JP2014229658A

JP2014229658A - 太陽光発電システム用のモニタ装置

Info

Publication number: JP2014229658A
Application number: JP2013106122A
Authority: JP
Inventors: 小泉　孝; Takashi Koizumi; 孝小泉; 中川　茂; Shigeru Nakagawa; 茂中川
Original assignee: AKUSON DATA MACHINE KK
Current assignee: AKUSON DATA MACHINE KK
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP5634561B1

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら各ストリングＳＴi （ｉ＝１、２…ｎ）の作動状況を適確に判定する。
【解決手段】各ストリングＳＴi の電流値Ｉi （ｉ＝１、２…ｎ）を検出する電流検出部材１１、１１…と、マルチプレクサ２２を介して電流値Ｉi を読み取るマイクロコンピュータ２１とを備え、マイクロコンピュータ２１は、電流値Ｉi だけに基づいて各ストリングＳＴi を相対評価する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の太陽電池モジュールを直列接続して構成する複数のストリングを個別にモニタすることができる太陽光発電システム用のモニタ装置に関する。

太陽光発電システムでは、複数の太陽電池セルの必要枚数をまとめ、樹脂や強化ガラス、金属枠などで保護してモジュール化するとともに、このようにモジュール化された太陽電池モジュールの複数枚を直列接続してストリングを構成し、逆流防止用のダイオードを介して複数のストリングを接続箱ごとに並列接続し、パワーコンディショナに接続して発電電力を交流電力として利用するのが普通である。なお、太陽電池モジュールは、経年劣化や汚れなどにより発電能力が低下することがあるため、そのような太陽電池モジュールを含む発電不良のストリングを検知するモニタ装置が提案されている（たとえば特許文献１）。

従来のモニタ装置は、並列接続する各ストリングの電流値と、各ストリングに共通の電圧値とを測定し、各ストリングの発電量を求める。一方、現在の日射量を検出するための小形の太陽電池パネルを設け、現在の日射量に基づいて各ストリングの予測発電量を求め、各ストリングの発電量と対比することにより、日射量の変化による発電量の変化を補正して発電不良のストリングを正しく検出して特定することができる。

特開２０１３−８４７５９

かかる従来技術によるときは、現在の日射量に基づく各ストリングの予測発電量の算出精度を十分に高くすることが難しい上、日射量検出用の太陽電池パネルの他、各ストリングの発電量を算出するための電流検出器、電圧検出器を必要とし、全体構成が複雑になりがちであるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、各ストリングの電流値だけに基づいて判定用の標準値や上下限値を算出することによって、簡単な構成でありながら各ストリングの作動状況を実用的に十分な精度で判定することができる太陽光発電システム用のモニタ装置を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、単一の接続箱に入力する複数のストリングをモニタする太陽光発電システム用のモニタ装置であって、各ストリングの電流値を検出する電流検出部材と、マルチプレクサを介して各電流検出部材からの電流値を読み取るマイクロコンピュータとを備えてなり、マイクロコンピュータは、各電流値の最大値、最小値を除く平均値を標準値とするとともに各電流値の標準偏差を算出し、標準値の上下にそれぞれ許容値相当だけ偏移する第１の上限値、下限値と、標準値の上下にそれぞれ標準偏差相当だけ偏移する第２の上限値、下限値とを設定し、各電流値が第１の上限値、下限値、第２の上限値、下限値の双方を逸脱すると外部に警報することをその要旨とする。

なお、マイクロコンピュータには、第１の上限値、下限値、第２の上限値、下限値の双方に対する各電流値の判定結果を一覧表示するランプ表示器を付設することができる。

また、マイクロコンピュータには、標準値を表示する数字表示器を付設してもよく、マイクロコンピュータは、手動操作により各電流値を数字表示器に切替表示してもよい。

さらに、マイクロコンピュータには、手動操作により許容値を選択設定する切替スイッチを付設してもよい。

かかる発明の構成によるときは、マイクロコンピュータは、各電流検出部材により検出される各ストリングの電流値を読み取り、標準値の上下の第１、第２の上限値、下限値と対比することにより、各ストリングの作動状況をモニタすることができる。なお、このときのマイクロコンピュータは、各電流値の最大値、最小値を除く平均値を標準値として採用して各ストリングを相対評価するから、たとえば日射量や外気温度などのようにストリングを構成する太陽電池モジュールの発電能力に影響する外部要因が変動しても、各ストリングの作動状況を誤判定することがない。ただし、マイクロコンピュータは、モニタ対象となるストリング数をたとえば４回路、８回路、１２回路、１６回路などの少数に抑えることにより、外部要因が実質的に同一の太陽電池モジュールだけがモニタ対象に含まれるようにすることが好ましい。なお、１ストリング当りの太陽電池モジュールの直列枚数は、たとえば１４枚である。

