JP2014011428A - Failure detection device, failure detection system, and failure detection method - Google Patents

Failure detection device, failure detection system, and failure detection method Download PDF

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政宣 吉富
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect failure of a by-pass diode built in a solar cell module with high accuracy by a simple device configuration.SOLUTION: A failure detection device 5 comprises: a solar cell; and at least one by-pass diode connected in parallel therewith, and detects failure of a by-pass diode in a solar cell string 130 which is in parallel off state for the load. The failure detection device comprises: a voltage source circuit 51 for applying a reverse voltage of a specified value, with reference to the negative electrode, to the positive electrode of the solar cell string 130; a current measurement unit 52 for measuring the value of a current flowing from the negative electrode toward the positive electrode of the solar cell string 130 when a reverse voltage is applied by the voltage source circuit 51; and a control/determination unit 53 for determining failure of a by-pass diode based on the current value measured by the current measurement unit 52.

Description

本発明は、太陽電池に付属するバイパスダイオードの故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法に関する。   The present invention relates to a failure detection device, a failure detection system, and a failure detection method for a bypass diode attached to a solar cell.
一般的に、太陽光を利用して発電を行う太陽電池モジュールにおいては、例えば特性のバラツキや日射強度の変動等の影響によって太陽電池に逆電圧が印加されることがあり、この逆電圧が高まると、太陽電池が発熱ひいては破損する虞がある。そのため、従来の太陽電池モジュールとしては、バイパスダイオードを太陽電池に並列に接続し、太陽電池に過剰な逆電圧が印加されるのを抑制するものが知られている。   In general, in a solar cell module that generates power using sunlight, a reverse voltage may be applied to the solar cell due to, for example, variations in characteristics, fluctuations in solar radiation intensity, and the like, and this reverse voltage increases. In such a case, there is a risk that the solar cell may generate heat and be damaged. Therefore, as a conventional solar cell module, there is known a module in which a bypass diode is connected in parallel to a solar cell and an excessive reverse voltage is prevented from being applied to the solar cell.
このような太陽電池モジュールにおいては、例えば下記特許文献1に記載されているように、バイパスダイオードのオープンモード(開放モードとも称される)故障を検出する故障検知装置が開発されている。特許文献1に記載された検査装置では、太陽電池を遮蔽板により遮光すると共に、この遮蔽板に一体化された感熱紙により太陽電池における遮光部分の温度を検出する。そして、太陽電池の遮蔽部分にホットスポット熱(異常発熱)の発生を検出した場合、バイパスダイオードに電流が流れていないと判断し、これにより、バイパスダイオードがオープンモード故障していると判定する。   In such a solar cell module, as described in Patent Document 1 below, for example, a failure detection device that detects an open mode (also referred to as an open mode) failure of a bypass diode has been developed. In the inspection apparatus described in Patent Document 1, the solar cell is shielded from light by the shielding plate, and the temperature of the light shielding portion of the solar cell is detected by the thermal paper integrated with the shielding plate. And when generation | occurrence | production of hot spot heat | fever (abnormal heat_generation | fever) is detected in the shielding part of a solar cell, it determines with the electric current not flowing into a bypass diode, and, thereby, determines with the bypass diode having an open mode failure.
また、下記特許文献2には、太陽電池モジュールの電気特性を基にバイパスダイオードの故障を発見する技術が開示されている。詳細には、この診断方法では、太陽電池ストリングのブロッキングダイオードを除いた測定対象部位に充電したコンデンサを接続して放電させ、放電時に測定対象部位の電圧及び電流を測定し、その結果得られるI−V特性の変化に基づいて測定対象部位の故障を診断する。   Patent Document 2 below discloses a technique for finding a failure of a bypass diode based on the electrical characteristics of a solar cell module. In detail, in this diagnostic method, a charged capacitor is connected to a measurement target part excluding the blocking diode of the solar cell string and discharged, and the voltage and current of the measurement target part are measured at the time of discharging. -Diagnose the failure of the measurement target part based on the change of the V characteristic.
特開2001−024204号公報JP 2001-024204 A 特開2011−66320号公報JP 2011-66320 A
しかしながら、特許文献1による診断方法では、バイパスダイオードのオープンモード故障を検出するために太陽電池を遮光する必要があるが、通常、太陽電池は屋根等の高所に設置されることから、遮光する作業が煩雑であり、安全性および費用の観点から日常的な点検に適さないという問題がある。また、当該技術を適用した場合、以下の理由により、バイパスダイオードが故障しているか否かの判定が困難である。すなわち、バイパスダイオードがオープンモード故障をしていない場合であっても、太陽電池を遮光した際に太陽電池にある程度の逆電圧が印加され、太陽電池の発熱が観測される場合がある。その発熱の程度は、その時の日射強度、遮光状態、太陽電池の電流密度、太陽電池の放熱状態、太陽電池のシャント抵抗成分に依存するため、一概に予測することができず、正常な範囲の発熱とバイパスダイオードの故障に起因する発熱とを区別することは極めて困難である。したがって、バイパスダイオードのオープンモード故障を確度良く検出できない虞がある。   However, in the diagnostic method according to Patent Document 1, it is necessary to shield the solar cell in order to detect an open mode failure of the bypass diode. However, since the solar cell is usually installed at a high place such as a roof, it is shielded from light. There is a problem that the work is complicated and not suitable for daily inspection from the viewpoint of safety and cost. In addition, when this technology is applied, it is difficult to determine whether or not the bypass diode has failed for the following reason. That is, even when the bypass diode does not have an open mode failure, when the solar cell is shielded from light, a certain amount of reverse voltage is applied to the solar cell, and heat generation of the solar cell may be observed. The degree of heat generation depends on the solar radiation intensity at that time, the light shielding state, the solar cell current density, the solar cell heat dissipation state, and the shunt resistance component of the solar cell. It is extremely difficult to distinguish between heat generation and heat generation due to a failure of the bypass diode. Therefore, there is a possibility that an open mode failure of the bypass diode cannot be accurately detected.
また、特許文献2による診断方法では、測定対象部位に不良が無い場合にはコンデンサの電圧に応じた大きな電流が瞬時的に測定対象部位に流れるため、電流測定装置を故障させる可能性があり、測定時の安全性の面でも好ましくない。測定対象部位での大電流を低減するためにコンデンサの静電容量を小さくすることも考えられるが、この場合はI−V特性の計測時間が長くとれないため、I−V特性の正確な測定が困難となり、故障診断の確度が低下する場合があった。   Further, in the diagnostic method according to Patent Document 2, when there is no defect in the measurement target part, a large current corresponding to the voltage of the capacitor instantaneously flows to the measurement target part. It is not preferable also in terms of safety during measurement. Although it is conceivable to reduce the capacitance of the capacitor in order to reduce the large current at the measurement target portion, in this case, since the measurement time of the IV characteristic cannot be made long, accurate measurement of the IV characteristic is possible. In some cases, the accuracy of failure diagnosis may be reduced.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な装置構成で太陽電池モジュールに内蔵されたバイパスダイオードの故障を正確かつ簡易に検出することが可能な故障検知装置、故障検知システム及び故障検知方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, a failure detection device capable of accurately and easily detecting a failure of a bypass diode built in a solar cell module with a simple device configuration, failure An object is to provide a detection system and a failure detection method.
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る故障検知装置は、太陽光を利用して発電を行う太陽電池と太陽電池に並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知装置であって、太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、電圧源による逆電圧の印加時に太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、電流測定部によって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定部と、を備える。   In order to solve the above-described problem, a failure detection device according to one aspect of the present invention includes a solar cell that generates power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the solar cell, and is provided in a load. On the other hand, it is a failure detection device that detects a failure of a bypass diode for a solar cell module that is in a disconnected state, with a negative specified reverse voltage with respect to the positive electrode of the solar cell module as a reference. A voltage source to be applied, a current measuring unit for measuring a current value flowing from the negative electrode of the solar cell module toward the positive electrode when a reverse voltage is applied by the voltage source, and a bypass diode based on the current value measured by the current measuring unit. A determination unit for determining failure.
