JP2014112582A - クラスタ状態監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電可能な状態のクラスタの異常を検出することが可能なクラスタ状態監視装置を提供する。
【解決手段】クラスタ状態監視装置３０では、モジュールストリングが、所定複数の太陽電池セルからなる複数のクラスタ１２の端末間の電圧をクラスタ電圧として検出する。そして、クラスタ電圧同士を比較し、他と比べて異常なクラスタ電圧が検出された場合に異常有りと判定し、発電可能な状態のクラスタの受光異常や劣化異常を検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の太陽電池セルを直列接続してなる太陽電池セルストリングを複数のクラスタに等分し、それらクラスタの状態を監視するクラスタ状態監視装置に関する。

一般に、この種の電源システムでは、各クラスタの両端末間にバイパスダイオードが逆バイアス電圧を受けるように接続されている。そして、従来のクラスタ状態監視装置では、バイパスダイオードがオンしているか否かによって、何れのクラスタに異常が在るか否かを検出する構成になっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−９４７５１号公報（請求項１、図３、図１３、段落［００３０］）

ところで、上記したバイパスダイオードは、クラスタが発電不能な状態になるまではオンしないので、従来のクラスタ状態監視装置では、発電可能な状態のクラスタの異常を検出することができなかった。即ち、クラスタが発電は行っているものの、例えば、太陽電池セルの一部に異物が付着したために発電量が低下するような異常や、劣化による内部抵抗の増加により発電量が低下するような異常を検出することができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発電可能な状態のクラスタの異常を検出することが可能なクラスタ状態監視装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るクラスタ状態監視装置（１００）は、複数の太陽電池セル（１１）を直列接続してなり、負荷に電力を供給する太陽電池セルストリング（１０Ｓ）を、１つ又は所定複数の太陽電池セル（１１）からなる複数のクラスタ（１２）に等分し、それらクラスタ（１２）の状態を監視するクラスタ状態監視装置（１００）において、各クラスタ（１２）の端末間の電圧をクラスタ電圧として検出するクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）と、クラスタ電圧同士を比較し、予め設定された閾値を超えて他のクラスタ電圧より低いクラスタ電圧が検出された場合に異常有りと判定する異常判定手段（９３，Ｓ４１，Ｓ５７，Ｓ５８）とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、複数のクラスタ（１２）を一纏めに固定してなる太陽電池モジュール（１０）を複数直列接続して太陽電池セルストリング（１０Ｓ）が構成され、各太陽電池モジュール（１０）毎に、クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）を含みかつそのクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）が検出したクラスタ電圧の情報を無線送信するモジュール端末（３０）が設けられると共に、異常判定手段（９３，Ｓ４１，Ｓ５７，Ｓ５８）を有しかつ複数のモジュール端末（３０）からクラスタ電圧の情報を無線受信して、異常判定手段（９３，Ｓ４１，Ｓ５７，Ｓ５８）にてクラスタ電圧同士を比較して異常の有無を判定するデータ判定端末（９０）を備えたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、各モジュール端末（３０）は、太陽電池モジュール（１０）又はクラスタ電圧の出力電圧が、予め設定された単位時間当りの基準低下量（ΔＥ１０）を超えて低下したことを電圧急低下現象として検出する自己トリガ検出手段（３４，Ｓ１１）を備え、自己トリガ検出手段（３４，Ｓ１１）が電圧急低下現象を検出したことをトリガにして、そのトリガの前又は後に検出された最新のクラスタ電圧の情報を無線送信するところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、各モジュール端末（３０）は、太陽電池モジュール（１０）又はクラスタ（１２）から受電して作動するアイソレート電源（３１）を備えているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項２に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、データ判定端末（９０）から無線出力されたトリガ信号に応じて、各モジュール端末（３０）が、そのトリガ信号の受信の前又は後に検出された最新のクラスタ電圧の情報を無線送信するところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）は、負荷の消費電力が極めて小さいか又は無負荷の小・無負荷状態におけるクラスタ電圧を小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））として検出し、異常判定手段（９３，Ｓ５７，Ｓ５８）は、予め設定された第１閾値を超えて小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））がその平均値（Ｅ１ａ）より低いクラスタ（１２）に第１種の異常があると判定するところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項６に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）は、小・無負荷状態に比べて負荷の消費電力が極めて大きい大負荷状態におけるクラスタ電圧を大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）として検出し、第１閾値内で小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））がその平均値（Ｅ１ａ）と同一でかつ、予め設定された第２閾値を超えて大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）がその平均値（Ｅ２ａ）より低いクラスタ（１２）に、第１種と異なる第２種の異常があると判定するところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１のクラスタ状態監視装置（１００）では、複数のクラスタ（１２）のクラスタ電圧同士を比較して、他のクラスタ電圧より閾値を超えて低いクラスタ電圧が検出された場合に異常有りと判定するので、発電可能な状態のクラスタ（１２）の異常を検出することができる。即ち、本発明のクラスタ状態監視装置（１００）によれば、クラスタ（１２）が発電は行っているが、そのクラスタ（１２）に含まれる太陽電池セル（１１）の一部に異物が付着したために発電量が低下するような異常や、劣化による内部抵抗の増加により発電量が低下するような異常も検出することができる。

