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

太陽光発電診断装置および太陽光発電診断方法 Download PDF

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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。
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