JP2013175662A - 太陽光発電システムおよびその診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の太陽電池モジュールからなるストリングから各太陽電池モジュールを解列することなく、不具合のある太陽電池モジュールを特定することが可能な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】この太陽光発電システム１００は、３つの太陽電池モジュール１ａ、１ｂおよび１ｃを備える。また、太陽光発電システム１００の各太陽電池モジュール１ａ、１ｂおよび１ｃには、太陽電池モジュール１ａ、１ｂおよび１ｃをバイパスするスイッチング素子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが並列に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムおよびその診断方法に関し、特に、複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムおよびその診断方法に関する。

従来、複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムの出力低下や不具合の有無を診断する診断方法が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

一般的な太陽光発電システムにおいて、太陽光発電システムを構成する個々の太陽電池モジュールの中には、施工時の配線ミス、近隣の樹木や構造物などによる影の影響、経時劣化、または、初期不良など様々な要因により、所定の発電出力が得られない場合がある。しかしながら、太陽電池モジュールの発電出力は、日射量や気温などの気象条件により大きく左右されるため、発電出力の大小のみでは正常に発電量を評価することができない。

そこで、太陽光発電システムの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）や最適動作点を日射量および気温と同時に計測して、太陽光発電システムの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と比較することにより、太陽光発電システムの出力低下や不具合の有無を診断（判断）している。

この太陽光発電システムの診断方法では、計測された電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と、太陽光発電システムの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とが一致するか否かを判断し、一致する場合には太陽光発電システムの発電量が正常である（不具合はない）と判断されるとともに、一致しない場合には太陽光発電システムの発電量が正常ではない（不具合がある）と判断される。

特開２００７−３１１４８７号公報 特開２０１１−６６３２０号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に開示された太陽光発電システムの診断方法では、複数の太陽電池モジュールからなるストリング単位で不具合の診断（判断）を行うため、ストリング中に不具合があることが判明したとしても、ストリング中のどの太陽電池モジュールに不具合があるのかを特定することが困難であるという問題点がある。

また、不具合のある太陽電池モジュールを特定するためには、ストリングから各太陽電池モジュールを解列して１枚ずつ特性を計測する必要がある。しかしながら、解列する作業には多大な労力が伴い、特に屋根上に設置された太陽光発電システムにおいては、構造上太陽電池モジュールの裏面側にスペースが存在しないため解列作業は非常に困難である。

また、ストリング単位でしか特性が計測できないため、比較的多数の太陽電池モジュールが直列接続された太陽光発電システムにおいては、比較的少数の太陽電池モジュールの出力が低下したとしても、正常な太陽電池モジュールの特性に埋もれてしまい、不具合が検知できない可能性がある。例えば、１５枚の太陽電池モジュールが直列接続された太陽光発電システムにおいて、１枚の太陽電池モジュールの出力が７０％に低下した場合では、計測された電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と、太陽光発電システムの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）との差は、一般的な日射量や温度計およびＩＶカーブを測定する測定器の計測誤差以下である。このため、太陽電池モジュールの不具合の存在自体を検知することが困難である。

このように、全体的に見た場合に比較的小さな発電量の低下は、太陽電池モジュールを個々に解列して特性計測を行わなければ発見することができない一方、上述したように、解列および特性計測の作業には手間がかかるため、明らかな発電量の低下が認められない限り、解列および特性計測の作業が行われにくいという矛盾がある。また、全体的に見た場合に比較的小さな発電量の低下であっても、太陽電池モジュールの不具合が進行することにより太陽光発電システム自体の使用が不可能になる可能性があるため、この点からもより正確な故障検出機能が求められている。

なお、手作業でストリングを解列することなく太陽電池モジュールの個々の特性を計測する方法の１つとして、全ての太陽電池モジュールに対して計測用の個別配線を取り付ける方法が考えられる一方、追加で大量の配線が必要になるという不都合がある。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、複数の太陽電池モジュールからなるストリングから各太陽電池モジュールを解列することなく、不具合のある太陽電池モジュールを特定することが可能な太陽光発電システムおよびその診断方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムであって、前記各太陽電池モジュールには、前記太陽電池モジュールをバイパスするスイッチング素子が並列に取り付けられていることを特徴としている。