［請求項２の発明］
請求項２の構成によれば、複数の太陽電池モジュール（１０）のそれぞれにクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）を含むモジュール端末（３０）を設けて、検出したクラスタ電圧の情報を無線出力するので、困難な信号配線の取り廻し作業を要せずに、全ての太陽電池モジュール（１０）における各クラスタのクラスタ電圧の情報をデータ判定端末（９０）に集めることができる。

［請求項３の発明］
太陽電池セルストリング（１０Ｓ）から受電する負荷の大きさが急増すると、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）に含まれる全てのクラスタ（１２）及び全ての太陽電池モジュール（１０）の出力電圧が、同時に急低下するという電圧急低下現象が生じる。この現象を利用して、請求項３の構成では、太陽電池モジュール（１０）又はクラスタ電圧の出力電圧が、単位時間当りの基準低下量（ΔＥ１０）を超えて低下したことをトリガにして、そのトリガの前又は後に検出された最新のクラスタ電圧の情報が各太陽電池モジュール（１０）のモジュール端末（３０）から無線送信されるので、略同時刻に検出したクラスタ電圧同士を比較することができる。しかも、特別なトリガ信号を生成して出力するのではなく、電源システム（１５）の使用中にしばしば起こり得る電圧急低下現象をトリガにしているので製造コストも抑えられる。

［請求項４の発明］
請求項４の構成では、各モジュール端末（３０）は、太陽電池モジュール（１０）又はクラスタ（１２）から受電して作動するアイソレート電源（３１）を備えているので、太陽電池モジュール（１０）又は各クラスタ（１２）の電圧に依存することなくクラスタ電圧を精度よく検出することができる。また、アイソレート電源の代わりとした電源である乾電池を電源とした場合のような電池切れの心配もなくなる。

［請求項５の発明］
請求項５の構成によれば、データ判定端末（９０）から出力されたトリガ信号に応じて、各太陽電池モジュール（１０）でクラスタ電圧が検出されるので、略同時刻に検出したクラスタ電圧同士の比較が可能になる。

［請求項６の発明］
小・無負荷状態では、クラスタ（１２）には電流が流れないか、流れても極めて小さいので、クラスタ（１２）の内部抵抗の大小がクラスタ電圧に反映され難い。そして、請求項６のクラスタ状態監視装置（１００）では、小・無負荷状態のクラスタ電圧を小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））として検出し、小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））がその平均値（Ｅ１ａ）より第１閾値を超えて低いクラスタ（１２）に第１種の異常があると判定するので、第１種の異常として発電能力が低下した異常を有するクラスタ（１２）を特定することができる。そして、その第１種の異常は、太陽電池セル（１１）への落ち葉や鳥の糞等の異物の付着、埃による汚れ等によって発生し易いので、そのような異物の付着が原因である場合には、異物を取り除くことで、第１種の異常を容易に解消することができる。

［請求項７の発明］
大負荷状態では、クラスタ（１２）には、大きな電流が流れるので、クラスタ（１２）の内部抵抗の大小がクラスタ電圧に反映され易い。しかしながら、クラスタ（１２）の発電能力の高低もクラスタ電圧に反映される。これに対し、請求項７のクラスタ状態監視装置（１００）では、大負荷状態のクラスタ電圧を大負荷時クラスタ電圧（Ｅ２（ｉ，ｊ））として検出し、第１閾値内で小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））がその平均値（Ｅ１ａ）と同一でかつ、予め設定された第２閾値を超えて大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）がその平均値（Ｅ２ａ）より低いクラスタ（１２）に、第１種と異なる第２種の異常があると判定する。これにより、第２種の異常として発電能力は低下していないが、内部抵抗が大きい異常を有するクラスタ（１２）を特定することができる。そして、第２種の異常は、部品交換によって解消することができ、本発明によれば、第２種の異常を第１種の異常と区別して判定するので、異常に対して適切に対処することができる。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール群を備えた住居の斜視図 （Ａ）太陽電池モジュールの平面図，（Ｂ）太陽電池モジュールの電気的構成を示した概念図 電源システムの回路図 モジュール端末の回路図 データ判定端末の回路図 送信処理プログラムのフローチャート 監視プログラムのフローチャート 異常判定処理のフローチャート 第２実施形態の電源システムの回路図 第２実施形態の監視プログラムのフローチャート 他の実施形態（４）の概念図

