JP2014093368A - 太陽光発電パネル異常検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電パネルの異常を高精度に検知することができる太陽光発電パネル異常検知装置を提供する。
【解決手段】太陽光発電パネル異常検知装置１３は、複数のストリングと接続された複数のＤＤＣ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）と、各ストリングの出力電圧及び出力電流をそれぞれ計測する複数の電圧センサ８及び電流センサ９と、コントローラ１０とを有している。コントローラ１０は、各電圧センサ８及び各電流センサ９の計測値に基づいて、各ストリングの発電電力を取得する発電電力取得部１４と、各ストリングの発電電力を履歴として記憶する記憶部１５と、何れかのストリングの発電電力を他のストリングの発電電力と比較すると共に、異なる時期における各ストリングの発電電力を比較して、各ストリングが異常であるか否かを判定する異常判定部１６とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の太陽光発電パネルの異常を検知する太陽光発電パネル異常検知装置に関するものである。

従来の太陽光発電パネル異常検知装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の太陽光発電パネル異常検知装置は、複数のストリングアレイの中から出力電流が最大であるものを指標用アレイとし、指標用アレイ以外のストリングアレイの出力電流と指標用アレイの出力電流との差分を算出し、その差分を所定の基準値と比較することで、ストリングアレイの異常を判定するというものである。

特開２００８−２７１６９３号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、上記従来技術では、ストリングアレイの異常を判定することはできるが、ストリングアレイの中の何れの太陽電池ストリング（太陽光発電パネル）が異常であるかを判定することはできない。また、複数の太陽電池ストリングの設置方向、種類及び容量等の違いにより、各太陽電池ストリングの発電量が初期状態からずれることがあるが、上記従来技術では、そのような初期状態の発電量のずれについては何ら考慮されていない。このため、ストリングアレイが異常でないにもかかわらず、ストリングアレイが異常であると誤って判定されてしまうことがある。

本発明の目的は、太陽光発電パネルの異常を高精度に検知することができる太陽光発電パネル異常検知装置を提供することである。

本発明は、太陽電池モジュールが複数直列に配線されてなる複数の太陽光発電パネルの異常を検知する太陽光発電パネル異常検知装置において、複数の太陽光発電パネルとそれぞれ接続された複数の電力変換器と、複数の太陽光発電パネルの出力値を検出する出力検出手段と、出力検出手段により検出された複数の太陽光発電パネルの出力値を記憶する記憶手段と、太陽光発電パネルの出力値を比較して、太陽光発電パネルが異常であるかどうかを判定する異常判定手段とを備えることを特徴とするものである。

このように本発明の太陽光発電パネル異常検知装置においては、各太陽光発電パネルの出力値を検出して記憶する。そして、太陽光発電パネルの出力値を比較し、太陽光発電パネルの出力値が必要以上に低下したときに、太陽光発電パネルが異常であると判定する。このとき、例えば初期状態における各太陽光発電パネルの出力値を予め検出して記憶しておくことで、各太陽光発電パネルの設置方向、種類及び容量等の違いにより、各太陽光発電パネルの出力値が初期状態からずれている場合でも、その初期状態のずれを考慮して、太陽光発電パネルの異常判定を行うことが可能となる。これにより、太陽光発電パネルの異常を高精度に検知することができる。なお、ここでいう太陽光発電パネルの異常とは、太陽電池モジュール自体の故障による太陽光発電パネルの出力値の低下だけでなく、太陽光発電パネルに異物が付着したり、太陽光発電パネルが隣接する建物等の影に入ることにより、太陽光発電パネルの出力値が低下するといったことも含まれる。

好ましくは、太陽光発電パネルの出力値は、太陽光発電パネルの発電電力である。この場合には、太陽光発電パネルの発電量自体が検出されることとなる。

また、太陽光発電パネルの出力値は、太陽光発電パネルの開放電圧であっても良い。太陽光発電パネルの開放電圧は、日射量変化に対する影響が少ない。そこで、太陽光発電パネルの開放電圧を検出することにより、太陽光発電パネルの異常検知精度を向上させることができる。

また、好ましくは、異常判定手段により太陽光発電パネルが異常であると判定されたときに、太陽光発電パネルの異常情報を通知する異常通知手段を更に備える。この場合には、ユーザまたはサービス会社に対して、太陽光発電パネルの異常が発生したことを知らせることができる。従って、ユーザが、太陽光発電パネルに異物が付着していることや、太陽光発電パネルが隣接する建物の影に入っていることを直ちに確認したり、サービス会社の点検者が、太陽電池モジュールを直ちに点検するといったことが可能となる。

このとき、好ましくは、異常通知手段は、異常判定手段により太陽光発電パネルが異常であると判定されたときに、太陽光発電パネルの異常状況に応じて太陽光発電パネルの異常情報を段階的に通知する。この場合には、ユーザまたはサービス会社の点検者は、現在の太陽光発電パネルの異常状況を予想することができる。

さらに、好ましくは、異常判定手段は、複数の太陽光発電パネルのうち何れかの太陽光発電パネルの出力値を他の太陽光発電パネルの出力値と比較して、太陽光発電パネルが異常であるかどうかを判定する。この場合には、例えば複数の太陽光発電パネルのうち何れかの太陽光発電パネルの出力値の低下量が他の太陽光発電パネルの出力値の低下量に比べて極端に大きいときは、何れかの太陽光発電パネルが異常であると判定することができる。

