JP2015226459A

JP2015226459A - 太陽電池パネル監視制御システム

Info

Publication number: JP2015226459A
Application number: JP2014255476A
Authority: JP
Inventors: 紹元蕗; Shaoyuan Lu; 辰陽蕗; Chenyang Lu; 梅月 ▲ろ▼; Meiyue Lu
Original assignee: Solar Resource Japan Co Ltd
Current assignee: Solar Resource Japan Co Ltd
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2015-12-14
Also published as: CN203896305U

Abstract

【課題】迅速に太陽電池パネル毎にその作動状態の監視制御を行うことができると共に交換修理を低コストで行うことが可能な太陽電池パネル監視制御システムを提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池パネル監視制御システムは、複数個の太陽電池セル２が直列又は並列に接続された太陽電池パネル１に、太陽電池パネル１の作動状態を監視する監視制御装置１７が一体的に設けられている。
監視制御装置１７は太陽電池パネル１のアナログ出力電流Ｉを検出する電流検出部１７Ａと、太陽電池パネル１のアナログ出力電圧Ｖを検出する電圧検出部１７Ｂと、電流検出部１７Ａにより検出されたアナログ出力電流Ｉと電圧検出部１７Ｂにより検出されたアナログ出力電圧Ｖとをデジタルデータに変換するデータ変換部１７Ｃと、太陽電池パネル１を集中監視する監視制御センターＭＣにデジタルデータを送信する送信部１７Ｄと、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、太陽電池パネル監視制御システムに関する。

従来から、太陽光発電システムには、複数個の太陽電池（セル）を電気的に直列又は並列に接続して構成された一枚の太陽電池パネル（太陽電池モジュールともいう）を複数個直列に接続して太陽電池ストリングと呼ばれるものを構成することにより発電電圧を高め、更に、この太陽電池ストリングを複数個並列に接続して、太陽電池アレイを構成して所定の電力を得られるようにしたものが知られている。

この種の太陽光発電システムでは、太陽電池ストリング間に監視制御装置を設け、太陽電池ストリングの故障等の異常を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、太陽光発電システムには、太陽電池ストリングの出力端にこの太陽電池の発電出力を検出する電力検出部を接続すると共に、各太陽電池パネルの出力端にこの各太陽電池パネルの出力端を短絡又は解放するスイッチ素子を設け、外部から各スイッチ素子を順次短絡制御することにより、太陽電池モジュールの故障検知を行うことが可能なものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

更に、太陽光発電システムには、太陽電池モジュール毎にマイクロコンピュータを内蔵させて、太陽電池モジュール毎に故障判断機能を持たせたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開平７−１７７６５２号公報特開２０１２−８９５６２号公報特開２０１２−１１９６３２号公報

この特許文献１に開示の技術によれば、太陽電池ストリングの故障の検出を行うことができる。しかしながら、その太陽電池ストリングを構成する複数個の太陽電池パネルのうちのいずれの太陽電池パネルが故障しているかを特定できないという不都合がある。

すなわち、この特許文献１に開示の技術では、修理作業員は、その太陽電池パネルの設置現場に赴いて、どの太陽電池パネルに異常が生じているかを点検しなければならず、修理作業に時間がかかり過ぎるという問題がある。

その特許文献２に開示の技術によれば、太陽電池パネル（太陽電池モジュール）毎の故障検出を行うことができる。
しかしながら、この特許文献２に開示の技術では、外部からスイッチ素子を順次開閉制御して、発電出力に関するデータを収集しなければならないために、太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュールの個数が多くなればなるほど、そのデータ収集に時間がかかり、故障データの収集を迅速に行い難いという不都合がある。

