JP2015080399A - 太陽電池モジュールの劣化判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池ストリングに太陽電池モジュールを接続したままの状態で、劣化した太陽電池モジュールを特定する。【解決手段】 複数の太陽電池モジュール１が直列に接続された太陽電池ストリング２に負荷抵抗４を接続し、負荷抵抗４の両端に発生するストリング電圧を電圧計５で測定することにより、複数の太陽電池モジュール１のうちから、劣化した太陽電池モジュール１を特定する太陽電池モジュール１の劣化判別方法であって、複数の太陽電池モジュール１から選択された１つの太陽電池モジュール１を遮光し、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュール１を特定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池パネルをパワーコンディショナにより電力系統と連系させた太陽光発電システムにおいて、太陽電池パネルを構成する複数の太陽電池モジュールのうち、劣化した太陽電池モジュールを特定する太陽電池モジュールの劣化判別方法に関する。

近年、環境保護の観点からクリーンな自然エネルギーの一つとして太陽光を利用した太陽光発電システムが注目されている。この太陽光発電システムは、インバータからなるパワーコンディショナ（電力変換装置）により太陽電池パネルを商用電源などの電力系統と連系させた構成を具備する。

太陽電池パネルは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された太陽電池ストリングを一単位として、複数組の太陽電池ストリングで構成されている。この太陽電池パネルは、複数組の太陽電池ストリングごとに１つの接続箱に接続され、その接続箱を介してパワーコンディショナに接続されている。

この種の太陽光発電システムにおいては、長期使用などにより太陽電池モジュールが劣化すると、太陽電池パネルの出力電力が低下することになる。そのため、太陽電池モジュールの劣化を検出する手段が必要とされている。従来、この太陽電池モジュールの劣化を検出する手段として、劣化した太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングを特定する太陽電池ストリング検査装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この太陽電池ストリング検査装置は、検査対象となる太陽電池ストリングの出力電力からＩ−Ｖ特性を測定する特性測定手段と、その特性測定手段で測定した特性から指標を演算する信号処理手段と、演算された指標と予め設定した閾値とを比較する比較監視手段と、指標と閾値との比較結果を表示記録する表示記録手段とで構成されている。

特開２０１２−１６９５３１号公報

ところで、前述の特許文献１に開示された太陽電池ストリング検査装置では、太陽電池モジュールの劣化により出力が低下した太陽電池パネルにおいて、経時的データによらずに異常のある太陽電池ストリングを特定することができる。

しかしながら、特許文献１の太陽電池ストリング検査装置では、太陽電池ストリングを構成する複数の太陽電池モジュールのうち、劣化した太陽電池モジュールを特定することができないというのが現状であった。

また、特許文献１の太陽電池ストリング検査装置以外の他の検査装置を用いる場合であっても、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された太陽電池ストリングから各太陽電池モジュールを切り離し、個々の太陽電池モジュールについてＩ−Ｖ特性の測定などによる検査を行わなければならず、太陽電池モジュールの特定作業が煩雑であった。

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、太陽電池ストリングに太陽電池モジュールを接続したままの状態で、劣化した太陽電池モジュールを特定し得る太陽電池モジュールの劣化判別方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された太陽電池ストリングに負荷抵抗を接続し、負荷抵抗の両端に発生するストリング電圧を電圧計で測定することにより、複数の太陽電池モジュールのうちから、劣化した太陽電池モジュールを特定する太陽電池モジュールの劣化判別方法であって、複数の太陽電池モジュールから選択された１つの太陽電池モジュールを遮光し、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュールを特定することを特徴とする。

本発明では、負荷抵抗の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差と近似する場合には、劣化した太陽電池モジュールが電圧低下型であると判定することが可能である。ここで、「電圧低下型」とは、負荷抵抗を可変させても、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が略一定であり、クラスタの劣化などにより、遮光時のストリング電圧と非遮光時のストリング電圧との電位差が低下するモードを意味する。なお、「負荷抵抗の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差と近似する」とは、負荷抵抗の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差と略同一かあるいは許容誤差範囲内にあることを意味する。

