JP2015231249A - 太陽光発電システムの監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池ストリングの異常を一層精度良く検出することができる太陽光発電システムの監視装置を提供する。【解決手段】複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池ストリング１０１を備える太陽光発電システム１００の監視装置１０は、太陽電池ストリング１０１の電流を測定する電流測定機能部１１と、太陽電池ストリング１０１の電圧を測定する電圧測定機能部１２と、太陽電池ストリング１０１の漏れ電流を測定する漏れ電流測定機能部１３と、電流測定機能部１１が測定する電流、電圧測定機能部１２が測定する電圧、漏れ電流測定機能部１３が測定する漏れ電流に基づいて、太陽電池ストリング１０１の異常を検出する異常検出機能部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムの監視装置に関する。

太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを備えている。そして、この太陽電池ストリングの異常を検出する監視装置が、従来から提供されている。

特開２０１４−４５０７３号公報

しかし、従来の監視装置は、太陽電池ストリングの電流と電圧のみに基づいて異常の有無を判断している。そのため、太陽電池ストリングの異常を精度良く検出することができない。
そこで、本発明は、太陽電池ストリングの異常を一層精度良く検出することができる太陽光発電システムの監視装置を提供する。

本発明に係る太陽光発電システムの監視装置によれば、電流測定機能部は、太陽電池ストリングの電流を測定する。電圧測定機能部は、太陽電池ストリングの電圧を測定する。漏れ電流測定機能部は、太陽電池ストリングの漏れ電流を測定する。異常検出機能部は、電流測定機能部が測定する電流、電圧測定機能部が測定する電圧、漏れ電流測定機能部が測定する漏れ電流に基づいて、太陽電池ストリングの異常を検出する。
この構成によれば、太陽電池ストリングの電流および電圧に加えて、さらに太陽電池ストリングの漏れ電流にも基づいて異常の有無を判断することができる。これにより、太陽電池ストリングの異常を一層精度良く検出することができる。

一実施形態に係る太陽光発電システムの監視装置の構成例を概略的に示す図 漏れ電流の測定原理を示す図 バイパス機能部の構成例を示す図

以下、本発明に係る太陽光発電システムの監視装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、太陽光発電システム１００は、複数の太陽電池ストリング１０１を備える。図示はしないが、太陽電池ストリング１０１は、それぞれ、複数の太陽電池モジュールを直列に接続した構成である。そして、太陽光発電システム１００は、太陽電池ストリング１０１が生成する発電電力を、監視装置１０を介してパワーコンディショナーシステム１０２に供給する。パワーコンディショナーシステム１０２（ＰＣＳ:Power Conditioning System）に供給された電力は、例えば家庭用の電力などに変換される。

次に、監視装置１０の構成について詳細に説明する。監視装置１０は、電流測定機能部１１、電圧測定機能部１２、漏れ電流測定機能部１３、異常検出機能部１４、電流測定機能部用のチェック機能部１５、漏れ電流測定機能部用のチェック機能部１６、逆流防止機能部１７、バイパス機能部１８、通信機能部１９、開閉器２０などを備える。また、監視装置１０は、当該監視装置１０の動作全体を制御するメイン制御部２１を備える。

電流測定機能部１１は、太陽電池ストリング１０１が生成する電流を測定する。そして、電流測定機能部１１は、測定した電流値をメイン制御部２１に出力する。この場合、監視装置１０は、１つの太陽電池ストリング１０１に対して１つの電流測定機能部１１を備える。即ち、監視装置１０は、複数の太陽電池ストリング１０１ごとに、それぞれの電流を測定する構成である。電流測定機能部１１は、磁気センサ、この場合、いわゆるホール型のセンサにより構成されている。なお、電流測定機能部１１の構成は、ホール型のセンサによる構成に限られるものではなく、例えば高精度のシャント抵抗による構成など、各種の電流測定用の構成を採用することができる。