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１には、住居の屋根の上に設置された太陽電池モジュール１０群が示されている。各太陽電池モジュール１０は、図２（Ａ）に示すように、例えば複数の太陽電池セル１１を縦横に２ｍ×ｎ個（例えば、ｍは「３」、ｎは「８」）のマトリクス状に配置してセル支持部材１４に固定した構造になっている。それら２ｍ×ｎ個の太陽電池セル１１は、図２（Ｂ）に示すようにセル支持部材１４に備えた正負のモジュール出力電極Ｐ１，Ｐ２の間に直列接続されている。

太陽電池モジュール１０が有する２ｍ×ｎ個の太陽電池セル１１は、２ｎ個（本実施形態では、８個）ずつ太陽電池セル１１が連続してなるクラスタ１２にグループ分けされている。換言すれば、太陽電池モジュール１０は、同一構造のｍ個（本実施形態では、例えば３個）のクラスタ１２を直列接続した構造になっている。

各クラスタ１２の両端末間には、バイパスダイオード１３が各クラスタ１２から逆バイアス電圧を受けるように接続され、クラスタ１２が正常に発電を行っている間は、バイパスダイオード１３がオフし、クラスタ１２が発電不能になった場合に、バイパスダイオード１３がオンするようになっている。

各太陽電池モジュール１０のセル支持部材１４には、各クラスタ１２の両端末間の電圧を検出するための第１〜第４の検出電極Ａ１〜Ａ４が備えられている。具体的には、第１の検出電極Ａ１は、太陽電池モジュール１０のうち高電位側のクラスタ１２の正極に接続され、第２の検出電極Ａ２は、高電位側のクラスタ１２の負極と中央のクラスタ１２の正極とに共通接続され、第３の検出電極Ａ３は、中央のクラスタ１２の負極と低電位側のクラスタ１２の正極とに共通接続され、さらに、第４の検出電極Ａ４は、低電位側のクラスタ１２の負極に接続されている。

図３に示すように、上記した複数の太陽電池モジュール１０は、同じ複数個ずつ直列接続されて複数のモジュールストリング１０Ｓを構成している。また、それら複数のモジュールストリング１０Ｓがパワーコンディショナー２１に備えた１対の統括電極Ｐ３，Ｐ４の間に複数並列接続されている。そして、これら太陽電池モジュール１０群とパワーコンディショナー２１とから電源システム１５が構成されている。

なお、モジュールストリング１０Ｓに含まれている全ての太陽電池セル１１は、統括電極Ｐ３，Ｐ４を直列接続されて本発明の「太陽電池セルストリング」になっている。即ち、本実施形態では、モジュールストリング１０Ｓに、本発明の「太陽電池セルストリング」が含まれた構成になっている。

パワーコンディショナー２１は、太陽電池モジュール１０群が取り付けられた屋根の近く（例えば、屋根上）に設置され（図１参照）、モジュールストリング１０Ｓ群から直流電力を受電するインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力変換回路２２と、電力変換回路２２のＤＣ／ＤＣコンバータ等から受電して作動する電力制御回路２４とを備えている。そして、電力制御回路２４が、電力変換回路２２のインバータを制御してモジュールストリング１０Ｓ群の直流出力を交流出力に変換する。また、電力変換回路２２のインバータの出力は、出力先切替回路２５を介して住居内の家電製品等の負荷（以下、「家電負荷」という）及び商用電源に接続されるか、それらの何れにも接続されない状態とに切り替えられる。なお、電力変換回路２２のインバータが出力する電力のうち家電負荷に給電してもなお余った余剰電力は、商用電源の給電元である電力会社が買電するようになっている。

図１に示すように、各太陽電池モジュール１０の裏面には、それぞれモジュール端末３０が取り付けられている。図４に示すように、モジュール端末３０は、入力切替回路３２とマイクロコントローラ３４（以下、「ＭＣＵ３４」という）と差動増幅回路３３とＡ／Ｄコンバータ３５とＲＯＭ／ＲＡＭ３８と無線送信回路３６及び無線受信回路３７とアイソレート電源３１とを有している。入力切替回路３２は、第１と第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂからなり、それら第１と第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ複数の入力端末と１つの出力端末とを備えていて、選択された任意の１つの入力端末が出力端末に接続されるようになっている。そして、各太陽電池モジュール１０の第１〜第４の検出電極Ａ１〜Ａ４に接続されたラインがそれぞれ分岐し、それらの一方の分岐ライン群が第１マルチプレクサ３２Ａの入力端末群に接続される一方、他方の分岐ライン群が第２マルチプレクサ３２Ｂの入力端末群に接続されている。また、第１及び第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂの出力端子は、差動増幅回路３３の反転入力端子と非反転入力端子に接続されている。さらに、差動増幅回路３３の出力が、Ａ／Ｄコンバータ３５にてＡ／Ｄ変換されてＭＣＵ３４に取り込まれるようになっている。