本発明では、複数の太陽電池モジュールのうち、劣化した太陽電池モジュール以外の正常な太陽電池モジュールについては、いずれの太陽電池モジュールを遮光しても、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、それら正常な太陽電池モジュールについて同一であり、この時の電位差を基準値とする。一方、劣化した太陽電池モジュールを遮光した場合、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は前述の基準値よりも小さくなる。このように、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差と基準値とを比較することにより、太陽電池ストリングに太陽電池モジュールを接続したままの状態で、劣化した太陽電池モジュールを特定することができる。

本発明における太陽電池モジュールは複数のクラスタで構成され、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差の大きさにより、劣化したクラスタ数を特定することができる。つまり、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、遮光対象となる太陽電池モジュールにおける非遮光時の出力電圧と遮光時の出力電圧との電位差に相当する。

ここで、太陽電池モジュールを構成するクラスタ数をｍ、劣化したクラスタ数をｎとすると、劣化した太陽電池モジュールを遮光した場合における非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、正常な太陽電池モジュールを遮光した場合における非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差の（ｍ−ｎ）／ｍとなる。このように、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差の大きさから、劣化したクラスタ数を特定することができる。

本発明において、劣化したクラスタ数を特定する判定式に、太陽電池モジュールの入出力間に接続されたバイパスダイオードの順方向電圧降下分を含めることが望ましい。このようにすれば、劣化したクラスタ数をより一層精度よく特定することができる。なお、そのバイパスダイオードの順方向電圧降下分は、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて算出することができる。つまり、遮光されていない太陽電池モジュールではバイパスダイオードに電流が流れず、遮光した太陽電池モジュールではバイパスダイオードに電流が流れる。

非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、バイパスダイオードの順方向電圧降下分を含めた１つの太陽電池モジュールの出力電圧に相当する。一方、非遮光時のストリング電圧を太陽電池モジュールの数で除算した値は、バイパスダイオードの順方向電圧降下分を含まない１つの太陽電池モジュールの出力電圧に相当する。従って、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差から、非遮光時のストリング電圧を太陽電池モジュールの数で除算した値を減算すれば、バイパスダイオードの順方向電圧降下分を算出することができる。

本発明において、太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性における最大動作電圧をＶｍ、最大動作電流をＩｍとし、太陽電池モジュールの劣化により発生した電流低下分をΔＩとした時、太陽電池ストリングに接続された負荷抵抗Ｒを、Ｖｍ／（Ｉｍ−ΔＩ）≫Ｒ≧Ｖｍ／Ｉｍの条件を満足するように設定することが望ましい。

このような範囲に負荷抵抗の値を設定すれば、遮光時の太陽電池モジュールのバイパスダイオードに確実に電流が流れることから、遮光時のストリング電圧を精度よく測定することができる。なお、負荷抵抗の値が上記範囲を逸脱する場合、遮光時の太陽電池モジュールのバイパスダイオードに電流が流れず、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が発生しない可能性がある。

一方、本発明では、負荷抵抗の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差よりも大きい場合には、劣化した太陽電池モジュールが電流低下型であると判定することも可能である。ここで、「電流低下型」とは、パネル表面の劣化などにより、日射量が増加しても出力電流が増加し難い状態にあり、負荷抵抗を可変させた場合、その負荷抵抗の低下によりストリング電流が大きくなればなるほど、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が小さくなるモードを意味する。なお、「負荷抵抗の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差よりも大きい」とは、負荷抵抗の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差から許容誤差範囲を超えることを意味する。

本発明によれば、複数の太陽電池モジュールから選択された１つの太陽電池モジュールを遮光し、非遮光時のストリング電圧および遮光時のストリング電圧を電圧計により測定し、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差を算出し、その電位差と基準値との比較に基づいて、劣化した太陽電池モジュールを特定することにより、太陽電池ストリングに太陽電池モジュールを接続したままの状態で、劣化した太陽電池モジュールを簡易な作業でもって特定することができる。