本発明の太陽光発電システムによれば、各太陽電池モジュールに取り付けられたスイッチング素子により、各太陽電池モジュールをバイパスした状態またはバイパスしていない状態にすることができるので、バイパスしていない状態の太陽電池モジュールの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を計測することができる。これにより、計測された太陽電池モジュールの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と、太陽電池モジュールの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とを比較することにより、容易に、太陽電池モジュールに不具合があるか否かを診断することができる。その結果、複数の太陽電池モジュールからなるストリングから各太陽電池モジュールを解列することなく、不具合のある太陽電池モジュールを特定することができる。

また、本発明の太陽光発電システムによれば、前記スイッチング素子は、取り付けられた前記太陽電池モジュールを区別するとともに、前記太陽電池モジュールを個別にＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替える構成とされている。

このように構成すれば、各太陽電池モジュールに並列に取り付けられたスイッチング素子をＯＮ状態（バイパスさせた状態）またはＯＦＦ状態（バイパスしていない状態）のいずれかの状態に切り替えることができるので、スイッチング素子がＯＦＦ状態（バイパスしていない状態）の太陽電池モジュールの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を容易に計測することができる。これにより、計測された太陽電池モジュールの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と、太陽電池モジュールの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とを比較することにより、容易に、不具合のある太陽電池モジュールを特定することができる。

また、本発明の太陽光発電システムによれば、前記各スイッチング素子をＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えることにより、前記各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングが作成される。

このように構成すれば、各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングごとに電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を計測することができるので、計測された電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と太陽光発電モジュールの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とを比較することにより、容易に、各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングごとに不具合の有無を診断（判断）することができる。

また、本発明の太陽光発電システムの診断方法は、上記構成の太陽光発電システムと、前記太陽光発電システムに不具合が発生しているか否かを診断する診断手段とを備える太陽光発電システムの診断方法であって、前記診断手段は、前記各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングの特性値の計測結果に基づいて、前記太陽光発電システム全体のいずれの前記太陽電池モジュールに不具合が発生しているのかを診断することを特徴としている。

本発明の太陽光発電システムの診断方法によれば、各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングごとに不具合の有無を診断（判断）することができるので、不具合のあるストリング中の各太陽電池モジュールの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を計測することにより、不具合のある太陽電池モジュールを特定することができる。これにより、複数の太陽電池モジュールからなるストリングから各太陽電池モジュールを解列することなく、不具合のある太陽電池モジュールを特定することができる。

本発明の太陽光発電システムおよびその診断方法によれば、上記のように、複数の太陽電池モジュールからなるストリングから各太陽電池モジュールを解列することなく、不具合のある太陽電池モジュールを特定することができる。

本発明の第１実施形態による太陽光発電システムを示す概略図である。 ３つの太陽電池モジュールが直列接続された太陽光発電システムにおいて、不具合が検出されていない場合を示す図である。 ３つの太陽電池モジュールが直列接続された太陽光発電システムにおいて、不具合が検出された場合を示す図である。 図２に示す太陽光発電システムにおいて計測されたＩＶカーブの補正前および補正後を示す図である。 図３に示す太陽光発電システムにおいて計測されたＩＶカーブの補正前および補正後を示す図である。 本発明の第２実施形態による太陽光発電システムを示す概略図である。 本発明の第３実施形態による１５直列３並列の太陽光発電システムにおいて不具合の有無を診断する手順を示す図である。 本発明の第４実施形態による各太陽電池モジュールの最適動作出力を計測して不具合の有無を診断する手順を示す図である。 本発明の第４実施形態による各太陽電池モジュールの最適動作出力を計測して不具合の有無を診断する手順を示す図である。 本発明の第４実施形態による各太陽電池モジュールの最適動作出力を計測して不具合の有無を診断する手順を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による太陽光発電システム１００の構成について説明する。なお、図１は、本発明の第１実施形態による太陽光発電システム１００を示す概略図である。

この第１実施形態による太陽光発電システム１００は、１系統の太陽電池ストリング（以下、ストリングという）１を備えており、このストリング１は、３つの太陽電池モジュール（以下、モジュールという）１ａ、１ｂおよび１ｃにより構成されている。３つのモジュール１ａ、１ｂおよび１ｃには、それぞれをバイパスするスイッチング素子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ（バイパス回路）が並列に接続されている。各スイッチング素子１１ａ〜１１ｃは、例えば各モジュール１ａ〜１ｃの端子ボックス（図示せず）などに組み込まれている。

