JP2015192519A - モジュール端末及びクラスタ状態監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電可能な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及びそれに用いられるモジュール端末の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係るクラスタ状態監視装置１００では、サンプリング期間Ｔ１毎に、所定複数の太陽電池セル１１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Ｖ１０として検出し、サンプリング期間Ｔ１あたりのクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶが基準変化量ΔＶ０より大きいことを急変現象として検出する。そして、一定複数のサンプリング期間Ｔ１を纏めた判定期間Ｔ２毎に、急変現象の回数をクラスタ１２同士の間で比較し、閾値を超えて他のクラスタ１２より急変現象の回数が多いクラスタ１２が検出された場合に異常有りと判定する。【選択図】図８

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及びそれに用いられるモジュール端末に関する。

一般に、この種の電源システムでは、各クラスタの量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あ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、上述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あり、発電可能な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及びそれに用いられるモジュール端末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の発明に係るモジュール端末（３０）は、直列接続された複数の太陽電池セル（１１）を一纏めに固定してなり、複数個が直列に接続されることで負荷に電力を供給する太陽電池セルストリング（１０Ｓ）を構成する太陽電池モジュール（１０）に設けられるモジュール端末（３０）であって、予め設定された判定期間（Ｔ２）毎に、太陽電池モジュール（１０）に含まれる複数の太陽電池セル（１１）を複数等分してなる複数のクラスタ（１２）の電圧をクラスタ電圧として複数回検出するクラスタ電圧手段（３２，３３，３４，３５）と、判定期間（Ｔ２）でクラスタ電圧又はそのクラスタ電圧の変化量若しくは変化率が予め設定された基準許容範囲から外れた回数を異常回数として検出する異常回数検出手段（３４）と、判定期間（Ｔ２）の経過毎に、異常回数検出手段（３４）により検出された異常回数の情報を無線送信する無線送信回路（３６）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に記載のモジュール端末（３０）において、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）は、負荷に電力を供給する複数の電力系統のそれぞれに設けられ、無線送信回路（３６）は、異常回数の情報と共に、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に定められたストリング識別情報を送信するところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のモジュール端末（３０）において、無線送信回路（３６）は、各判定期間（Ｔ２）の終了後、ランダムに設定される送信待機期間（τ）の経過を待ってから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１乃至３のうち何れか１の請求項に記載のモジュール端末（３０）において、無線送信回路（３６）は、異常回数の情報と共に、前回送信時の異常回数がゼロであったか否かの情報を送信するところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載のモジュール端末（３０）において、クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）は、判定期間（Ｔ２）を複数等分してなるサンプリング期間（Ｔ１）毎にクラスタ電圧を検出し、異常回数検出手段（３４）は、サンプリング期間（Ｔ１）あたりのクラスタ電圧の変化量が予め設定された基準変化量を超えた回数を異常回数として検出するところに特徴を有する。

請求項６の発明に係るクラスタ状態監視装置（１００）は、請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載のモジュール端末（３０）と、クラスタ（１２）同士の間で異常回数を比較して、予め設定された閾値を超えて他のクラスタ（１２）よりも異常回数が多いクラスタ（１２）が検出された場合に異常ありと判定する異常判定手段（９３）を有し、かつ、複数のモジュール端末（３０）から異常回数の情報を無線受信して異常判定手段（９３）にて異常の有無を判定するデータ判定端末（９０）と、を備えたところに特徴を有する。

請求項７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かつ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）であって、予め設定された判定期間（Ｔ２）毎に、各クラスタ（１２）の電圧をクラスタ電圧として複数回検出するクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）と、判定期間（Ｔ２）でクラスタ電圧又はそのクラスタ電圧の変化量若しくは変化率が予め設定された基準許容範囲から外れた回数を異常回数として検出する異常回数検出手段（３４）と、異常回数検出手段（３４）により検出された異常回数をクラスタ（１２）同士の間で比較し、予め設定された閾値を超えて他のクラスタ（１２）よりも異常回数が多いクラスタ（１２）が検出された場合に異常ありと判定する異常判定手段（９３）と、を備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項６又は７に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）は、負荷に電力を供給する複数の電力系統のそれぞれに設けられ、モジュール端末（３０）は、異常回数の情報と共に、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に定められたストリング識別情報を送信し、異常判定手段（９３）は、ストリング識別情報が共通するクラスタ（１２）同士の間で異常回数を比較して異常の有無を判定するところに特徴を有する。