電圧測定機能部１２は、太陽電池ストリング１０１が生成する電圧を測定する。そして、電圧測定機能部１２は、測定した電圧値をメイン制御部２１に出力する。この場合、監視装置１０は、１つの電圧測定機能部１２を備える。即ち、監視装置１０は、複数の太陽電池ストリング１０１の電圧を１つの電圧測定機能部１２により測定する構成である。電圧測定機能部１２は、例えば、ＤＣＰＴ(Direct Current Potential Transformer)などといった電圧検出器による構成、高耐圧抵抗による構成など、各種の電圧測定用の構成を採用することができる。また、監視装置１０は、１つの太陽電池ストリング１０１に対して１つの電圧測定機能部１２を備える構成、つまり、複数の太陽電池ストリング１０１ごとに電圧を測定する構成としてもよい。また、監視装置１０は、所定数の太陽電池ストリング１０１に対して１つの電圧測定機能部１２を備える構成としてもよい。

漏れ電流測定機能部１３は、太陽電池ストリング１０１の漏れ電流を測定する。そして、漏れ電流測定機能部１３は、測定した漏れ電流をメイン制御部２１に出力する。この場合、監視装置１０は、１つの太陽電池ストリング１０１に対して１つの漏れ電流測定機能部１３を備える。即ち、監視装置１０は、複数の太陽電池ストリング１０１ごとに、それぞれの漏れ電流を測定する構成である。漏れ電流測定機能部１３は、磁気センサ、この場合、いわゆるフラックスゲート型のセンサにより構成されている。なお、漏れ電流測定機能部１３の構成は、フラックスゲート型のセンサによる構成に限られるものではなく、各種の漏れ電流測定用の構成を採用することができる。

ここで、漏れ電流測定機能部１３による漏れ電流の測定原理を簡単に説明する。即ち、図２（ａ）に示すように、漏れ電流が発生していない正常時においては、太陽電池ストリング１０１からパワーコンディショナーシステム１０２に流れる電流Ｐ−Ａと、パワーコンディショナーシステム１０２から太陽電池ストリング１０１に流れる電流Ｎ−Ａとは、流れる方向は互いに逆向きであるが、流れる電流値の大きさは等しくなる。そのため、電流Ｐ−Ａと電流Ｎ−Ａは打消し合い、これにより、漏れ電流測定機能部１３が測定する漏れ電流値は０ｍＡとなる。

しかし、図２（ｂ）に示すように、漏れ電流Ｌが発生している異常時においては、電流Ｐ−Ａと電流Ｎ−Ａとが等しくなくなり差が発生する。そして、その差が、漏れ電流として漏れ電流測定機能部１３により測定される。漏れ電流測定機能部１３は、このようにして測定した漏れ電流値をメイン制御部２１に出力する。

異常検出機能部１４は、メイン制御部２１が制御プログラムを実行することによりソフトウェアにより仮想的に実現されている。なお、異常検出機能部１４は、ハードウェアにより構成してもよい。異常検出機能部１４は、電流測定機能部１１が測定する電流、電圧測定機能部１２が測定する電圧、漏れ電流測定機能部１３が測定する漏れ電流に基づいて、太陽電池ストリング１０１の異常を検出する。即ち、異常検出機能部１４は、太陽電池ストリング１０１の電流、電圧、漏れ電流を総合的に監視することにより、太陽電池ストリング１０１の異常の有無を精度良く検出する。

例えば、異常検出機能部１４は、太陽電池ストリング１０１の電流および電圧が正常、つまり異常値でない場合であっても、太陽電池ストリング１０１の漏れ電流が異常、つまり異常値である場合には、太陽電池ストリング１０１に異常が発生していると判定するように設定することができる。なお、太陽電池ストリング１０１の電流値、電圧値、漏れ電流値が正常であるか否かを判定するための基準値は、それぞれ適宜変更して設定することができる。その他、異常検出機能部１４による太陽電池ストリング１０１の異常判定方法は、適宜変更して実施することができる。

電流測定機能部用のチェック機能部１５は、電流測定機能部１１に発生する誘導電流などに基づいて、電流測定機能部１１が正常に動作しているか否かを検出する機能部である。この場合、監視装置１０は、１つのチェック機能部１５を備える。即ち、監視装置１０は、複数の電流測定機能部１１の動作チェックを１つのチェック機能部１５により行う構成である。なお、監視装置１０は、１つの電流測定機能部１１に対して１つのチェック機能部１５を備える構成としてもよい。