一方、第１の上限値、下限値を定めるための許容値は、たとえば標準値の５〜５０％を任意に手動設定することができる。また、各電流値の標準偏差に基づいて第２の上限値、下限値を定めることにより、各電流値がノイズなどの偶発的な原因によって変動したとしても、それによって健全なストリングを異常と誤判定する機会を少なくすることができる。ただし、第２の上限値、下限値を定めるとき、標準偏差に対して適切な補正係数を乗じてもよい。

マイクロコンピュータに付設するランプ表示器は、各電流値の判定結果、すなわち各ストリングの作動状況を一覧表示し、一見して異常のストリングを特定することができる。

マイクロコンピュータに付設する数字表示器は、標準値を表示し、または手動操作により各ストリングの電流値を表示することにより、マイクロコンピュータの動作状況を表示することができる。また、マイクロコンピュータは、付設の切替スイッチを手動操作することにより、第１の上限値、下限値を算出するための許容値を任意に選択設定することができる。

全体ブロック系統図プログラムフローチャート数値データ例（１）数値データ例（２）サブパネルの正面図

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

太陽光発電システム用のモニタ装置は、各ストリングＳＴi （ｉ＝１、２…ｎ）の電流値Ｉi （ｉ＝１、２…ｎ）を検出する電流検出部材１１、１１…と、マイクロコンピュータ２１とを主要部材としてなり（図１）、ストリングＳＴi 用の接続箱Ｂに収納されている。ただし、ｎは、単一の接続箱Ｂに接続するストリングＳＴi の回路数である。

各ストリングＳＴi は、所定枚数の太陽電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）モジュール１２、１２…を直列接続して構成されている。各ストリングＳＴi の出力は、接続箱Ｂに個別に導入され、開閉器ＤＳ、逆流防止用のダイオードＤ、電流検出部材１１を介して並列接続された上、共通の遮断器ＣＢ、外部出力用の端子Ｔを経て、直接または他の接続箱を経由して、図示しないパワーコンディショナに接続されている。なお、電流検出部材１１は、各電流値Ｉi を検出するために、直列の低抵抗としてもよく、たとえばホール素子を使用するクランプ形の電流検出器としてもよい。クランプ形の電流検出器は、既設の接続箱Ｂに組み込む際に有利である。

マイクロコンピュータ２１は、マルチプレクサ２２、ＡＤ変換器２３を介し、各電流検出部材１１によって検出する各ストリングＳＴi の電流値Ｉi を読み取ることができる。なお、マイクロコンピュータ２１は、制御信号Ｓc をマルチプレクサ２２に送出してマルチプレクサ２２を動作させている。

マイクロコンピュータ２１には、手動操作の押しボタンスイッチＳＷ、切替スイッチＳＳが接続されている。また、マイクロコンピュータ２１には、ランプ表示器２４、数字表示器２５が付設されている。ランプ表示器２４は、たとえば各ストリングＳＴi に対応する赤緑橙のＬＥＤランプを上から下に３列ｎ段に並べることにより、各ストリングＳＴi の電流値Ｉi が「低い」（Ｌ、赤）、「標準」（Ｓ、緑）、「高い」（Ｕ、橙）のいずれであるかを表示して各ストリングＳＴi の作動状況を一覧表示することができる。なお、マイクロコンピュータ２１は、端子Ｔ1 、Ｔ2 を介し、それぞれ警報信号Ｓa 、必要なデータ信号Ｓd を外部に送出することができる。

マイクロコンピュータ２１の作動は、たとえば図２のプログラムフローチャートのとおりである。ただし、図２のプログラムは、たとえば数１０秒ないし数分程度の所定時間ごとに繰返し起動するものとする。

プログラムは、まず、マルチプレクサ２２、ＡＤ変換器２３を介して各ストリングＳＴi の電流値Ｉi を読み取って記憶する（図２のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。

つづいて、プログラムは、読み取った各電流値Ｉi の中から、最大値Ｉmx、最小値Ｉmnを抽出するとともに、平均値Ｉa 、標準値Ｉo 、標準偏差Ｉs を算出する（２）。ただし、平均値Ｉa ＝ΣＩi ／ｎであって各電流値Ｉi の単純平均値であり、標準値Ｉo ＝（ΣＩi −Ｉmx−Ｉmn）／（ｎ−２）であって、各電流値Ｉi から最大値Ｉmx、最小値Ｉmnを除いた平均値である。また、平均値Ｉa は、標準偏差Ｉs ＝（Σ（Ｉi −Ｉa ）²／ｎ）^1/2の計算に使用する。