本発明の実施形態で、正常な太陽電池モジュールからなる太陽電池ストリングに負荷抵抗を接続し、その負荷抵抗の両端に電圧計を接続した構成を示す回路図である。 図１の太陽電池ストリングで、１つの太陽電池モジュールを遮光した状態を示す回路図である。 劣化した太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングに負荷抵抗を接続し、その負荷抵抗の両端に電圧計を接続した構成を示す回路図である。 図３の太陽電池ストリングで、（Ａ）は正常な太陽電池モジュールを遮光した状態を示す回路図、（Ｂ）劣化した太陽電池モジュールを遮光した状態を示す回路図である。 太陽電池モジュールを構成する複数のクラスタを示す構成図である。 （Ａ）は１つのクラスタが劣化した状態の太陽電池モジュールを示す構成図、（Ｂ）は（Ａ）の太陽電池モジュールを遮光した状態を示す構成図である。 （Ａ）は２つのクラスタが劣化した状態の太陽電池モジュールを示す構成図、（Ｂ）は（Ａ）の太陽電池モジュールを遮光した状態を示す構成図である。 （Ａ）は３つのクラスタが劣化した状態の太陽電池モジュールを示す構成図、（Ｂ）は（Ａ）の太陽電池モジュールを遮光した状態を示す構成図である。 １つのクラスタおよびバイパスダイオードで構成された太陽電池モジュールからなる太陽電池ストリングに負荷抵抗を接続し、その負荷抵抗の両端に電圧計を接続した構成を示す回路図である。 図９の太陽電池ストリングで、１つの太陽電池モジュールを遮光することにより、その太陽電池モジュールのバイパスダイオードに電流が流れる状態を示す回路図である。 図９の太陽電池ストリングで、１つの太陽電池モジュールを遮光することにより、その太陽電池モジュールのバイパスダイオードに電流が流れない状態を示す回路図である。 正常な太陽電池モジュールからなる太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を示すグラフである。 劣化した太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を示すグラフである。 電圧低下型と電流低下型について、電流に対する電位差の関係を示すグラフである。 電流低下型の太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を示すグラフである。

太陽電池パネルをパワーコンディショナにより電力系統と連系させた太陽光発電システムにおける太陽電池パネルは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された太陽電池ストリングを一単位として、複数組の太陽電池ストリングで構成されている。この太陽電池パネルは、複数組の太陽電池ストリングごとに１つの接続箱に接続され、その接続箱を介してパワーコンディショナに接続されている。

以下の実施形態では、図１に示すように、複数（例えば１５枚）の太陽電池モジュール１（ＰＶ１〜ＰＶ１５）が直列に接続された１つの太陽電池ストリング２を１つの接続箱３に接続した構成を例示する。なお、太陽電池ストリング２を構成する太陽電池モジュール１は１５枚に限らず、その数は任意である。また、１つの接続箱３に接続される太陽電池ストリング２は１つに限らず、その数は２以上であってもよい。

この太陽光発電システムにおいて、長期間使用などにより太陽電池モジュール１が劣化すると、太陽電池パネルの出力電圧が低下することから、太陽電池モジュール１の劣化を検出する手段が必要であり、その太陽電池モジュール１の劣化を検出する手段として、太陽電池ストリング２に太陽電池モジュール１を接続したままの状態で、劣化した太陽電池モジュール１を特定する方法を以下に詳述する。

図１に示すように、太陽電池ストリング２の入出力間に負荷抵抗４を接続し、その負荷抵抗４の両端に発生する電圧、つまり、ストリング電圧を測定する電圧計５を負荷抵抗４の両端に接続する。具体的には、接続箱３の断路器６を開放した上で、その断路器６の太陽電池側に負荷抵抗４と電圧計５を接続する。この方法では、１５枚の太陽電池モジュール１から選択された１枚の太陽電池モジュール１を遮光し、非遮光時のストリング電圧および遮光時のストリング電圧を電圧計５でそれぞれ測定し、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差を算出し、その電位差と基準値との比較に基づいて、劣化した太陽電池モジュール１を特定する。

図１は、１つの太陽電池ストリング２を構成する１５枚の太陽電池モジュール１のうち、全ての太陽電池モジュール１が正常である場合を例示する。この場合、１枚の太陽電池モジュール１の出力電圧が３０Ｖであるとすると、電圧計５で測定される非遮光時のストリング電圧は、３０Ｖ×１５＝４５０Ｖとなる。