スイッチング素子１１ａ〜１１ｃには、それぞれ、モジュール１ａ〜１ｃを区別するＩＰアドレスのような機器番号が予め割り振られており、その機器番号に基づいて、後述する制御部２３によりスイッチング素子１１ａ〜１１ｃがＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に個別に切り替えられる。

各スイッチング素子１１ａ〜１１ｃがＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えられることにより、各モジュール１ａ〜１ｃの任意の組み合わせによるストリング１が作成される。具体的には、図１に示すように、スイッチング素子１１ａ〜１１ｃの全てがＯＦＦ状態の場合には、モジュール１ａ、１ｂおよび１ｃの組み合わせによるストリング１が作成される。例えば、スイッチング素子１１ａがＯＮ状態で、かつ、スイッチング素子１１ｂおよび１１ｃがＯＦＦ状態の場合には、モジュール１ａがバイパスされ、モジュール１ｂおよび１ｃの組み合わせによるストリング１が形成される。

また、ストリング１は、電力変換装置として機能するパワーコンディショナ２０および開閉器３０を介して、商用電源４０に連系されている。なお、ストリングの系統数は、任意に調整が可能であるとともに、１系統のストリングを構成するモジュールの個数も、任意に調整が可能である。

パワーコンディショナ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、インバータ２２と、制御部２３と、メモリ２４と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２５とを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、ストリング１から入力される直流電圧を所望の目標値となるように制御して、インバータ２２に送出する電圧調整手段である。

また、パワーコンディショナ２０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の前段または後段に、ストリング１を流れる電流の電流値を検出して検出値を出力する電流センサ（図示せず）、および、ストリング１の両端子間の電圧を検出して検出値を出力する電圧センサ（図示せず）が設けられている。そして、パワーコンディショナ２０は、これら電流センサおよび電圧センサの検出値に基づいて、ストリング１の出力電力が最大になる点を追従するＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ：最適動作点追従モード）制御が行われるように構成されている。また、電流センサおよび電圧センサは、ＭＰＰＴ制御に用いられる電流値および電圧値を検出する機能だけではなく、後述する太陽光発電システム１００に不具合があるか否かを診断する診断時に、モジュール１ａ〜１ｃの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を取得するための電流値および電圧値を検出するためのセンサ（ＩＶカーブ計測機能）としても用いられる。

インバータ２２は、制御部２３の指示に応じてＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に制御される複数のスイッチ素子（図示せず）を有しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から送出された直流電力を商用電源４０の交流周波数（５０［Ｈｚ］または６０［Ｈｚ］）と同じ周波数の交流電力に変換する手段（ＤＣ／ＡＣインバータ）である。

制御部２３は、パワーコンディショナ２０の全体動作を制御するほか、各モジュール１ａ〜１ｃに接続されたスイッチング素子１１ａ〜１１ｃをＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替える手段、および、パワーコンディショナ２０の外部に接続される開閉器３０および表示部５０を制御する手段である。なお、スイッチング素子１１ａ〜１１ｃをＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えるスイッチング操作は、太陽光発電システム１００に設けられた操作部２００を操作することにより行われてもよいし、太陽光発電システム１００の外部にＰＣ（パーソナルコンピュータ）などを設けて、ＰＣが操作されることによりインターネットなどを介した遠隔操作により行われてもよい。

メモリ２４には、制御部２３がモジュール１ａ〜１ｃに不具合があるか否かの診断を行うために必要な各種データが格納されている。このメモリ２４は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、データ保持および書き換えの可能な不揮発性ＲＡＭ、または、ハードディスク装置などが挙げられる。また、制御部２３は、予めメモリ２４に格納された各モジュール１ａ〜１ｃの正常時に予想される推定ＩＶカーブ（基準特性データ）と、各モジュール１ａ〜１ｃから取得した電流−電圧特性（計測されたＩＶカーブ）のデータとをフィッティングすることにより、不具合があるか否かの診断を行う診断手段として機能する。また、メモリ２４には、上記の基準特性データのほか、計測されたＩＶカーブデータも格納される。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２５は、パワーコンディショナ２０の外部に設けられた日射計６０からの出力信号（日射量）および温度計６１からの出力信号（外気温度）をデジタル信号に変換し、制御部２３に入力する機能を有している。