その後、プログラムは、標準値Ｉo と、外部の切替スイッチＳＳを介して手動設定する許容値ｄとを使用して、判定１用の第１の下限値Ｉ1a＝Ｉo −ｄＩo 、第１の上限値Ｉ1b＝Ｉo ＋ｄＩo を設定するとともに（３）、標準値Ｉo 、標準偏差Ｉs を使用して、判定２用の第２の下限値Ｉ2a＝Ｉo −Ｉs 、第２の上限値Ｉ2b＝Ｉo ＋Ｉs を設定する。ただし、切替スイッチＳＳは、たとえば１０接点のロータリスイッチであって、手動操作により許容値ｄ＝０．０５〜０．５（５〜５０％）を０．０５（５％）ごとに段階的に選択設定することができる。

つづいて、プログラムは、各電流値Ｉi を第１の下限値Ｉ1a、上限値Ｉ1b、第２の下限値Ｉ2a、上限値Ｉ2bと対比して判定１、判定２を実行し（４）、判定１、判定２の双方を逸脱する電流値Ｉi のストリングＳＴi を異常と判定し（５）、標準値Ｉo を数字表示器２５に表示するとともに判定結果をランプ表示器２４に一覧表示し（６）、必要に応じて警報信号Ｓa 、データ信号Ｓd を外部に送出して終了する。警報信号Ｓa には、たとえば異常と判定されたストリングＳＴi の番号と、その電流値Ｉi の他、電流値Ｉi の逸脱方向が含まれるものとし、データ信号Ｓd には、各電流値Ｉi 、標準値Ｉo 、第１の下限値Ｉ1a、上限値Ｉ1b、第２の下限値Ｉ2a、上限値Ｉ2b、判定１、判定２の判定結果が含まれるものとする。ただし、警報信号Ｓa としては、異常と判定されたストリングＳＴi の発生事実だけをたとえば接点信号により外部に出力してもよい。さらに、データ信号Ｓd は、各ストリングＳＴi の電流値Ｉi を読み取るごとに、各電流値Ｉi を外部に常時出力してもよい。なお、押しボタンスイッチＳＷを手動操作すると、数字表示器２５には、標準値Ｉo に代えて、各ストリングＳＴi の電流値Ｉi が順に切替表示されるものとする。

図２のプログラムフローチャートによるデータ処理内容の数値データの一例を図３、図４に示す。ただし、図３、図４において、ストリングＳＴi は、番号１〜１６の１６回路であってｎ＝１６である。

図３（Ａ）は、マイクロコンピュータ２１に読み込まれた各ストリングＳＴi の電流値Ｉi の１セットを示す。そこで、図３（Ａ）の電流値Ｉi から、最大値Ｉmx＝Ｉ1 ＝５．５０Ａ、最小値Ｉmn＝Ｉ5 ＝３．１１Ａ、平均値Ｉa ＝４．９０Ａ、標準値Ｉo ＝４．９８Ａ、標準偏差Ｉs ＝０．５１Ａが得られ（図３（Ｂ））、判定１用の第１の下限値Ｉ1a＝４．７３Ａ、上限値Ｉ1b＝５．２３Ａが得られ（図３（Ｃ））、判定２用の第２の下限値Ｉ2a＝４．４７Ａ、上限値５．４９Ａが得られる（図３（Ｄ））。ただし、図３（Ｂ）の第１の下限値Ｉ1a、上限値Ｉ1bは、許容値ｄ＝０．０５（５％）として計算されている。

つづいて、図３（Ａ）の各電流値Ｉi を図３（Ｃ）の第１の下限値Ｉ1a、上限値Ｉ1b、図３（Ｄ）の第２の下限値Ｉ2a、上限値Ｉ2bと対比して判定１、判定２を実行すると、図４が得られる。ただし、図４において、判定１、判定２の各欄のＵ（高い）、Ｓ（標準）、Ｌ（低い）は、それぞれ各電流値Ｉi が第１の下限値Ｉ1aから上限値Ｉ1bの範囲を上方に逸脱し、範囲内に属し、下方に逸脱していること、各電流値Ｉi が第２の下限値Ｉ2aから上限値Ｉ2bの範囲を上方に逸脱し、範囲内に属し、下方に逸脱していることを示している。

