JP2015186348A - 太陽光発電用監視システム及びその通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽光発電用監視システムにおいて、最小限の親機及び監視装置で複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行う。
【解決手段】この太陽光発電用監視システムは、複数の太陽光発電パネル１の出力を、接続箱４を経由して集電し、パワーコンディショナ５に送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統（Ｐ１〜Ｐ４）と、第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱４に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、パワーコンディショナ５の入力側の集電終端に付随して設けられ、計測情報を取得する電力線通信用の親機８と、親機８から選択信号を受けて択一的に選択した集電系統の直流電路を用いて電力線通信を行わせる系統選択部７と、親機８に接続された監視装置９とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電に用いられる監視システムに関する。
例えば、いわゆるメガソーラー（大規模太陽光発電所）では、太陽光発電パネルが、多数並べられている。ここで、所定数の太陽光発電パネルの出力は、接続箱で集約される。そして、集約された出力がパワーコンディショナ（電力変換装置）に送り込まれる（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
一方、太陽光発電パネルに故障が生じていないかを監視するために、太陽光発電パネルが出力する電流・電圧の情報を、直流電力線を利用して伝送する技術も種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。代表的な伝送技術は、電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）である。電力線通信を用いる場合、各接続箱に電圧・電流の計測装置及び電力線通信用の子機を設け、子機から直流電路を用いて計測情報を送信し、パワーコンディショナ側に設けた親機で計測情報を収集する。
特開２０１２−２０５０７８号公報 特開２０１２−２０５０６１号公報 特開２０１３−１２２７１２号公報
太陽光発電パネルからパワーコンディショナまでの集電系統の構成は、種々のパターンがある。例えば、集電系統が互いに独立して存在し、合流しないままパワーコンディショナに繋ぎ込まれる構成の場合もある。その場合には、１台の電力線通信の親機を各集電系統の直流電路に接続し、それぞれの直流電路に対して平等に、信号の抽出・注入を行う必要がある。
しかしながら、その場合、電力線通信の信号は分岐して注入されるので、信号減衰が大きくなる。そのため、良好な通信ができない場合があるという問題が生じる。集電系統ごとに親機を設けることも可能であるが、その場合には、親機及びそれに接続される監視装置の数が増大し、設備のコストを増大させることになる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、太陽光発電用監視システムにおいて、最小限の親機で複数の集電系統の子機と良好な通信を行うことを目的とする。
本発明の太陽光発電用監視システムは、複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統と、前記第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、前記パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、前記計測情報を取得する電力線通信用の親機と、前記親機から選択信号を受けて択一的に選択した集電系統の直流電路を用いて電力線通信を行わせる系統選択部と、前記親機に接続された監視装置とを備えている。
また、本発明は、複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統と、前記第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、前記パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、前記計測情報を取得する電力線通信用の親機と、前記親機に接続された監視装置とを備えた太陽光発電用監視システムの通信方法であって、前記親機は、各集電系統に属する全ての前記子機に対して、択一的に集電系統を選択しながら時分割で順番に電力線通信を行う太陽光発電用監視システムの通信方法である。