次に、図２に示すように、１枚の太陽電池モジュール１（ＰＶ１）を遮光板７（図中斜線部分）により遮光すると、遮光された太陽電池モジュール１の出力電圧は０Ｖとなる。その結果、電圧計５で測定される遮光時のストリング電圧は、３０Ｖ×１４＋０Ｖ×１＝４２０Ｖとなる。非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、４５０Ｖ−４２０Ｖ＝３０Ｖとなる。この電位差は他の太陽電池モジュール１（ＰＶ２〜ＰＶ１５）を遮光した場合についても同一の値となる。

図３は、１つの太陽電池ストリング２を構成する１５枚の太陽電池モジュール１のうち、１枚の太陽電池モジュール１（ＰＶ２）が劣化している場合を例示する。なお、太陽電池モジュール１は３つのクラスタ（各クラスタの出力電圧が１０Ｖ）で構成され、１つのクラスタが劣化することにより、劣化した太陽電池モジュール１の出力電圧が２０Ｖに低下している場合を例示する。この場合、電圧計５で測定される非遮光時のストリング電圧は、３０Ｖ×１４＋２０Ｖ×１＝４４０Ｖとなる。

次に、図４（Ａ）に示すように、劣化した太陽電池モジュール１（ＰＶ２）以外の正常な太陽電池モジュール１（ＰＶ１）を遮光板７により遮光した場合、遮光された太陽電池モジュール１の出力電圧は０Ｖとなる。その結果、電圧計５で測定される遮光時のストリング電圧は、３０Ｖ×１３＋２０Ｖ×１＋０Ｖ×１＝４１０Ｖとなる。非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、４４０Ｖ−４１０Ｖ＝３０Ｖとなる。この電位差は他の正常な太陽電池モジュール１（ＰＶ３〜ＰＶ１５）を遮光した場合についても同一の値となる。この電位差（３０Ｖ）を基準値とする。

一方、図４（Ｂ）に示すように、劣化した太陽電池モジュール１（ＰＶ２）を遮光板７により遮光した場合、遮光された太陽電池モジュール１の出力電圧は０Ｖとなる。その結果、電圧計５で測定される遮光時のストリング電圧は、３０Ｖ×１４＋０Ｖ×１＝４２０Ｖとなる。非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、４４０Ｖ−４２０Ｖ＝２０Ｖとなり、前述の基準値（３０Ｖ）よりも小さくなる。

このようにして、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差と基準値とを比較することにより、その電位差が基準値よりも小さくなる時は、その時に遮光した太陽電池モジュール１（ＰＶ２）が劣化していると判別でき、太陽電池ストリング２に太陽電池モジュール１を接続したままの状態で、劣化した太陽電池モジュール１を特定することができる。

以上のようにして、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差と基準値との比較により、劣化した太陽電池モジュール１を特定する以外に、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が基準値よりも小さい場合にその電位差の大きさにより、劣化したクラスタ数を特定することができる。非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、遮光対象となる太陽電池モジュール１における非遮光時の出力電圧と遮光時の出力電圧との電位差に相当する。

ここで、太陽電池モジュール１を構成するクラスタ数をｍ、劣化したクラスタ数をｎとすると、劣化した太陽電池モジュール１を遮光した場合における非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、正常の太陽電池モジュール１を遮光した場合における非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差の（ｍ−ｎ）／ｍとなる。以下の説明では、図５に示すように、太陽電池モジュール１のクラスタ数をｍ＝３とした場合を例示する。１つのクラスタ８の出力電圧を１０Ｖとすると、正常な太陽電池モジュール１の出力電圧は３０Ｖとなる。

例えば、図６（Ａ）に示すように、遮光対象となる太陽電池モジュール１において、１つのクラスタ８が劣化している場合、非遮光時の出力電圧は２０Ｖとなり、図６（Ｂ）に示すように、遮光時の出力電圧は０Ｖとなる。その結果、非遮光時の出力電圧と遮光時の出力電圧の電位差は、２０Ｖ−０Ｖ＝２０Ｖとなる。従って、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が２０Ｖであれば、遮光対象となっている太陽電池モジュール１において、１つのクラスタが劣化していると判定することができる。