その特許文献３に開示の技術によれば、太陽電池パネル毎にマイクロコンピュータを内蔵させて、太陽電池パネル毎の作動状態の監視、故障診断を行うことができる。

しかしながら、太陽電池パネルにマイクロコンピュータを組み込む構成では、故障した太陽電池パネルを再利用することができないため、交換修理コストが高くなり過ぎるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、迅速に太陽電池パネル毎にその作動状態の監視制御を行うことができると共に交換修理を低コストで行うことが可能な太陽電池パネル監視制御システムを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池パネル監視制御システムは、複数個の太陽電池セルが直列又は並列に接続された太陽電池パネルに、該太陽電池パネルの作動状態を監視する監視制御装置が一体的に設けられ、該監視制御装置は前記太陽電池パネルのアナログ出力電流を検出する電流検出部と、前記太陽電池パネルのアナログ出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部により検出されたアナログ出力電流と前記電圧検出部により検出されたアナログ出力電圧とをデジタルデータに変換するデータ変換部と、前記太陽電池パネルを集中監視する監視制御センターに前記デジタルデータを送信する送信部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、迅速に太陽電池パネル毎にその作動状態の監視制御を行うことができると共に、太陽電池パネルが故障した場合に、その交換修理を低コストで行うことが可能である。

また、本発明によれば、太陽電池パネルに監視制御装置を一体的に内蔵させる構成であるので、太陽電池パネルを直列に接続して太陽電池ストリングを構成する場合、その太陽電池ストリングの構築作業も迅速に行うことができる。

本発明の太陽電池パネル監視制御システムの実施例に係る太陽電池パネルの配設状態の一例を示す斜視図である。図１に示す太陽電池パネル監視制御システムに係る太陽光発電システムの概念図である。図１に示す太陽電池パネルの内部構造を模式的に示す部分拡大断面図である。図１に示す太陽電池パネルの背面状態を示す斜視図である。図３に示す太陽電池セルと図４に示す入出力端子ボックスとの接続状態を模式的に示す回路図である。図５に示す入出力端子ボックスの変形例を示すブロック回路図である。

以下に、本発明に係る太陽電池パネル監視制御システムを図面を参照しつつ説明する。
図１はその太陽電池パネル監視制御システムの実施例に係る太陽電池パネルの配設状態を示す斜視図である。

その図１において、符号１は太陽電池パネル（太陽電池モジュール）である。この太陽電池パネル１は、複数個の太陽電池セル２が電気的に直列又は並列に接続されて構成されている。

その太陽光発電システムでは、この太陽電池パネル１が複数個電気的に直列に配列されて、太陽電池ストリーム３が構成される。ここでは、太陽電池ストリームは３は、４枚の太陽電池パネル１から構成されている。

この太陽電池ストリーム３が複数個並列に接続されて、図２に概念的に示すように、太陽電池アレイ４が構築される。その太陽電池ストリーム３はそれぞれ接続箱５に接続され、接続箱５は集電盤６を介してパワーコンディショナー（ＰＣＳ）７に電気的に接続されている。これらの太陽光発電システムは公知の事項である。

その太陽電池パネル１は、図３に示すように、太陽光が当たる側の面に白板強化ガラスが設けられ、この太陽光が当たる側が受光面８とされている。この受光面８とは反対側の背面９には、耐候性フィルム膜が設けられている。

受光面８と背面９との間には、図３に示すように、複数個の太陽電池セル２が配設されている。この太陽電池セル２は互いに隣接するセル同士がインターコネクタ１１により直列又は並列に電気的に結線されている。その電気的結線の一例が図５に模式的に示されている。

その各太陽電池パネル１は、図１、図３、図４に示すように、アルミニウム製の矩形状フレーム１２により矩形状に囲われて、その矩形状フレーム１２と白板強化ガラスと耐候性フィルム膜とによって囲われた空間には樹脂１０が充填されている。

太陽電池パネル１は、例えば、図５に模式的に示すように、互いに隣接する太陽電池セル２の＋側と−側とが直列に接続されて構成された複数個のセル直列接続体１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが並列に接続されて構成されている。

この太陽電池パネル１の電力は入出力端子ボックス１４を介して取り出される。入出力端子ボックス１４は、図３、図４に示すように、太陽電池パネル１の背面８の側に設けられている。

この入出力端子ボックス１４には、図５に示すように、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が直列に接続されたダイオード直列接続体Ｄが内蔵されている。

セル直列接続体１３Ａの−側は逆流防止ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。セル直列接続体１３Ａの＋側は逆流防止ダイオードＤ１のカソード側に接続されている。