第１と第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂの制御用端子には、ＭＣＵ３４が接続されている。また、ＭＣＵ３４の内蔵メモリには、複数のプログラムと各ＭＣＵ３４に固有の識別番号が記憶されている。そして、ＭＣＵ３４は、予め定められたサンプリング周期でデータ取得用のプログラムを割り込み実行して第１及び第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂを、順次、切り替え、例えば、太陽電池モジュール１０全体の出力電圧（以下、「モジュール電圧」という）と、各クラスタ１２の出力電圧（以下、「クラスタ電圧」という）とを、差動増幅回路３３及びＡ／Ｄコンバータ３５を通して順番に取り込み、全てのクラスタ１２のクラスタ電圧を取り終えたら、再び、モジュール電圧、各クラスタ１２のクラスタ電圧を順番に取り込む動作を繰り返す。これらのマルチプレクサ３２、差動増幅回路３３、ＭＣＵ３４及びＡ／Ｄコンバータ３５が本発明の「クラスタ電圧検出手段」に相当する。そして、ＭＣＵ３４は、最新の一定時間分のモジュール電圧及びクラスタ電圧のデータ群をＲＯＭ／ＲＡＭ３８にバッファリングする。また、ＭＣＵ３４は、内蔵メモリに記憶された後述の送信処理プログラムＰＧ１を実行して、所定のタイミングで、最新のモジュール電圧と各クラスタ１２のクラスタ電圧のデータに識別番号を付けた情報を無線送信回路３６に無線出力させる。

アイソレート電源３１は、トランス５０や、同様の作用をする圧電トランスを備えていて、そのトランス５０の一次コイル５１の一方の端末に太陽電池モジュール１０の第１，第２，第３の検出電極Ａ１，Ａ２，Ａ３が並列接続されると共に、それら各並列ラインのそれぞれにダイオード５６が備えられている。また、各ダイオード５６は、それぞれカソード側が一次コイル５１に接続されている。一次コイル５１の他方の端末には、スイッチ素子としてのＰＮＰ型のトランジスタ５７を介して太陽電池モジュール１０の第４の検出電極Ａ４が接続され、そのトランジスタ５７のベースには、オシレータ４１の出力が接続されている。また、オシレータ４１の入力には、上記した第１，第２，第３の検出電極Ａ１，Ａ２，Ａ３が、上記したダイオード５６を介して共通接続されている。さらに、一次コイル５１の両端末間には、コンデンサと抵抗とを直列接続してなるサージ電圧吸収回路５８が接続されている。

一方、トランス５０の二次コイル５２側には、整流回路５３と共にレギュレータ５４が接続されている。そして、レギュレータ５４が整流回路５３の出力を昇圧又は降圧し、これにより、アイソレート電源３１から一定の直流電圧Ｖｃｃの電力が出力されるようになっている。そして、その電力がモジュール端末３０内の差動増幅回路３３、Ａ／Ｄコンバータ３５，ＭＣＵ３４等に給電される。このアイソレート電源３１を備えたことで、太陽電池モジュール１０と差動増幅回路３３、Ａ／Ｄコンバータ３５，ＭＣＵ３４等との間がアイソレートされるので、モジュール端末３０によるクラスタ電圧の検出において、差動増幅回路３３への入力電圧を各クラスタ電圧の基準に合わせることができるため、クラスタ電圧の正確な検出が可能になるし、乾電池を使用した場合のような電池切れの心配もない。また、このアイソレート電源３１によれば、その給電元の複数のクラスタ１２のうち一部に異常が生じても一定電圧Ｖｃｃの直流電力を出力することができる。

電源システム１５の太陽電池モジュール１０群全体の複数のモジュール端末３０に対して１つのデータ判定端末９０が設けられている。そして、これらモジュール端末３０群とデータ判定端末９０とから本発明に係るクラスタ状態監視装置１００（図１参照）が構成されている。そのデータ判定端末９０は、図５に示すように、無線送信回路９１と無線受信回路９２とＣＰＵ９３とＲＡＭ９４とＲＯＭ９５とモニタ９６とＬＡＮ９７とを備えている。そして、そのモニタ９６には、例えば、全部の太陽電池モジュール１０の配置（図１参照）を模式的に示したモジュール配置図が表示されていて、正常時にはモジュール配置図全体が例えば白色になっている。また、ＬＡＮ９７を介したネットワークにより接続されたＰＣや携帯端末において、モニタ９６に表示されているモジュール配置図を表示したり、データ判定端末９０にて得られたデータを保存、解析することも可能となっている。また、ＰＣはインターネットを介し、スマートフォンなど無線端末によってもモジュールの状態を知ることができる。

図６には、各モジュール端末３０のＭＣＵ３４が所定周期で実行する送信処理プログラムＰＧ１が示されている。なお、この送信処理プログラムＰＧ１の実行周期は、上記したサンプリング周期より長い。ＭＣＵ３４は、送信処理プログラムＰＧ１を実行すると、ＲＯＭ／ＲＡＭ３８にバッファリングされているデータ群のうち最新のモジュール電圧Ｅ１０のデータと、その前のモジュール電圧Ｅ１１のデータとを取得する（Ｓ１０）。そして、前のモジュール電圧Ｅ１１から最新のモジュール電圧Ｅ１０を減算し、その減算結果が予め設定された基準低下量ΔＥ１０を超えていない場合、即ち、モジュール電圧が、単位時間（サンプリング周期の１周期）当りの基準低下量ΔＥ１０を超えて減少していない場合には（Ｓ１１のＮＯ）、送信処理プログラムＰＧ１を終了する。