或いは、本発明の他の側面に係る故障検知方法は、太陽光を利用して発電を行う太陽電池と太陽電池に並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、電流測定ステップによって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、を備える。   Alternatively, a failure detection method according to another aspect of the present invention includes a solar cell that generates power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the solar cell, and is disconnected from the load. A failure detection method for detecting a failure of a bypass diode for a solar cell module in a state, in which a voltage application for applying a negative specified reverse voltage with respect to the negative electrode to the positive electrode of the solar cell module A current measurement step for measuring a current value flowing from the negative electrode of the solar cell module toward the positive electrode when a reverse voltage is applied in the voltage application step, and a failure of the bypass diode based on the current value measured in the current measurement step. A determination step for determining.
かかる故障検知装置、或いは故障検知方法によれば、少なくとも1つのバイパスダイオードを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールに対して規定値の逆電圧が印加され、その時に太陽電池モジュールの負極から正極に流れる電流値が測定され、その電流値を基にバイパスダイオードの故障が検出される。すなわち、バイパスダイオードが正常であれば大きな電流が太陽電池モジュール内のバイパスダイオードの順方向に流れ、バイパスダイオードがオープンモード故障していれば太陽電池モジュール内をわずかな電流しか流れない。従って、上述した故障検知装置、或いは故障検知方法によれば、その電流値の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオードの故障の有無を高確度に判定することができる。これにより、コンデンサを利用した故障検知方法のようにI−V特性のトレースの必要が無いため、簡易な装置構成で正確にバイパスダイオードの故障を検知することができる。   According to such a failure detection device or failure detection method, a reverse voltage of a specified value is applied to a solar cell module that includes at least one bypass diode and is in a disconnected state with respect to a load. A current value flowing from the negative electrode of the module to the positive electrode is measured, and a failure of the bypass diode is detected based on the current value. That is, if the bypass diode is normal, a large current flows in the forward direction of the bypass diode in the solar cell module, and if the bypass diode has an open mode failure, only a small current flows in the solar cell module. Therefore, according to the above-described failure detection device or failure detection method, the presence or absence of a failure of the bypass diode can be determined with high accuracy by detecting the difference in the current value. Accordingly, since there is no need to trace the IV characteristic unlike the failure detection method using the capacitor, it is possible to accurately detect the failure of the bypass diode with a simple device configuration.
上述した故障検知装置においては、判定部は、太陽電池モジュールに対して逆電圧の規定値として第1の値の電圧が印加された状態において測定された電流値が、第1の閾値よりも小さい場合にバイパスダイオードの故障を検知する、ことが好適である。こうすれば、測定した電流値と閾値とを比較することで簡易な処理や回路構成でバイパスダイオードの故障を検知することができる。   In the failure detection apparatus described above, the determination unit has a current value measured in a state where the voltage of the first value is applied to the solar cell module as the prescribed value of the reverse voltage, which is smaller than the first threshold value. In some cases, it is preferable to detect a failure of the bypass diode. In this way, by comparing the measured current value with the threshold value, a failure of the bypass diode can be detected with a simple process and circuit configuration.
またさらに、判定部は、太陽電池モジュールに対して規定値の逆電圧が印加された状態において測定された電流値が第2の閾値以上となった場合に、太陽電池モジュールへの逆電圧の印加を停止させる、ことも好適である。かかる判定部を備えれば、故障検査時に太陽電池モジュールに高電圧を印加することによる太陽電池モジュールの故障を防止することができる。すなわち、太陽電池モジュールに短絡電流よりも大きな定電流を流すと、太陽電池モジュールにおいて発電時に発生する電圧に対して逆方向の高電圧を発生させる恐れがあるが、太陽電池モジュールの電流値が第2の閾値以上となった場合に電流の供給を停止することで、このような高電圧の発生を防止することができる。   Furthermore, the determination unit applies the reverse voltage to the solar cell module when the current value measured in a state where the reverse voltage of the specified value is applied to the solar cell module is equal to or greater than the second threshold value. It is also preferable to stop the operation. If such a determination unit is provided, it is possible to prevent a failure of the solar cell module caused by applying a high voltage to the solar cell module at the time of failure inspection. That is, if a constant current larger than the short-circuit current is passed through the solar cell module, there is a risk of generating a high voltage in the opposite direction to the voltage generated during power generation in the solar cell module. The generation of such a high voltage can be prevented by stopping the supply of current when the threshold value is 2 or more.
或いは、本発明の他の側面に係る故障検知システムは、太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知システムであって、太陽電池ストリングと負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチング部と、スイッチング部により解列状態に切り替えられた太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、電圧源による逆電圧の印加時に検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、電流測定部によって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定部と、を備える。   Alternatively, the failure detection system according to another aspect of the present invention includes a plurality of solar cells connected in series that generate power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the plurality of solar cells. Failure detection for detecting a failure of a bypass diode in a solar cell system including a solar cell string including a plurality of solar cell modules connected in series and a load device connected to the solar cell string A switching unit that switches a connection between a solar cell string and a load device to a disconnected state, and a solar cell string that is switched to a disconnected state by the switching unit as a detection target string with respect to the positive electrode of the detection target string A voltage source that applies a negative specified reverse voltage with respect to the negative electrode, and Comprising a current measuring unit for measuring a current flowing from the negative electrode of the detection target string toward the positive electrode upon application, a determination unit failure of the bypass diode on the basis of the current value measured by the current measuring unit.
或いは、本発明の他の側面に係る故障検知方法は、太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、太陽電池ストリングと負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチングステップと、スイッチングステップにより解列状態に切り替えられた太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、電流測定ステップによって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、を備える。   Alternatively, the failure detection method according to another aspect of the present invention includes a plurality of solar cells connected in series that generate power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the plurality of solar cells. Failure detection for detecting a failure of a bypass diode in a solar cell system including a solar cell string including a plurality of solar cell modules connected in series and a load device connected to the solar cell string A switching step of switching a connection between a solar cell string and a load device to a disconnected state, and a solar cell string switched to a disconnected state by the switching step as a detection target string with respect to a positive electrode of the detection target string A voltage applying step for applying a negative specified reverse voltage with respect to the negative electrode, A current measurement step for measuring a current value flowing from the negative electrode to the positive electrode of the detection target string when a reverse voltage is applied in the application step, and a determination step for determining a failure of the bypass diode based on the current value measured in the current measurement step And comprising.
かかる故障検知システム、或いは故障検知方法によれば、少なくとも1つのバイパスダイオードを具備し、負荷に対して解列状態にスイッチングされた太陽電池ストリングに対して規定値の逆電圧が印加され、その時に太陽電池ストリングの負極から正極に流れる電流値が測定され、その電流値を基にバイパスダイオードの故障が検出される。すなわち、バイパスダイオードが正常であれば大きな電流が太陽電池ストリング内のバイパスダイオードの順方向に流れ、バイパスダイオードがオープンモード故障していれば太陽電池ストリング内をわずかな電流しか流れない。従って、上述した故障検知システム、或いは故障検知方法によれば、その電流値の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオードの故障の有無を高確度に判定することができる。これにより、コンデンサを利用した故障検知方法のようにI−V特性のトレースの必要が無いため、簡易な装置構成で正確にバイパスダイオードの故障を検知することができる。   According to such a failure detection system or failure detection method, a specified reverse voltage is applied to a solar cell string that includes at least one bypass diode and is switched in a disconnected state with respect to a load. A current value flowing from the negative electrode to the positive electrode of the solar cell string is measured, and a failure of the bypass diode is detected based on the current value. That is, if the bypass diode is normal, a large current flows in the forward direction of the bypass diode in the solar cell string, and if the bypass diode has an open mode failure, only a small current flows in the solar cell string. Therefore, according to the above-described failure detection system or failure detection method, the presence or absence of a failure of the bypass diode can be determined with high accuracy by detecting the difference in the current value. Accordingly, since there is no need to trace the IV characteristic unlike the failure detection method using the capacitor, it is possible to accurately detect the failure of the bypass diode with a simple device configuration.