開閉器３０は、制御部２３の指示に基づいて、パワーコンディショナ２０から商用電源４０への電力供給経路を導通または遮断するための手段である。なお、制御部２３は、ストリング１で発電が開始されたことを検出すると、パワーコンディショナ２０の電力変換動作を開始するとともに、開閉器３０を用いてパワーコンディショナ２０から商用電源４０への電力供給経路を導通させるように制御する。

商用電源４０は、電力会社からの交流電力を宅内に供給するための手段である。なお、上述したように、ストリング１が商用電源４０に連系されており、太陽光発電システム１００で得られた交流電力は、商用電源４０を介する経路で宅内に供給される。

表示部５０は、例えば、液晶ディスプレイなどにより構成されている。この表示部５０には、制御部２３から受信した太陽光発電システム１００による発電電力や運転状況などの情報が表示される。

次に、図２および図３を参照して、第１実施形態による太陽光発電システム１００に不具合があるか否かの診断方法について説明する。なお、図２は、３つのモジュールが直列接続された太陽光発電システムにおいて、不具合が検出されていない場合を示す図である。図３は、３つのモジュールが直列接続された太陽光発電システムにおいて、不具合が検出された場合を示す図である。なお、図２および図３に示すＩＶカーブは、横軸に電圧値（Ｖ）を示しており、縦軸に電流値（Ａ）を示している。

第１実施形態による太陽光発電システム１００では、ストリング１の３つのモジュール１ａ〜１ｃのうち１つのモジュール１ａの内部抵抗が増加し、その最適動作出力が７０％ほどに低下したものとする。なお、第１実施形態では、モジュール１ａに不具合があり、内部抵抗が増加したものとする。

この状態において、制御部２３（図１参照）は、各モジュール１ａ〜１ｃに接続されたスイッチング素子１１ａ〜１１ｃをＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に制御し、各モジュール１ａ〜１ｃに不具合があるか否かを診断する。すなわち、制御部２３は、診断しようとするモジュールに接続されているスイッチング素子をＯＦＦ状態に制御し、その他のモジュールに接続されているスイッチング素子をＯＮ状態に制御する。これにより、各モジュール１ａ〜１ｃに不具合があるか否かが診断される。

具体的には、図２に示すように、制御部２３は、モジュール１ｂに不具合があるか否かを診断するために、スイッチング素子１１ａをＯＮ状態、スイッチング素子１１ｂをＯＦＦ状態、スイッチング素子１１ｃをＯＮ状態に制御することにより、モジュール１ａおよび１ｃがバイパスされる（図に示す太線参照）ので、モジュール１ｂにより発電された電力（電流および電圧）がパワーコンディショナ２０に送出され、パワーコンディショナ２０のＩＶカーブの計測機能により電流−電圧特性（ＩＶカーブ）が計測される。

そして、計測されたモジュール１ｂのＩＶカーブと、モジュール１ｂの正常時に予想されるＩＶカーブとをフィッティングさせることにより、互いに一致するか否かが制御部２３により判断される。その結果、計測されたモジュール１ｂのＩＶカーブは、モジュール１ｂの正常時に予想されるＩＶカーブと実質的に一致しているので、モジュール１ｂには不具合はない（正常である）と判断される。

次に、図３に示すように、制御部２３は、モジュール１ａに不具合があるか否かを診断するために、スイッチング素子１１ａをＯＦＦ状態、スイッチング素子１１ｂおよび１１ｃをＯＮ状態に制御することにより、モジュール１ｂおよび１ｃがバイパスされる（図に示す太線参照）ので、モジュール１ａにより発電された電力（電流および電圧）がパワーコンディショナ２０に送出され、パワーコンディショナ２０のＩＶカーブ計測機能により電流−電圧特性（ＩＶカーブ）が計測される。

そして、計測されたモジュール１ａのＩＶカーブと、モジュール１ａの正常時に予想されるＩＶカーブとをフィッティングさせることにより、互いに一致するか否かが制御部２３により判断される。その結果、計測されたモジュール１ａのＩＶカーブは、モジュール１ａの正常時に予想されるＩＶカーブと一致しておらず、互いのＩＶカーブ間に大きな差が生じているため、モジュール１ａに不具合がある（正常ではない）と判断される。

ここで、従来の太陽光発電システムの診断方法では、ストリング中のモジュールに不具合がある場合には、ストリング全体のＩＶカーブの出力が低下するため、ストリング中のいずれかのモジュールまたは複数個のモジュールに不具合があることを検知することが可能である。しかしながら、ストリング中のモジュールに不具合があるのか、配線に問題があるのか、問題がある場合にはどの部分なのかを特定することが困難であった。