［請求項１，６の発明］
請求項１のモジュール端末（３０）では、予め設定された判定期間（Ｔ２）に、クラスタ電圧又はクラスタ電圧の変化量若しくは変化率が基準許容範囲から外れた回数を異常回数として検出し、その異常回数の情報を無線送信する。従って、請求項１のモジュール端末（３０）を用いれば、請求項６のクラスタ状態監視装置（１００）のように、判定期間（Ｔ２）中の異常回数が多かったクラスタ（１２）を検出することが可能となり、発電可能な状態のクラスタ（１２）の異常を検出することが可能となる。また、本発明では、困難な信号配線の取り回し作業を要せずに、全ての太陽電池モジュール（１０）における各クラスタ（１２）の異常現象の回数の情報を集めることができる。さらに、モジュール端末（３０）は、判定期間（Ｔ２）毎に無線送信するので、例えば、クラスタ電圧を検出する度にその結果を無線送信する場合と比較して、送信の頻度が減少し、混信を抑えることが可能となる。

［請求項２の発明］
請求項２の発明では、モジュール端末（３０）が、異常回数の情報と共に、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に定められたストリング識別情報を送信するので、同じ太陽電池セルストリング（１０Ｓ）に含まれるクラスタ（１２）同士の間で、急変現象の回数を比較することが可能となる。これにより、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に電圧急変の大きさや頻度が異なる場合であっても、クラスタ（１２）の異常を判定することが可能となる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、複数のモジュール端末（３０）が一斉にデータ判定端末（９０）に情報を送信することが防がれ、混信の発生が抑制される。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、モジュール端末（３０）が、異常回数の情報と共に、前回送信時の異常回数がゼロであったか否かの情報を送信するので、受信側で前回の情報を受信できなかった場合であっても、前回の送信時の異常の有無を把握することが可能となる。

［請求項５の発明］
請求項５の発明では、判定期間（Ｔ２）毎に、クラスタ（１２）同士の間で異常回数を比較し、閾値を超えて他のクラスタ（１２）よりも異常回数が多いクラスタ（１２）が検出された場合に異常ありと判定する。ここで、劣化したクラスタ（１２）は、正常なクラスタ（１２）と比較して、電圧急変時の電圧の変動が長期に亘って起きる傾向があるので、異常回数が多いクラスタ（１２）を検出することにより、劣化によるクラスタ（１２）の異常を検出することが可能となる。このように、請求項４の発明によれば、劣化によるクラスタ（１２）の異常を検出することが可能となる。

［請求項７の発明］
請求項７のクラスタ状態監視装置（１００）によれば、予め設定された判定期間（Ｔ２）でクラスタ電圧又はクラスタ電圧の変化量若しくは変化率が基準許容範囲から外れた回数を異常回数として検出し、判定期間（Ｔ２）中の異常回数が多かったクラスタ（１２）が検出された場合に異常ありと判定するので、発電可能な状態のクラスタ（１２）の異常を検出することが可能となる。

［請求項８の発明］
請求項８の発明によれば、同じ太陽電池セルストリング（１０Ｓ）に含まれるクラスタ（１２）同士の間で、異常回数を比較して異常の有無を判定するので、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に電圧急変の大きさや頻度が異なる場合であっても、クラスタ（１２）の異常を判定することが可能となる。

