JP2013239686A - 太陽光発電の異常検出方法及び監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のストリングが接続された太陽光発電装置において、劣化または発電不良が発生したストリング別出力電流比較を影、雲等の影響を最小限にする方法及びこの方法により劣化または発電不良が発生したストリングを容易に特定できる監視装置を提供する。
【解決手段】各ストリングの出力電流値は日射量、太陽方位、太陽高度、雲等の影響で次々刻々変化している。劣化または発電不良がなく、各ストリングの太陽光パネル設置方位、傾斜が同じであっても雲、影の影響で各ストリングの出力電流値は同じにはならない。ところが出力の低い部分に於いては雲、影の影響が非常に少ない部分がある。その部分にて劣化または発電不良を判定することで、早期に正確な判定をすることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は太陽光発電の太陽電池モジュールの異常な発電状態を検出するための方法及び装置に関するものである。特に、本発明は太陽電池モジュール面に一定の影がかかる、発電システムの異常検出に好適なものである。

太陽エネルギーを有効利用するために太陽電池モジュールを多数並べた太陽光発電システムが普及している。この太陽光発電システムは、天候、気温、日当たり、太陽電池モジュール自体のばらつき等の影響を受けるものである。

太陽光発電システムは、複数の太陽電池ストリングのいずれもが正常に作動している場合に最も効率的に機能させることができる。したがって太陽光発電システムでは、複数の太陽電池ストリングのいずれかに故障や受光障害などの異常を生じた場合に、それに迅速に対応できるようにすることが望まれ、そのためには太陽電池ストリングの異常を自動的に検出できるようにする必要がある。

太陽電池ストリングの自動的な異常検出は、各太陽電池ストリングの出力電流の相対比較で行うのが有効である。例えば出力電流の１日の全太陽電池ストリング積算電流の平均を指標用とし、いずれか１つの太陽電池ストリングの出力積算電流と比較することで各太陽電池ストリングについて異常の有無を判定して検出する手法である。

例えば特許文献１〜特許文献４にこのような異常検出技術が開示されている。これら従来の異常検出技術では、各太陽電池ストリングの出力電流の個別の積算値と全太陽電池ストリングの出力電流の積算値を一定期間で比較して各太陽電池ストリングの異常を検出するようにしている。すなわち期間内のすべての出力電流を積算することによって、天候等の影響を少なくして異常検出を行うようになっている。

特開２０１１−１１９５７９号公報 特開２０００−２０７６６２号公報 特開平０７−３３４７６７号公報 特開平０７−１２３５９４号公報

しかし、例えば建物、手すり、避雷針等の影の影響は長期間の積算を行っても天候等と違いストリング固有の電流減少量として現れ、これらの積算値で異常検出のパラメータ値とするには、大幅な積算電流値の相違する場合または影の影響を太陽電池ストリングの設置環境に合わせて個別に補正する複雑な回路が必要でした。

そこで、本発明は、複数のストリングが接続された発電設備において、劣化または発電不良が発生したストリングを的確に特定ができる方法及び監視装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために第一発明の積算手段は、各太陽電池ストリングの出力電流値またはこの電流値に各太陽電池ストリングの電圧値を乗じることで得られる電力値を所定のサンプル時間毎に取得し、一定範囲の電流値または電力値の一定期間の積算値を算出する方法である。

太陽電池ストリングの出力電流や電力は、天候、気温、日当たり、太陽電池モジュール自体のばらつき等によって左右される。そのため、太陽電池ストリングの出力電流や電力の瞬時値を計測してこの瞬時値を用いても、太陽電池ストリングの発電不良を検出することは困難である。そこで、各太陽電池ストリングの個別の積算値は太陽電池ストリングが正常であれば天候、影などにかかわらず低出力時は、ほぼ一定であることに着目し、一定出力電流範囲の一定期間、例えば１日乃至１ヶ月の期間を確認すると、全太陽電池ストリングの積算値の平均に対して、劣化または発電不良が発生した太陽電池ストリングは他の正常な太陽電池ストリングに比べ積算値が減少するので、太陽電池ストリングの劣化または発電不良を容易に比較することができる。

また、第二発明は前記で算出した積算値が全太陽電池ストリングの積算値の平均値に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値の割合が、予め設定された基準の割合よりも小さい状態が一定期間継続すると、その太陽電池ストリングに発電不良が発生していることを報知する演算装置を設けた監視装置である。

本発明の監視装置は、前記で算出した全太陽電池ストリングの積算値の平均に対する各太陽電池ストリングの個別の積算値と比較するので、基準を適正な値に設定することで、太陽電池ストリングの劣化または発電不良が正確に検出され、複数のストリングが接続された発電装置において、太陽電池モジュールに異常が発生したストリングを容易に特定できる。これにより、太陽光発電装置の管理者や作業者は、どのストリングで劣化または発電不良が発生しているかを容易に特定でき、従来のように全ストリングの確認や検査を行うことなく、報知された特定のストリングだけ修理や交換を行うことで、劣化または発電不良を短時間で解消できる。