また、好ましくは、異常判定手段は、異なる時期における太陽光発電パネルの出力値を比較して、太陽光発電パネルが異常であるかどうかを判定する。この場合には、例えば太陽光発電パネルの最新の出力値が同一の太陽光発電パネルの過去の出力値に比べて大きく低下したときは、当該太陽光発電パネルが異常であると判定することができる。また、例えば何れかの太陽光発電パネルの出力値の低下量が他の太陽光発電パネルの出力値の低下量に比べて極端に大きかった場合に、当該太陽光発電パネルの最新の出力値と過去の出力値とを比較した結果、その太陽光発電パネルの出力値が他の太陽光発電パネルの出力値に比べて低い状態が所定期間継続するときは、太陽電池モジュール自体の故障の可能性が高いと判定することができる。

本発明によれば、太陽光発電パネルの異常を高精度に検知することができる。これにより、太陽光発電パネルのメンテナンスを適切なタイミングで受けることが可能となる。

本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の第１実施形態を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。 図１に示したコントローラの機能ブロックを示す図である。 図２に示した発電電力取得部により実行される発電電力取得処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図２に示した異常判定部により実行される異常判定処理手順の詳細を示すフローチャートである。 ストリングの一ヶ月毎の発電電力累計値推移特性の一例を示すグラフである。 本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の第１実施形態の変形例として、図２に示した異常判定部により実行される他の異常判定処理手順の詳細を示すフローチャートである。 太陽電池が正常である場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示すグラフである。 午前中に影の影響を受けた場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示すグラフである。 午後に影の影響を受けた場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示すグラフである。 ストリング異常がある場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示すグラフである。 本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の第２実施形態におけるコントローラの機能ブロックを示す図である。 太陽電池の電流−電圧特性の一例を示すグラフである。 図１１に示した開放電圧取得部により実行される開放電圧取得処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図１１に示した異常判定部により実行される異常判定処理手順の詳細を示すフローチャートである。 一つのストリングの一ヶ月毎の最大開放電圧推移特性の一例を示すグラフである。 複数のストリングの一ヶ月毎の最大開放電圧推移特性の一例を示すグラフである。

以下、本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の第１実施形態を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。同図において、太陽光発電システム１は、建物の屋根に設置された複数（ここでは４つ）の太陽光発電パネルであるストリング２と、これらのストリング２と接続されたマルチストリング形式のパワーコンディショナ３とを備えている。

各ストリング２は、複数の太陽電池モジュール４が直列に配線されてなるものである。太陽電池モジュール４は、特に図示はしないが、直列に接続された複数の太陽電池（セル）と、任意のセル同士を接続する複数のバイパスダイオードとから構成されている。何れかのセルが故障しても、バイパスダイオードに電流が流れるため、太陽電池モジュール４による発電は可能である。

パワーコンディショナ３は、各ストリング２とそれぞれ接続された複数（ここでは４つ）のＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）５と、各ＤＤＣ５と接続されたインバータ６とを有している。ＤＤＣ５は、ストリング２の直流出力電圧を所定の電圧（例えば４００Ｖ）に変換する。インバータ６は、直流電圧を交流電圧に変換して、商用系統７に供給する。

また、パワーコンディショナ３は、各ストリング２の出力電圧つまり各ＤＤＣ５の入力電圧をそれぞれ計測する複数（ここでは４つ）の電圧センサ８と、各ストリング２の出力電流つまり各ＤＤＣ５の入力電流をそれぞれ計測する複数（ここでは４つ）の電流センサ９と、各電圧センサ８及び各電流センサ９と接続（図２参照）されたコントローラ１０とを有している。コントローラ１０については、後で詳述する。なお、コントローラ１０は、パワーコンディショナ３の外部に設けられていても良い。

太陽光発電システム１は、入力器１１と、表示器１２とを更に備えている。入力器１１は、施工業者やユーザ等が情報やデータの入力を行うための機器である。表示器１２は、コントローラ１０からの各種情報を表示するための機器である。入力器１１及び表示器１２としては、例えばリモコンやスマートフォン等が用いられる。

ここで、各ＤＤＣ５、各電圧センサ８、各電流センサ９、コントローラ１０、入力器１１及び表示器１２は、ストリング（太陽光発電パネル）２の異常を検知する太陽光発電パネル異常検知装置１３を構成している。

コントローラ１０は、図２に示すように、発電電力取得部１４と、記憶部１５と、異常判定部１６とを有している。発電電力取得部１４は、各電圧センサ８及び各電流センサ９の計測値に基づいて、各ストリング２の出力電力（発電電力）つまり各ＤＤＣ５の入力電力を定期的に取得する。記憶部１５は、発電電力取得部１４により取得された各ストリング２の発電電力を記憶（保存）する。異常判定部１６は、記憶部１５に記憶された各ストリング２の発電電力を読み込み、所定の処理を行い、各ストリング２が異常であるか否かを判定する。

図３は、発電電力取得部１４により実行される発電電力取得処理手順の詳細を示すフローチャートである。ところで、複数のストリング２を建物の屋根に設置（施工）する際には、全てのストリング２に同程度の太陽光が当たり、全てのストリング２の発電電力（発電量）がほぼ同じになるように、各ストリング２がレイアウトされる。そして、ストリング２が設置された後は、ストリング２の初期設定が実施される。なお、ストリング２の設置及び初期設定は、施工業者によって晴天の日の昼間に行われる。