本発明の太陽光発電用監視システム及びその通信方法によれば、最小限の親機で、複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電用監視システムの第１の構成例を示す単線系統図である。 図１における接続箱の内部構成の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光発電用監視システムの第２の構成例を示す単線系統図である。 第１の通信方式の概要を示す図である。 第２の通信方式の概要を示す図である。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）この太陽光発電用監視システムは、複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統と、前記第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、前記パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、前記計測情報を取得する電力線通信用の親機と、前記親機から選択信号を受けて択一的に選択した集電系統の直流電路を用いて電力線通信を行わせる系統選択部と、前記親機に接続された監視装置とを備えている。
上記（１）のように構成された太陽光発電用監視システムでは、複数の集電系統から１つの集電系統を選択して、選択した集電系統の直流電路を用いて、親機は子機から計測情報を収集することができる。選択する集電系統を順次変えることにより、全ての子機から計測情報を収集することができる。従って、最小限の親機で、複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行うことができる。
（２）また、（１）の太陽光発電用監視システムにおいて、前記親機及び前記系統選択部は、ポーリングのタイミングで、その対象となる子機が属する集電系統を選択し、選択された集電系統の子機は、前記計測情報を送信するようにしてもよい。
この場合、ポーリングのタイミングに合わせて計測情報が届くので、親機から見た情報収集の管理が容易である。
（３）また、（１）の太陽光発電用監視システムにおいて、前記親機及び前記系統選択部は、全ての前記子機用に定められたタイムスロットのタイミングで、前記集電系統を選択し、選択された集電系統の子機は、前記計測情報を送信するようにしてもよい。
この場合、子機側から自発的に逐次計測情報が上げられるので、より迅速な情報送信を行うことができる。また、子機は自己の送信タイミングがわかっているので、送信タイミングでないときは例えば送信機能を停止して、電力消費を抑えることができる。
（４）一方、これは、複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統と、前記第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、前記パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、前記計測情報を取得する電力線通信用の親機と、前記親機に接続された監視装置とを備えた太陽光発電用監視システムにおける通信方法であって、前記親機は、各集電系統に属する全ての前記子機に対して、択一的に集電系統を選択しながら時分割で順番に電力線通信を行う、というものである。
上記（４）の太陽光発電用監視システムの通信方法では、親機は、択一的に集電系統を選択しながら時分割で全ての子機から計測情報を収集することができる。従って、最小限の親機で、複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行うことができる。
［実施形態の詳細］
《第１の構成例》
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽光発電用監視システムの第１の構成例を示す単線系統図である。なお、図示している各要素や各構成の個数は、一例に過ぎない。
図において、当該システムは、集電系統Ｐ１〜Ｐ４を備えている。多数の太陽光発電パネル１の直流出力は、所定数ごとにそれぞれ、４つの接続箱４に集約される。接続箱４からの出力は、パワーコンディショナ５に送り込まれ、交流に変換された後、変圧器６を介して商用電力系統に交流電力を提供することができる。
図２は、接続箱４の内部構成の一例を示す回路図である。図２において、接続箱４の内部には、計測装置２と、電力線通信用の子機（以下、ＰＬＣ子機という。）３とが設けられている。計測装置２は、太陽光発電パネル１に対応して、出力される電流及び電圧をそれぞれ計測する電流センサ２ａ及び電圧センサ２ｖを備えており（但し、ここでは、太陽光発電パネル１が互いに並列接続されているので、電圧センサ２ｖはどこか一箇所に設けてもよい。）、全てのセンサ出力は、計測部２ｍに集められる。計測部２ｍは、ＰＬＣ子機３と通信可能に接続されており、電圧・電流の計測情報を、ＰＬＣ子機３に提供する。
なお、ＰＬＣ子機３は、必ずしも接続箱４の内部に設けられていなくてもよく、接続箱４の周辺にあってもよい。要するに、接続箱４に付随して、ＰＬＣ子機３が設けられていればよい。