本発明の一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な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 データ処理プログラムのフローチャート モジュール端末の送信データの概念図 モジュール端末がデータを送信するまでの流れを示す図 モジュール端末がデータを送信するまでの流れを示す図 監視プログラムのフローチャート データ判定端末の受信データファイルの概念図 異常判定処理のフローチャート 変形例に係るクラスタ監視装置の概念図

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２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、１６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（本発明の「無線送信器」にも相当する。）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、後述するデータ処理プログラムＰＧ１（図６参照）の実行時に第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む。なお、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。

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。これにより、クラスタ電圧の正確な検出が可能になり、乾電池を使用した場合のような電池切れの心配もなくなる。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が実行するデータ処理プログラムＰＧ１が示されている。このデータ処理プログラムＰＧ１は、予め定められたサンプリング期間Ｔ１毎に実行される。ＭＣＵ３４は、データ処理プログラムＰＧ１を実行すると、モジュール電圧及び全クラスタのクラスタ電圧Ｖ１０のデータを取得し（Ｓ１０）、ＲＯＭ／ＲＡＭ３８に記憶されている残サンプリング回数ｓを１減算する（Ｓ１１）。取得したモジュール電圧及びクラスタ電圧Ｖ１０のデータ群は、最新の一定時間分だけＲＯＭ／ＲＡＭ３９にバッファリングされる。

次いで、ＭＣＵ３４は、各クラスタ１２について、今回取得したクラスタ電圧Ｖ１０の前回取得したクラスタ電圧Ｖ１０からの変化量、即ち、サンプリング期間Ｔ１あたりのクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶを演算し、その変化量ΔＶが予め設定された基準変化量ΔＶ０を超えていないかを判断する（Ｓ１２）。基準変化量ΔＶ０を超えていない場合には（Ｓ１２でＮＯ）、データ処理プログラムＰＧ１を終了する。一方、基準変化量ΔＶ０を超えている場合には（Ｓ１２でＹＥＳ）、急変回数ｘを１加算してから（Ｓ１３）、残サンプリング回数ｓが０であるかを判断する（Ｓ１４）。なお、急変回数ｘのデータもＲＯＭ／ＲＡＭ３８に記憶されている。ここで、本実施形態では、急変回数ｘが本発明の「異常回数」に相当し、ステップＳ１２〜Ｓ１３を実行しているときのＭＣＵ３４が本発明の「異常回数検出手段」に相当する。また、クラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶについて、基準変化量ΔＶ０以下の範囲が本発明の「基準許容範囲」となっている

ステップＳ１４で、残サンプリング回数ｓが０でない場合には（Ｓ１４でＮＯ）、データ処理プログラムＰＧ１を終了する。残サンプリング回数ｓが０である場合には（Ｓ１４でＹＥＳ）、後述する送信処理（Ｓ１５）を実行し、残りサンプリング回数ｓをＳ（Ｓは２以上の自然数）、急変回数ｘを０にそれぞれセットして（Ｓ１６）、データ処理プログラムＰＧ１を終了する。従って、ＭＣＵ３４は、サンプリング期間Ｔ１のＳ倍の期間毎に、送信処理（Ｓ１５）を実行することになる。なお、サンプリング期間Ｔ１のＳ倍の長さの期間が本発明の判定期間Ｔ２となっている。本実施形態では、サンプリング期間Ｔ１と判定期間Ｔ２は、例えば、３０秒と６００秒（即ち、Ｓ＝２０）に設定されている。

送信処理（Ｓ１５）では、ＲＯＭ／ＲＡＭ３８にバッファリングされているデータ群から、全クラスタ１２の最新のクラスタ電圧Ｖ１０、急変回数ｘ等のデータを取得し、それらデータにＭＣＵ３４の識別番号を加えた情報の送信データ列を作成する。そして、ＲＯＭ／ＲＡＭ３８に記憶されている送信待機時間τ（図８及び図９参照）の経過を待ってから、送信データ列を無線送信回路３６に無線出力させる。ここで、送信待機時間τは、送信処理（Ｓ１５）を実行する度に、ランダムに設定される。