また、図７（Ａ）に示すように、遮光対象となる太陽電池モジュール１において、２つのクラスタ８が劣化している場合、非遮光時の出力電圧は１０Ｖとなり、図７（Ｂ）に示すように、遮光時の出力電圧は０Ｖとなる。その結果、非遮光時の出力電圧と遮光時の出力電圧の電位差は、１０Ｖ−０Ｖ＝１０Ｖとなる。従って、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が１０Ｖであれば、遮光対象となっている太陽電池モジュール１において、２つのクラスタ８が劣化していると判定することができる。

さらに、図８（Ａ）に示すように、遮光対象となる太陽電池モジュール１において、３つのクラスタ８が劣化している場合、非遮光時の出力電圧は０Ｖとなり、図８（Ｂ）に示すように、遮光時の出力電圧は０Ｖとなる。その結果、非遮光時の出力電圧と遮光時の出力電圧の電位差は、０Ｖ−０Ｖ＝０Ｖとなる。従って、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が０Ｖであれば、遮光対象となっている太陽電池モジュール１において、３つのクラスタ８が劣化していると判定することができる。

ここで、太陽電池モジュール１が劣化した場合であっても、太陽電池ストリング２の出力電圧が得られるように、バイパス電流を流すためのバイパスダイオード９が太陽電池モジュール１の入出力間に接続されている（図９および図１０参照）。前述のように、劣化したクラスタ数を特定するに際して、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が、遮光対象となる太陽電池モジュール１における非遮光時の出力電圧と遮光時の出力電圧の電位差に相当することから、劣化したクラスタ数をより一層精度よく特定するため、劣化した太陽電池モジュール１の出力電圧に含まれるバイパスダイオード９の順方向電圧降下分を考慮する必要がある。

そこで、太陽電池モジュール１におけるクラスタ８の出力電圧をＶ_C、クラスタ数をＣ、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分をＶ_D、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差をΔＶとすると、以下の判定式に基づいて、劣化したクラスタ数を特定する。

つまり、（Ｃ−１）×Ｖ_C＋Ｖ_D−（Ｖ_C／２）＜ΔＶ≦（Ｃ−１）×Ｖ_C＋Ｖ_D＋（Ｖ_C／２）の条件を満足する時、１つのクラスタ８が劣化していると判定する。また、（Ｃ−２）×Ｖ_C＋Ｖ_D−（Ｖ_C／２）＜ΔＶ≦（Ｃ−２）×Ｖ_C＋Ｖ_D＋（Ｖ_C／２）の条件を満足する時、２つのクラスタ８が劣化していると判定する。さらに、（Ｃ−３）×Ｖ_C＋Ｖ_D−（Ｖ_C／２）＜ΔＶ≦（Ｃ−３）×Ｖ_C＋Ｖ_D＋（Ｖ_C／２）の条件を満足する時、３つのクラスタ８が劣化していると判定する。なお、正常な太陽電池モジュール１では、Ｃ×Ｖ_C＋Ｖ_D−（Ｖ_C／２）＜ΔＶ≦Ｃ×Ｖ_C＋Ｖ_D＋（Ｖ_C／２）の条件を満足することになる。

このように、劣化したクラスタ数を特定する判定式では、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分Ｖ_Dを含めると共に、±（Ｖ_C／２）を許容誤差としている。なお、非遮光時のストリング電圧には、太陽電池モジュール１を遮光する前のストリング電圧と、太陽電池モジュール１を遮光した後にその遮光板７を取り外した時のストリング電圧とがある。この太陽電池モジュール１の遮光前と遮光板取り外し時とで、太陽電池モジュール１に対する日射量の変化により電圧値が異なる。そこで、太陽電池ストリング２のＩ−Ｖ特性においてストリング電流を正規化している。このストリング電流の正規化により、ストリング電圧を遮光前と遮光板取り外し時の２回測定する必要がなくなり、遮光する太陽電池モジュール１を順次ずらして効率よく測定することができる。