一方、モジュール電圧が、単位時間当りの基準低下量ΔＥ１０を超えて減少していた場合には（Ｓ１１のＹＥＳ）、ＲＯＭ／ＲＡＭ３８にバッファリングされているデータ群のうち全クラスタ１２の最新のクラスタ電圧のデータを取得し、それらデータに識別番号を加えた情報の送信データ列を作成する（Ｓ１２）。なお、本実施形態では、Ｓ１１を実行しているときのＭＣＵ３４が本発明の「自己トリガ検出手段」に相当する。

そして、ＭＣＵ３４の内蔵メモリに記憶されている送信前待機時間の経過を待ってから（Ｓ１３）、送信データ列を無線送信回路３６に無線出力させる（Ｓ１４）。ここで、送信前待機時間は、モジュール端末３０毎に異なっていて、送信前待機時間を設けることで、複数のモジュール端末３０の無線信号が重なり合って送信されることを防いでいる。

ＭＣＵ３４は、無線送信回路３６が送信データ列の無線送信をしたら、一定の送信後待機時間の経過を待って（Ｓ１５）、送信処理プログラムＰＧ１を終了する。ここで、送信後待機時間を設けたことで、モジュール電圧が頻繁に変動した場合に、各モジュール端末３０からの無線信号が頻繁に出力されて重なり合うことを防いでいる。

図７には、データ判定端末９０のＲＯＭ９５に記憶されている監視プログラムＰＧ２が示されている。データ判定端末９０のＣＰＵ９３は、無線受信回路９２が無線信号を受信する度に監視プログラムＰＧ２を実行する。その監視プログラムＰＧ２が実行されると、無線受信回路９２から受信データを取得し（Ｓ３０）、その受信データが、何れかのモジュール端末３０の識別番号の情報を含んだ正規の受信データであるか否かをチェックする（Ｓ３１）。

ここで、正規の受信データでなかった場合には（Ｓ３１のＮＯ）、監視プログラムＰＧ２を終了する。正規の受信データであった場合には（Ｓ３１のＹＥＳ）、その受信データに含まれている識別番号とクラスタ電圧のデータとをＲＡＭ９４の受信データファイルに登録する（Ｓ３２）。また、受信データファイルに識別番号の登録が無い状態で初めて識別番号が登録された場合に限り、監視タイマをスタートさせる（Ｓ３３）。

次いで、全てのモジュール端末３０の識別番号が受信データファイルに登録されている受信完了状態であるか否かをチェックし（Ｓ３４）、受信完了状態でない場合には（Ｓ３４のＮＯ）、監視タイマによる計測時間が、予め設定された上限時間を超えたか否かをチェックし（Ｓ３５）、上限時間を超えていない場合には（Ｓ３５でＮＯ）、監視プログラムＰＧ２を終了する。

一方、受信完了状態であるか（Ｓ３４のＹＥＳ）、又は、監視タイマによる計測時間が上限時間を超えた場合（Ｓ３５のＹＥＳ）、以下の異常診断処理（Ｓ３６）を行う。

即ち、図８に示すように、異常診断処理（Ｓ３６）では、無線通信することができなかったモジュール端末３０を有する太陽電池モジュール１０が存在する場合には、そのような太陽電池モジュール１０に相当するモジュール配置図の一部を、例えば、赤色に変えて表示する（Ｓ３８）。

また、クラスタ電圧が０であるクラスタ１２を含んだ太陽電池モジュール１０が存在する場合には、そのような太陽電池モジュール１０に相当するモジュール配置図の一部を、例えば、橙色に変えて表示する（Ｓ３９）。

さらには、モジュール配置図において赤色及び橙色に表示された太陽電池モジュール１０のクラスタ１２群を除いた全ての太陽電池モジュール１０におけるクラスタ１２群のクラスタ電圧から、それらの平均値（以下、「平均クラスタ電圧」という）を演算する（Ｓ４０）。そして、平均クラスタ電圧に比べて予め設定された閾値を超えて低いクラスタ電圧のクラスタ１２を含む太陽電池モジュール１０が存在する場合に、そのような太陽電池モジュール１０に相当するモジュール配置図の一部を、例えば、黄色に変えて表示する（Ｓ４１）。なお、本実施形態では、Ｓ４１を実行しているときのＣＰＵ９３が本発明の「異常判定手段」に相当する。

以上により異常診断処理（Ｓ３６）を終了し、その後、図７に示すように、受信データファイルの全データを削除しかつ監視タイマをリセットして（Ｓ３７）、監視プログラムＰＧ２を終了する。