ＰＬＣ子機３は、直流電路ＬＰ，ＬＮに接続されており、計測情報を、直流電路ＬＰ，ＬＮに載せて電力線通信により送信する。この計測情報の信号は、例えば１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの周波数帯であり、集電終端であるパワーコンディショナ５（図１）の入力側にまで届く。
図１に戻り、接続箱４からパワーコンディショナ５に至る直流電路には、系統選択部７を介して、電力線通信用の親機（以下、ＰＬＣ親機という。）８が接続されている。また、ＰＬＣ親機８は、例えばＬＡＮ（Local Area Network）配線を介して監視装置９と接続されている。
なお、例えば、系統選択部７及びＰＬＣ親機８は、パワーコンディショナ５と同じ筐体に収容され、見かけ上はパワーコンディショナ５の一部でもある。但し、系統選択部７及びＰＬＣ親機８は、必ずしもパワーコンディショナ５との一体性を要するものではない。要するに、集電系統Ｐ１〜Ｐ４の集電終端（パワーコンディショナ５の入力側）に付随して、系統選択部７及びＰＬＣ親機８が設けられていればよい。
系統選択部７は、例えばマルチプレクサであり、ＰＬＣ親機８と接続する直流電路を択一的に選択する機能を有する。選択信号は、ＰＬＣ親機８が系統選択部７に対して与える。従って、ＰＬＣ親機８は、図１の例では、４つの接続箱４からパワーコンディショナ５に至る４本（単線表現で）の直流電路のうち、いずれか１本（実際には正負２線）と接続される。
《第２の構成例》
図３は、本発明の一実施形態に係る太陽光発電用監視システムの第２の構成例を示す単線系統図である。なお、図示している各要素や各構成の個数は、一例に過ぎない。
図において、当該システムは、２台のパワーコンディショナ５にそれぞれ集電する集電系統Ｐ１，Ｐ２及びＰ３，Ｐ４を備えている。集電系統Ｐ１，Ｐ２については、多数の太陽光発電パネル１の直流出力が、所定数ごとにそれぞれ、２つの接続箱４に集約される。接続箱４からの出力は、パワーコンディショナ５に送り込まれ、交流に変換された後、変圧器６を介して商用電力系統に交流電力を提供することができる。集電系統Ｐ３，Ｐ４についても同様である。
接続箱４からパワーコンディショナ５に至る直流電路には、系統選択部７を介して、ＰＬＣ親機８が接続されている。また、ＰＬＣ親機８は、例えばＬＡＮ配線を介して監視装置９と接続されている。
その他は、第１の構成例（図１，図２）と同様である。すなわち、第１の構成例との違いは、集電系統がＰ１，Ｐ２群とＰ３，Ｐ４群とに大別されており、それぞれにパワーコンディショナ５が設けられている点である。
第２の構成例でも同様に、ＰＬＣ親機８が系統選択部７に対して選択信号を与える。従って、ＰＬＣ親機８は、図３の例では、集電系統Ｐ１〜Ｐ４の合計４つの接続箱４からパワーコンディショナ５に至る４本（単線表現で）の直流電路のうち、いずれか１本（実際には正負２線）と接続される。
以下、上記のような太陽光発電用監視システムにおける通信方式（通信方法）について説明する。なお、第１の構成例、第２の構成例共に、同じ通信方式を採用することができる。
《第１の通信方式：ポーリング》
図４は、第１の通信方式の概要を示す図である。今、接続箱４の総数がｎで、ＰＬＣ子機３の総数もｎであるとして、また、通信の順番を仮に子機（１）から子機（ｎ）までとすると、図において、ＰＬＣ親機８は、まず子機（１）が属する直流電路と繋がるように系統選択部７に系統選択を行わせ、子機（１）に対してポーリングを行う。ポーリングを受けた子機（１）は、応答として計測情報を送信する。続いて、ＰＬＣ親機８は、子機（２）が属する直流電路と繋がるように系統選択部７に系統選択を行わせ、子機（２）に対してポーリングを行う。ポーリングを受けた子機（２）は、応答として計測情報を送信する。以下同様にして、子機（ｎ）までポーリングし、計測情報を得る。こうして、計測情報の収集周期内に、全ての子機（１）〜（ｎ）から計測情報を取得することができる。なお、ポーリングの順序は自在に設定することができる。
こうして、第１の通信方式を採用する太陽光発電用監視システムでは、複数の集電系統から１つの集電系統を選択して、選択した集電系統の直流電路を用いて、ＰＬＣ親機８はＰＬＣ子機３（子機（１）〜（ｎ）のいずれか１つ）から計測情報を収集することができる。選択する集電系統を順次変えることにより、全てのＰＬＣ子機３から計測情報を収集することができる。従って、最小限のＰＬＣ親機８で、複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行うことができる。
また、ポーリングのタイミングに合わせて計測情報が届くので、ＰＬＣ親機８から見た情報収集の管理が容易である。
《第２の通信方式：ＰＬＣ子機から発呼》
図５は、第２の通信方式の概要を示す図である。接続箱４の総数がｎで、ＰＬＣ子機３の総数もｎであるとして、また、通信の順番を仮に子機（１）から子機（ｎ）までとすると、予め、各子機のタイムスロットが、計測情報収集周期内で等分に設定されている。このようなタイムスロットのスケジュールは、ＰＬＣ親機８と、全てのＰＬＣ子機３（子機（１）〜（ｎ））とで共有し、かつ、相互に時刻同期している。