セル直列体１３Ｂの−側は逆流防止ダイオードＤ２のアノード側に接続されると共に、逆流防止ダイオードＤ１のカソード側に接続されている。セル直列体１３Ｂの＋側は逆流防止ダイオードＤ２のカソード側に接続されている。

セル直列体１３Ｃの−側は逆流防止ダイオードＤ３のアノード側に接続されると共に、逆流防止ダイオードＤ２のカソード側に接続されている。セル直列体１３Ｃの＋側は逆流防止ダイオードＤ３のカソード側に接続されている。

太陽電池パネル１は、図１、図４に示すように、受光面８が太陽の照射光を効率良く受光できるように架台１５に斜めに配設されている。その架台１５は、例えば、基礎コンクリートブロック１５Ａと、太陽電池パネル支持支柱１５Ｂと、支持フレーム１５Ｃとから構成される。

太陽光が当たると、太陽電池パネル１が正常作動状態（設計上予定した作動状態）にあると、各太陽電池セル２の発電により、ダイオード直列接続体Ｄの両端に所定のアナログ出力電圧Ｖが生成される。

入出力端子ボックス１４は、入力端子ＰＶ−と、出力端子ＰＶ＋とを有する。その入力端子ＰＶ−は逆流防止ダイオードＤ１のアノードに接続され、その出力端子ＰＶ＋は逆流防止ダイオードＤ３のカソードに接続されている。入力端子ＰＶ−と出力端子ＰＶ＋との間には、逆流防止ダイオードＤ４が設けられている。

その入出力端子ボックス１４は、太陽電池パネル１を複数個電気的に直列に接続して太陽電池ストリーム３を構成するのに用いられる。
太陽電池パネル１は、その入出力端子ボックス１４を介して互いに隣接する太陽電池パネル１に直列に接続され、図４において、符号１６はその太陽電池ストリーム３を構成する接続コードを示している。

この入出力端子ボックス１４には、太陽電池パネル１の作動状態を監視する監視制御装置１７がモジュール化されて内蔵されている。この監視制御装置１７の電源には、例えば、太陽電池パネル１の発電出力が用いられる。

この監視制御装置１７は、検出部１７’を有する。この検出部１７’は、太陽電池パネル１のアナログ出力電流Ｉを検出する電流検出部１７Ａと、太陽電池パネル１のアナログ出力電圧Ｖを検出する電圧検出部１７Ｂと、太陽電池パネル１の温度を検出する温度検出部１７Ｃと、電流検出部１７Ａにより検出されたアナログ出力電流Ｉと電圧検出部１７Ｂにより検出されたアナログ出力電圧Ｖと、温度検出部１７Ｃにより電気的に検出されたアナログ温度情報とからなっている。

その監視制御装置は１７は、検出部１７’の検出情報をデジタルデータに変換するデータ変換部（データ処理部）１７Ｄと、太陽電池パネル１を集中監視する監視制御センターＭＣとの間で通信を行う通信部１７Ｅとを備えている。

通信部１７Ｅは、ここでは、送信部と受信部とから構成されている。
この実施例では、監視制御センターＭＣからのデータ要求指令を受信部が受信して、送信部が検出情報をデジタルデータとして監視制御センターＭＣに送信することとされている。

しかしながら、これに限らず、送信部が、定期的に検出情報をデジタルデータとして監視制御センターＭＣに送信する構成としても良い。

監視制御センターＭＣは、各太陽電池パネル１毎のアナログ出力電圧Ｖに関するデジタルデータと、アナログ出力電流Ｉに関するデジタルデータと、温度に関するデジタルデータとを過去から現在時点に渡って蓄積保存するデータベースを有する（図示を略す）。

これにより、監視制御センターＭＣは、各太陽電池パネル１毎の出力情報の変動を経時的に把握できると共に、故障診断を行うことができる。
この実施例によれば、各太陽電池パネル１の入出力端子ボックス１４に監視制御装置１７を一体的に内蔵させる構成とした。

従って、太陽電池パネル１を直列接続して太陽電池ストリーム３を構成すると同時に、各太陽電池パネル１毎にその作動状態の監視制御を行うことができることになり、太陽電池パネル１の施工作業を迅速に行うことができる。