本発明によれば、簡易な装置構成で太陽電池モジュールに内蔵されたバイパスダイオードの故障を高確度に検出することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the failure of the bypass diode built in the solar cell module with a simple apparatus structure can be detected with high accuracy.
本発明の第1実施形態に係る故障検知システムを含む太陽光発電システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the solar energy power generation system containing the failure detection system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1の太陽光発電システムに含まれる太陽電池ストリングの詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the solar cell string contained in the solar energy power generation system of FIG. 図2の太陽電池セル140の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the photovoltaic cell 140 of FIG. 図2の太陽電池ストリングの電流−電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage characteristic of the solar cell string of FIG. 図2の太陽電池ストリングの電流−電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage characteristic of the solar cell string of FIG.
以下、添付図面を参照しながら本発明による故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of a failure detection device, a failure detection system, and a failure detection method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
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図であり、図2は、図1の太陽光発電システムに含まれる太陽電池ストリングの詳細構成を示す図である。図1に示す太陽光発電システム1は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムであり、例えば屋根等の高所に設置され、200V以上の出力電圧を有する系統連系型のものとされている。太陽光発電システム1は、太陽電池アレイ100とパワーコンディショナ110とを具備している。
なお系統連系型システムに限定する必要はなく、電力系統から独立(自立)した独立型システムであっても良い。
FIG. 1 is a configuration diagram of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a solar cell string included in the solar power generation system of FIG. A solar power generation system 1 shown in FIG. 1 is a power generation system that uses solar energy to generate power. For example, the solar power generation system 1 is installed in a high place such as a roof and has a grid connection type having an output voltage of 200 V or more. Has been. The solar power generation system 1 includes a solar cell array 100 and a power conditioner 110.
Note that it is not necessary to limit to a grid-connected system, and an independent system independent (independent) from the power system may be used.
太陽電池アレイ100は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、直流出力としてパワーコンディショナ110へ供給する。図2に示すように、太陽電池アレイ100は、太陽電池モジュール120が複数直列接続されてなる太陽電池ストリング130を、少なくとも1つ備えている。ここでは、3つの太陽電池ストリング130が互いに並列接続されて太陽電池アレイ100が構成されている。これらの太陽電池ストリング130は、パワーコンディショナ110に対し、後述する故障検知システム2のスイッチ群を介して接続されている。   The solar cell array 100 converts solar energy into electric energy and supplies it to the power conditioner 110 as a DC output. As shown in FIG. 2, the solar cell array 100 includes at least one solar cell string 130 in which a plurality of solar cell modules 120 are connected in series. Here, the solar cell array 100 is configured by connecting three solar cell strings 130 to each other in parallel. These solar cell strings 130 are connected to the power conditioner 110 via a switch group of the failure detection system 2 described later.
パワーコンディショナ110は、太陽電池アレイ100から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の負荷装置に繋がる電力系統(例えば商用電力系統)へ供給する。このパワーコンディショナ110は、太陽電池アレイ100の最大出力が得られるよう太陽電池アレイ100の動作電圧を制御する動作電圧制御機能と、電力系統の異常が検知された場合に安全にシステム停止する等の系統保護機能と、を有している。なお、パワーコンディショナ110は、絶縁トランスを有するトランス絶縁型であってもよいし、トランスレス(非絶縁)型であってもよい。   The power conditioner 110 converts the direct current output supplied from the solar cell array 100 into an alternating current output, and supplies the alternating current output to an electric power system (for example, a commercial electric power system) connected to the load device at the subsequent stage. The power conditioner 110 has an operating voltage control function for controlling the operating voltage of the solar cell array 100 so that the maximum output of the solar cell array 100 can be obtained, and the system is safely stopped when an abnormality in the power system is detected. System protection function. The power conditioner 110 may be a transformer insulation type having an insulation transformer or a transformerless (non-insulation) type.
太陽電池モジュール120は、パネル状に構成されており、図2に示すように、互いに直列接続された複数(ここでは、6つ)の太陽電池セル140を備えている。また、太陽電池モジュール120は、複数の直列接続された太陽電池セル140に並列に接続されたバイパスダイオード150を含んでいる。すなわち、バイパスダイオード150のアノード端子が太陽電池モジュール120の負極側に接続され、バイパスダイオードのカソード端子が太陽電池モジュールの正極側に接続されている。なお、太陽電池モジュール120は、複数の太陽電池セル140とそれらに並列接続されたバイパスダイオード150からなる太陽電池クラスタを複数有していてもよい。   The solar cell module 120 is configured in a panel shape, and includes a plurality (six in this case) of solar cells 140 connected in series with each other as shown in FIG. Moreover, the solar cell module 120 includes a bypass diode 150 connected in parallel to the plurality of solar cells 140 connected in series. That is, the anode terminal of the bypass diode 150 is connected to the negative electrode side of the solar cell module 120, and the cathode terminal of the bypass diode is connected to the positive electrode side of the solar cell module. Note that the solar cell module 120 may include a plurality of solar cell clusters including a plurality of solar cells 140 and bypass diodes 150 connected in parallel to them.
複数の太陽電池セル140は、太陽光を利用して発電を行うものであり、マトリクス状に並置された状態でアルミフレームに固定されていると共に、その受光面側が強化ガラスで覆われている。太陽電池セル140としては、例えば0.5Vの出力電圧の結晶系太陽電池セルが用いられている。   The plurality of solar cells 140 generate power using sunlight, and are fixed to the aluminum frame in a state of being arranged in a matrix, and the light receiving surface side is covered with tempered glass. As the solar cell 140, for example, a crystalline solar cell having an output voltage of 0.5V is used.
バイパスダイオード150は、複数の太陽電池セル140に並列接続されている。バイパスダイオード150としては、順方向電圧を小さくし且つ逆回復時間を短縮化するために、例えばショットキーバリアダイオードが用いられている。このバイパスダイオード150は、太陽電池モジュール120に逆電圧が印加されたときに電流が流れるよう設けられており、その順方向が太陽電池モジュール120内における太陽電池セル140の等価寄生ダイオードの順方向に対し逆方向とされている。具体的には、バイパスダイオード150のカソード側は、太陽電池モジュール120を直列接続する電路上において、太陽電池モジュール120の正極側に接続されている。また、バイパスダイオード150のアノード側は、電路上において太陽電池モジュール120の負極側に接続されている。   The bypass diode 150 is connected to the plurality of solar cells 140 in parallel. As the bypass diode 150, for example, a Schottky barrier diode is used in order to reduce the forward voltage and shorten the reverse recovery time. The bypass diode 150 is provided such that a current flows when a reverse voltage is applied to the solar cell module 120, and its forward direction is the forward direction of the equivalent parasitic diode of the solar cell 140 in the solar cell module 120. On the other hand, it is the opposite direction. Specifically, the cathode side of the bypass diode 150 is connected to the positive electrode side of the solar cell module 120 on the electric circuit connecting the solar cell modules 120 in series. The anode side of the bypass diode 150 is connected to the negative electrode side of the solar cell module 120 on the electric circuit.
図3には、太陽電池セル140の等価回路図を示している。同図に示すように、太陽電池セル140は、電流源141と、寄生ダイオード142と、シャント抵抗143との並列回路と等価と考えることができる。すなわち、太陽電池セル140は、日射強度に応じた電流をセル140の内部で負極から正極に向けて生成する電流源141と、セル140の内部の正極から負極に向けた方向を順方向とする寄生ダイオード142と、数百〜1kΩ(理想的には無限大Ω)の抵抗値を有するシャント抵抗143を含むものと等価である。この寄生ダイオード142の存在により、太陽電池セル140には、日射状態にかかわらず逆方向電流が生じている。また、太陽電池セル140に電流源141の生成する電流以上の電流を負極から正極に向けて生じさせた場合には、その電流は、シャント抵抗143を流れるか、寄生ダイオード142を降伏させて流れるかのいずれかとなる。   FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the solar battery cell 140. As shown in the figure, the solar cell 140 can be considered equivalent to a parallel circuit of a current source 141, a parasitic diode 142, and a shunt resistor 143. That is, the solar cell 140 has a current source 141 that generates a current corresponding to the solar radiation intensity from the negative electrode to the positive electrode inside the cell 140, and a direction from the positive electrode to the negative electrode inside the cell 140 as a forward direction. This is equivalent to a parasitic diode 142 and a shunt resistor 143 having a resistance value of several hundred to 1 kΩ (ideally infinite Ω). Due to the presence of the parasitic diode 142, a reverse current is generated in the solar cell 140 regardless of the solar radiation state. Further, when a current equal to or greater than the current generated by the current source 141 is generated in the solar cell 140 from the negative electrode to the positive electrode, the current flows through the shunt resistor 143 or the parasitic diode 142 breakdown. Either.