図７には、モジュール端末３０が送信する送信データ列の一例が示されている。同図に示すように、送信データ列には、モジュール端末３０の識別番号、そのモジュール端末３０が設けられている太陽電池モジュール１０が属する太陽電池セルストリング１０Ｓに割り当てられたストリング識別番号α、太陽電池モジュール１０内の全クラスタ１２の最新のクラスタ電圧Ｖα（１）、Ｖα（２）、Ｖα（３）、クラスタ電圧の変化量ΔＶα（１）、ΔＶα（２）、ΔＶα（３）、急変回数ｘα（１）、ｘα（２）、ｘα（３）、前回送信時の急変回数がゼロであったか否か、即ち、前回の判定期間Ｔ２に急変があったか否かの情報（図７の例では、異常有りの場合が「１」、異常なしの場合が「０」で表される。）、太陽電池モジュール１０内の温度等が含まれている。なお、図７において、第１クラスタ、第２クラスタ及び第３クラスタは、例えば、図２（Ｂ）における高電位側のクラスタ１２、中央のクラスタ１２及び低電位側のクラスタ１２にそれぞれ対応している。また、図示はしないが、送信データ列には、ＣＲＣ等に代表される誤り検出信号も含まれている。

図８には、正常なクラスタ１２のクラスタ電圧Ｖ１０の変化と、そのクラスタ電圧１０を検出するモジュール端末３０がデータを送信するまでの流れとが示されている。なお、図８の例では、クラスタ電圧Ｖ１０が判定期間Ｔ２の始めで緩やかに低下し、判定期間Ｔ２の終わりで急峻に上昇している。

上述したように、モジュール端末３０のＭＣＵ３４は、サンプリング期間Ｔ１毎に、各クラスタ１２について、クラスタ電圧Ｖ１０のデータを取得し、サンプリング期間Ｔ１あたりのクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶが基準変化量ΔＶ０を超えていないかを判断する（図６のステップＳ１０、ステップＳ１２を参照）。サンプリング期間Ｔ１あたりの変化量ΔＶが基準変化量ΔＶ０を超えている場合には、図８に示すように、急変フラグがＯＮされ、その急変フラグの発生回数が急変回数ｘとしてカウントされていく。そして、Ｓ個のサンプリング期間Ｔ１を繋げた判定期間Ｔ２が経過すると、その判定期間Ｔ２の終了から送信待機時間τの経過を待って、データを送信する。

ところで、図９には、劣化したクラスタ１２のクラスタ電圧Ｖ１０の変化と、そのクラスタ電圧Ｖ１０を検出するモジュール端末３０がデータを送信するまでの流れとが示されている。なお、図８と図９の例におけるクラスタ１２は共に、同じ太陽電池セルストリング１０Ｓに含まれているものとする。

図９に示したクラスタ電圧Ｖ１０は、判定期間Ｔ２の始めで低下し、判定期間Ｔ２の終わりで上昇するという点では、図８に示したクラスタ電圧Ｖ１０と共通している。しかしながら、劣化したクラスタ１２では正常なクラスタ１２よりも内部抵抗が大きいことに起因して、図９のクラスタ電圧Ｖ１０では、図８に示したクラスタ電圧Ｖ１０よりも、変化量が大きく、また、その変化が長期に亘っ起こっている。その結果、図８の例では、判定期間Ｔ２の始めのうち３回目と４回目のサンプリング期間Ｔ１で急変フラグがオンし、判定期間Ｔ２の終わりのうちＳ−３回目とＳ−２回目のサンプリング期間Ｔ１で急変フラグがオンしている。即ち、判定期間Ｔ２で急変フラグが４回オンしている。これに対し、図９の例では、判定期間Ｔ２の始めのうち２回目〜５回目のサンプリング期間Ｔ１で急変フラグがオンし、判定期間Ｔ２の終わりのうち（Ｓ−３）回目〜（Ｓ−１）回目のサンプリング期間Ｔ１で急変フラグがオンしている。即ち、判定期間Ｔ２で急変フラグが７回オンしている。このように、劣化したクラスタ１２では、正常なクラスタ１２と比較して、急変回数ｘが多くなる。