また、太陽電池ストリーム３毎の監視制御を行う場合に較べて、迅速に太陽電池パネル１毎にその作動状態の監視制御を行うことができると共に、太陽電池パネル１が故障した場合に、その交換修理を低コストで行うことが可能である。

更に、太陽電池パネル１にマイクロコンピュータを内蔵させて、故障診断を行う構成のものに較べて、低コストで太陽電池監視制御システムを構築できるという効果もある。

この実施例では、入出力端子ボックス１４に監視制御装置１７を内蔵させる構成とした。しかし、本発明は、これに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種の変形が可能であり、例えば、監視制御装置１７を、太陽電池セル２が設けられていない空間、すなわち、太陽電池パネル１の余裕空間に内蔵させて、監視制御装置１７を太陽電池パネル１と一体的な構成とすることもできる。

しかしながら、監視制御装置１７を太陽電池パネル１に内蔵させた場合には、監視制御装置１７そのものが故障し、太陽電池パネル１が故障していない場合でも、太陽電池パネル１そのものを交換しなければならないために、交換修理コストが高くなりすぎる。

これに対して、この実施例で説明したように、監視制御装置１７を入出力端子ボックス１４に内蔵させる構成とすると、監視制御装置１７そのものが故障した場合、入出力端子ボックス１４の交換のみで足りるので、交換修理を低コストで行うことができるという効果がある。

以上実施例について説明したが、図６に示すように、入出力端子ボックス１４の入力端子ＰＶ−と出力端子ＰＶ＋との間に、ダイオードＤ４と並列に、この入力端子ＰＶ−と出力端子ＰＶ＋とを電気的に短絡するスイッチ素子ＳＷを配設し、太陽電池パネル１が正常な作動状態にあるときには開放され、太陽電池パネル１が故障状態にあると判定されたときに、監視制御センターＭＣにより入力端子ＰＶ−と出力端子ＰＶ＋とを短絡させる構成としても良い。

入出力端子ボックス１４をこのように構成すれば、故障と判断された太陽電池パネル１を太陽電池発電システムの系統から除去して両隣りに配設された太陽電池パネル１を電気的に直接接続する構成とできるので、太陽電池ストリーム３が全体的に機能ダウンするのを回避することができるという効果を奏する。

１…太陽電池パネル
２…太陽電池セル
３…太陽電池ストリーム
１４…入出力端子ボックス
１７…監視制御装置
１７Ａ…電流検出部
１７Ｂ…電圧検出部
１７Ｃ…温度検出部
１７Ｄ…データ変換部（処理部）
１７Ｅ…通信部
ＭＣ…監視制御センター
Ｖ…アナログ出力電圧
Ｉ…アナログ出力電流

Claims

複数個の太陽電池セルが直列又は並列に接続された太陽電池パネルに、該太陽電池パネルの作動状態を監視する監視制御装置が一体的に設けられ、該監視制御装置は前記太陽電池パネルのアナログ出力電流を検出する電流検出部と、前記太陽電池パネルのアナログ出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部により検出されたアナログ出力電流と前記電圧検出部により検出されたアナログ出力電圧とをデジタルデータに変換するデータ変換部と、前記太陽電池パネルを集中監視する監視制御センターに前記デジタルデータを送信する送信部とを備えていることを特徴とする太陽電池パネル監視制御システム。
前記監視制御装置は、前記太陽電池パネルに内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル監視制御システム。
前記太陽電池パネルは、入出力端子ボックスを介して互いに隣接する太陽電池パネルに直列に接続され、前記監視制御装置はモジュール化されて前記入出力端子ボックスに内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル監視制御システム。
前記監視制御装置は、前記太陽電池パネルの環境温度を検出する温度センサを備えていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池パネル監視制御システム。
前記太陽電池パネルが故障状態にあると判定されたときに、前記監視制御センターにより開閉制御されて、前記入出力端子ボックスの入力端子と出力端子とを電気的に短絡するスイッチ素子が前記入出力端子ボックスに設けられ、故障と判断された太陽電池パネルを太陽電池発電システムの系統から除去して両隣りに配設された太陽電池パネルを電気的に直接接続することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の太陽電池パネル監視制御システム。