図３において、まず入力器１１により初期設定の指示入力が行われたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。初期設定の指示入力が行われたときは、各電圧センサ８により計測された各ストリング２の出力電圧と各電流センサ９により計測された各ストリング２の出力電流とに基づいて、各ストリング２の発電電力を算出する（手順Ｓ１０２）。

続いて、各ストリング２の発電電力の差分が閾値以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。各ストリング２のうち発電電力の差分が閾値以下でないものがあるときは、何れかのストリング２の電力レベルが低いために異常の可能性がある旨の初期電力レベル異常警告信号を表示器１２に送出する（手順Ｓ１０４）。すると、表示器１２は、初期異常メッセージを表示する。

電力レベルの低いストリング２は、太陽電池モジュール４のセルの故障の可能性がある。そこで、施工業者は、表示器１２による初期異常メッセージ表示を見たら、ストリング２の表面の温度をＩＲカメラ等で測定し、ホットスポット等の異常が無いかどうかを確認する。異常があった場合は、太陽電池モジュール４のセルを交換する必要がある。一方、ホットスポット等の異常が見られない場合は、ストリング２の設置向き、太陽電池モジュール４の種類及び容量等の条件が他のストリング２と異なっているものと考えられる。施工業者は、太陽電池モジュール４の異常の有無を確認した後、入力器１１により異常有無情報の入力を行う。

手順Ｓ１０４が実行された後、入力器１１により異常有りの情報が入力されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。異常有りの情報が入力されたときは、本処理を終了する。

手順Ｓ１０３で各ストリング２の発電電力の差分が閾値以下であると判断されたとき、手順Ｓ１０５で異常有りではなく異常無しの情報が入力されたときは、各ストリング２の発電電力を初期値として記憶部１５に記録する（手順Ｓ１０６）。以上により、ストリング２の初期設定が完了する。

その後、各電圧センサ８により計測された各ストリング２の出力電圧と各電流センサ９により計測された各ストリング２の出力電流とに基づいて、各ストリング２の発電電力を算出する（手順Ｓ１０７）。そして、各ストリング２の発電電力を記憶部１５に記録し（手順Ｓ１０８）、手順Ｓ１０７に戻る。なお、手順Ｓ１０７，Ｓ１０８の処理は、コントローラ１０に内蔵されたタイマにより、例えば毎日１２時から１５時の間に３０分毎に行われる。

図４は、異常判定部１６により実行される異常判定処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、所定期間（例えば１日、数日、１週間）毎に実行される。図４において、まず記憶部１５に保存された各ストリングの発電電力の履歴データに基づいて、各ストリング２の発電電力について一ヶ月の累積値を発電電力累積値として集計し、その集計データを記憶部１５に記録する（手順Ｓ１１１）。

続いて、何れかのストリング２の発電電力累積値が数ヶ月（ここでは３ヶ月分）で大きく（所定値以上）低下していないかどうかを判断する（手順Ｓ１１２）。何れかのストリング２の発電電力累積値が数ヶ月で大きく低下していないときは、何れかのストリング２の発電電力累積値の低下量が他のストリング２の発電電力累積値の低下量に比べて極端に大きくないか、つまり何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて極端に（所定値以上）低下していないかどうかを判断する（手順Ｓ１１３）。何れかのストリング２の発電電力累積値の低下量が他のストリング２の発電電力累積値の低下量に比べて極端に大きくないときは、手順Ｓ１１１に戻る。

一方、手順Ｓ１１２で何れかのストリング２の発電電力累積値が数ヶ月で大きく低下している（図５参照）と判断されたとき、または手順Ｓ１１３で何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて極端に低下している（図５参照）と判断されたときは、当該ストリング２が異常である旨の最初の電力レベル異常警告信号を表示器１２に送出する（手順Ｓ１１４）。すると、表示器１２は、例えば「・木の枝や隣接する建物の影に入り、発電効率が低下している可能性があります ・ストリング上に汚れ、ゴミが堆積して、発電効率が低下している可能性があります」等といった異常メッセージを表示する。

その後、各ストリング２の一ヶ月毎の発電電力累積値推移を比較し、何れかのストリング２の発電電力累積値が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の発電電力累積値に比べて所定値以上低下している状態が所定期間（例えば数ヶ月間）継続しているかどうかを判断する（手順Ｓ１１５）。何れかのストリング２の発電電力累積値が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の発電電力累積値に比べて所定値以上低下している状態が所定期間継続していない、つまり各ストリング２の一ヶ月の発電電力累積値がほぼ同じレベルに戻ったときは、当該ストリング２の発電電力累積値が一時的に低下したものであるとみなし、異常警告解除信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ１１６）、手順Ｓ１１１に戻る。すると、表示器１２による異常メッセージの表示が解除される。

一方、何れかのストリング２の発電電力累積値が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の発電電力累積値に比べて所定値以上低下している状態が所定期間継続しているときは、当該ストリング２が異常である旨の２回目の電力レベル異常警告信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ１１７）、手順Ｓ１１１に戻る。すると、表示器１２は、例えば「・太陽電池が故障している可能性がありますので、太陽電池点検サービスを受けてください」等といった異常メッセージを表示する。

