JP2016134929A - 太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムの発電診断に要する負荷の低減を図ることができる太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法を提供する。【解決手段】太陽光発電部による発電量に関する発電量情報を取得する取得部１２と、発電量情報に基づいて、所定の基準値に対する第１の時間帯の発電量の乖離度を算出する演算部１１と、算出された乖離度を記憶する記憶部１４と、が設けられ、演算部１１は、記憶部１４に記憶された複数の乖離度のうち、所定の乖離度であるサンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上である場合には、乖離度の算出に用いられる第１の時間帯を、第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に変更し、太陽光発電部の状態を診断することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法に関する。

近年、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素等の排出による地球の温暖化など、地球環境とエネルギーに対する関心が高まっている。このような状況の下、太陽光を電力に変換する太陽電池を用いた太陽光発電システムは、無尽蔵かつクリーンなエネルギー源として注目されている。

しかしながら、上述の太陽光発電システムでは、期待通りの発電が行われているか否かの診断が行いにくいという問題があった。つまり、太陽光発電システムには、機械的な可動部分が少ないため外観を確認するだけでは太陽光発電システム等の故障を判別することが困難である。また、太陽光発電システムの発電量に基づいて診断を行う場合であっても、周囲構造物等の影や気象条件等により発電量が変化するため太陽光発電システム等の故障を判別することが難しいという問題、言い換えると、太陽光発電システムの発電出力が低下している要因が、対応が不要な影なのか、対応が必要な太陽光発電システム等の故障なのか切り分けることができないという問題があった。

上述の問題を解決するために、特定の時間帯における発電量や、この発電量に基づく変換効率等に基づいて太陽電池システムの故障を診断する技術が一般的に知られている。その他にも、単位時間ごとに平均発電量を平均日射量で除算した変換効率を求め、複数の単位時間のうち同じ気温帯域に属する単位時間について変換効率に基づいて太陽電池システムの故障を診断する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−１７６１９５号公報

上述の特定の時間帯における発電量等に基づいて太陽電池パネルの故障を診断する技術では、影による発電出力の低下と、故障による発電出力の低下との切り分けが不十分になるという問題があった。これに対して、特許文献１に記載された技術では、診断に用いる時間帯を気温帯域に基づいて分類することにより、切り分け性の向上が図られている。

しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、診断に至るまでに集められるデータが多く診断を行いにくいという問題があった。上述の技術では、単位時間ごとに変換効率を求めて、そのデータを記憶している。そのため、変換効率を求める演算量が膨大になると共に、演算結果であるデータを記憶する記憶部には、膨大な量のデータを記憶できる容量が求められ、診断を行いにくくする要因となっている。また、同じ気温帯域に属する単位時間について変換効率に基づいた診断が行われ、その他の単位時間の変換効率は診断に用いられず無駄になるという問題もあった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽光発電システムの発電診断に要する負荷の低減を図ることができる太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る太陽光発電診断装置は、太陽光発電部の状態を診断する太陽光発電診断装置であって、前記太陽光発電部による発電量に関する発電量情報を取得する取得部と、前記発電量情報に基づいて、所定の基準値に対する第１の時間帯の発電量の乖離度を算出する演算部と、算出された前記乖離度を記憶する記憶部と、が設けられ、前記演算部は、前記記憶部に記憶された複数の前記乖離度のうち、所定の乖離度であるサンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上である場合には、前記乖離度の算出に用いられる前記第１の時間帯を、前記第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に変更し、前記太陽光発電部の状態を診断することを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る太陽光発電診断方法は、太陽光発電部の状態を診断する太陽光発電診断方法であって、前記太陽光発電部による発電量に関する発電量情報を取得する取得ステップと、前記発電量情報に基づいて、所定の基準値に対する第１の時間帯の発電量の乖離度を算出する乖離度算出ステップと、前記記憶部に記憶された複数の前記乖離度のうち、所定の乖離度であるサンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する判定ステップと、前記サンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上であると判定された場合に、前記乖離度の算出に用いられる前記第１の時間帯を、前記第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る太陽光発電診断装置、および第２の態様に係る太陽光発電診断方法によれば、サンプル値を基準とする他の乖離度との差（乖離）が予め定められた閾値以上である場合には、乖離度の算出に用いられる時間帯を第１の時間帯から第２の時間帯に変更される。例えば、所定の太陽光発電部における影の影響は、特定の時間帯に集中して発生する傾向にある。そこで、第１の時間帯を用いている際に、影の影響で上述の差が発生していると仮定すると、用いる時間帯を第１の時間帯から第２の時間帯に変更することにより、影の影響が取り除かれ上述の差が解消する。その一方で、上述の差が解消しない場合には、影以外の故障等の影響により上述の差が発生しているとの推定が可能となる。