よって、最終判定は、判定１、判定２の双方において、上方または下方に逸脱している電流値Ｉi のストリングＳＴi を異常として抽出し、他のストリングＳＴi を正常とすればよい。図４では、番号１のストリングＳＴ1 、番号５のストリングＳＴ5 がそれぞれＵ（高い）、Ｌ（低い）の異常と判定されている。また、番号１３のストリングＳＴ13の電流値Ｉ13＝４．６２Ａは、判定１では下方に逸脱しているが、判定２では範囲内に属しているため、最終判定もＳ（標準）とされ、正常と判定されている。

なお、図５は、モニタ装置用のサブパネルＳＰの一例である。かかるサブパネルＳＰは、モニタ装置を組み込む接続箱Ｂ内の見易い箇所に設置することができる。ただし、サブパネルＳＰ上の各部材の機能、形態、配置などは、単なる一例であり、任意に変更可能である。

以上の説明において、マイクロコンピュータ２１は、図２のプログラムフローチャートの一連のデータ処理を少なくとも１秒以下程度の短時間内に完了することが好ましい。一連のデータ処理時間を短くすることにより、外気温度や日射量などの経時変化による誤判定の機会を少なくすることができるからである。

また、マイクロコンピュータ２１は、図２のプログラムステップ（３）において、第１、第２の上限値Ｉ1b、Ｉ2bの設定を省略し、プログラムステップ（４）の判定１、判定２において、各電流値Ｉi の下方への逸脱のみをチェックするようにしてもよい。さらに、マイクロコンピュータ２１は、図２のプログラムステップ（４）において、判定１、判定２の双方を実行するに代えて、判定１、判定２のいずれか一方のみを実行してもよい。

この発明は、家庭用から産業用に至るあらゆる発電規模の太陽光発電システムに対し、広く、好適に適用することができる。

Ｂ…接続箱
ＳＳ…切替スイッチ
ＳＴi （ｉ＝１、２…ｎ）…ストリング
Ｉi （ｉ＝１、２…ｎ）…電流値
Ｉmx…最大値
Ｉmn…最小値
Ｉo …標準値
Ｉs …標準偏差
Ｉ1a…第１の下限値
Ｉ1b…第１の上限値
Ｉ2a…第２の下限値
Ｉ2b…第２の上限値
ｄ…許容値
１１…電流検出部材
２１…マイクロコンピュータ
２２…マルチプレクサ
２４…ランプ表示器
２５…数字表示器

特許出願人アクソンデータマシン株式会社

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、単一の接続箱に接続する４〜１６回路の各ストリングを相対評価してモニタする太陽光発電システム用のモニタ装置であって、各ストリングの電流値を検出する電流検出部材と、マルチプレクサを介して各電流検出部材からの電流値を読み取るマイクロコンピュータとを備えてなり、マイクロコンピュータは、各電流値の最大値、最小値を除く平均値を標準値とするとともに各電流値の標準偏差を算出し、標準値の上下にそれぞれ許容値相当だけ偏移する第１の上限値、下限値と、標準値の上下にそれぞれ標準偏差相当だけ偏移する第２の上限値、下限値とを設定し、電流値が第１の上限値、下限値、第２の上限値、下限値の少なくともいずれかの範囲内に属しているストリングを正常と判定するとともに、電流値が第１の上限値、下限値、第２の上限値、下限値の双方を逸脱しているストリングを異常と判定して外部に警報することをその要旨とする。

Claims

単一の接続箱に入力する複数のストリングをモニタする太陽光発電システム用のモニタ装置であって、各ストリングの電流値を検出する電流検出部材と、マルチプレクサを介して前記各電流検出部材からの電流値を読み取るマイクロコンピュータとを備えてなり、該マイクロコンピュータは、各電流値の最大値、最小値を除く平均値を標準値とするとともに各電流値の標準偏差を算出し、標準値の上下にそれぞれ許容値相当だけ偏移する第１の上限値、下限値と、標準値の上下にそれぞれ標準偏差相当だけ偏移する第２の上限値、下限値とを設定し、各電流値が第１の上限値、下限値、第２の上限値、下限値の双方を逸脱すると外部に警報することを特徴とする太陽光発電システム用のモニタ装置。
前記マイクロコンピュータには、第１の上限値、下限値、第２の上限値、下限値の双方に対する各電流値の判定結果を一覧表示するランプ表示器を付設することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム用のモニタ装置。
前記マイクロコンピュータには、標準値を表示する数字表示器を付設することを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽光発電システム用のモニタ装置。
前記マイクロコンピュータは、手動操作により各電流値を前記数字表示器に切替表示することを特徴とする請求項３記載の太陽光発電システム用のモニタ装置。
前記マイクロコンピュータには、手動操作により許容値を選択設定する切替スイッチを付設することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の太陽光発電システム用のモニタ装置。