図５において、例えば子機（１）のタイムスロットでは、ＰＬＣ親機８は、子機（１）が属する直流電路と繋がるように系統選択部７に系統選択を行わせている。その状態で、子機（１）は、計測情報を送信する。続いて、ＰＬＣ親機８は、子機（２）が属する直流電路と繋がるように系統選択部７に系統選択を行わせ、その状態で、子機（２）は、計測情報を送信する。以下同様にして、子機（ｎ）まで、計測情報を送信し、ＰＬＣ親機８は、計測情報の収集周期内に、全ての子機（１）〜（ｎ）から計測情報を取得することができる。なお、タイムスロットの順序は自在に設定することができる。
こうして、第２の通信方式を採用する太陽光発電用監視システムでは、複数の集電系統から１つの集電系統を選択して、選択した集電系統の直流電路を用いて、ＰＬＣ親機８はＰＬＣ子機３（子機（１）〜（ｎ）のいずれか１つ）から計測情報を収集することができる。タイムスロットのスケジュールに応じて選択する集電系統を順次変えることにより、全てのＰＬＣ子機３から計測情報を収集することができる。従って、最小限のＰＬＣ親機８で、複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行うことができる。
また、この場合、子機側から自発的に逐次計測情報が上げられるので、より迅速な情報送信を行うことができる。また、子機は自己の送信タイミングがわかっているので、送信タイミングでないときは例えば送信機能を停止して、電力消費を抑えることができる。
《まとめ・その他》
なお、図１又は図３に示した集電系統Ｐ１〜Ｐ４は一例に過ぎない。２以上の自然数をｎとして表現すると、複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、第１〜第ｎ集電系統が存在し得る。この場合、子機は、第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する。親機は、パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、計測情報を取得する。系統選択部は、親機から選択信号を受けて択一的に選択した集電系統の直流電路を用いて電力線通信を行わせる。
また、上記の各通信方式は、言い換えれば、ＰＬＣ親機８が、各集電系統に属する全ての子機に対して、択一的に集電系統を選択しながら時分割で順番に電力線通信を行う太陽光発電用監視システムの通信方法でもある。
このような太陽光発電用監視システムの通信方法では、親機は、択一的に集電系統を選択しながら時分割で全ての子機から計測情報を収集することができる。従って、最小限の親機で、複数の集電系統の子機と順番に良好な通信を行うことができる。
《付記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ 太陽光発電パネル
２ 計測装置
２ａ 電流センサ
２ｖ 電圧センサ
２ｍ 計測部
３ 子機（ＰＬＣ子機）
４ 接続箱
５ パワーコンディショナ
６ 変圧器
７ 系統選択部
８ 親機（ＰＬＣ親機）
９ 監視装置
ＬＰ，ＬＮ 直流電路
Ｐ１〜Ｐ４ 集電系統

Claims (4)

  1. 複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統と、
    前記第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、
    前記パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、前記計測情報を取得する電力線通信用の親機と、
    前記親機から選択信号を受けて択一的に選択した集電系統の直流電路を用いて電力線通信を行わせる系統選択部と、
    前記親機に接続された監視装置と
    を備えている太陽光発電用監視システム。
  2. 前記親機及び前記系統選択部は、ポーリングのタイミングで、その対象となる子機が属する集電系統を選択し、選択された集電系統の子機は、前記計測情報を送信する請求項１記載の太陽光発電用監視システム。
  3. 前記親機及び前記系統選択部は、全ての前記子機用に定められたタイムスロットのタイミングで、前記集電系統を選択し、選択された集電系統の子機は、前記計測情報を送信する請求項１記載の太陽光発電用監視システム。
  4. 複数の太陽光発電パネルの出力を、接続箱を経由して集電し、パワーコンディショナに送り込む集電系統を１単位として、２以上の自然数をｎとした場合の、第１〜第ｎ集電系統と、前記第１〜第ｎ集電系統の各々に属する接続箱に付随して設けられ、発電に関する計測情報を収集し、収集した計測情報を当該集電系統の直流電路を用いて送信する電力線通信用の子機と、前記パワーコンディショナの入力側の集電終端に付随して設けられ、前記計測情報を取得する電力線通信用の親機と、前記親機に接続された監視装置とを備えた太陽光発電用監視システムの通信方法であって、
    前記親機は、各集電系統に属する全ての前記子機に対して、択一的に集電系統を選択しながら時分割で順番に電力線通信を行う太陽光発電用監視システムの通信方法。
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