また、常に複数の時間帯において乖離度を算出して診断を行う場合と比較すると、必要な場合、つまり、サンプル値と他の乖離度との乖離が乖離閾値以上である場合にのみ、複数の時間帯を用いて診断を行うため、診断を行うための演算処理量の増加を抑制しやすくなる。

上記発明の第１の態様において前記演算部は、前記第１の時間帯における前記乖離度、および、前記第２の時間帯における前記乖離度に基づき、前記太陽光発電部の状態を診断することが好ましい。

上記発明の第２の態様においては、前記変更ステップの後に、前記第１の時間帯における前記乖離度、および、前記第２の時間帯における前記乖離度に基づき、前記太陽光発電部の状態を診断する診断ステップを更に有することが好ましい。

このように第１の時間帯および第２の時間帯の乖離度に基づいて、太陽光発電部の状態を診断することにより、第１の時間帯の乖離度のみ、または、第２の時間帯の乖離度のみに基づく診断を行う場合と比較して、診断を行いやすくなる。

本発明の太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法によれば、乖離度の算出に用いられる時間帯を変更することで、太陽光発電部の発電量の低下が、影の影響によるものか、故障によるものなのか診断に要する負荷の低減を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの構成を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光発電診断装置の構成を説明する模式図である。 図２の診断部における診断処理を説明するフローチャートである。 診断に用いる時間帯の切り替えによる効果を説明するグラフである。

この発明の一実施形態に係る太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法について、図１から図４を参照しながら説明する。
本実施形態では、本願発明の太陽光発電診断装置１０を、図１に示す太陽光発電システム５０の診断を行う例に適用して説明する。ここで、太陽光発電システム５０は、系統連系型のシステムである。太陽光発電システム５０では、太陽電池アレイ（太陽光発電部）５１にて発電された電力は、パワーコンディショナ５６（以下「ＰＣＳ５６」とも表記する。）を介して、商用系統などの電力系統へ供給される。ＰＣＳ５６は、太陽電池アレイ５１で発電された電力をＤＣ／ＡＣ変換し、効率的に電力を取り出すものである。

太陽電池アレイ５１は、一辺が１〜２ｍ程度の太陽電池モジュール５２から構成されたものである。太陽電池モジュール５２は、一辺が１０ｃｍ程度の太陽電池セル５３を縦横に並べて構成されたものであり、この太陽電池モジュール５２を直列に接続したものを太陽電池ストリング５４と呼ぶ。

次に、本発明の要部である太陽光発電診断装置１０について説明する。図２に示すように、太陽光発電診断装置１０は、太陽光発電システム５０に対して用いられるものである。太陽光発電診断装置１０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵを診断部（演算部）１１として機能させるものであり、Ｉ／Ｏインタフェースを受信部（取得部）１２と送信部１３として機能させるものであり、ハードディスク等を記憶部１４として機能させるものである。太陽光発電診断装置１０には、その他に、ユーザ設定を入力する入力部１５と、診断結果を表示させる表示部１６と、が主に設けられている。

受信部１２は、太陽光発電システム５０側の電力計測部２１や日射／温度計測部２２から各種の情報を取得するものである。なお、電力計測部２１や日射／温度計測部２２からの情報は、有線で取得されるようにしてもよいし、無線で取得されるようにしてもよい。

電力計測部２１は太陽電池アレイ５１で発電された電力量を計測し、計測した発電量を表す情報を送信するものである。なお、電力計測部２１はＰＣＳ５６の機能として実現されるが、電力計測部２１自体がＰＣＳ５６の機能として実現されてもよい。