本実施形態のクラスタ状態監視装置１００の構成に関する説明は以上である。次に、このクラスタ状態監視装置１００の作用効果について説明する。

電源システム１５（図３参照）の各太陽電池セル１１が太陽光を受けて発電し、モジュールストリング１０Ｓ群全体から直流電力が出力されると、その直流電力がパワーコンディショナー２１にて交流電力に変換される。そして、住居内の商用電源ラインに接続されている住居内の照明、洗濯機、エアコン、電子レンジ等の家電負荷に、その商用電源ラインを通して電源システム１５から電力が供給される。

ここで、電源システム１５からの電力が、例えば、照明に使用されている状態で電子レンジのスイッチがオンされると、電源システム１５にかかる負荷が急増する。その結果、モジュールストリング１０Ｓに含まれる全てのクラスタ１２及び全ての太陽電池モジュール１０の出力電圧が、同時に急低下するという電圧急低下現象が生じる。

すると、各太陽電池モジュール１０のモジュール端末３０におけるＭＣＵ３４が、太陽電池モジュール１０の出力電圧が、単位時間当りの基準低下量ΔＥ１０を超えて低下したと判断する（送信処理プログラムＰＧ１のＳ１１）。そして、その太陽電池モジュール１０の出力電圧の急低下のタイミングをトリガにして、そのトリガの直前に検出された各クラスタ１２の最新のクラスタ電圧のデータ群をデータ判定端末９０に向けて無線送信する。

これにより、複数の太陽電池モジュール１０で略同時刻に検出された各クラスタ１２のクラスタ電圧のデータを、データ判定端末９０に集めることができる。そして、略同時刻に検出されたクラスタ電圧同士を比較して、他のクラスタ電圧より閾値を超えて低いクラスタ電圧のクラスタ１２（具体的には、平均クラスタ電圧に比べて閾値を超えて低いクラスタ電圧のクラスタ１２）に、異常有りと判定するので、発電可能な状態のクラスタ１２の異常も検出することができる。これにより、クラスタ１２が発電は行っているが、そのクラスタ１２に含まれる太陽電池セル１１の一部に異物が付着したために発電量が低下するような異常や、劣化による内部抵抗の増加により発電量が低下するような異常も検出することができる。

また、本実施形態では、複数の太陽電池モジュール１０で略同時刻に検出された各クラスタ１２のクラスタ電圧をデータ判定端末９０に集めるために、特別なトリガ信号を生成して出力するのではなく、電源システム１５の使用中にしばしば起こり得る電圧急低下現象をトリガにしているので、製造コストも抑えられる。しかも、無線通信で複数の太陽電池モジュール１０からデータ判定端末９０にデータを集めるので、困難な信号配線の取り廻し作業も不要である。

［第２実施形態］
本実施形態は、図９及び図１０に示されている。本実施形態では、図９に示すように、パワーコンディショナー２１Ｖに無線送信回路２７と無線受信回路２８とが備えられ、データ判定端末９０（図５参照）とパワーコンディショナー２１Ｖとの間でも無線通信を行えるようになっている。また、出力先切替回路２５は、電力変換回路２２のインバータの出力を家電負荷から検査用負荷２６に切り替えて接続することができるようになっている。

図１０には、データ判定端末９０のＣＰＵ９３が所定周期で実行する監視プログラムＰＧ３が示されている。この監視プログラムＰＧ３では、複数のモジュールストリング１０Ｓに、通し番号である列番号が付けられると共に、各モジュールストリング１０Ｓにおいて直列接続された複数のクラスタ１２に、通し番号である行番号が付けられて、任意のクラスタ１２が、整数ｉ，ｊによる行列番号（ｉ，ｊ）によって特定されるように設定されている。

さて、ＣＰＵ９３は、監視プログラムＰＧ３を実行すると、無線送信回路９１にてパワーコンディショナー２１Ｖに無線信号を出力して電力変換回路２２のインバータを停止させ、これにより本発明に係る小・無負荷状態にする（Ｓ５０）。この小・無負荷状態で、ＣＰＵ９３は、全てのモジュール端末３０に各クラスタ１２のクラスタ電圧を検出させて、第１実施形態と同様に、順次、各モジュール端末３０からクラスタ電圧の検出結果を無線送信させる。そして、各モジュール端末３０から受信した受信データに基づいて、全てのクラスタ１２のクラスタ電圧を、小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）に格納する（Ｓ５１）。このとき、無線送信が無かったモジュール端末３０の太陽電池モジュール１０に含まれる小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）は０にする。