図１０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９１（図１１参照）に登録する（Ｓ３２）。また、受信データファイル９１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）。

図１１には、受信データファイル９１の一例が示されている。同図に示すように、受信データファイルは、モジュール端末３０毎のモジュールレコード９１Ｚを複数備えてなり、各モジュールレコード９１Ｚのフィールドには、図７で示した送信データ列と同様に、モジュール端末３０の識別番号、ストリング識別番号、太陽電池モジュール１０内の全クラスタ１２の最新のクラスタ電圧、クラスタ電圧の変化量及び急変回数、太陽電池モジュール１０内の温度等がある。

図１０において、ステップＳ３３が終了すると、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）、以下の異常判定処理（Ｓ３６）を行う。

図１２に示すように、異常判定処理（Ｓ３６）では、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（Ｓ４１）。

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（Ｓ４２）。

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群を除いた残りのクラスタ１２群の急変回数ｘからストリング識別番号が共通するクラスタ１２群ごとの平均値（以下、「平均急変回数」という）を演算する（Ｓ４３）。そして、クラスタ１２の急変回数ｘと、そのクラスタ１２とストリング識別番号が共通するクラスタ１２群の平均急変回数とを比較し、予め設定された閾値を超えて急変回数ｘが多いクラスタ１２が存在する場合に、そのクラスタ１２を含む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（Ｓ４４）。このように、本実施形態では、同じ太陽電池セルストリング１０Ｓに含まれるクラスタ１２同士の間で、急変回数ｘを比較して異常の有無を判定するので、太陽電池セルストリング１０Ｓ毎に電圧急変の大きさや頻度が異なる場合であっても、クラスタ１２の異常を判定することが可能となる。なお、本実施形態では、ステップＳ４４を実行しているときのデータ判定端末９０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１０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。

本実施形態のクラスタ監視装置１００では、サンプリング期間Ｔ１あたりのクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶが基準変化量ΔＶ０を超えて変化した急変現象の回数を検出し、判定期間Ｔ２毎に、クラスタ１２同士の間で、急変回数ｘを比較し、閾値を超えて他のクラスタ１２よりも急変回数ｘが多いクラスタ１２が検出された場合に異常ありと判定する。ここで、劣化したクラスタ１２（図９参照）では、正常なクラスタ１２（図８参照）と比較して、電圧急変時のクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶが大きく、また、その変化が長期に亘って起きるので、急変回数ｘが多いクラスタ１２を検出することにより、劣化によるクラスタ１２の異常を検出することが可能となる。また、一定複数のサンプリング期間Ｔ１を纏めた判定期間Ｔ２で検出された急変回数によって異常の有無を判定するので、例えば、判定期間Ｔ２終了時のクラスタ電圧Ｖ１０の大小によって異常の有無を判定する場合と比較して、判定結果のばらつきが抑えられ判定精度の向上が図られる。

また、本実施形態では、複数の太陽電池モジュール１０のそれぞれに設けられたモジュール端末３０が、検出した急変回数ｘの情報を無線送信するので、困難な信号配線の取り回し作業を要せずに、全ての太陽電池モジュール１０における各クラスタ１２の急変回数ｘの情報をデータ判定端末９０に集めることができる。しかも、モジュール端末３０は、一定複数のサンプリング期間Ｔ１を纏めた判定期間Ｔ２毎に無線送信するので、サンプリング期間Ｔ１毎に急変現象の有無を無線送信する場合と比較して、送信の頻度が減少し、混信を抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、モジュール端末３０が、前回送信時の急変回数ｘがゼロであったか否か、即ち、前回の判定期間Ｔ２に急変があったか否かの情報を送信するので、データ判定端末９０が前回の情報を受信できなかった場合であっても、前回の送信時の異常の有無を把握することが可能となる。そして、前回送信時に急変があった場合には、データ判定端末９０は、モジュール端末３０に前回の送信データを再送させたり、図１２のステップＳ４１で、モジュール配置図において赤色に表示した太陽電池モジュール１０のクラスタ１２を、例えば、青色に変える等の処理を行うことが可能となる。