本実施形態では発電量は、１分間の平均発電量である例に適用して説明する。詳しく説明すると、電力計測部２１は、太陽電池アレイ５１にて発電される電力を所定秒（例えば６秒）ごとにサンプリングし、１分間の平均の発電量を送信する例に適用して説明する。

日射／温度計測部２２は日射量及び温度情報を計測し、計測した日射量を表す情報、および温度を表す情報を送信するものである。日射／温度計測部２２は、電力計測部２１と同一の間隔で、あるいは所定間隔（例えば１０分間隔）で、日射量情報及び温度情報を送信する。本実施形態では、１０分間隔で、その時点での日射量情報及び太陽電池アレイ５１のパネル周りの気温情報が送信される例に適用して説明する。

なお、上述のように日射量や気温の瞬時値を表す情報を送信してもよいし、所定期間における平均日射量を表す情報や平均温度を表す情報を送信してもよい。また、温度情報は、上述のように気温を表す情報であってもよいし、パネルの温度そのものを表す情報であてもよい。パネルの温度を表す情報の場合には、例えば、パネルの裏面温度を表す情報を挙げることができる。

記憶部１４は、受信部１２にて受信された電力計測部２１や日射／温度計測部２２からの各種情報や、入力部１５から入力されたユーザ設定の情報や、診断に用いられる第１の時間帯や第２の時間帯等の情報や、診断部１１における診断に関する情報などが記憶されるものである。

本実施形態では、第１の時間帯が６時から１２時までの時間帯であり、第２の時間帯が１２時から１８時までの時間帯である例に適用して説明する。なお、第１の時間帯と第２の時間帯は互いに異なる時間帯であればよく、時間帯の長さを上述の例に限定するものではない。例えば６時から１０時まで、１０時から１４時まで、１４時から１８時までのような時間帯であってもよい。

さらに、第１の時間帯および第２の時間帯は、上述のように１つの時間帯であってもよいし、２つ以上の時間帯から構成されていてもよい。例えば、１０時から１４時までを第１の時間帯とし、６時から１０時まで、および、１４時から１８時までを第２の時間帯としてもよい。

診断部１１は、所定の時間帯における太陽電池アレイ５１にて発電される発電量の乖離度を算出するものであり、算出した乖離度に基づいて太陽電池アレイ５１の状態を診断するものでもある。さらに診断部１１は、乖離度の算出に用いられる所定の時間帯を他の時間帯に変更するか否かの判定を行うものでもある。診断部１１における処理内容については、後述する。

表示部１６は、診断部１１における太陽電池アレイ５１の診断結果を表示するものである。表示部１６で表示される情報は、送信部１３を介して診断部１１から入力される。表示部１６としては、例えば、液晶表示装置などの表示装置を用いることができる。

送信部１３は、入力部１５や表示部１６や外部コンピュータシステム等と通信可能に接続されるものである。所定条件成立が成立した場合には、診断部１１における診断結果を外部コンピュータシステムに出力する際に用いられるものでもある。

次に、本実施形態の太陽光発電診断装置１０による太陽光発電システム５０の診断方法について、図３を参照しながら説明する。
太陽光発電診断装置１０による診断が開始されると、診断部１１は以下に説明する一連の処理を繰り返し行う。この一連の処理は、所定の時間間隔をあけて行われてもよいし、連続して行われてもよい。

まず、図３のフローチャートに示すように、診断部１１は発電量の情報、日射の情報、気温の情報を取得する処理を行う（Ｓ１１：取得ステップ）。具体的には、受信部１２を介して電力計測部２１から発電量の情報、並びに、日射／温度計測部２２から日射の情報および気温の情報を取得する処理を行う。

これらの情報を取得すると診断部１１は、取得された発電量の情報、日射の情報および気温の情報（以降「発電量の情報等」とも表記する。）を記憶部１４に記憶させる処理を行う（Ｓ１２）。なお、発電量の情報等は、当該情報を取得した時刻、および、発電を行った太陽光発電システム５０と紐づけられて記憶される。