図1に戻って、太陽光発電システム1に含まれる故障検知システム2の構成を説明する。故障検知システム2は、パワーコンディショナ110等の負荷装置に対して解列状態に切り替えた太陽電池ストリング130を対象にして、太陽電池ストリング130に内蔵されたバイパスダイオード150の故障を検知するための装置群である。詳細には、故障検知システム2は、スイッチ群(スイッチング部)3,4、及び故障検知装置5によって構成されている。   Returning to FIG. 1, the configuration of the failure detection system 2 included in the solar power generation system 1 will be described. The failure detection system 2 is for detecting a failure of the bypass diode 150 incorporated in the solar cell string 130 for the solar cell string 130 that is switched to a disconnected state with respect to a load device such as the power conditioner 110. It is a device group. Specifically, the failure detection system 2 includes switch groups (switching units) 3 and 4 and a failure detection device 5.
スイッチ群3は、3つの太陽電池ストリング130とパワーコンディショナ110との接続をバイパスダイオード検査時に解列状態に切り替えるために設けられ、太陽電池ストリング130の数に対応した6つのスイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bによって構成されている。スイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bは、太陽電池ストリング130とパワーコンディショナ110との電気的接続を制御する開閉器である。スイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bとしては、電流を遮断するものであれば如何なる構成のものも用いることができ、例えば、FET(Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated GateBipolar Transistor)等の半導体スイッチ、機械式リレー等の電磁開閉器を用いることができる。このスイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bは、通常時(発電時)には閉状態とされ、太陽電池ストリング130及びパワーコンディショナ110を互いに接続させる一方、バイパスダイオード検査時には開状態とされ、これらを互いに解列状態にさせる。   The switch group 3 is provided to switch the connection between the three solar cell strings 130 and the power conditioner 110 to the disconnected state when the bypass diode is inspected, and has six switching elements 31A and 31B corresponding to the number of the solar cell strings 130. , 32A, 32B, 33A, 33B. The switching elements 31 </ b> A, 31 </ b> B, 32 </ b> A, 32 </ b> B, 33 </ b> A, 33 </ b> B are switches that control the electrical connection between the solar cell string 130 and the power conditioner 110. As the switching elements 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, and 33B, any configuration can be used as long as it cuts off the current. An electromagnetic switch such as a semiconductor switch or a mechanical relay can be used. The switching elements 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, and 33B are closed during normal operation (during power generation), and connect the solar cell string 130 and the power conditioner 110 to each other, while being open during bypass diode inspection. And let them be disconnected from each other.
具体的には、スイッチング素子31A,32A,33Aは、それぞれの太陽電池ストリング130の正極とパワーコンディショナ110の一方の入力端子との間をつなぐ電路上に設けられ、スイッチング素子31B,32B,33Bは、それぞれの太陽電池ストリング130の負極とパワーコンディショナ110の他方の入力端子との間をつなぐ電路上に設けられる。なお、スイッチ群3は、太陽電池ストリング130の正極及び負極につながる両方の電路上に設けられているが、いずれかの電路上のみに設けられてもよい。例えば、スイッチ群3は、スイッチング素子31A,32A,33Aのみから構成されていてもよい。このような構成でも、バイパスダイオード検査時に太陽電池ストリング130及びパワーコンディショナ110を互いに解列状態とすることができる。   Specifically, the switching elements 31A, 32A, and 33A are provided on an electric circuit that connects between the positive electrode of each solar cell string 130 and one input terminal of the power conditioner 110, and the switching elements 31B, 32B, and 33B. Is provided on an electric circuit that connects between the negative electrode of each solar cell string 130 and the other input terminal of the power conditioner 110. In addition, although the switch group 3 is provided on both electric circuits connected to the positive electrode and the negative electrode of the solar cell string 130, it may be provided only on one of the electric circuits. For example, the switch group 3 may be composed of only the switching elements 31A, 32A, and 33A. Even in such a configuration, the solar cell string 130 and the power conditioner 110 can be disconnected from each other during the bypass diode inspection.
また、スイッチ群4は、3つの太陽電池ストリング130と故障検知装置5との間をバイパスダイオード検査時に電気的に接続するために設けられ、太陽電池ストリング130の数に対応した6つのスイッチング素子41A,41B,42A,42B,43A,43Bによって構成されている。スイッチング素子41A,41B,42A,42B,43A,43Bは、太陽電池ストリング130と故障検知装置5との電気的接続を制御する開閉器であり、スイッチ群3と同様な半導体スイッチや電磁開閉器等を採用できる。このスイッチング素子41A,41B,42A,42B,43A,43Bは、通常時(発電時)には開状態とされ、及び故障検知装置5を太陽電池ストリング130から電気的に切断させる一方、バイパスダイオード検査時には閉状態とされ、これらを互いに接続状態にさせる。   The switch group 4 is provided to electrically connect the three solar cell strings 130 and the failure detection device 5 during the bypass diode inspection, and includes six switching elements 41A corresponding to the number of the solar cell strings 130. , 41B, 42A, 42B, 43A, 43B. The switching elements 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, and 43B are switches that control the electrical connection between the solar cell string 130 and the failure detection device 5, and are the same semiconductor switches and electromagnetic switches as the switch group 3. Can be adopted. The switching elements 41A, 41B, 42A, 42B, 43A, and 43B are normally opened (during power generation), and the failure detection device 5 is electrically disconnected from the solar cell string 130 while bypass diode inspection is performed. Sometimes they are closed and they are connected to each other.
具体的には、スイッチング素子41A,42A,43Aは、それぞれの太陽電池ストリング130の正極と故障検知装置5の一方の接続端子との間をつなぐ電路上に設けられ、スイッチング素子41B,42B,43Bは、それぞれの太陽電池ストリング130の負極と故障検知装置5の他方の接続端子との間をつなぐ電路上に設けられる。なお、スイッチ群4は、太陽電池ストリング130の正極及び負極につながる両方の電路上に設けられているが、いずれかの電路上のみに設けられてもよい。例えば、スイッチ群4は、スイッチング素子41A,42A,43Aのみから構成されていてもよい。このような構成でも、通常時に太陽電池ストリング130及び故障検知装置5を互いに切断状態とすることができる。   Specifically, the switching elements 41A, 42A, 43A are provided on an electric circuit that connects between the positive electrode of each solar cell string 130 and one connection terminal of the failure detection device 5, and the switching elements 41B, 42B, 43B. Are provided on the electric circuit connecting between the negative electrode of each solar cell string 130 and the other connection terminal of the failure detection device 5. In addition, although the switch group 4 is provided on both the electric circuits connected to the positive electrode and the negative electrode of the solar cell string 130, it may be provided only on one of the electric circuits. For example, the switch group 4 may be configured only from the switching elements 41A, 42A, and 43A. Even with such a configuration, the solar cell string 130 and the failure detection device 5 can be disconnected from each other at normal times.