漏れ電流測定機能部用のチェック機能部１６は、漏れ電流測定機能部１３に発生する誘導電流などに基づいて、電圧測定機能部１２が正常に動作しているか否かを検出する機能部である。この場合、監視装置１０は、１つのチェック機能部１６を備える。即ち、監視装置１０は、複数の漏れ電流測定機能部１３の動作チェックを１つのチェック機能部１６により行う構成である。なお、監視装置１０は、１つの漏れ電流測定機能部１３に対して１つのチェック機能部１６を備える構成としてもよい。

逆流防止機能部１７は、逆流防止用のダイオードで構成されており、異常検出機能部１４が太陽電池ストリング１０１の異常を検出した場合に、太陽電池ストリング１０１への電流の逆流を防止する機能を担う。即ち、逆流防止機能部１７は、異常発生時において逆流防止機能部１７を迂回する電路が開路された場合に、太陽電池ストリング１０１に電流が逆流することを防止する。この場合、監視装置１０は、１つの太陽電池ストリング１０１に対して１つの逆流防止機能部１７を備える。即ち、監視装置１０は、複数の太陽電池ストリング１０１に、それぞれ専用の逆流防止機能部１７を備える構成である。

バイパス機能部１８は、異常検出機能部１４が太陽電池ストリング１０１の異常を検出していない場合に、逆流防止機能部１７を迂回する電路を形成し、これにより、逆流防止機能部１７をバイパスする。この場合、バイパス機能部１８は、複数の逆流防止機能部１７にそれぞれ併設されている。

図３に示すように、バイパス機能部１８は、開閉器１８ａ、リレー１８ｂ、駆動用電圧供給部１８ｃ、保持用電圧供給部１８ｄを備える。開閉器１８ａは、逆流防止機能部１７をバイパスするための電路を開閉する。リレー１８ｂは、開閉器１８ａの接点をオン／オフする。リレー１８ｂは、開閉器１８ａの接点をオン状態あるいはオフ状態に駆動する場合には大きめの電圧が必要であるが、接点をオン状態あるいはオフ状態に維持する場合には比較的小さめの電圧で十分である。

駆動用電圧供給部１８ｃは、開閉器１８ａの接点を開状態と閉状態とに切り換えるために当該開閉器１８ａに駆動用電圧を与える。この場合、駆動用電圧は１２Ｖである。保持用電圧供給部１８ｄは、接点が開状態に切り換えられた開閉器１８ａを開状態のまま保持するために、および、接点が閉状態に切り換えられた開閉器１８ａを閉状態のまま保持するために、当該開閉器１８ａに保持用電圧を与える。保持用電圧は、駆動用電圧よりも低い電圧が設定されており、この場合、５Ｖである。

通信機能部１９は、周知の無線通信モジュールあるいは有線通信モジュールにより構成されている。通信機能部１９は、電流測定機能部１１が測定する電流値を示す電流値データ、電圧測定機能部１２が測定する電圧値を示す電圧値データ、漏れ電流測定機能部１３が測定する漏れ電流値を示す漏れ電流値データを、図示しない外部の装置に送信する。

開閉器２０は、監視装置１０を経由して太陽電池ストリング１０１とパワーコンディショナーシステム１０２とを接続する回路を遮断する。監視装置１０は、異常検出機能部１４が太陽電池ストリング１０１の異常を検出した場合に、開閉器２０により太陽電池ストリング１０１との電路を遮断する。

また、監視装置１０は、電流測定機能部１１、電圧測定機能部１２、漏れ電流測定機能部１３、異常検出機能部１４、電流測定機能部用のチェック機能部１５、漏れ電流測定機能部用のチェック機能部１６、逆流防止機能部１７、バイパス機能部１８、通信機能部１９などの各機能部を同一の基板３０に実装した構成である。そして、監視装置１０は、この基板３０に、さらに開閉器２０も実装した構成である。