このとき、２回目の電力レベル異常警告信号をストリング２の異常状況に応じて段階的に設定して表示器１２に送出し、表示器１２により電力レベル異常警告信号に応じた異常メッセージを表示しても良い。例えば、何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて１０％程度低下した状況が１ヶ月間続く場合は、「異物等の付着により発電量が低下している可能性があります」等といった異常メッセージを表示する。何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて１０％程度低下した状況が３ヶ月間続く場合は、「太陽電池の故障の可能性があります。発電量低下傾向が継続する場合はメンテナンスが必要となります」等といった異常メッセージを表示する。何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて１０％程度低下した状況が半年間続く場合は、「太陽電池の故障の可能性が高いので、メンテナンスを受けてください」等といった異常メッセージを表示する。何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて３０％程度低下した場合は、「太陽電池の故障です。メンテナンスを受けてください」等といった異常メッセージを表示する。

ストリング２が建物等の影に入ったためにストリング２の発電電力が低下した場合は、半年程度の期間が経過すれば、太陽の高度が変化して影の影響が少なくなるので、ストリング２の発電電力が回復する。また、ストリング２上にゴミ等が堆積したためにストリング２の発電電力が低下した場合は、雨による洗浄作用でゴミ等が無くなるので、ストリング２の発電電力が回復する。しかし、ストリング２の発電電力が一定レベル以上低い状態が継続している場合は、太陽電池モジュール４のセル故障の可能性が高くなる。そこで、この場合には、点検者が太陽電池モジュール４をチェックしてセル故障の有無を確認することとなる。なお、上記の異常判定処理手順において、手順Ｓ１１３については省略しても良い。

図５は、ストリングの一ヶ月毎の発電電力累積値推移特性の一例を示したものである。図５において、四角印はストリングＡの特性を示し、三角印はストリングＢの特性を示し、丸印はストリングＣの特性を示し、×印はストリングＤの特性を示している。

６ヶ月目には、ストリングＡの発電電力はストリングＢ〜Ｄの発電電力に比べて大きく低くなっている。このため、ストリングＡは、太陽電池モジュールのセル故障の可能性があると考えられる。その後、半年経過しても、ストリングＡの発電電力がストリングＢ〜Ｄの発電電力に比べて大きく低下した状態が継続している。従って、ストリングＡの太陽電池モジュールのセル故障が生じていると考えられるため、ストリングＡの点検を受ける必要がある。

なお、上記の異常判定処理において、表示器１２により最初の異常メッセージが表示された後、ストリング２上に付着した汚れやゴミ等の異物が除去された場合は、その旨を入力器１１で入力し、異常メッセージをクリアするようにしても良い。このとき、一定時間（例えば一ヶ月）は表示器１２に異常メッセージが表示されないようにしても良い。また、表示器１２により最初の異常メッセージが表示された後、ストリング２が木の枝や隣接する建物の影に入っていること、ストリング２上に異物が付着していることを目視でチェックしたときは、その旨を入力器１１で入力し、異常メッセージをクリアするようにしても良い。

以上において、電圧センサ８、電流センサ９及び発電電力取得部１４は、複数の太陽光発電パネル２の出力値を検出する出力検出手段を構成する。このとき、図３の上記手順Ｓ１０２，Ｓ１０７が、出力検出手段の一部として機能する。発電電力取得部１４及び記憶部１５は、出力検出手段により検出された複数の太陽光発電パネル２の出力値を記憶する記憶手段を構成する。このとき、図３の上記手順Ｓ１０６，Ｓ１０８が、記憶手段の一部として機能する。異常判定部１６は、太陽光発電パネル２の出力値を比較して、太陽光発電パネル２が異常であるかどうかを判定する異常判定手段を構成する。このとき、図４の上記手順Ｓ１１１〜Ｓ１１３，Ｓ１１５が、異常判定手段として機能する。異常判定部１６及び表示器１２は、異常判定手段により太陽光発電パネル２が異常であると判定されたときに、太陽光発電パネル２の異常情報を通知する異常通知手段を構成する。このとき、図４の上記手順Ｓ１１４，Ｓ１１７が、出力検出手段の一部として機能する。

以上のように本実施形態にあっては、各ストリング２の発電電力を検出して記憶部１５に逐次記録し、各ストリング２の一ヶ月の発電電力累積値を比較し、何れかのストリング２の発電電力累積値が数ヶ月で大きく低下しているとき、何れかのストリング２の発電電力累積値が他のストリング２の発電電力累積値に比べて一定レベル以上低下しているときは、当該ストリング２が異常状態であることを表示器１２に表示させる。そして、何れかのストリング２の発電電力累積値が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の発電電力累積値に比べて一定レベル以上低下している状態が一定期間継続しているときは、当該ストリング２の異常状態が続いていることを表示器１２に表示させる。

従って、初期状態における各ストリング２の発電電力がほぼ同じである場合は勿論のこと、ストリング２の設置方向、太陽電池モジュール３の種類及び容量等が異なるために、初期状態において各ストリング２の発電電力に差異（ずれ）がある場合であっても、太陽電池モジュール３自体の異常によりストリング２の発電電力が低下したのか、或いはストリング２が隣接する建物等の影に入ったり、ストリング２上にゴミ等の異物が付着したために、ストリング２の発電電力が一時的に低下したのかを判別することができる。これにより、ストリング２の異常を高精度に検知することができる。