なお、太陽電池ストリング130とパワーコンディショナ110の間には、太陽電池ストリング130に逆電流が流れることを防止する逆流防止ダイオード(不図示)が、太陽電池ストリング130の正極側または負極側(或いは両方極)の電路上に直列に接続される。この逆流防止ダイオードは、故障検知装置5による測定対象となる電路内に位置する構成としても良いし、測定対象の電路外に位置する構成としても良い。すなわち、スイッチ群3の位置や故障検知装置5との接続点61〜66の位置にかかわらず、太陽電池ストリングの正極(または負極)とパワーコンディショナ110とを結ぶ電路上のいずれに位置しても良い(ただし、他の太陽電池ストリング130との並列接続点より太陽電池ストリング130側に位置する必要がある)。   A backflow prevention diode (not shown) that prevents a reverse current from flowing through the solar cell string 130 is provided between the solar cell string 130 and the power conditioner 110. (Both poles) are connected in series on the electric circuit. The backflow prevention diode may be configured to be located in the electric circuit to be measured by the failure detection device 5 or may be configured to be located outside the electric circuit to be measured. That is, regardless of the position of the switch group 3 or the position of the connection points 61 to 66 with the failure detection device 5, it is located anywhere on the electric circuit connecting the positive electrode (or negative electrode) of the solar cell string and the power conditioner 110. (However, it is necessary to be located closer to the solar cell string 130 than the parallel connection point with the other solar cell strings 130).
故障検知装置5は、電圧源回路51、電流測定部52、及び制御/判定部53によって構成されている。電圧源回路51は、規定値の定電圧を生成する回路である。ここで、電圧源回路51の生成する電圧の規定値は、制御/判定部53による制御によって調整可能にされている。   The failure detection device 5 includes a voltage source circuit 51, a current measurement unit 52, and a control / determination unit 53. The voltage source circuit 51 is a circuit that generates a constant voltage having a specified value. Here, the specified value of the voltage generated by the voltage source circuit 51 can be adjusted by control by the control / determination unit 53.
電流測定部52は、太陽電池ストリング130の負極から正極に向けて流れる電流値を測定するための回路部である。ここで、電流測定部52による電流値の測定タイミングは、制御/判定部53によって制御可能にされており、電流測定部52によって測定された電流値を示す信号は、制御/判定部53によって取得可能にされている。   The current measuring unit 52 is a circuit unit for measuring a current value flowing from the negative electrode of the solar cell string 130 toward the positive electrode. Here, the measurement timing of the current value by the current measurement unit 52 can be controlled by the control / determination unit 53, and a signal indicating the current value measured by the current measurement unit 52 is acquired by the control / determination unit 53. Has been made possible.
上記の電圧源回路51及び電流測定部52は、スイッチング素子41A,42A,43A及びスイッチング素子41B,42B,43Bを経由して、3つの太陽電池ストリング130の正極及び負極に直列に接続可能に構成されている。このような構成により、電圧源回路51により、3つの太陽電池ストリング130のいずれかに対して、正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧が印加可能にされ、電流測定部52により、逆電圧が印加された際の3つの太陽電池ストリング130のいずれかにおける電流値が測定可能にされる。   The voltage source circuit 51 and the current measurement unit 52 are configured to be connected in series to the positive and negative electrodes of the three solar cell strings 130 via the switching elements 41A, 42A, 43A and the switching elements 41B, 42B, 43B. Has been. With such a configuration, the voltage source circuit 51 can apply a reverse voltage having a negative specified value with respect to the positive electrode with respect to the positive electrode to any one of the three solar cell strings 130, and the current measuring unit By 52, the current value in any one of the three solar cell strings 130 when the reverse voltage is applied can be measured.
制御/判定部53は、バイパスダイオードの故障検査時において、スイッチ群3,4の開閉状態を切り替えるように制御し、電流測定部52によって測定される電流値を取得する。そして、制御/判定部53は、取得した電流値に基づいていずれかの太陽電池ストリング130に内蔵されるバイパスダイオード150の故障を検知して検知結果を出力する。このような制御/判定部53は、アナログ回路、デジタル回路等の回路部によって構成されてもよいし、マイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成されてもよい。   The control / determination unit 53 performs control so that the open / close state of the switch groups 3 and 4 is switched during a failure inspection of the bypass diode, and acquires a current value measured by the current measurement unit 52. Then, the control / determination unit 53 detects a failure of the bypass diode 150 built in any one of the solar cell strings 130 based on the acquired current value, and outputs a detection result. Such a control / determination unit 53 may be configured by a circuit unit such as an analog circuit or a digital circuit, or may be configured by an information processing apparatus such as a microcomputer.
ここで、制御/判定部53の機能の詳細を述べる前に、太陽電池ストリング130の正常時及びバイパスダイオード故障時の電流−電圧特性(以下、「I−V特性」という。)について説明する。   Here, before describing the details of the function of the control / determination unit 53, current-voltage characteristics (hereinafter referred to as "IV characteristics") when the solar cell string 130 is normal and when the bypass diode is faulty will be described.
図4(a)は、太陽電池ストリング130の夜間(低日射強度時の)のI−V特性を示すグラフであり、図4(b)は、図4(a)のI−V特性の一部を詳細に示すグラフである。同図中において、L1が正常時の太陽電池ストリング130のI−V特性、L2がバイパスダイオード故障時の太陽電池ストリング130のI−V特性を示している。なお、これらの特性においては、太陽電池ストリング130の正極の電位が負極の電位よりも高い場合が正電圧(V>0)を示し、太陽電池ストリング130の内部において負極から正極に向かう電流を正電流(I>0)で示している。太陽電池ストリング130には複数のバイパスダイオード150が内部の負極から正極に向かう方向を順方向にして含まれているので、正常時の夜間に逆電圧(V<0)を発生させた場合は、太陽電池セル140のシャント抵抗143(図3)にはほとんど電流が流れず、その電流のほとんどがバイパスダイオード150を順方向に流れる。その結果、太陽電池ストリング130内の負極から正極に流れる電流Iが急激(非線形に)に増加する。   FIG. 4A is a graph showing the IV characteristic of the solar cell string 130 at night (at low solar radiation intensity), and FIG. 4B is one of the IV characteristics of FIG. 4A. It is a graph which shows a part in detail. In the figure, L1 indicates the IV characteristic of the solar cell string 130 when it is normal, and L2 indicates the IV characteristic of the solar cell string 130 when the bypass diode fails. In these characteristics, when the potential of the positive electrode of the solar cell string 130 is higher than the potential of the negative electrode, a positive voltage (V> 0) is indicated, and the current from the negative electrode to the positive electrode is positive in the solar cell string 130. Current (I> 0) is shown. Since the solar cell string 130 includes a plurality of bypass diodes 150 with the direction from the negative electrode to the positive electrode in the forward direction, when a reverse voltage (V <0) is generated at normal time, Almost no current flows through the shunt resistor 143 (FIG. 3) of the solar battery cell 140, and most of the current flows through the bypass diode 150 in the forward direction. As a result, the current I flowing from the negative electrode to the positive electrode in the solar cell string 130 increases rapidly (non-linearly).
一方、太陽電池ストリング130に含まれるいずれかのバイパスダイオード150にオープンモード故障(通電しない状態で故障)が発生した場合であって、夜間に逆電圧(V<0)を発生させた場合は、故障したバイパスダイオード150にはほとんど電流が流れず、そのバイパスダイオード150に並列接続された太陽電池セル140のシャント抵抗143に電流が流れ込むため、太陽電池ストリング130内の電流Iは電圧Vの大きさが増加するにしたがってほぼ線形に増加する。ここで、シャント抵抗143は正常時のバイパスダイオード150に比較して高抵抗であるため、特性L1に比較して電流値の増加率は極めて小さい。また、太陽電池ストリング130では、その両端を短絡した場合(V=0)でも、日射状態に応じて変化する短絡電流ISCが発生する。 On the other hand, when an open mode failure (failure in a state of not energizing) occurs in any of the bypass diodes 150 included in the solar cell string 130 and a reverse voltage (V <0) is generated at night, Since almost no current flows through the failed bypass diode 150 and current flows into the shunt resistor 143 of the solar cell 140 connected in parallel to the bypass diode 150, the current I in the solar cell string 130 is the magnitude of the voltage V. Increases almost linearly as the value increases. Here, since the shunt resistor 143 has a higher resistance than that of the normal bypass diode 150, the rate of increase of the current value is extremely small compared to the characteristic L1. Further, in the solar cell string 130, when short-circuited at both ends even (V = 0), the short-circuit current I SC which changes according to the solar radiation condition occurs.