［他の実施形態］
本発明は、上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）上記実施形態では、太陽電池セルストリング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、太陽電池セルストリング１０Ｓの両末端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。

（２）上記実施形態において、モジュール端末３０が送信する送信データ列にクラスタ電圧Ｖ１０及びその変化量ΔＶを含まない構成としてもよい。このように構成しても、急変回数ｘの情報から異常の有無を判定することは可能である。なお、上記実施形態では、データ判定端末９０が、異常判定処理の断絶異常判定処理（図１２のステップＳ４２を参照）で、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を異常と判定し、その異常判定された太陽電池モジュール１０のクラスタ１２群を除いて、急変回数ｘによる異常判定を行うので、異常の種類が区別可能になると共に、異常判定の精度向上が図られる。

（３）上記実施形態では、ストリング識別番号が同じクラスタ１２群ごとに、急変回数の平均を求めていたが、クラスタ１２全体の急変回数の平均を求めてもよい。具体的には、図１２のステップＳ４３において、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群を除いた残りのクラスタ１２群全体の急変回数ｘの平均値を演算する。そして、この平均値と各クラスタ１２の急変回数とを比較して、異常の有無を判定する。

（４）上記実施形態において、モジュール端末３０が送信する送信データ列にストリング識別情報を含まない構成としてもよい。このような構成としても、データ判定端末９０が、モジュール端末３０の識別番号から、当該モジュール端末３０が何れの太陽電池セルストリング１０ｓのどこに位置する太陽電池モジュール１０に設けられたものであるか、を特定するためのデータテーブルを有していれば、上記実施形態と同様の効果を奏する可能となる。即ち、同じ太陽電池セルストリング１０Ｓに含まれるクラスタ１２同士の間で急変回数ｘを比較して、異常の有無を判定することが可能となる。

（５）上記実施形態では、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１３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１００Ｖ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。

（６）上記実施形態では、本発明の「異常回数」が、サンプリング期間Ｔ１あたりのクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶが基準変化量ΔＶ０を超えた回数であったが、クラスタ電圧Ｖ１０の前回検出されたクラスタ電圧Ｖ１１からの変化率Ｙが基準変化率Ｙ０を超えた回数であってもよい。このような構成としても、劣化によるクラスタ１２の異常を検出することが可能である。

（７）上記実施形態では、本発明の「異常回数」が、サンプリング期間Ｔ１あたりのクラスタ電圧Ｖ１０の変化量ΔＶが基準変化量ΔＶ０を超えた回数であったが、クラスタ電圧Ｖ１０が基準電圧Ｖ０より低くなった回数であってもよい。このように構成した場合には、例えば、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異常を検出することが可能となる。

（８）上記実施形態において、モジュール端末３０が送信する送信データ列に、前回送信時の急変回数ｘがゼロであったか否かの情報を含まない構成としてもよい。

１０ 太陽電池モジュール
１１ 太陽電池セル
１０Ｓ 太陽電池セルストリング
１２ クラスタ
３０ モジュール端末（無線送信器）
３４ ＭＣＵ
９０ データ判定端末
１００，１００Ｖ クラスタ状態監視装置
ＰＧ１ データ処理プログラム
ＰＧ２ 監視プログラム

Claims (8)