その後、診断部１１は、太陽光発電システム５０の間で乖離度を算出する処理を行い、算出した乖離度を記憶部１４に記憶させる処理を行う（Ｓ１３：乖離度算出ステップ）。この処理では、第１の時間帯に含まれる時刻と紐づけられた発電量の情報に基づいて乖離度を算出する処理が行われる。乖離度の算出は、複数の太陽光発電システム５０のうち一の太陽光発電システム５０を選択し、一の太陽光発電システム５０の発電量を所定の基準値とし、他の太陽光発電システム５０の発電量と所定の基準値との差を算出することにより行われる。

Ｓ１３の算出処理を行うと診断部１１は、日射量が日射に関する閾値（以降「日射閾値」とも表記する。）以上であるか否かを判定する処理を行う（Ｓ１４）。本実施形態では、日射閾値は太陽光発電システム５０の種類や設置位置等に応じて予め定められた値であって、記憶部１４に記憶されている例に適用して説明する。この場合、診断部１１は、記憶部１４から日射閾値を呼び出し、取得した日射量の情報と日射閾値とを比較することにより上述の判定を行う。

Ｓ１４の判定処理において日射量が日射閾値以上であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、診断部１１は、記憶部１４からサンプルとする乖離度（以降「サンプル値」とも表記する。）を読み出す処理を行う（Ｓ１５）。サンプル値は、記憶部１４に記憶された複数の乖離度から任意に選択したものであってもよいし、特定の太陽光発電システム５０に関連する乖離度であってもよい。

サンプル値を読みだすと診断部１１は、サンプル値と他の乖離度との差である乖離が乖離に関する閾値（以降「乖離閾値」とも表記する。）以上であるか否かを判定する処理を行う（Ｓ１６：判定ステップ）。本実施形態では、乖離閾値は太陽光発電システム５０の種類や設置位置や設置されてからの経過期間等に応じて予め定められた値であって、記憶部１４に記憶されている例に適用して説明する。この場合、診断部１１は、記憶部１４から乖離閾値を呼び出し、算出した乖離と乖離閾値とを比較することにより上述の判定を行う。

Ｓ１６の判定処理において乖離が乖離閾値以上であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、診断部１１は、診断を行う時間帯を第１の時間帯から第２の時間帯に切り替える処理を行う（Ｓ１７：変更ステップ）。

切り替え処理を行うと診断部１１は、第１の時間帯および第２の時間帯において乖離度とサンプル値との差である乖離が乖離閾値以上であるか否かを判定する処理を行う（Ｓ１８：診断ステップ）。第２の時間帯に関する判定処理では、第２の時間帯に含まれる時刻と紐づけられた発電量の情報に基づいて、Ｓ１３での算出処理と同様に、乖離度を算出する処理が行われる。

Ｓ１８の判定処理において乖離度とサンプル値との乖離が乖離閾値以上であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、診断部１１は、太陽光発電システム５０が故障していると判定する（Ｓ１９）。つまり、異なる時間帯である第１の時間帯および第２の時間帯において、乖離度とサンプル値との乖離が乖離閾値以上である場合には、それは影の影響ではなく、太陽光発電システム５０の故障の影響であると判定する。

故障しているとの判定が行われると診断部１１は、警報を通知する処理を行う（Ｓ２０）。本実施形態では、表示部１６に警報を表示することにより通知が行われる例に適用して説明するが、警報音を発する等、その他方法で警報を通知してもよい。警報の通知が行われると診断部１１による一連の診断処理が終了し、その後、次の一連の診断処理が行われる。

その一方で、Ｓ１８の判定処理において乖離度とサンプル値との乖離が乖離閾値未満であると判定された場合（ＮＯの場合）、診断部１１は、太陽光発電システム５０の発電量変化が影の影響によるものと判定する（Ｓ２１）。つまり、第１の時間帯において乖離度とサンプル値との乖離が乖離閾値以上であり、第２の時間帯において乖離度とサンプル値との乖離が乖離閾値未満である場合には、それは太陽光発電システム５０の故障の影響ではなく、影の影響であると判定する。この判定が行われると診断部１１による一連の診断処理が終了し、その後、次の一連の診断処理が行われる。