その結果、ユーザは、適切なタイミングで太陽光発電システム１のメンテナンスを受けることができる。従って、不要な点検を行わなくて済み、メンテナンス費用を削減することが可能となる。また、ユーザにとって、売電電力量の低下を抑え、太陽光発電システム設置費用の回収期間を短くすることが可能となる。

また、適切なタイミングで太陽光発電システム１の点検が行われるので、太陽電池モジュール３のセル故障を比較的早く知ることができる。従って、故障したセルの周辺に存在するセルの劣化やパネルの変形等が抑制されるため、ストリング２全体の故障を防止し、発電量低下による損失を引き起こすことが防止可能である。

なお、本実施形態では、異常判定部１６により異常判定処理を実行する際に、ストリング２の一ヶ月の発電電力累積値を使用したが、この発電電力累積値に代えて所定期間内の発電電力最大値を用いて異常判定を行っても良い。

図６は、上記第１実施形態の変形例として、異常判定部１６により実行される他の異常判定処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、１日毎に実行される。

図６において、まず一定時間おきに各ストリング２の発電電力を記憶部１５に記録し、１日分の発電電力データ（図７〜図１０参照）を集計する（手順Ｓ２０１）。続いて、１日分の各ストリング２間の発電電力のばらつき（発電電力差）が全体的に小さいかどうかを判断する（手順Ｓ２０２）。１日分の各ストリング２間の発電電力差が全体的に小さい（図７参照）ときは、各ストリング２が異常でない旨の異常無し信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ２０３）、手順Ｓ２０１に戻る。

１日分の各ストリング２間の発電電力差が小さくないものがあるときは、何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて全体的に低いかどうかを判断する（手順Ｓ２０４）。

何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて全体的に低いのではなく、何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて朝、夕など特定時間のみ低い（図８、図９参照）ときは、同様の傾向が一定期間以上続いているかどうかを判断する（手順Ｓ２０５）。

同様の傾向が一定期間以上続いていないときは、そのまま手順Ｓ２０１に戻る。同様の傾向が一定期間以上続いているときは、当該ストリング２が異常である旨の電力レベル異常警告信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ２０６）、手順Ｓ２０１に戻る。すると、表示器１２は、例えば「日陰により発電量が低下している可能性があります」等といった異常メッセージを表示する。

手順Ｓ２０４で何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて全体的に低いと判断されたときは、何れかのストリング２の発電電力と他のストリング２の発電電力との差が一定閾値以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ２０７）。何れかのストリング２の発電電力と他のストリング２の発電電力との差が一定閾値以上でないと判断されたときは、異常無し信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ２０３）、手順Ｓ２０１に戻る。

何れかのストリング２の発電電力と他のストリング２の発電電力との差が一定閾値以上である（図１０参照）と判断されたときは、同様の傾向が一定期間以上続いているかどうかを判断する（手順Ｓ２０８）。同様の傾向が一定期間以上続いていないときは、そのまま手順Ｓ２０１に戻る。同様の傾向が一定期間以上続いているときは、当該ストリング２が異常である旨の電力レベル異常警告信号をストリング２の表示器１２に送出し（手順Ｓ２０９）、手順Ｓ２０１に戻る。すると、表示器１２は、異常メッセージを表示する。

このとき、電力レベル異常警告信号をストリング２の異常状況に応じて段階的に設定して表示器１２に送出し、表示器１２により電力レベル異常警告信号に応じた異常メッセージを表示するのが好ましい。例えば、何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて１０％程度低下した状況が１週間続く場合は、「異物等の付着により発電量が低下している可能性があります」等といった異常メッセージを表示する。何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて１０％程度低下した状況が２週間続く場合は、「太陽電池の故障の可能性があります。発電量低下傾向が継続する場合はメンテナンスが必要となります」等といった異常メッセージを表示する。何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて１０％程度低下した状況が１ヶ月続く場合は、「太陽電池の故障の可能性が高いので、メンテナンスを受けてください」等といった異常メッセージを表示する。何れかのストリング２の発電電力が他のストリング２の発電電力に比べて３０％程度低下した場合は、「太陽電池の故障です。メンテナンスを受けてください」等といった異常メッセージを表示する。

図７は、太陽電池が正常である場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示したものである。図７において、破線はストリングＡのプロファイルを示し、実線はストリングＢのプロファイルを示し、１点鎖線はストリングＣのプロファイルを示し、２点鎖線はストリングＤのプロファイルを示している。図７に示すものでは、各ストリングの太陽電池（セル）が正常であるため、１日分の各ストリング間の発電電力差が全体的に小さくなっている。

図８は、午前中に影の影響を受けた場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示したものである。ストリングＡ〜Ｄについては、図７に示すものと同様である。図８に示すものでは、ストリングＣが午前中に太陽の影の影響を受けているため、ストリングＣの午前中の発電量がストリングＡ，Ｂ，Ｄよりも少なくなっているが、他の時間帯での発電量はストリングＡ，Ｂ，Ｄとほぼ同程度となっている。従って、ストリングＣの発電電力の低下は、太陽の影の影響によるものと考えられる。

この場合には、ユーザは、表示器１２の異常メッセージを見て、発電量が低下する時間帯にストリング（パネル）に影がかかっているかどうかを確認する。そして、ストリングに影がかかっているときは、影の影響が出にくい箇所にストリングを移動させるか、或いは影の影響となっている木の剪定等を行って影が当たらないようにする、といった対策をとる。