この点に関して、第１実施形態による太陽光発電システム１００の診断方法では、各スイッチング素子１１ａ〜１１ｃのＯＮ状態およびＯＦＦ状態の組み合わせにより、任意のモジュール単体のＩＶカーブを計測することができるので、容易に、不具合があるモジュールを特定することが可能となる。

次に、図４および図５を参照して、計測されたモジュールのＩＶカーブの補正について説明する。なお、図４は、計測されたモジュールに不具合がない場合のＩＶカーブの補正前および補正後を示す図である。図５は、計測されたモジュールに不具合がある場合のＩＶカーブの補正前および補正後を示す図である。

第１実施形態による太陽光発電システム１００では、図４および図５に示すように、 計測されたＩＶカーブは、診断時にスイッチングされたスイッチング素子の個数分電圧が低下する。そこで、モジュールに不具合があるか否かを正確に診断するために、計測されたＩＶカーブに、スイッチング（バイパス）したスイッチング素子の個数に応じた補正値（電圧低下した分の電圧値）を加えた結果に基づいて、各モジュール１ａ〜１ｃに不具合があるか否かの診断が行われる。

具体的には、抵抗成分の少ないスイッチング素子を用いた場合には、スイッチング素子の順方向低下電圧にスイッチング（バイパス）したスイッチング素子の個数を乗じた電圧分、ＩＶカーブが左方向に移動する（図４および図５の破線で示す補正前のＩＶカーブ）ため、スイッチング素子の順方向低下電圧にスイッチング（バイパス）したスイッチング素子の個数を乗じた電圧値（補正値）を、補正前のＩＶカーブに加えることにより補正が行われる（図４および図５の実線で示す補正後のＩＶカーブ）。

なお、上記補正については、例えば、１５個のモジュールのうち１４個のモジュールがバイパスされる場合には、スイッチングするスイッチング素子の個数が比較的多くなり、図４および図５に示すように、補正前後においてＩＶカーブの差が比較的大きくなるため、上記のような補正を行い、補正後のＩＶカーブとモジュールの正常時に予想されるＩＶカーブとに基づいて不具合の有無の診断を行うのが好ましい。その一方で、１５個のモジュールのうち１つのモジュールをバイパスする場合には、スイッチングするスイッチング素子の個数が比較的少なくなり、補正前後においてＩＶカーブの差が比較的小さくなるので、上記のような補正は行わずに、補正前のＩＶカーブとモジュールの正常時に予想されるＩＶカーブとに基づいて不具合の有無の診断を行ってもよい。

以上説明したように、第１実施形態では、上記のように（例えば図３参照）、各モジュール１ａ〜１ｃに取り付けられたスイッチング素子１１ａ〜１１ｃにより、モジュール１ｂおよび１ｃをバイパスした状態にするとともに、モジュール１ａをバイパスしていない状態にすることができるので、バイパスしていない状態のモジュール１ａの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を計測することができる。これにより、計測されたモジュール１ａの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と、モジュール１ａの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とを比較することにより、容易に、モジュール１ａに不具合があるか否かを診断することができる。その結果、３つのモジュール１ａ〜１ｃからなるストリング１から各モジュール１ａ〜１ｃを解列することなく、不具合のあるモジュール１ａを特定することができる。特に、屋根面に設置される太陽光発電システム１００では、不具合のあるモジュールのみを交換することにより発電量を回復させることができるので、交換作業の簡略化を図ることが可能となる。また、小さな発電量低下を早期に発見することができるため、その不具合が進行して太陽光発電システム１００自体が使用不可能になるのを抑制することが可能となる。

また、第１実施形態では、上記のように（例えば図３参照）、各モジュール１ａ〜１ｃを区別するとともに、個別にＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えるようにスイッチング素子１１ａ〜１１ｃを設ける。これにより、各スイッチング素子１１ａ〜１１ｃをＯＮ状態（バイパスさせた状態）またはＯＦＦ状態（バイパスしていない状態）のいずれかの状態に切り替えることができるので、スイッチング素子１１ａがＯＦＦ状態（バイパスしていない状態）のモジュール１ａの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を容易に計測することができる。その結果、計測されたモジュール１ａの電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と、モジュール１ａの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とを比較することにより、容易に、不具合のあるモジュール１ａを特定することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、各スイッチング素子１１ａ〜１１ｃをＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えることにより、各モジュール１ａ〜１ｃの任意の組み合わせによるストリング１を作成する。これにより、各モジュール１ａ〜１ｃの任意の組み合わせによるストリング１ごとに電流−電圧特性（ＩＶカーブ）を計測することができるので、計測された電流−電圧特性（ＩＶカーブ）と各モジュール１ａ〜１ｃの正常時に予想される電流−電圧特性（ＩＶカーブ）とを比較することにより、容易に、各モジュール１ａ〜１ｃの任意の組み合わせによるストリング１ごとに不具合の有無を診断（判断）することができる。