また、Ｓ１６の判定処理において乖離が乖離閾値未満である場合（ＮＯの場合）や、Ｓ１４の判定処理において、日射量が日射閾値未満であると判定された場合（ＮＯの場合）には、診断部１１による一連の診断処理が終了し、その後、次の一連の診断処理が行われる。

上記の構成の太陽光発電診断装置によれば、サンプル値を基準とする他の乖離度との差（乖離）が予め定められた乖離閾値以上である場合には、乖離度の算出に用いられる時間帯を第１の時間帯から第２の時間帯に変更される。例えば、図４に示すように、一方の太陽光発電システム５０の発電量（図における○で示す。）が、第１の時間帯において影の影響で低下している場合、影の影響を受けていない他方の太陽光発電システム５０の発電量（図における◆で示す。）との差である乖離度が大きくなる。ここで、乖離度の算出に用いられる時間帯を第１の時間帯から第２の時間帯に変更すると、影の影響が取り除かれて乖離度は小さくなる。その一方で、用いられる時間帯を第１の時間帯から第２の時間帯に変更しても乖離度が大きなままの場合には、影以外の故障等の影響によるとの推定が可能となる。

また、常に複数の時間帯において乖離度を算出して診断を行う場合と比較すると、必要な場合、つまり、サンプル値と他の乖離度との乖離が乖離閾値以上である場合にのみ、複数の時間帯を用いて診断を行うため、診断を行うための演算処理量の増加を抑制しやすくなる。

このように乖離度の算出に用いられる時間帯を変更することで、太陽光発電部の発電量の低下が、影の影響によるものか、故障によるものなのか診断に要する負荷を低減することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態においては、太陽電池アレイ５１が特許請求の範囲における太陽光発電部に相当するに適用して説明したが、太陽電池アレイ５１の他に、太陽電池ストリング５４が特許請求の範囲における太陽光発電部に相当してもよい。

１０…太陽光発電診断装置、１１…診断部（演算部）、１２…受信部（取得部）、１４…記憶部、５１…太陽電池アレイ（太陽光発電部）、Ｓ１１…取得ステップ、Ｓ１３…乖離度算出ステップ、Ｓ１６…判定ステップ、Ｓ１７…変更ステップ、Ｓ１８…診断ステップ

Claims (4)

1. 太陽光発電部の状態を診断する太陽光発電診断装置であって、
   前記太陽光発電部による発電量に関する発電量情報を取得する取得部と、
   前記発電量情報に基づいて、所定の基準値に対する第１の時間帯の発電量の乖離度を算出する演算部と、
   算出された前記乖離度を記憶する記憶部と、
   が設けられ、
   前記演算部は、前記記憶部に記憶された複数の前記乖離度のうち、所定の乖離度であるサンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上である場合には、
   前記乖離度の算出に用いられる前記第１の時間帯を、前記第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に変更し、前記太陽光発電部の状態を診断することを特徴とする太陽光発電診断装置。
2. 前記演算部は、前記第１の時間帯における前記乖離度、および、前記第２の時間帯における前記乖離度に基づき、前記太陽光発電部の状態を診断することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電診断装置。
3. 太陽光発電部の状態を診断する太陽光発電診断方法であって、
   前記太陽光発電部による発電量に関する発電量情報を取得する取得ステップと、
   前記発電量情報に基づいて、所定の基準値に対する第１の時間帯の発電量の乖離度を算出する乖離度算出ステップと、
   前記記憶部に記憶された複数の前記乖離度のうち、所定の乖離度であるサンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する判定ステップと、
   前記サンプル値を基準とする他の乖離度との差が予め定められた閾値以上であると判定された場合に、前記乖離度の算出に用いられる前記第１の時間帯を、前記第１の時間帯とは異なる第２の時間帯に変更する変更ステップと、
   を有することを特徴とする太陽光発電診断方法。
4. 前記変更ステップの後に、前記第１の時間帯における前記乖離度、および、前記第２の時間帯における前記乖離度に基づき、前記太陽光発電部の状態を診断する診断ステップを更に有することを特徴とする請求項３記載の太陽光発電診断方法。