイオード21により形成されるバイパス経路、バイパスダイオード23により形成されるバイパス経路、バイパスダイオード22により形成されるバイパス経路が正常か否かを順に点検することができるようになる。
[第3実施形態]
次に、図7は、第3実施形態の太陽光発電装置の構成を表している。
図7に示すように、本実施形態の太陽光発電装置は、多数の太陽電池セルを直列接続してなる発電部52と、この発電部52に並列接続されたバイパスダイオード54とからなる太陽電池モジュール(PVモジュール)60を、複数個(図では3個)備え、これら各PVモジュール60を直列接続して、その両端をパワーコンディショナ(以下、単にPCSともいう)に接続することにより構成されている。
そして、各PVモジュール60には、それぞれ、各PVモジュール60内の発電部52からの発電電力が低下してバイパスダイオード54に順方向に電流が流れ、バイパス経路が形成されたことを検出するための検出装置70が、並列接続されている。
この検出装置70は、バイパスダイオード54に順方向電流が流れた際にPVモジュール60の両端に生じる電圧により、その順方向電流と同方向に電流を流す検出用ダイオード72と、この検出用ダイオード72に流れる電流を分流する抵抗74及び76と、その分流抵抗の一方(抵抗76)に直列接続された発光ダイオード(LED)78とから構成されている。
また、検出装置70は、PVモジュール60とは別体で構成されており、図8に示すように、PVモジュール60の裏面で、バイパスダイオード54が収納されたジャンクションボックス66から引き出され、複数のPVモジュール60にて構成される太陽電池ストリングの発電電力出力経路を形成する電力線に装着されている。
このように構成された本実施形態の太陽光発電装置によれば、PVモジュール60に外付けされた検出装置70を用いて、PVモジュール60内のバイパスダイオード54が通電状態となったことを検出し、検出装置70内のLED78を点灯させることで、その旨を報知することができる。
また、検出装置70は、PVモジュール60と別体で構成され、PVモジュール60に対し外付けすることができることから、検出装置70を備えていない従来の太陽光発電装置にも装着することができ、本発明の適用範囲を広げることができる。
なお、本実施形態では、検出装置70が、本発明(特に請求項3)の報知手段に相当する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
[変形例]
例えば、上記実施形態では、報知手段は、PVモジュール2(又は60)に設けられたバイパスダイオード21〜23(又は54)が通電状態であるとき、LED31〜33(又は78)を点灯させることで、その旨を報知するものとして説明したが、LED31〜33(又は78)に代えて(或いはLED31〜33(又は78)とは別に)、信号発生手段を設け、バイパスダイオード21〜23(又は54)が通電状態になると、信号発生器から、その旨を表す検知信号を送信するようにしてもよい。
つまり、例えば、図9に示すように、図7に示す検出装置70内に、バイパスダイオード54に直列接続された信号発生器80を設け、バイパスダイオード54に流れる電流によって信号発生器80を動作させることで、信号発生器80が、太陽光発電装置の周囲に設けられた受信機90に向けて、通電状態にあるバイパスダイオード54を特定するための識別情報を、異常検知信号として無線送信するように構成する。
そして、このように構成すれば、受信機90が受信した異常検知信号を、太陽光発電装置の動作状態を監視する監視装置92に出力することで、監視装置92側で、バイパスダイオード54が通電状態となったPVモジュール60(若しくはPVモジュール60内の太陽電池クラスタ)を検知して、そのPVモジュール60(若しくは太陽電池クラスタ)が故障したか否かを判断することができるようになる。
なお、図9において、監視装置92は、CPU、ROM、RAM等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。
そして、この監視装置92では、マイクロコンピュータが実行するバイパスダイオードの監視処理により、検出装置70内の信号発生器80から送信された異常検知信号を、受信機90を介して取得すると、その異常検知信号に含まれる識別情報から、通電状態となったバイパスダイオード54が設けられたPVモジュール60(若しくは太陽電池クラスタ)を特定して、異常検出時刻と共に所定の記憶媒体(メモり、ハードディスク等)に記憶する。
また、記憶媒体に記憶したPVモジュール60(若しくは太陽電池クラスタ)が実際に故障しているか否かを判断する際には、記憶媒体に記憶された過去の履歴から、例えば、下記の点a)〜e)を判断し、その判断結果から、故障の可能性を判断するようにすればよい。
a)いつも同じ時間帯にバイパスダイオード54が通電状態になる場合は、故障ではない。
b)いつもと異なる時間帯にバイパスダイオード54が通電状態になった場合は、故障の可能性あり。
c)バイパスダイオード54の通電状態が短時間である場合には、故障の可能性は低い。
d)バイパスダイオード54の通電状態が長時間続く場合には、故障の可能性が高い。
e)隣接するPVモジュール60(若しくは太陽電池クラスタ)内のバイパスダイオード54は、通電状態ではない場合、故障の可能性が高い。
なお、この判断は、監視装置92内のマイクロコンピュータの処理によって自動で行うようにしてもよく、使用者自身が判断するようにしてもよい。
また、図9では、信号発生器80は、異常検知信号を受信機90に無線送信するものとして説明したが、太陽電池ストリングの発電電力出力経路を利用して監視装置に異常検知信号を伝送するようにしてもよい。
また次に、図7及び図9に示した検出用ダイオード72を含む報知用の回路は、PVモジュール2とは別体の検出装置70として構成するものとして説明したが、検出装置70内の報知用の回路は、PVモジュール2内に設けるようにしてもよい。
2…PVモジュール、4…電池セル、6…ジャンクションボックス、11〜13…クラスタ、21〜23…バイパスダイオード、31〜33…LED、R11,R12,R21,R22,R31、R32…抵抗、SW1〜SW4…スイッチ、40…切換回路、41〜43…操作ボタン、52…発電部、54…バイパスダイオード、60…PVモジュール、66…ジャンクションボックス、70…検出装置、72…検出用ダイオード、74,76…抵抗、78…LED、80…信号発生器、90…受信機、92…監視装置。

Claims (4)

  1. 複数の太陽電池モジュールを直列接続してなる太陽電池ストリングを備えた太陽光発電装置であって、
    前記各太陽電池モジュール、若しくは、前記各太陽電池モジュールを構成する複数の太陽電池クラスタ、に対しそれぞれ並列接続され、前記太陽電池モジュール若しくは前記太陽電池クラスタからの発電電力が低下したときにバイパス経路を形成する複数のバイパスダイオードと、
    前記各バイパスダイオードの通電状態を検出して報知する報知手段と、
    を備えたことを特徴とする太陽光発電装置。
  2. 前記報知手段は、前記バイパスダイオードに直列に接続され、前記バイパスダイオードへの通電電流により点灯する発光素子を備えたことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電装置。
  3. 前記報知手段は、前記バイパスダイオードに並列に接続され、前記バイパスダイオードが通電状態であるとき、前記バイパスダイオードと同方向に電流を流す検出用ダイオードと、該検出用ダイオードへの通電電流により点灯する発光素子と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電装置。
  4. 前記複数のバイパスダイオードがそれぞれ並列接続される太陽電池モジュール若しくは太陽電池クラスタには、それぞれ、前記太陽電池ストリングの発電電力出力経路との接続を遮断して、前記バイパスダイオードにより前記バイパス経路を形成させるスイッチが設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の太陽光発電装置。
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