次いで、ＣＰＵ９３は、無線送信回路９１にてパワーコンディショナー２１Ｖに無線信号を出力して電力変換回路２２のインバータを起動させると共に、出力先切替回路２５を作動させて電力変換回路２２のインバータを検査用負荷２６に接続し、本発明に係る大負荷状態にする（Ｓ５２）。この大負荷状態で、ＣＰＵ９３は、全てのモジュール端末３０に各クラスタ１２のクラスタ電圧を検出させて、第１実施形態と同様に、順次、各モジュール端末３０からクラスタ電圧の検出結果を無線送信させる。そして、各モジュール端末３０から受信した受信データに基づいて、全てのクラスタ１２のクラスタ電圧を、大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）に格納する（Ｓ５３）。このとき、無線送信が無かったモジュール端末３０の太陽電池モジュール１０に含まれる大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）は０にする。また、その後、無線送信回路９１にてパワーコンディショナー２１Ｖに無線信号を出力して、出力先切替回路２５により電力変換回路２２のインバータを家電負荷と商用電源とに接続した通常状態に戻す（Ｓ５４）。

次いで、異常解析を行う。具体的には、小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）が０である導通異常のクラスタ１２が存在する場合には、それ又はそれらクラスタ１２の行列番号（ｉ，ｊ）を導通異常ファイルに登録する（Ｓ５５）。

次いで、導通異常ファイルに登録がないクラスタ１２群における小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ１ａと、大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ２ａとを演算する（Ｓ５６）。そして、平均値Ｅ１ａに比べて小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）が予め設定された第１閾値を超えて低いクラスタ１２が存在する場合に、そのクラスタ１２の行列番号（ｉ，ｊ）をＲＡＭ９４の受光異常ファイルに登録する（Ｓ５７）。これと同様に、平均値Ｅ２ａに比べて大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）が予め設定された第２閾値を超えて低いクラスタ１２が存在する場合に、そのクラスタ１２の行列番号（ｉ，ｊ）をＲＡＭ９４の暫定ファイルに登録する（Ｓ５８）。なお、本実施形態では、Ｓ５７又はＳ５８を実行しているときのＣＰＵ９３が本発明の「異常判定手段」に相当する。

次いで、暫定ファイルには登録されているが受光異常ファイルには登録されていないクラスタ１２が存在する場合には、それ又はそれらクラスタ１２の行列番号（ｉ，ｊ）をＲＡＭ９４の劣化異常ファイルに登録する（Ｓ５９）。

そして、モニタ９６に表示したモジュール配置図において、導通異常ファイルに登録されているクラスタ１２に相当する部分を赤色で表示し、受光異常ファイルに登録されているクラスタ１２に相当する部分を橙色で表示し、劣化異常ファイルに登録されているクラスタ１２に相当する部分を黄色で表示し（Ｓ６０）、この監視プログラムＰＧ３を終了する。

ところで、上記した小・無負荷状態では、クラスタ１２には電流が流れないか、流れても極めて小さいので、クラスタ１２の内部抵抗の大小が小・無負荷時クラスタ電圧に反映され難い。そして、本実施形態では、上述の如く、小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ１ａと比較して第１閾値を超えて小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）が低いクラスタ１２を受光異常ファイルに登録する。これにより、受光異常ファイルには、本発明に係る「第１種の異常」として、発電能力が低下した異常を有する受光異常のクラスタ１２が登録されることになる。そして、その異常は、太陽電池セルへの落ち葉や鳥の糞等の異物の付着によって発生し易いので、受光異常ファイルの情報を利用して異物を取り除くことで容易に解消することができる。

また、大負荷状態では、クラスタ１２に大きな電流が流れるので、クラスタ１２の内部抵抗の大小が大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）に反映され易い。しかしながら、クラスタ１２の発電能力の高低も大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）に反映される。これに対し、本実施形態では、上述の如く、大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ２ａと比較して第２閾値を超えて大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）が低いクラスタ１２であって、受光異常ファイルには登録されていないクラスタ１２、即ち、小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）の平均値Ｅ１ａと比較して第１閾値内で小・無負荷時クラスタ電圧Ｅ１（ｉ，ｊ）が同一のクラスタ１２を劣化異常ファイルに登録する。これにより、劣化異常ファイルには、本発明に係る「第２種の異常」として、発電能力は低下していないが、内部抵抗が大い異常を有する劣化異常のクラスタ１２が登録されることになる。そして、その異常は、部品交換によって解消することができ、そのような劣化異常を上記した受光異常と区別して報知するので、異常に対して適切かつ迅速に対処することが可能になる。

このように本実施形態のモジュール端末３０では、クラスタ電圧同士を比較して、他と比べて異常なクラスタ電圧が検出された場合に異常有りと判定するので、発電可能な状態のクラスタの受光異常や劣化異常を検出することができる。なお、セルの発電量にひどく不均一な箇所があると、他のセルの発電電流によって内部インピーダンスに比例したホットスポットと呼ばれる局所的な発熱現象が生じるが、発電能力の低いセルを含んだクラスタを検出することで、ホットスポットの発生を監視することもできる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態のモジュール端末３０では、アイソレート電源３１によってモジュールストリング１０Ｓと差動増幅回路３３等とをアイソレートしていたが、アイソレートアンプによって、モジュールストリング１０Ｓと差動増幅回路３３等とをアイソレートしてもよい。