図９は、午後に影の影響を受けた場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示したものである。ストリングＡ〜Ｄについては、図７に示すものと同様である。図９に示すものでは、ストリングＤが午後に太陽の影の影響を受けているため、ストリングＤの午後の発電量がストリングＡ〜Ｃよりも少なくなっているが、他の時間帯での発電量はストリングＡ〜Ｃとほぼ同程度となっている。従って、ストリングＤの発電電力の低下は、太陽の影の影響によるものと考えられる。この場合にも、ユーザは上記と同様の対策をとる。

図１０は、ストリング異常がある場合における各ストリングの１日の発電電力プロファイルの一例を示したものである。ストリングＡ〜Ｄについては、図７に示すものと同様である。図１０に示すものでは、ストリングＢにホットスポットが出来たり、ストリングＢ上にゴミや鳥の糞等の異物が堆積したために、ストリングＢの発電量がストリングＡ，Ｃ，Ｄに比べて全体的に低下している。

この場合には、ユーザは、表示器１２の異常メッセージを見て、ストリング上に異物が付着しているかどうか、もしくはセル異常があるかどうかを確認する。そして、ストリング上の異物が目視できる場合は、メンテナンス会社に清掃を依頼するか、雨による洗浄効果を待つ。ストリング上に異物が見られない場合は、異常のあるストリングの点検をメンテナンス会社に依頼し、セルの破損や配線の不具合等をチェックしてもらう。

図１１は、本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の第２実施形態を示す機能ブロック図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、本実施形態の太陽光発電パネル異常検知装置１のコントローラ１０は、開放電圧取得部２１と、記憶部２２と、異常判定部２３とを有している。

開放電圧取得部２１は、各電圧センサ８の計測値に基づいて、各ストリング２の開放電圧を取得する。ストリング２の開放電圧は、ＤＤＣ５を瞬間的にＯＦＦにしてストリング２の出力電流をほぼゼロとしたときのストリング２の出力電圧（ＤＤＣ５の入力電力）である。図１２は、太陽電池の電流−電圧特性の一例を示したものである。図１２から分かるように、晴天、薄曇、曇といった日射量変化に対し、開放電圧はあまり変化しない。

記憶部２２は、開放電圧取得部２１により取得された各ストリング２の開放電圧を記憶（保存）する。異常判定部２３は、記憶部２２に保存された各ストリング２の開放電圧を入力し、所定の処理を行い、各ストリング２が異常か否かを判定する。

図１３は、開放電圧取得部２１により実行される開放電圧取得処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、ストリング２が設置された後は、上記の実施形態と同様に、晴天の日の昼間にストリング２の初期設定が実施される。

図１３において、まず入力器１１により初期設定の指示入力が行われたかどうかを判断する（手順Ｓ１２１）。初期設定の指示入力が行われたときは、各ＤＤＣ５の動作を停止させるように各ＤＤＣ５を制御する（手順Ｓ１２２）。続いて、各電圧センサ８により計測された各ストリング２の出力電圧を開放電圧として入力し（手順Ｓ１２３）、各ＤＤＣ５を動作させるように制御する（手順Ｓ１２４）。

続いて、図１２に示す太陽電池の電流−電圧特性を用いて、各ストリング２の開放電圧が晴天条件で得られる電圧値であるかどうかを判断する（手順Ｓ１２５）。各ストリング２のうち開放電圧が晴天条件で得られる電圧値でないものがあるときは、何れかのストリング２の電圧レベルが低いために異常の可能性がある旨の初期電力レベル異常警告信号を表示器１２に送出する（手順Ｓ１２６）。すると、表示器１２は、初期異常メッセージを表示する。

電圧レベルの低いストリング２は、太陽電池モジュール４のセルの故障の可能性がある。そこで、施工業者は、上述したように、表示器１２による初期異常メッセージ表示を見たら、ストリング２にホットスポット等の異常が無いかどうかを確認し、入力器１１により異常有無情報の入力を行う。

手順Ｓ１２６が実行された後、入力器１１により異常有りの情報が入力されたかどうかを判断する（手順Ｓ１２７）。異常有りの情報が入力されたときは、本処理を終了する。

手順Ｓ１２５で各ストリング２の開放電圧が晴天条件で得られる電圧値であると判断されたとき、手順Ｓ１２７で異常有りではなく異常無しの情報が入力されたときは、各ストリング２の開放電圧を初期値として記憶部２２に記録する（手順Ｓ１２８）。以上により、ストリング２の初期設定が完了する。

その後、各ＤＤＣ５の動作を停止させるように各ＤＤＣ５を制御する（手順Ｓ１２９）。続いて、各電圧センサ８により計測された各ストリング２の出力電圧（開放電圧）を入力し（手順Ｓ１３０）、各ＤＤＣ５を動作させるように制御する（手順Ｓ１３１）。そして、各ストリング２の開放電圧を記憶部２２に記録し（手順Ｓ１３２）、手順Ｓ１２９に戻る。なお、手順Ｓ１２９〜Ｓ１３２の処理は、上記の実施形態と同様に、例えば毎日１２時から１５時の間に３０分毎に行われる。