前述の判定式に含めるバイパスダイオード９の順方向電圧降下分が既知の場合には、その値を判定式に適用すればよいが、通常、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分は未知であることが多い。その場合、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分を、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、以下の要領でもって算出する。なお、図９および図１０に示す太陽電池モジュール１は、簡略化のため、１つのクラスタ８で構成され、１つのバイパスダイオード９を具備する構造を例示する。

まず、非遮光時のストリング電圧を電圧計５により測定する。この非遮光時に太陽電池ストリング２に流れる電流を図９の破線で示す。つまり、遮光されていない太陽電池モジュール１ではバイパスダイオード９に電流が流れないことから、測定されたストリング電圧には、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分が含まれない。この非遮光時のストリング電圧を太陽電池モジュール１の数で除算した値は、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分を含まない１枚の太陽電池モジュール１の出力電圧に相当する。

次に、遮光時のストリング電圧を電圧計５により測定する。この遮光時に太陽電池ストリング２に流れる電流を図１０の破線で示す。つまり、遮光した太陽電池モジュール１ではバイパスダイオード９に電流が流れることから、測定されたストリング電圧は、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分が含まれる。その結果、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差は、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分を含めた１枚の太陽電池モジュール１の出力電圧に相当する。

従って、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差から、非遮光時のストリング電圧を太陽電池モジュール１の数で除算した値を減算することにより、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分を算出することができる。このようにして得られたバイパスダイオード９の順方向電圧降下分を前述の判定式に含めることにより、劣化したクラスタ数をより一層精度よく特定することができる。

ここで、非遮光時のストリング電圧および遮光時のストリング電圧を測定するために太陽電池ストリング２に接続された負荷抵抗４は、劣化した太陽電池モジュール１を確実に特定することができるように、以下の条件を満足するように設定する必要がある。なお、図１２は正常な太陽電池モジュール１を備えた太陽電池ストリング２のＩ−Ｖ特性を示し、図１３は太陽電池モジュール１の劣化が発生した太陽電池ストリング２のＩ−Ｖ特性を示す。

図１２および図１３に示すように、太陽電池ストリング２のＩ−Ｖ特性における最大動作電圧をＶｍ、最大動作電流をＩｍとし、太陽電池モジュール１の劣化により発生した電流低下分をΔＩとした時、太陽電池ストリング２に接続された負荷抵抗４の抵抗値Ｒを、Ｖｍ／（Ｉｍ−ΔＩ）≫Ｒ≧Ｖｍ／Ｉｍの条件を満足するように設定する。つまり、図１３に示すように、負荷抵抗４の抵抗値Ｒを、図中の直線Ｘ（＝Ｖｍ／Ｉｍ）と直線Ｙ（＝Ｖｍ／（Ｉｍ−ΔＩ））とを境界とする範囲内となるように設定する。

このような範囲に負荷抵抗４の抵抗値Ｒを設定することにより、図１０に示すように、遮光時の太陽電池モジュール１のバイパスダイオード９に確実に電流が流れることから、遮光時のストリング電圧を精度よく測定することができる。その結果、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュール１を確実に特定することができる。

なお、負荷抵抗４の抵抗値Ｒが上記範囲を逸脱する場合、図１１に示すように、遮光時の太陽電池モジュール１のバイパスダイオード９に電流が流れず、太陽電池モジュール１のセルに電流が流れることから、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が発生しないことになる。その結果、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュール１を特定することが困難となる。

以上で説明した太陽電池モジュール１は、クラスタ８の劣化による電圧低下型と称するタイプのものである。この電圧低下型と称する太陽電池モジュール１の場合、前述したように、負荷抵抗４の抵抗値を固定値としている。一方、図１４に示すように、負荷抵抗４を可変させてストリング電流を変動させた場合、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が略一定である。なお、負荷抵抗４を可変とする手段には、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を使用すればよい。その他、可変抵抗などを使用することも可能である。