本発明により、複数のストリングが接続された発電装置において、劣化または発電不良が発生した太陽電池ストリングを容易に確実な特定ができ、早期に発電量の低下を防止することができる。

代表的な１日に於ける瞬時ストリング別出力電流である。 代表的な数十日間に於ける１日の時間積算のストリング別出力電流である。 本発明を採用した太陽光発電システムの構成図である。 本発明の異常検出監視装置の演算装置の構成例を示す図である。 本発明の異常検出監視装置の演算装置の判定フローを示す図である。

図１に示すように、１日の各ストリング発電電流は時間により増減する。ストリング１とストリング２の電流値は同じでない場合が多い。

しかし、１Ａ、１Ｂの電流値が低い時間帯では各ストリング出力電流はほぼ一致する。この時間帯にて各ストリング出力電流を比較する。

図示では１Ａ、１Ｂの２か所の時間帯であるが、雨、曇りの天気に於いては２か所以外の時間帯も、同様に電流値が低い時間帯では各ストリング出力電流はほぼ一致する。

図２に示すように、１日の各ストリング出力電流を積算値は日により増減する。ストリング１とストリング２の積算電流値は同じでない場合が多い。

しかし、基準１Ｃの積算電流値が低い範囲の日では各ストリング積算電流値はほぼ一致する。これらの日での各ストリング積算電流を比較する。

図３に示すように、監視装置は太陽電池とパワーコンディショナの間に配置しており、監視装置は太陽光のエネルギーを変換した直流電流を出力するストリング出力電流をサンプリング検出し、直接電流又は電圧に変換した値を演算装置に送っている。

図４に示すように、演算装置の構成は各ストリング出力電流Ｉ１〜ＮをＡ／Ｄ変換した値が設定値１より大きく、設定値２より小さい場合に各Ｉ１〜Ｎの各演算を行い、各積算結果をＫ１〜Ｎとして保存する。また、サンプリング値の積算回数をＴとして保存する。

全ストリング電流の積算平均Ｋ０＝（Ｋ１＋・・・ＫＮ）／Ｎとして求めることができる。日または月単位で絶対値の比較演算ＨＤ＝ＡＢＳ（Ｋ０−Ｋ１〜Ｎ）／Ｎの演算を実施し、設定値３を値が超えた場合のみ警報を発信する。よって、異常を判定する演算装置はストリング出力電流信号である入力信号を一定範囲、一定期間の電流を処理した信号を積算平均した基準値とストリング別積算との差で警報を発信する。

図５に示すように、演算装置は判定フローを行うこととなる。

計測期間や計測タイミングによってストリングの出力電流や電力の積算値にばらつきがあるが、例えば１日乃至１ヶ月の一定電流範囲の期間、期間積算したストリングの出力電流や電力の積算値を、ストリング間で比較すると、天候、気温、日当たり、太陽電池モジュール自体のばらつきの影響が小さくなる。また、全ストリングの積算値の合計値に対する各ストリングの積算値の割合は、ほとんど変化しない。さらに、ストリングに発電不良が発生した場合には、正常であった期間に比べて積算値は変化する。そのため、ストリングの発電不良を検出可能になる。したがって、ユーザはどのストリングで発電不良が発生しているかを容易に特定できる。

このように本実施形態では、全ストリングの積算値に対する各ストリングを比較するので、季節や時間などの外部要因等に左右されることなく、特に影の影響を除いた検出を行うことができる。例えば各ストリングの電力値そのものを基準値と比較する場合、季節や時間、天候などの日照条件によって発電量が大きく変動するため、夫々に対する基準値を複数用意しなければならない。しかし、本実施形態では、個別の影の影響を考慮することなく劣化または発電不良を検出するため、演算も単純なものを用いることができ、汎用性が非常に高い。

１Ａ 起動後の一定範囲の電流値
１Ｂ 停止前の一定範囲の電流値
１Ｃ １日分の一定範囲の積算電流値
２Ａ 起動後の一定範囲の電流値における期間
２Ｂ 停止前の一定範囲の電流値における期間
Ａ／Ｄ アナログ→デジタル
Ｉ１ サンプリングされたストリング１出力電流値
ＩＮ サンプリングされたストリングＮ出力電流値
Ｋ１ フィルタ後のストリング１出力電流の積算値
ＫＮ フィルタ後のストリングＮ出力電流の積算値
Ｋ０ 全ストリング出力電流の積算平均値
Ｔ フィルタを通った積算回数

Claims (2)

1. 複数の太陽電池モジュールを直列に接続して構成された太陽電池ストリングの発電量が異常であることを検知することを目的に、一定電流範囲の一定期間での積算を行う手段を特徴とする太陽電池ストリング出力電流の積算方法。
2. 前記の検出した積算電流と所定の基準値とを比較することにより、容易に確実な太陽電池ストリングの発電量の異常を検出する手段を備えた演算装置を設けたことを特徴とする太陽電池ストリング異常検出監視装置。

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