図１４は、異常判定部２３により実行される異常判定処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、所定期間（例えば数日、１週間、数週間）毎に実行される。図１４において、まず記憶部２２に記録された各ストリング２の開放電圧のデータを読み出し、一定期間（例えば１ヶ月）毎の各ストリング２の開放電圧の最大値（最大開放電圧）を取得する(手順Ｓ１４１)。そして、各ストリング２の最大開放電圧の推移（図１５参照）をプロットする（手順Ｓ１４２）。

続いて、何れかのストリング２の数ヶ月分（ここでは３ヶ月分）の最大開放電圧のプロットが下方に大きく傾いていないか、つまり何れかのストリング２の最大開放電圧が数ヶ月で大きく（所定値以上）低下していないかどうかを判断する（手順Ｓ１４３）。

何れかのストリング２の数ヶ月分の最大開放電圧のプロットが下方に大きく傾いていないときは、何れかのストリング２の最大開放電圧の低下量が他のストリング２の最大開放電圧の低下量に比べて極端に大きくないか、つまり何れかのストリング２の最大開放電圧が他のストリング２の最大開放電圧に比べて極端に（所定値以上）低下していないかどうかを判断する（手順Ｓ１４４）。何れかのストリング２の最大開放電圧の低下量が他のストリング２の最大開放電圧の低下量に比べて極端に大きくないときは、手順Ｓ１４１に戻る。

一方、手順Ｓ１４３で何れかのストリング２の数ヶ月分の最大開放電圧のプロットが下方に大きく傾いている（図１５参照）と判断されたとき、または手順Ｓ１４４で何れかのストリング２の最大開放電圧の低下量が他のストリングの最大開放電圧の低下量に比べて極端に大きい（図１６参照）と判断されたときは、当該ストリング２が異常である旨の最初の電圧レベル異常警告信号を表示器１２に送出する（手順Ｓ１４５）。すると、表示器１２は、上記と同様に、例えば「・木の枝や隣接する建物の影に入り、発電効率が低下している可能性があります ・ストリング上に汚れ、ゴミが堆積して、発電効率が低下している可能性があります」等といった異常メッセージを表示する。

その後、何れかのストリング２の最大開放電圧が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の最大開放電圧に比べて所定値以上低下している状態が所定期間（例えば半年間）継続しているかどうかを判断する（手順Ｓ１４６）。何れかのストリング２の最大開放電圧が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の最大開放電圧に比べて所定値以上低下している状態が所定期間継続していない、つまり各ストリング２の一ヶ月の最大開放電圧がほぼ同じレベルに戻ったときは、当該ストリング２の最大開放電圧が一時的に低下したものであるとみなし、異常警告解除信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ１４７）、手順Ｓ１４１に戻る。すると、表示器１２による異常メッセージの表示が解除される。

一方、何れかのストリング２の最大開放電圧が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の最大開放電圧に比べて所定値以上低下している状態が所定期間継続しているときは、当該ストリング２が異常である旨の２回目の電圧レベル異常警告信号を表示器１２に送出し（手順Ｓ１４８）、手順Ｓ１４１に戻る。すると、表示器１２は、例えば「・太陽電池が故障している可能性がありますので、太陽電池点検サービスを受けてください」等といった異常メッセージを表示する。このとき、上記の第１実施形態と同様に、ストリング２の異常状況に応じて表示器１２に異常メッセージを段階的に表示させるのが望ましい。なお、本異常判定処理手順において、手順Ｓ１４４については省略しても良い。

図１５は、一つのストリングの最大開放電圧の推移の一例を示したものである。図１５において、菱形印Ｐは、ストリングに異常が無い場合の最大開放電圧の推移を示し、四角印Ｑは、ストリングに異常がある場合の最大開放電圧の推移を示している。四角印Ｑのものは、９ヶ月目に過去数ヶ月分のストリングの最大開放電圧のプロットが下方に大きく傾いている。つまり、ストリングの最大開放電圧が９ヶ月目に大きく低下している。その後、ストリングの最大開放電圧が回復せずに使用開始直後に比べて一定レベル以上低下している状態が一定期間継続している。従って、ストリングに異常が生じていると考えられるため、ストリングの点検を受ける必要がある。

図１６は、複数（ここでは４つ）のストリングの最大開放電圧の推移の一例を示したものである。図１６において、四角印はストリングＡの最大開放電圧の推移を示し、三角印はストリングＢの最大開放電圧の推移を示し、丸印はストリングＣの最大開放電圧の推移を示し、×印はストリングＤの最大開放電圧の推移を示している。

９ヶ月には、ストリングＡの最大開放電圧の低下量がストリングＢ〜Ｄの最大開放電圧の低下量に比べて極端に大きくなっている。その後、数ヶ月経過しても、ストリングＡの最大開放電圧がストリングＢ〜Ｄの最大開放電圧に比べて極端に低下した状態が継続している。従って、ストリングＡに異常が生じていると考えられるため、ストリングＡの点検を受ける必要がある。