本実施形態に係る太陽光発電システムの監視装置１０によれば、次の効果を奏することができる。
即ち、監視装置１０によれば、太陽電池ストリング１０１の電流および電圧に加えて、さらに太陽電池ストリング１０１の漏れ電流にも基づいて異常の有無を判断することができる。これにより、太陽電池ストリング１０１の異常を一層精度良く検出することができる。

また、監視装置１０によれば、１つの太陽電池ストリング１０１に対して１つの電流測定機能部１１が備えられている。これにより、複数の太陽電池ストリング１０１の電流を、それぞれ個別に精度良く測定することができる。また、監視装置１０によれば、１つの太陽電池ストリング１０１に対して１つの漏れ電流測定機能部１３が備えられている。これにより、複数の太陽電池ストリング１０１の漏れ電流を、それぞれ個別に精度良く測定することができる。

また、監視装置１０によれば、電流測定機能部用のチェック機能部１５が備えられている。これにより、電流測定機能部１１の動作が正常であるのか否かを確認することができ、ひいては、太陽電池ストリング１０１の電流を精度良く測定することができる。また、チェック機能部１５に校正機能を備えることで、電流測定機能部１１を校正することができる。

また、監視装置１０によれば、漏れ電流測定機能部用のチェック機能部１６が備えられている。これにより、漏れ電流測定機能部１３の動作が正常であるのか否かを確認することができ、ひいては、太陽電池ストリング１０１の漏れ電流を精度良く測定することができる。また、チェック機能部１６に校正機能を備えることで、漏れ電流測定機能部１３を校正することができる。

また、監視装置１０によれば、逆流防止機能部１７は、異常検出機能部１４が太陽電池ストリング１０１の異常を検出した場合に、太陽電池ストリング１０１への電流の逆流を防止する。これにより、異常発生時における電流の逆流を確実に防止することができる。また、監視装置１０によれば、バイパス機能部１８は、異常検出機能部１４が太陽電池ストリング１０１の異常を検出していない場合に、逆流防止機能部１７をバイパスする。バイパス機能部１８を備えない構成では、正常時に逆流防止機能部１７において電力の損失が発生する。よって、本実施形態の監視装置１０によれば、正常時に逆流防止機能部１７をバイパスすることができ、逆流防止機能部１７における電力の損失を抑えることができる。本実施形態の場合、逆流防止機能部１７における電力の損失を、例えば従来の１／３０程度に低減することができる。

また、バイパス機能部１８は、駆動用電圧供給部１８ｃにより開閉器１８ａの接点を開状態あるいは閉状態に切り換え、保持用電圧供給部１８ｄにより、接点が開状態または閉状態に切り換えられた開閉器１８ａをその状態で保持する構成である。即ち、バイパス機能部１８は、開閉器１８ａの開閉駆動用の電圧供給部と開閉器１８ａの状態保持用の電圧供給部とを別個に備えている。この構成によれば、開閉器１８ａの開閉状態を切り換えた後には、駆動時よりも少ない電圧で開閉器１８ａの状態を保持することができ、電力の消費量を抑えることができる。
また、監視装置１０によれば、通信機能部１９により、太陽電池ストリング１０１の測定電流、測定電圧、測定漏れ電流を外部の装置に送信することができる。これにより、外部の装置から遠隔により太陽電池ストリング１０１の異常監視を行うことができる。

また、監視装置１０によれば、開閉器２０は、太陽電池ストリング１０１に異常が発生した場合には、監視装置１０を経由して太陽電池ストリング１０１とパワーコンディショナーシステム１０２とを接続する回路を遮断する。これにより、異常が発生しているにも関わらず太陽電池ストリング１０１から電力が供給されてしまうことを防止することができる。また、電路が遮断されているのか否かに基づいて、異常が発生した太陽電池ストリング１０１を容易に特定することができる。なお、開閉器２０は、作業者が手動により操作する断路器で構成してもよいし、自動で操作できる電磁開閉器などで構成してもよい。開閉器２０を電磁開閉器で構成した場合には、例えば、太陽電池ストリング１０１の異常が発生した場合に、遠隔操作などにより自動で電路を遮断することができる。