遮光対象となる太陽電池モジュール１が正常であれば、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が３０Ｖで一定となる。その太陽電池モジュール１において１つのクラスタ８が劣化している場合、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が２０Ｖで一定となる。また、その太陽電池モジュール１において２つのクラスタ８が劣化している場合、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が１０Ｖで一定となる。さらに、その太陽電池モジュール１において３つのクラスタ８が劣化している場合、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が０Ｖで一定となる。

このように、負荷抵抗４を可変させてストリング電流を変動させた時、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が略一定、つまり、負荷抵抗４の抵抗値が大きい時（ストリング電流が小さい時）の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時（ストリング電流が大きい時）の電位差と近似する場合には、遮光した太陽電池モジュール１が電圧低下型で劣化していると判定することができる。ここで、「負荷抵抗４の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時の電位差と近似する」とは、負荷抵抗４の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時の電位差と略同一かあるいは許容誤差範囲内にあることを意味する。

以上で説明した電圧低下型の太陽電池モジュール１以外に、他の劣化タイプとして、パネル表面の劣化による電流低下型と称するタイプのものもある。このパネル表面の劣化は、前述したクラスタ８の劣化と異なり、例えば、異物がパネル表面に衝突することによりそのパネル表面に広がったクラックに基づくものであり、日射量が少ない時にはその日射量に応じた出力電圧が得られるが、日射量が多くなってもその日射量に応じた出力電圧が得られずに出力電圧が不足する状態をいう。

従って、前述した電圧低下型の太陽電池モジュール１では、負荷抵抗４を可変しても、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が略一定であったのに対して、この電流低下型の太陽電池モジュール１の場合、図１４に示すように、負荷抵抗４を可変させてストリング電流を変動させると、その負荷抵抗４の低下によりストリング電流が大きくなればなるほど、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が小さくなる。

図１５は、電流低下型の太陽電池モジュール１が含まれる場合の太陽電池ストリング２のＩ−Ｖ特性を示す。同図に示すように、負荷抵抗４が小さくてストリング電流が大きい時には、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が小さいため、その太陽電池モジュール１が劣化していると判定するが、負荷抵抗４が大きくてストリング電流が小さい時には、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が大きいため、その太陽電池モジュール１が正常であると判定してしまう。

そこで、負荷抵抗４を可変させてストリング電流を変動させた時、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差が変動する場合、つまり、負荷抵抗４の抵抗値が大きい時（ストリング電流が小さい時）の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時（ストリング電流が大きい時）の電位差よりも大きい場合には、劣化した太陽電池モジュール１が電流低下型であると判定することができる。ここで、「負荷抵抗４の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時の電位差よりも大きい」とは、負荷抵抗４の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時の電位差から許容誤差範囲を超えることを意味する。

この電流低下型の太陽電池モジュール１の場合も、劣化した太陽電池モジュール１を特定する要領については、前述した電圧低下型の太陽電池モジュール１の場合と同様で、複数枚の太陽電池モジュール１について順次遮光していき、負荷抵抗４の抵抗値が大きい時の電位差が、負荷抵抗４の抵抗値が小さい時の電位差よりも大きい場合、その時に遮光した太陽電池モジュール１が電流低下型で劣化していると特定することができる。

なお、劣化した太陽電池モジュールが電圧低下型であるか、あるいは電流低下型であるかの判定は、負荷抵抗の抵抗値が大きい時と小さい時の２点での電位差に基づいて行っているが、２点以上の抵抗値での電位差に基づいて判定することも可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池ストリング
４ 負荷抵抗
５ 電圧計
８ クラスタ
９ バイパスダイオード

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数の太陽電池モジュールが直列に接続された太陽電池ストリングに負荷抵抗を接続し、負荷抵抗の両端に発生するストリング電圧を電圧計で測定することにより、複数の太陽電池モジュールのうちから、劣化した太陽電池モジュールを特定する太陽電池モジュールの劣化判別方法であって、複数の太陽電池モジュールから選択された１つの太陽電池モジュールを遮光し、ストリング電流の正規化により得られた日射による非遮光時のストリング電圧と、遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、使用による出力電圧の低下で劣化した太陽電池モジュールを特定することを特徴とする。