上述した太陽電池ストリングのI−V特性を利用して、制御/判定部53は、太陽電池ストリング130に含まれるバイパスダイオード150の故障を判定する。具体的には、制御/判定部53は、スイッチ群3を制御して、いずれか1つの検査対象の太陽電池ストリング130(以下、検知対象ストリングとも言う。)とパワーコンディショナ110との間を解列状態に設定すると同時に、スイッチ群4を制御して、検知対象ストリング130と故障検知装置5の電圧源回路51及び電流測定部52とを接続する。例えば、制御/判定部53は、スイッチング素子31A,31Bのペア、スイッチング素子32A,32Bのペア、或いはスイッチング素子33A,33Bのペアのいずれかのペアを開状態に制御するとともに、それに対応して、スイッチング素子41A,41Bのペア、スイッチング素子42A,42Bのペア、或いはスイッチング素子43A,43Bのペアのいずれかのペアを閉状態に制御する。   The control / determination unit 53 determines a failure of the bypass diode 150 included in the solar cell string 130 using the IV characteristics of the solar cell string described above. Specifically, the control / determination unit 53 controls the switch group 3 so that the gap between any one of the solar cell strings 130 to be inspected (hereinafter also referred to as detection target strings) and the power conditioner 110. At the same time as setting the disconnected state, the switch group 4 is controlled to connect the detection target string 130 to the voltage source circuit 51 and the current measurement unit 52 of the failure detection device 5. For example, the control / determination unit 53 controls the pair of switching elements 31A and 31B, the pair of switching elements 32A and 32B, or the pair of switching elements 33A and 33B to be in an open state, and correspondingly The pair of switching elements 41A and 41B, the pair of switching elements 42A and 42B, or the pair of switching elements 43A and 43B is controlled to be closed.
この状態で、制御/判定部53は、電圧源回路51を制御して、負極を基準にした負の規定値Vの逆電圧を、検知対象ストリング130の正極に対して印加させる。この規定値Vは、検知対象ストリング130に含まれるバイパスダイオード150の合計の順電圧VFよりも著しく大きくないような値で、図4に示す特性L1,L2を判別できるような適切な値が予め設定される。さらに、制御/判定部53は、電流測定部52によって測定された検知対象ストリング130の電流値が規定の閾値ITH0よりも小さいか否かを判定し、電流値が閾値ITH0よりも小さい場合に検知対象ストリング130に含まれるいずれかのバイパスダイオード150の故障を検知する。このような制御/判定部53の機能により、検知対象ストリング130のI−V特性が図4に示す特性L1,L2のいずれの特性にあるかを判別することができ、I−V特性が特性L2であると判別された場合にバイパスダイオード150の故障を検知することができる。すなわち、電流測定部52によって測定される電流値は、特性L1,L2上における電圧V=−Vに対する電流Iの大きさに相当しているので、電流値と閾値ITH0とを比較することで検知対象ストリング130のI−V特性が特性L1,L2のいずれの状態にあるかが判別可能とされる。 In this state, the control / determination unit 53 controls the voltage source circuit 51 to apply the reverse voltage of the negative specified value V 1 with respect to the negative electrode to the positive electrode of the detection target string 130. The specified value V 1 is a value that is not significantly larger than the total forward voltage VF of the bypass diode 150 included in the detection target string 130, and is an appropriate value that can distinguish the characteristics L 1 and L 2 shown in FIG. It is set in advance. Further, the control / determination unit 53 determines whether or not the current value of the detection target string 130 measured by the current measurement unit 52 is smaller than a predetermined threshold value I TH0, and when the current value is smaller than the threshold value I TH0. The failure of any bypass diode 150 included in the detection target string 130 is detected. With such a function of the control / determination unit 53, it is possible to determine which of the characteristics L1 and L2 shown in FIG. 4 the IV characteristic of the detection target string 130 is, and the IV characteristic is the characteristic. A failure of the bypass diode 150 can be detected when it is determined as L2. That is, since the current value measured by the current measuring unit 52 corresponds to the magnitude of the current I with respect to the voltage V = −V 1 on the characteristics L1 and L2, the current value and the threshold value I TH0 are compared. Thus, it is possible to determine whether the IV characteristic of the detection target string 130 is in the characteristic L1 or L2.
また、制御/判定部53は、検知対象ストリング130に規定値Vの逆電圧を印加させた際に電流測定部52によって測定された当該検知対象ストリング130の電流値が、予め規定された閾値ITH1(>閾値ITH0)以上となった場合に、電圧源回路51による検知対象ストリング130に対する逆電圧の印加を停止させるように制御する。この際、制御/判定部53は、バイパスダイオードの故障検査のためにスイッチ群3,4の開閉状態を切り替えたタイミングで、当該検知対象ストリング130の電流値のモニタリングを開始し、そのモニタリング結果に応じて検知対象ストリング130に対する逆電圧の印加を停止するか否かを継続して判定する。 The threshold value control / determination section 53, the current value of the detection target string 130 measured by the current measurement unit 52 when obtained by applying a reverse voltage of defined value V 1 to the detection target string 130, which is defined in advance When it becomes equal to or higher than I TH1 (> threshold I TH0 ), control is performed so that the application of the reverse voltage to the detection target string 130 by the voltage source circuit 51 is stopped. At this time, the control / determination unit 53 starts monitoring the current value of the detection target string 130 at the timing when the open / close state of the switch groups 3 and 4 is switched in order to check the failure of the bypass diode. Accordingly, it is continuously determined whether or not to stop applying the reverse voltage to the detection target string 130.
次に、上述した太陽光発電システム1を対象にしたバイパスダイオード150の故障検査の手順を説明するとともに、本実施形態に係る故障検知方法について詳述する。   Next, the failure inspection procedure for the bypass diode 150 targeting the above-described photovoltaic power generation system 1 will be described, and the failure detection method according to the present embodiment will be described in detail.
まず、故障検知装置5の制御/判定部53により、内蔵する計時機能を利用して所定時刻が到来したか否かが判定されて、所定時刻の到来が検知されたタイミングでバイパスダイオードの故障検査処理が開始される。例えば、夜間の時刻の到来が検知されたタイミングでは太陽電池ストリング130の短絡電流値ISCが極めて小さくI−V特性が安定しているので、このタイミングで故障検査処理が開始されることによりバイパスダイオードの故障の誤検知が防止される。 First, the control / determination unit 53 of the failure detection device 5 determines whether or not a predetermined time has arrived by using a built-in timing function, and checks for a failure of the bypass diode at the timing when the arrival of the predetermined time is detected. Processing begins. For example, since the very small the I-V characteristic short-circuit current value I SC of the solar cell string 130 at the timing of arrival of night time is detected is stable, bypassed by the fault test process is started at this timing False detection of a diode failure is prevented.
次に、制御/判定部53によりスイッチ群3,4が制御されて、いずれか1つの検知対象ストリング130とパワーコンディショナ110との間が解列状態に設定されると同時に、検知対象ストリング130と故障検知装置5とが接続される(第1のスイッチングステップ)。ここで、解列状態に設定される際には、検知対象ストリング130の両極が切断されてもよいし、検知対象ストリング130の方極側のみが切断されてもよい。   Next, the switch groups 3 and 4 are controlled by the control / determination unit 53 to set the disconnection state between any one of the detection target strings 130 and the power conditioner 110, and at the same time, the detection target string 130. Are connected to the failure detection device 5 (first switching step). Here, when set to the disconnected state, both poles of the detection target string 130 may be cut, or only the direction pole side of the detection target string 130 may be cut.