以上において、電圧センサ８及び開放電圧取得部２１は、複数の太陽光発電パネル２の出力値を検出する出力検出手段を構成する。このとき、図１３の上記手順Ｓ１２２，Ｓ１２３，Ｓ１２９，Ｓ１３０が、出力検出手段の一部として機能する。開放電圧取得部２１及び記憶部２２は、出力検出手段により検出された複数の太陽光発電パネル２の出力値を記憶する記憶手段を構成する。このとき、図１３の上記手順Ｓ１２８，Ｓ１３２が、記憶手段の一部として機能する。異常判定部２３は、太陽光発電パネル２の出力値を比較して、太陽光発電パネル２が異常であるかどうかを判定する異常判定手段を構成する。このとき、図１４の上記手順Ｓ１４１〜Ｓ１４４，Ｓ１４６が、異常判定手段として機能する。異常判定部２３及び表示器１２は、異常判定手段により太陽光発電パネル２が異常であると判定されたときに、太陽光発電パネル２の異常情報を通知する異常通知手段を構成する。このとき、図１４の上記手順Ｓ１４５，Ｓ１４８が、出力検出手段の一部として機能する。

以上のように本実施形態にあっては、各ストリング２の開放電圧を検出して記憶部２２に逐次記録し、各ストリング２の一ヶ月毎の最大開放電圧推移を比較し、何れかのストリング２の最大開放電圧が数ヶ月で大きく低下しているとき、何れかのストリング２の最大開放電圧の低下量が他のストリング２の最大開放電圧の低下量に比べて極端に大きいときは、当該ストリング２が異常状態であることを表示器１２に表示させる。そして、何れかのストリング２の最大開放電圧が使用開始後の一定期間に比べて且つ他のストリング２の最大開放電圧に比べて一定レベル以上低下している状態が一定期間継続しているときは、当該ストリング２の異常状態が続いていることを表示器１２に表示させる。

従って、初期状態における各ストリング２の最大開放電圧がほぼ同じである場合は勿論のこと、ストリング２の設置方向、太陽電池モジュール３の種類及び容量等が異なるために、初期状態において各ストリング２の最大開放電圧に差異（ずれ）がある場合であっても、太陽電池モジュール３自体の異常によりストリング２の最大開放電圧が低下したのか、或いはストリング２が隣接する建物の影に入ったり、ストリング２上にゴミ等の異物が付着したために、ストリング２の最大開放電圧が一時的に低下したのかを判別することができる。これにより、ストリング２の異常を高精度に検知することができる。

なお、本実施形態のようにストリング２の最大開放電圧を用いて異常判定を行う場合でも、特に説明は省略するが、図６に示すような異常判定処理手順を実行することが可能である。

以上、本発明に係る太陽光発電パネル異常検知装置の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば上記実施形態では、各ストリング２の発電電力または開放電圧の履歴を保存し、各ストリング２の発電電力累計値または最大開放電圧の過去数ヶ月や毎日のデータとの比較を行い、ストリング２の異常判定を行うようにしたが、各ストリング２の発電電力または開放電圧に関する初期値、前月データ、前年度データ等との比較を行っても良い。

また、上記実施形態では、電圧センサ８によりＤＤＣ５の入力電圧を計測したが、ＤＤＣ５の入力電圧だけでなく、ＤＤＣ５の出力電圧も計測しても良い。この場合には、ＤＤＣ５の異常判定を行うこともできる。

２…ストリング（太陽光発電パネル）、４…太陽電池モジュール、５…ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣ、電力変換器）、８…電圧センサ（出力検出手段）、９…電流センサ（出力検出手段）、１０…コントローラ、１２…表示器（異常通知手段）、１３…太陽光発電パネル異常検知装置、１４…発電電力取得部（出力検出手段、記憶手段）、１５…記憶部（記憶手段）、１６…異常判定部（異常判定手段、異常通知手段）、２１…開放電圧取得部（出力検出手段、記憶手段）、２２…記憶部（記憶手段）、２３…異常判定部（異常判定手段、異常通知手段）。

Claims (7)

1. 太陽電池モジュールが複数直列に配線されてなる複数の太陽光発電パネルの異常を検知する太陽光発電パネル異常検知装置において、
   前記複数の太陽光発電パネルとそれぞれ接続された複数の電力変換器と、
   前記複数の太陽光発電パネルの出力値を検出する出力検出手段と、
   前記出力検出手段により検出された前記複数の太陽光発電パネルの出力値を記憶する記憶手段と、
   前記太陽光発電パネルの出力値を比較して、前記太陽光発電パネルが異常であるかどうかを判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする太陽光発電パネル異常検知装置。
2. 前記太陽光発電パネルの出力値は、前記太陽光発電パネルの発電電力であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電パネル異常検知装置。
3. 前記太陽光発電パネルの出力値は、前記太陽光発電パネルの開放電圧であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電パネル異常検知装置。
4. 前記異常判定手段により前記太陽光発電パネルが異常であると判定されたときに、前記太陽光発電パネルの異常情報を通知する異常通知手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の太陽光発電パネル異常検知装置。
5. 前記異常通知手段は、前記異常判定手段により前記太陽光発電パネルが異常であると判定されたときに、前記太陽光発電パネルの異常状況に応じて前記太陽光発電パネルの異常情報を段階的に通知することを特徴とする請求項４記載の太陽光発電パネル異常検知装置。
6. 前記異常判定手段は、前記複数の太陽光発電パネルのうち何れかの太陽光発電パネルの出力値を他の太陽光発電パネルの出力値と比較して、前記太陽光発電パネルが異常であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の太陽光発電パネル異常検知装置。
7. 前記異常判定手段は、異なる時期における前記太陽光発電パネルの出力値を比較して、前記太陽光発電パネルが異常であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の太陽光発電パネル異常検知装置。

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