1. 直列接続された複数の太陽電池セル（１１）を一纏めに固定してなり、複数個が直列に接続されることで負荷に電力を供給する太陽電池セルストリング（１０Ｓ）を構成する太陽電池モジュール（１０）に設けられるモジュール端末（３０）であって、
   予め設定された判定期間（Ｔ２）毎に、前記太陽電池モジュール（１０）に含まれる複数の前記太陽電池セル（１１）を複数等分してなる複数のクラスタ（１２）の電圧をクラスタ電圧として複数回検出するクラスタ電圧手段（３２，３３，３４，３５）と、
   前記判定期間（Ｔ２）で前記クラスタ電圧又はそのクラスタ電圧の変化量若しくは変化率が予め設定された基準許容範囲から外れた回数を異常回数として検出する異常回数検出手段（３４）と、
   前記判定期間（Ｔ２）の経過毎に、前記異常回数検出手段（３４）により検出された前記異常回数の情報を無線送信する無線送信回路（３６）と、を備えたことを特徴とするモジュール端末（３０）。
2. 前記太陽電池セルストリング（１０Ｓ）は、前記負荷に電力を供給する複数の電力系統のそれぞれに設けられ、
   前記無線送信回路（３６）は、前記異常回数の情報と共に、前記太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に定められたストリング識別情報を送信することを特徴とする請求項１に記載のモジュール端末（３０）。
3. 前記無線送信回路（３６）は、各前記判定期間（Ｔ２）の終了後、ランダムに設定される送信待機期間（τ）の経過を待ってから無線送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のモジュール端末（３０）。
4. 前記無線送信回路（３６）は、前記異常回数の情報と共に、前回送信時の前記異常回数がゼロであったか否かの情報を送信することを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１の請求項に記載のモジュール端末（３０）。
5. 前記クラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）は、前記判定期間（Ｔ２）を複数等分してなるサンプリング期間（Ｔ１）毎に前記クラスタ電圧を検出し、
   前記異常回数検出手段（３４）は、前記サンプリング期間（Ｔ１）あたりの前記クラスタ電圧の変化量が予め設定された基準変化量を超えた回数を前記異常回数として検出することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載のモジュール端末（３０）。
6. 請求項１乃至５のうち何れか１の請求項に記載のモジュール端末（３０）と、
   前記クラスタ（１２）同士の間で前記異常回数を比較して、予め設定された閾値を超えて他の前記クラスタ（１２）よりも前記異常回数が多い前記クラスタ（１２）が検出された場合に異常ありと判定する異常判定手段（９３）を有し、かつ、複数の前記モジュール端末（３０）から前記異常回数の情報を無線受信して前記異常判定手段（９３）にて異常の有無を判定するデータ判定端末（９０）と、を備えたことを特徴とするクラスタ状態監視装置（１００）。
7. 複数の太陽電池セル（１１）を直列接続してなりかつ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）であって、
   予め設定された判定期間（Ｔ２）毎に、各前記クラスタ（１２）の電圧をクラスタ電圧として複数回検出するクラスタ電圧検出手段（３２，３３，３４，３５）と、
   前記判定期間（Ｔ２）で前記クラスタ電圧又はそのクラスタ電圧の変化量若しくは変化率が予め設定された基準許容範囲から外れた回数を異常回数として検出する異常回数検出手段（３４）と、
   前記異常回数検出手段（３４）により検出された前記異常回数を前記クラスタ（１２）同士の間で比較し、予め設定された閾値を超えて他の前記クラスタ（１２）よりも前記異常回数が多い前記クラスタ（１２）が検出された場合に異常ありと判定する異常判定手段（９３）と、を備えたことを特徴とするクラスタ状態監視装置（１００）。
8. 前記太陽電池セルストリング（１０Ｓ）は、前記負荷に電力を供給する複数の電力系統のそれぞれに設けられ、
   前記モジュール端末（３０）は、前記異常回数の情報と共に、前記太陽電池セルストリング（１０Ｓ）毎に定められたストリング識別情報を送信し、
   前記異常判定手段（９３）は、前記ストリング識別情報が共通する前記クラスタ（１２）同士の間で前記異常回数を比較して異常の有無を判定することを特徴とする請求項６又は７に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。

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