本発明において、劣化したクラスタ数を特定する判定式に、太陽電池モジュールの入出力間に接続されたバイパスダイオードの順方向電圧降下分を含めることが望ましい。このようにすれば、劣化したクラスタ数をより一層精度よく特定することができる。なお、そのバイパスダイオードの順方向電圧降下分は、全ての太陽電池モジュールが正常である場合における非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて算出することができる。つまり、遮光されていない太陽電池モジュールではバイパスダイオードに電流が流れず、遮光した太陽電池モジュールではバイパスダイオードに電流が流れる。

前述の判定式に含めるバイパスダイオード９の順方向電圧降下分が既知の場合には、その値を判定式に適用すればよいが、通常、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分は未知であることが多い。その場合、バイパスダイオード９の順方向電圧降下分を、全ての太陽電池モジュール１が正常である場合における非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、以下の要領でもって算出する。なお、図９および図１０に示す太陽電池モジュール１は、簡略化のため、１つのクラスタ８で構成され、１つのバイパスダイオード９を具備する構造を例示する。

このような範囲に負荷抵抗４の抵抗値Ｒを設定することにより、図１０に示す遮光対象となっていた太陽電池モジュール１（ＰＶ１）が劣化している場合、遮光板７を取り外して非遮光状態にしても、その劣化した太陽電池モジュール１（ＰＶ１）のバイパスダイオード９に確実に電流が流れることから、遮光時のストリング電圧を精度よく測定することができる。その結果、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュール１を確実に特定することができる。

なお、負荷抵抗４の抵抗値Ｒが上記範囲を逸脱する場合、図１１に示す遮光対象となっていた太陽電池モジュール１（ＰＶ１）が劣化している場合、遮光板７を取り外して非遮光状態にすると、その劣化した太陽電池モジュール１（ＰＶ１）のバイパスダイオード９に電流が流れず、太陽電池モジュール１のセルに電流が流れることから、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差を精度よく測定することができない。その結果、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュール１を特定することが困難となる。

Claims (6)

1. 複数の太陽電池モジュールが直列に接続された太陽電池ストリングに負荷抵抗を接続し、前記負荷抵抗の両端に発生するストリング電圧を電圧計で測定することにより、複数の太陽電池モジュールのうちから、劣化した太陽電池モジュールを特定する太陽電池モジュールの劣化判別方法であって、
   複数の太陽電池モジュールから選択された１つの太陽電池モジュールを遮光し、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて、劣化した太陽電池モジュールを特定することを特徴とする太陽電池モジュールの劣化判別方法。
2. 前記負荷抵抗の抵抗値が大きい時の前記電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差と近似する場合に、劣化した太陽電池モジュールが電圧低下型であると判定する請求項１に記載の太陽電池モジュールの劣化判別方法。
3. 前記負荷抵抗の抵抗値が大きい時の前記電位差が、負荷抵抗の抵抗値が小さい時の電位差よりも大きい場合に、劣化した太陽電池モジュールが電流低下型であると判定する請求項１に記載の太陽電池モジュールの劣化判別方法。
4. 前記太陽電池モジュールは複数のクラスタで構成され、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差の大きさに基づいて、劣化したクラスタ数を特定する請求項２に記載の太陽電池モジュールの劣化判別方法。
5. 劣化したクラスタ数を特定する判定式に、前記太陽電池モジュールの入出力間に接続されたバイパスダイオードの順方向電圧降下分を含め、その順方向電圧降下分は、非遮光時のストリング電圧と遮光時のストリング電圧との電位差に基づいて算出する請求項４に記載の太陽電池モジュールの劣化判別方法。
6. 前記太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性における最大動作電圧をＶｍ、最大動作電流をＩｍとし、前記太陽電池モジュールの劣化により発生した電流低下分をΔＩとした時、前記太陽電池ストリングに接続された負荷抵抗Ｒを、Ｖｍ／（Ｉｍ−ΔＩ）≫Ｒ≧Ｖｍ／Ｉｍの条件を満足するように設定する請求項２、４、５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの劣化判別方法。

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