（第２実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、図６は、第２実施形態による太陽光発電システムを示す概略図である。この第２実施形態では、各ストリングに設けられたブレーカをＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えることにより、モジュールの不具合を診断する例について説明する。

まず、第２実施形態による太陽光発電システム１００ａの構成について説明する。第２実施形態による太陽光発電システム１００ａは、３系統のストリング１、２および３と、ブレーカ７１、７２および７３と、制御部２３を含むパワーコンディショナ２０とを備えている。

ストリング１は、モジュール１ａ、１ｂおよび１ｃを備えている。このモジュール１ａ、１ｂおよび１ｃには、それぞれ、スイッチング素子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが並列に接続されている。モジュール１ａとパワーコンディショナ２０との間には、ストリング１をＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えるブレーカ７１が接続されている。

ストリング２は、モジュール２ａ、２ｂおよび２ｃを備えている。このモジュール２ａ、２ｂおよび２ｃには、それぞれ、スイッチング素子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃが並列に接続されている。モジュール２ａとパワーコンディショナ２０との間には、ストリング２をＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えるブレーカ７２が接続されている。

ストリング３は、モジュール３ａ、３ｂおよび３ｃを備えている。このモジュール３ａ、３ｂおよび３ｃには、それぞれ、スイッチング素子１３ａ、１３ｂおよび１３ｃが並列に接続されている。モジュール３ａとパワーコンディショナ２０との間には、ストリング３をＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えるブレーカ７３が接続されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

次に、第２実施形態による太陽光発電システム１００ａに不具合があるか否かを診断する診断方法について説明する。

まず、計測予定のストリング１のブレーカ７１をＯＮ状態に切り替え、計測予定以外のストリング２のブレーカ７２およびストリング３のブレーカ７３をＯＦＦ状態に切り替える。そして、上記第１実施形態の診断方法と同様に、各モジュール１ａ〜１ｃに接続されているスイッチング素子１１ａ〜１１ｃを順番にＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えて、各モジュール１ａ〜１ｃのＩＶカーブを計測する。

ストリング１の各モジュール１ａ〜１ｃのＩＶカーブの計測が終了した後に、ブレーカ７１をＯＦＦ状態に切り替えるとともに、ブレーカ７２をＯＮ状態に切り替える。そして、ストリング２について、各モジュール２ａ〜２ｃに接続されているスイッチング素子１２ａ〜１２ｃを順番にＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えて、各モジュール２ａ〜２ｃのＩＶカーブを計測する。

ストリング２の各モジュール２ａ〜２ｃのＩＶカーブの計測が終了した後に、ブレーカ７２をＯＦＦ状態に切り替えるとともに、ブレーカ７３をＯＮ状態に切り替える。そして、ストリング３について、各モジュール３ａ〜３ｃに接続されているスイッチング素子１３ａ〜１３ｃを順番にＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えて、各モジュール３ａ〜３ｃのＩＶカーブを計測する。そして、全てのモジュール１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃおよび３ａ〜３ｃについてのＩＶカーブを計測した後に、全てのブレーカ７１〜７３をＯＮ状態に切り替える。

以上のように、全てのモジュール１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃおよび３ａ〜３ｃについてＩＶカーブを計測し、計測されたＩＶカーブと、各モジュール１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃおよび３ａ〜３ｃの正常時に予想されるＩＶカーブとをフィッティングさせることにより、互いに一致するか否かが判断され、その結果から不具合があるモジュールが特定される。

なお、不具合の有無の診断時に、ブレーカ７１〜７３をＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替える操作は、操作者により手動または遠隔操作により切り替えられてもよいし、ブレーカ７１〜７３の切り替え操作を自動化（自動制御）してもよい。ブレーカ７１〜７３の切り替え操作を自動化した場合には、太陽光発電システム１００ａの不具合の有無を自動的に診断（検知）することが可能となる。また、第２実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。なお、図７は、第３実施形態による１５直列３並列の太陽光発電システムにおいて不具合の有無を診断する手順を示す図である。