その後、故障検知装置5の電圧源回路51から検知対象ストリング130に対して、負極と正極間に規定値Vの逆電圧が印加される(電圧印加ステップ)。このタイミングで、電流測定部52により、検知対象ストリング130の負極から正極に向けて流れる電流値が測定され、その測定値が制御/判定部53に渡される(電流測定ステップ)。これに対して、制御/判定部53により、電流値が規定の閾値ITH0よりも小さいか否かが判定され、その判定結果を基に検知対象ストリング130に含まれるいずれかのバイパスダイオード150の故障が検知される(判定ステップ)。そして、制御/判定部53により、検知結果がディスプレイやLED等の出力装置に出力される(出力ステップ)。最後に、バイパスダイオードの故障が検知されなかった場合(バイパスダイオードが正常と判定された場合)には、制御/判定部53によりスイッチ群3,4が制御されて、検知対象ストリング130と故障検知装置5との間の接続が解除されると同時に、検知対象ストリング130とパワーコンディショナ110との間が接続状態に設定される(第2のスイッチングステップ)。 Thereafter, the detection target string 130 from the voltage source circuit 51 of the failure detection device 5, a reverse voltage of defined value V 1 is applied between the negative electrode and the positive electrode (voltage application step). At this timing, the current measurement unit 52 measures the current value flowing from the negative electrode of the detection target string 130 toward the positive electrode, and passes the measurement value to the control / determination unit 53 (current measurement step). On the other hand, the control / determination unit 53 determines whether or not the current value is smaller than a predetermined threshold value I TH0, and based on the determination result, any of the bypass diodes 150 included in the detection target string 130 is determined. A failure is detected (judgment step). Then, the control / determination unit 53 outputs the detection result to an output device such as a display or an LED (output step). Finally, when a failure of the bypass diode is not detected (when the bypass diode is determined to be normal), the control / determination unit 53 controls the switch groups 3 and 4 to detect the detection target string 130 and the failure detection. At the same time as the connection with the device 5 is released, the connection between the detection target string 130 and the power conditioner 110 is set to the connected state (second switching step).
以上説明した故障検知システム2及びそれを利用したバイパスダイオードの故障検知方法によれば、負荷装置に対して解列状態にある太陽電池ストリング130に対して、規定値Vの逆電圧が印加され、その時に太陽電池ストリング130の負極から正極に流れる電流値が測定され、その電流値を基にバイパスダイオード150の故障が検出される。すなわち、バイパスダイオード150が正常であれば、バイパスダイオードのIV特性に従い、太陽電池ストリング130内のバイパスダイオード150に順方向電流が流れる。一方、バイパスダイオード150がオープンモード故障していれば、太陽電池ストリング130内のシャント抵抗だけが電流を通過させる。後者の電流値は前者に比較して著しく小さい値である。従って、上述した故障検知システム2を利用した故障検知方法によれば、その電流値の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオード150の故障の有無を高確度に判定することができる。これにより、コンデンサを使用した故障検知方法のようにI−V特性のトレースの必要が無いため、簡易な装置構成で正確にバイパスダイオード150の故障を検知することができる。 According to the failure detection system 2 and the bypass diode failure detection method using the failure detection system 2 described above, the reverse voltage of the specified value V 1 is applied to the solar cell string 130 in the disconnected state with respect to the load device. At that time, the current value flowing from the negative electrode to the positive electrode of the solar cell string 130 is measured, and a failure of the bypass diode 150 is detected based on the current value. That is, if bypass diode 150 is normal, a forward current flows through bypass diode 150 in solar cell string 130 according to the IV characteristics of the bypass diode. On the other hand, if the bypass diode 150 fails in the open mode, only the shunt resistor in the solar cell string 130 allows current to pass. The latter current value is significantly smaller than the former. Therefore, according to the failure detection method using the failure detection system 2 described above, the presence or absence of a failure of the bypass diode 150 can be determined with high accuracy by detecting the difference in the magnitude of the current value. Thus, since there is no need to trace the IV characteristic unlike the failure detection method using a capacitor, the failure of the bypass diode 150 can be accurately detected with a simple device configuration.
上述した故障検知システム2においては、太陽電池ストリング130に関して測定された電流値が閾値ITH0よりも小さい場合にバイパスダイオードの故障が検知されるので、簡易な処理や回路構成でバイパスダイオード150の故障を検知することができる。 In the failure detection system 2 described above, a failure of the bypass diode 150 is detected when the current value measured with respect to the solar cell string 130 is smaller than the threshold value ITH0. Can be detected.
また、太陽電池ストリング130に関して測定された電流値が閾値ITH1以上となった場合に太陽電池ストリング130への逆電圧の印加が停止されるので、故障検査時に太陽電池ストリング130に過電流を流すことによる太陽電池ストリング130の故障を防止することができる。すなわち、バイパスダイオードが正常な太陽電池ストリング130に逆電圧を印加することで、短絡電流よりも大きな過電流を発生させる恐れがあるが、太陽電池ストリング130の電流値が大きくなりすぎた場合に逆電圧の印加を停止することで、このような過電流の発生を防止することができる。 Further, when the current value measured with respect to the solar cell string 130 becomes equal to or greater than the threshold value ITH1 , the application of the reverse voltage to the solar cell string 130 is stopped, so that an overcurrent is passed through the solar cell string 130 at the time of failure inspection. The failure of the solar cell string 130 due to this can be prevented. That is, when the bypass diode applies a reverse voltage to the normal solar cell string 130, an overcurrent larger than the short-circuit current may be generated. However, if the current value of the solar cell string 130 becomes too large, the reverse current is reversed. By stopping the application of voltage, the occurrence of such overcurrent can be prevented.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、制御/判定部53は、検知対象ストリング130に対して2種類以上の規定値の電圧を印加し、それぞれの規定値に対して電流測定部52によって測定される電流値を基に、検知対象ストリング130のI−V特性が線形であるか否かを判定することによって、バイパスダイオードの故障を検知してもよい。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the control / determination unit 53 applies two or more kinds of specified value voltages to the detection target string 130, and detects based on the current value measured by the current measuring unit 52 for each specified value. A failure of the bypass diode may be detected by determining whether the IV characteristic of the target string 130 is linear.
詳細には、図5に示すような検知対象ストリング130のI−V特性L1,L2を判別するために、制御/判定部53は、検知対象ストリング130の正極に負極を基準にした正の規定値Vの電圧を供給した際に測定される電流値−I2を取得するとともに、検知対象ストリング130に負の規定値Vの逆電圧を印加した際に測定される電流値I1を取得する。また、制御/判定部53は、印加する電圧が0の場合の検知対象ストリング130に生じる電流(短絡電流)ISC(>0)も取得する。そして、制御/判定部53は、取得した電位差I2、I1、ISCを参照して、I2+ISCの値に比較してI1−ISCの値が規定値以上大きければバイパスダイオードは正常と判定する。一方、制御/判定部53は、I2+ISCの値とI1−ISCの値との差分の絶対値が規定値未満であれば検知対象ストリング130のI−V特性が線形であるとして、バイパスダイオードは異常と判定する。 Specifically, in order to determine the IV characteristics L1 and L2 of the detection target string 130 as illustrated in FIG. 5, the control / determination unit 53 sets a positive prescription based on the negative electrode to the positive electrode of the detection target string 130. obtains the current value -I2 measured voltage value V 2 when supplied, to obtain a current value I1 measured at the time of applying a reverse voltage of negative prescribed value V 2 to the detection target string 130 . The control / determination unit 53 also acquires a current (short-circuit current) I SC (> 0) generated in the detection target string 130 when the applied voltage is 0. Then, the control / judging unit 53 refers to the acquired potential difference I2, I1, I SC, I2 + compared to the value of I SC I1-I SC value is the specified value or higher is greater if the bypass diode are determined to be normal . On the other hand, the control / judging unit 53, as I2 + I SC value and the absolute value of the I-V characteristic of the detection target string 130 is less than the specified value of the difference between the value of I1-I SC is linear, bypass diode Is determined to be abnormal.
ただしこの様に、逆方向電流を発生させる測定が含まれる場合は、検知対象ストリング130から逆流防止ダイオードを除外して、検出することが必要である。   However, when the measurement that generates the reverse current is included in this manner, it is necessary to exclude the backflow prevention diode from the detection target string 130 and detect it.
上記の様に3つの電圧に対応する電流を測定して、線形性を判定することにより、バイパスダイオードの故障を検知することとしても良い。   As described above, a failure of the bypass diode may be detected by measuring currents corresponding to the three voltages and determining linearity.