（２）前記実施形態では、発電可能な状態のクラスタ１２の異常を、受光異常と劣化異常を区別して報知する構成であったが、区別せずに報知する構成にしてもよい。

（３）前記第１実施形態では、モジュールストリング１０Ｓに含まれる１つの太陽電池モジュール１０からアイソレート電源３１が受電していたが、モジュールストリング１０Ｓの両端末からアイソレート電源３１が受電するように構成してもよい。

（４）前記第１及び第２実施形態では、クラスタ状態監視装置１００が複数のモジュール端末３０と１つのデータ判定端末９０とから構成されていたが、図１１に示すように、複数の太陽電池モジュール１０の第１〜第４の検出電極Ａ１〜Ａ４から信号線を延ばして１つのクラスタ状態監視装置１００Ｗに接続した構成にしてもよい。なお、信号線ではなく、電源線に信号をのせる電力線通信であってもよい。

１０ 太陽電池モジュール
１０Ｓ モジュールストリング
１１ 太陽電池セル
１２ クラスタ
３０ モジュール端末
３１ アイソレート電源
３３ 差動増幅回路
３４ ＭＣＵ
９０ データ判定端末
１００，１００Ｖ，１００Ｗ クラスタ状態監視装置
ＰＧ１ 送信処理プログラム
ＰＧ２ 監視プログラム
ＰＧ３ 監視プログラム

Claims (7)

1. 複数の太陽電池セル（１１）を直列接続してなり、負荷に電力を供給する太陽電池セルストリング（１０Ｓ）を、１つ又は所定複数の前記太陽電池セル（１１）からなる複数のクラスタ（１２）に等分し、それらクラスタ（１２）の状態を監視するクラスタ状態監視装置（１００）において、
   各前記クラスタ（１２）の端末間の電圧をクラスタ電圧として検出するクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）と、前記クラスタ電圧同士を比較し、予め設定された閾値を超えて他の前記クラスタ電圧より低い前記クラスタ電圧が検出された場合に異常有りと判定する異常判定手段（９３，Ｓ４１，Ｓ５７，Ｓ５８）とを備えたことを特徴とするクラスタ状態監視装置（１００）。
2. 複数の前記クラスタ（１２）を一纏めに固定してなる太陽電池モジュール（１０）を複数直列接続して前記太陽電池セルストリング（１０Ｓ）が構成され、
   各前記太陽電池モジュール（１０）毎に、前記クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）を含みかつそのクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）が検出した前記クラスタ電圧の情報を無線送信するモジュール端末（３０）が設けられると共に、
   前記異常判定手段（９３，Ｓ４１，Ｓ５７，Ｓ５８）を有しかつ複数の前記モジュール端末（３０）から前記クラスタ電圧の情報を無線受信して、前記異常判定手段（９３，Ｓ４１，Ｓ５７，Ｓ５８）にて前記クラスタ電圧同士を比較して異常の有無を判定するデータ判定端末（９０）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
3. 各前記モジュール端末（３０）は、前記太陽電池モジュール（１０）又は前記クラスタ電圧の出力電圧が、予め設定された単位時間当りの基準低下量（ΔＥ１０）を超えて低下したことを電圧急低下現象として検出する自己トリガ検出手段（３４，Ｓ１１）を備え、前記自己トリガ検出手段（３４，Ｓ１１）が前記電圧急低下現象を検出したことをトリガにして、そのトリガの前又は後に検出された最新の前記クラスタ電圧の情報を無線送信することを特徴とする請求項２に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
4. 各前記モジュール端末（３０）は、前記太陽電池モジュール（１０）又は前記クラスタ（１２）から受電して作動するアイソレート電源（３１）を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
5. 前記データ判定端末（９０）から無線出力されたトリガ信号に応じて、各前記モジュール端末（３０）が、そのトリガ信号の受信の前又は後に検出された最新の前記クラスタ電圧の情報を無線送信することを特徴とする請求項２に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
6. 前記クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）は、前記負荷の消費電力が極めて小さいか又は無負荷の小・無負荷状態における前記クラスタ電圧を小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））として検出し、
   前記異常判定手段（９３，Ｓ５７，Ｓ５８）は、予め設定された第１閾値を超えて前記小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））がその平均値（Ｅ１ａ）より低いクラスタ（１２）に第１種の異常があると判定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
7. 前記クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）は、前記小・無負荷状態に比べて前記負荷の消費電力が極めて大きい大負荷状態における前記クラスタ電圧を大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）として検出し、
   前記第１閾値内で前記小・無負荷時クラスタ電圧（Ｅ１（ｉ，ｊ））がその平均値（Ｅ１ａ）と同一でかつ、予め設定された第２閾値を超えて前記大負荷時クラスタ電圧Ｅ２（ｉ，ｊ）がその平均値（Ｅ２ａ）より低いクラスタ（１２）に、前記第１種と異なる第２種の異常があると判定することを特徴とする請求項６に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。

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