この第３実施形態では、１５直列３並列のうち５直列のモジュールを１単位として分離し、各５直列のモジュールの組み合わせのＩＶカーブを計測することにより、大まかな不具合箇所を特定し、そこから細かく個々のモジュールの特性を計測する診断方法について説明する。なお、１単位とするモジュールの個数は、計測精度や太陽光発電システムの総枚数に応じて選択することが望ましい。また、１５直列３並列とは、１５個の直列接続されたモジュールが３列に並列接続されている接続状態を示している。

太陽光発電システムに不具合があるか否かを診断する際には、全てのスイッチング素子をＯＮ状態に切り替え、太陽光発電システム全体のＩＶカーブを計測する。そして、太陽光発電システム全体のＩＶカーブとモジュール（太陽光発電システム全体）の正常時に予想されるＩＶカーブとをフィッティングする。その結果、図７（ａ）に示す１５直列３並列のＩＶカーブのように、互いのＩＶカーブが一致していない場合には、太陽光発電システム中のいずれかのモジュールに不具合があると診断される。

次に、モジュールを５直列１並列ごとにグループ分けし、グループごとにＩＶカーブを計測し、計測されたＩＶカーブとモジュール（グループごと）の正常時に予想されるＩＶカーブとをフィッティングする。その結果、図７（ｂ）に示す５直列１並列のＩＶカーブのように、互いのＩＶカーブが一致していない場合には、５直列１並列中のモジュールに不具合があると診断される。

また、図７（ｃ）および図７（ｄ）に示す５直列１並列のＩＶカーブのように、計測されたＩＶカーブとモジュール（グループごと）の正常時に予想されるＩＶカーブとが一致している場合には、５直列１並列の中のモジュールには不具合はないと診断される。

その後、不具合があると診断された５直列１並列の各モジュールについてＩＶカーブを計測し、計測されたＩＶカーブと各モジュールの正常時に予想されるＩＶカーブとをフィッティングする。その結果、図７（ｅ）に示す１モジュールのＩＶカーブのように、計測されたＩＶカーブとモジュールの正常時の推定ＩＶカーブとが一致している場合には、このモジュールには不具合がないと診断される。また、図７（ｆ）に示す１モジュールのＩＶカーブのように、計測されたＩＶカーブとモジュールの正常時に予想されるＩＶカーブとが一致していない場合には、計測されたモジュールに不具合があると診断される。なお、図７（ｇ）に示す１モジュールのＩＶカーブのように、計測されたＩＶカーブとモジュールの正常時に予想されるＩＶカーブとが一致している場合には、計測されたモジュールには不具合はないと診断される。

第３実施形態では、上記のように、複数のモジュールをグループ分けして特性を計測することにより、モジュールの特性を１枚ごとに計測する場合と異なり、計測回数を減らすことが可能となる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図８〜図１０を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。なお、図８〜図１０は、第４実施形態による各モジュールの最適動作出力を計測して不具合の有無を診断する手順を示す図である。

この第４実施形態では、パワーコンディショナ２０をＭＰＰＴ（最適動作点追従モード）制御により動作させた状態でモジュールを一つずつ順番にバイパスし、そのときの最適動作電圧および電流を計測することにより、モジュールに不具合があるか否かを診断する診断方法について説明する。

まず、太陽光発電システム１００全体の出力（最適動作電圧および電流）を計測する。ここで、第４実施形態による太陽光発電システム１００全体の出力は、２７０Ｗであったとする。

次に、図８に示すように、モジュール１ｃの出力を計測するために、スイッチング素子１１ａをＯＦＦ状態、スイッチング素子１１ｂをＯＦＦ状態、および、スイッチング素子１１ｃをＯＮ状態に切り替えることにより、モジュール１ｃがバイパスされる。このとき、バイパス後の出力が１７０Ｗであった場合、太陽光発電システム１００全体の出力２７０Ｗから、バイパス後の出力１７０Ｗを減算した１００Ｗがバイパスされたモジュール１ｃの出力となる。