また、監視装置１０によれば、各機能部は、同一の基板３０に実装されており、この基板３０に、さらに開閉器２０も実装されている。即ち、監視装置１０は、少なくとも、その主要な構成要素を全て同一の基板３０に実装してユニット化した構成である。この構成によれば、監視装置１０の小型化を図ることができ、また、各機能部や開閉器２０を接続するための配線を省略することができる。また、同一の基板３０に実装された各機能部および開閉器２０を一体的に取り扱うことができ、監視装置１０の組み立て作業やメンテナンス作業を容易に行うことができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０は太陽光発電システムの監視装置、１１は電流測定機能部、１２は電圧測定機能部、１３は漏れ電流測定機能部、１４は異常検出機能部、１５は電流測定機能部用のチェック機能部、１６は漏れ電流測定機能部用のチェック機能部、１７は逆流防止機能部、１８はバイパス機能部、１８ａは開閉器、１８ｃは駆動用電圧供給部、１８ｄは保持用電圧供給部、１９は通信機能部、２０は開閉器、３０は基板、１００は太陽光発電システム、１０１は太陽電池ストリング、を示す。

Claims (9)

1. 複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池ストリングを備える太陽光発電システムの監視装置であって、
   前記太陽電池ストリングの電流を測定する電流測定機能部と、
   前記太陽電池ストリングの電圧を測定する電圧測定機能部と、
   前記太陽電池ストリングの漏れ電流を測定する漏れ電流測定機能部と、
   前記電流測定機能部が測定する電流、前記電圧測定機能部が測定する電圧、前記漏れ電流測定機能部が測定する漏れ電流に基づいて、前記太陽電池ストリングの異常を検出する異常検出機能部と、
   を備える太陽光発電システムの監視装置。
2. 前記太陽光発電システムには複数の前記太陽電池ストリングが備えられており、
   １つの前記太陽電池ストリングに対して１つの前記電流測定機能部が備えられている請求項１に記載の太陽光発電システムの監視装置。
3. 前記太陽光発電システムには複数の前記太陽電池ストリングが備えられており、
   １つの前記太陽電池ストリングに対して１つの前記漏れ電流測定機能部が備えられている請求項１または２に記載の太陽光発電システムの監視装置。
4. 前記電流測定機能部が正常であるか否かを検出する電流測定機能部用のチェック機能部と、
   前記漏れ電流測定機能部が正常であるか否かを検出する漏れ電流測定機能部用のチェック機能部と、
   をさらに備える請求項１から３の何れか１項に記載の太陽光発電システムの監視装置。
5. 前記異常検出機能部が前記太陽電池ストリングの異常を検出した場合に、前記太陽電池ストリングへの電流の逆流を防止する逆流防止機能部と、
   前記異常検出機能部が前記太陽電池ストリングの異常を検出していない場合に、前記逆流防止機能部をバイパスするバイパス機能部と、
   を備える請求項１から４の何れか１項に記載の太陽光発電システムの監視装置。
6. 前記バイパス機能部は、
   前記逆流防止機能部をバイパスするための電路を開閉する開閉器と、
   前記開閉器を開状態と閉状態とに切り換えるために当該開閉器に駆動用電圧を与える駆動用電圧供給部と、
   開状態または閉状態に切り換えられた前記開閉器を保持するために当該開閉器に保持用電圧を与える保持用電圧供給部と、
   を備える請求項５に記載の太陽光発電システムの監視装置。
7. 前記電流測定機能部が測定する電流、前記電圧測定機能部が測定する電圧、前記漏れ電流測定機能部が測定する漏れ電流を外部に送信する通信機能部をさらに備える請求項１から６の何れか１項に記載の太陽光発電システムの監視装置。
8. 前記太陽電池ストリングに接続する回路を遮断する開閉器をさらに備える請求項１から７の何れか１項に記載の太陽光発電システムの監視装置。
9. 各機能部が同一の基板に実装されており、この基板に、さらに前記開閉器が実装されている請求項８に記載の太陽光発電システムの監視装置。

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