また、制御/判定部53は、バイパスダイオードの故障検査処理の開始タイミングを決定する際に、実際に検知対象ストリング130が発電中であるか否かを判定してもよい。すなわち、制御/判定部53は、第1のスイッチングステップの直後に、電流測定部52によって測定された短絡電流値ISCを取得し、その短絡電流値ISCと規定値とを比較することによって検知対象ストリングが発電中であるか否かを判定し、発電中でない場合にバイパスダイオードの故障検査処理を開始する。例えば、制御/判定部53は、測定された短絡電流値ISCが規定値より小さい場合に検知対象ストリング130が発電中でないと判定する。また、制御/判定部53は、測定された短絡電流値ISCの規定値に対する比率を基に検知対象ストリング130が発電中であるか否かを判定してもよい。 The control / determination unit 53 may determine whether or not the detection target string 130 is actually generating power when determining the start timing of the failure inspection process for the bypass diode. That is, the control / determination unit 53 acquires the short-circuit current value I SC measured by the current measurement unit 52 immediately after the first switching step, and compares the short-circuit current value I SC with the specified value. It is determined whether or not the detection target string is generating power. If the detection target string is not generating power, a failure inspection process for the bypass diode is started. For example, the control / determination unit 53 determines that the detection target string 130 is not generating power when the measured short-circuit current value ISC is smaller than a specified value. Further, the control / determination unit 53 may determine whether or not the detection target string 130 is generating power based on the ratio of the measured short-circuit current value ISC to the specified value.
さらに別の実施形態として、図1における故障検知装置5のみを独立した可搬型装置として用意し、太陽電池ストリング、太陽電池モジュールまたは太陽電池クラスタに接続して検出する構成としても良い。   Furthermore, as another embodiment, only the failure detection device 5 in FIG. 1 may be prepared as an independent portable device and connected to a solar cell string, a solar cell module, or a solar cell cluster for detection.
上記実施形態では、夜間に検出を行う方法について説明したが、電流検出閾値を太陽電池の短絡電流よりも大きな値とすることにより、印加電圧は夜間に検出を行う場合と同様の値を使用しつつ、昼間に検出を行うこともできる。   In the above embodiment, the method of performing detection at night has been described. However, by setting the current detection threshold value to a value larger than the short-circuit current of the solar cell, the applied voltage uses the same value as in the case of performing detection at night. However, it can also be detected in the daytime.
1…太陽光発電システム(太陽電池システム)、2…故障検知システム、3…スイッチ群(スイッチング部)、5…故障検知装置、51…電圧源回路、52…電流測定部、53…制御/判定部、61〜66…接続点、100…太陽電池アレイ、110…パワーコンディショナ(負荷装置)、120…太陽電池モジュール、140…太陽電池セル、150…バイパスダイオード。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar power generation system (solar cell system), 2 ... Failure detection system, 3 ... Switch group (switching part), 5 ... Failure detection apparatus, 51 ... Voltage source circuit, 52 ... Current measurement part, 53 ... Control / determination Part, 61-66 ... connection point, 100 ... solar cell array, 110 ... power conditioner (load device), 120 ... solar cell module, 140 ... solar cell, 150 ... bypass diode.

Claims (6)

  1. 太陽光を利用して発電を行う太陽電池と前記太陽電池に並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知装置であって、
    前記太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、
    前記電圧源による逆電圧の印加時に前記太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、
    前記電流測定部によって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定部と、
    を備えることを特徴とする故障検知装置。
    The bypass diode includes a solar cell that generates power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the solar cell, the solar cell module being in a disconnected state with respect to a load. A failure detection device for detecting a failure of
    A voltage source for applying a negative specified negative voltage with respect to the negative electrode with respect to the positive electrode of the solar cell module;
    A current measuring unit that measures a current value flowing from the negative electrode of the solar cell module toward the positive electrode when a reverse voltage is applied by the voltage source;
    A determination unit that determines a failure of the bypass diode based on the current value measured by the current measurement unit;
    A failure detection apparatus comprising:
  2. 前記判定部は、前記太陽電池モジュールに対して前記逆電圧の前記規定値として第1の値の電圧が印加された状態において測定された前記電流値が、第1の閾値よりも小さい場合に前記バイパスダイオードの故障を検知する、
    ことを特徴とする請求項1記載の故障検知装置。
    The determination unit is configured when the current value measured in a state where a voltage having a first value is applied as the specified value of the reverse voltage to the solar cell module is smaller than a first threshold value. Detecting bypass diode failure,
    The failure detection device according to claim 1.
  3. 前記判定部は、前記太陽電池モジュールに対して前記規定値の逆電圧が印加された状態において測定された前記電流値が第2の閾値以上となった場合に、前記太陽電池モジュールへの逆電圧の印加を停止させる、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の故障検知装置。
    When the current value measured in a state in which the reverse voltage of the specified value is applied to the solar cell module is equal to or greater than a second threshold, the determination unit reverse voltage to the solar cell module The application of
    The failure detection device according to claim 1, wherein
  4. 太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと前記複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知システムであって、
    前記太陽電池ストリングと前記負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチング部と、
    前記スイッチング部により解列状態に切り替えられた前記太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、前記検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、
    前記電圧源による逆電圧の印加時に前記検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、
    前記電流測定部によって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定部と、
    を備えることを特徴とする故障検知システム。
    A plurality of solar cell modules including a plurality of solar cells connected in series that generate power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the plurality of solar cells are connected in series. A failure detection system for detecting a failure of the bypass diode for a solar cell system comprising a solar cell string and a load device connected to the solar cell string,
    A switching unit that switches the connection between the solar cell string and the load device to a disconnected state;
    A voltage source that applies a reverse voltage of a negative specified value with a negative electrode as a reference to a positive electrode of the detection target string, with the solar cell string switched to a disconnected state by the switching unit as a detection target string;
    A current measuring unit that measures a current value flowing from the negative electrode to the positive electrode of the detection target string when a reverse voltage is applied by the voltage source;
    A determination unit that determines a failure of the bypass diode based on the current value measured by the current measurement unit;
    A failure detection system comprising:
  5. 太陽光を利用して発電を行う太陽電池と前記太陽電池に並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、
    前記太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、
    前記電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に前記太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、
    前記電流測定ステップによって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、
    を備えることを特徴とする故障検知方法。
    The bypass diode includes a solar cell that generates power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the solar cell, the solar cell module being in a disconnected state with respect to a load. A failure detection method for detecting a failure of
    A voltage application step of applying a reverse voltage of a negative specified value with reference to the negative electrode to the positive electrode of the solar cell module;
    A current measurement step of measuring a current value flowing from the negative electrode to the positive electrode of the solar cell module when applying a reverse voltage in the voltage application step;
    A determination step of determining a failure of the bypass diode based on the current value measured by the current measurement step;
    A failure detection method comprising:
  6. 太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと前記複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも1つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、
    前記太陽電池ストリングと前記負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチングステップと、
    前記スイッチングステップにより解列状態に切り替えられた前記太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、前記検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、
    前記電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に前記検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、
    前記電流測定ステップによって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、
    を備えることを特徴とする故障検知方法。
    A plurality of solar cell modules including a plurality of solar cells connected in series that generate power using sunlight and at least one bypass diode connected in parallel to the plurality of solar cells are connected in series. A failure detection method for detecting a failure of the bypass diode targeting a solar cell system comprising a solar cell string and a load device connected to the solar cell string,
    A switching step of switching the connection between the solar cell string and the load device to a disconnected state;
    A voltage application step of applying a negative specified negative voltage with a negative polarity as a reference to a positive electrode of the detection target string, with the solar cell string switched to a disconnected state by the switching step as a detection target string;
    A current measurement step of measuring a current value flowing from the negative electrode to the positive electrode of the detection target string when a reverse voltage is applied by the voltage application step;
    A determination step of determining a failure of the bypass diode based on the current value measured by the current measurement step;
    A failure detection method comprising:
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