同様に、図９に示すように、モジュール１ｂの出力を計測するために、スイッチング素子１１ａをＯＦＦ状態、スイッチング素子１１ｂをＯＮ状態、および、スイッチング素子１１ｃをＯＦＦ状態に切り替えることにより、モジュール１ｂがバイパスされる。このとき、バイパス後の出力が１７０Ｗであった場合、太陽光発電システム１００全体の出力２７０Ｗから、バイパス後の出力１７０Ｗを減算した１００Ｗがバイパスされたモジュール１ｂの出力となる。

同様に、図１０に示すように、モジュール１ａの出力を計測するために、スイッチング素子１１ａをＯＮ状態、スイッチング素子１１ｂをＯＦＦ状態、および、スイッチング素子１１ｃをＯＦＦ状態に制御することにより、モジュール１ａがバイパスされる。このとき、バイパス後の出力が２００Ｗであった場合、太陽光発電システム１００全体の出力２７０Ｗから、バイパス後の出力２００Ｗを減算した７０Ｗがバイパスされたモジュール１ａの出力となる。ここで、モジュール１ａの出力（７０Ｗ）は、モジュール１ｂおよび１ｃの出力（１００Ｗ）に比べて小さい結果となった。この結果より、モジュール１ａに不具合があると診断される。

上記のように、パワーコンディショナ２０をＭＰＰＴ（最適動作点追従モード）制御により動作させた状態で各モジュール１ａ〜１ｃを一つずつ順番にバイパスし、そのときの最適動作電圧および電流を計測することにより、各モジュール１ａ〜１ｃに不具合があるか否かを診断することによって、各モジュール１ａ〜１ｃのＩＶカーブを計測して不具合の有無を診断する場合と比べて、計測に必要とする時間を短縮することができるので、計測中に発電量が減少するのを抑制することが可能となる。また、ＩＶカーブの測定を行うための専用の機器が不要になるとともに、ＩＶカーブの測定を行うための機能をパワーコンディショナ２０に追加するのが不要になる。また、複数の並列ストリングを備える太陽光発電システムでは、ブレーカの切り替え操作を不要にすることが可能となる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

−他の実施形態−
例えば、上記第１〜第４実施形態では、制御部によりスイッチング素子のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、無線信号によりスイッチング素子のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を制御してもよいし、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：電力線搬送通信）により配線に制御信号を載せてスイッチング素子のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を制御してもよい。また、スイッチング素子をパワーＭＯＳＦＥＴなどの素子により構成し、外部からの信号によりＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える制御を行ってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＡＣインバータを備えたパワーコンデョショナを用いた太陽光発電システムについて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記のような機能を各モジュールに取り付けた分散ＭＰＰＴ機器において、信号に応じてバイパス回路（スイッチング素子）のＯＮ状態またはＯＦＦ状態が切り替えられる機能分散ＭＰＰＴ機器に取り付ける事で行ってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、任意の組み合わせのストリングを作成した場合の診断方法として、ストリングのＩＶカーブを計測し、日射量、外気温度および太陽光発電システムの構成から推定されるＩＶカーブとの比較により不具合の有無を診断する方法を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、多数のストリングを略同時間帯に連続で計測し、それらを相対比較することにより、日射量および外気温度に頼らない不具合の有無の診断も可能である。

なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１、２、３ 太陽電池ストリング（ストリング）
１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ 太陽電池モジュール
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ スイッチング素子
２３ 制御部（診断手段）
１００、１００ａ 太陽光発電システム

Claims (4)

1. 複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムであって、
   前記各太陽電池モジュールには、前記太陽電池モジュールをバイパスするスイッチング素子が並列に取り付けられていることを特徴とする太陽光発電システム。
2. 請求項１に記載の太陽光発電システムであって、
   前記スイッチング素子は、取り付けられた前記太陽電池モジュールを区別するとともに、前記太陽電池モジュールを個別にＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替える構成とされていることを特徴とする太陽光発電システム。
3. 請求項２に記載の太陽光発電システムであって、
   前記各スイッチング素子をＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態に切り替えることにより、前記各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングが作成されることを特徴とする太陽光発電システム。
4. 請求項３に記載の太陽光発電システムと、
   前記太陽光発電システムに不具合が発生しているか否かを診断する診断手段とを備える太陽光発電システムの診断方法であって、
   前記診断手段は、前記各太陽電池モジュールの任意の組み合わせによるストリングの特性値の計測結果に基づいて、前記太陽光発電システム全体のいずれの前記太陽電池モジュールに不具合が発生しているのかを診断することを特徴とする太陽光発電システムの診断方法。

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