JP2016135058A - 太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現地にて開放電圧、日射及び太陽光パネルの温度の計測を同時に行い、瞬時に開放電圧理論値を算出し、測定値の良否を判定し、結果を自動的に出力する装置を提供する。【解決手段】日射測定手段１２と、太陽光パネルの温度測定手段１３と、電圧測定手段１１と、記憶手段１４と、入力手段２０と、開放電圧理論値の演算手段１７や比較判定手段１８を有する制御手段１６と、表示手段２２とを具備し、前記各手段により同時刻に測定した日射強度、太陽光パネル温度、電圧値、公称開放電圧、ストリングを構成する太陽光パネル数及び当該太陽光パネル１個の電圧値を用いて、測定時の開放電圧理論値を前記演算手段１７で算出し、これを基準値として前記比較判定手段１８において前記測定電圧値を比較し、当該電圧値の良否を判定し、当該判定結果を前記表示手段２２で表示する。【選択図】 図１

Description

この発明は、太陽光発電所等の太陽光発電システムにおける竣工時のストリング単位での開放電圧を測定して、当該測定値が管理範囲内であるかどうか、即ち、良否を判定する装置に関するものである。

結晶系の太陽光パネルの1枚当たりの電圧は３０〜４０Ｖ程度であり、図５に示すように、大規模太陽光発電所においては、電圧降下や電力損失を低減させるために、十数枚（多い場合は２０枚以上）の太陽光パネルを直列接続してストリング１を構成し、当該複数のストリング２を並列接続して複数の各接続箱２にこれらを集め、さらに、これらの複数の接続箱２の各分岐線を複数の各集電箱３で集めてパワーコンディショナ４へ接続してシステムを構成する。

前記発電所の竣工検査時には、前記各ストリングを構成する太陽光パネルの直列接続枚数に間違いが無いか等を確認するために、ストリング単位で開放電圧（ストリングの両端を開放した時にプラス−マイナス間に発生する電圧）を測定する。

特開平１１−１６３３８１号公報

一般に、前記開放電圧の良否を判定する式としては、以下に示す式１が用いられる。
Voc×（直列枚数−0.5）＜実測電圧＜Voc×（直列枚数＋0.5） (式１)

Voc：公称開放電圧（日射１０００Ｗ／ｍ^２、パネル温度２５°Ｃにおける太陽光パネルの開放電圧）

ただし、この公称開放電圧は決められた日射、決められたパネル温度における値であり、実際に計測を行う時点では日射及びパネル温度の条件が異なるため、この値をそのまま適用すると、図６に示すように式１で定められる管理範囲（図６では上限値と下限値との間）を逸脱してしまうことがある。

そこで、測定した時点の日射及びパネルの温度条件に応じた開放電圧の理論値（Voc’）を、例えば以下に示す式２などによって算出し、式３によって良否判断を行う必要がある。図７（ｂ）に図６と同日のデータを用いて算出した開放電圧理論値及び管理範囲を示す。この様に、日射及びパネル温度条件に応じて開放電圧の理論値を算出することで、良否を正しく判定できる。

Voc’＝Voc−α×（T−25）＋β×（1000−G） （式２）
Voc’×（直列枚数−0.5）＜実測電圧＜Voc’×（直列枚数＋0.5） （式３）

α：開放電圧の温度依存化係数（Ｖ／°Ｃ）
β：開放電圧の日射依存係数（Ｖ・ｍ^２／Ｗ）
Ｔ：パネル温度（°Ｃ）
Ｇ：日射強度（Ｗ／ｍ^２）
なお、上記α、βは太陽光パネルの仕様書やカタログ等から換算して入手できる値である。また、式２は既に簡易計算式として使用されている。

しかしながら、これまでは現地で瞬時に開放電圧の理論値（Voc’）を算出し、計測値と比較して良否判定を行うことができる機器が無かったため、計測データをいったん持ち帰った上で計算及び判定を行い、管理範囲からの逸脱があった場合は再度測定や原因究明に出向く必要があった。

そこで、この発明は、現地にて開放電圧、日射及び太陽光パネルの温度の計測を同時に行い、その場で瞬時に開放電圧理論値を算出し、測定値の良否を判定し、結果を自動的に出力する装置を提供することを目的としたものである。

請求項１の発明は、太陽光パネルのストリングの開放電圧自動判定装置において、日射測定手段と、太陽光パネル温度測定手段と、電圧測定手段と、記憶手段と、入力手段と、開放電圧理論値の演算手段や比較判定手段を有する制御手段と、表示手段とを具備し、前記日射測定手段、太陽光パネル温度測定手段及び電圧測定手段により同時刻に測定した日射強度、太陽光パネル温度及び電圧値を前記記憶手段で記憶し、前記入力手段により入力した公称開放電圧、ストリングを構成する太陽光パネル数及び当該太陽光パネル１個の電圧値を用いて、前記記憶手段から入力した日射強度及び太陽パネル温度により測定時の開放電圧理論値を前記演算手段で算出し、これを基準値として前記比較判定手段において前記測定電圧値を比較し、当該測定電圧値の良否を判定し、当該判定結果を前記表示手段で表示する構成とした、太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置とした。

また、請求項２の発明は、前記開放電圧理論値は、以下の式により算出する構成とした、請求項1に記載の太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置とした。
Voc’＝Voc−α×（T−25）＋β×（1000−G）
ただし、
Voc：公称開放電圧（日射１０００Ｗ／ｍ^２、パネル温度２５°Ｃにおける太陽光パネルの開放電圧）
α：開放電圧の温度依存化係数（Ｖ／°Ｃ）
β：開放電圧の日射依存係数（Ｖ・ｍ^２／Ｗ）
Ｔ：太陽光パネル温度（°Ｃ）
Ｇ：日射強度（Ｗ／ｍ^２）

請求項３の発明は、前記測定電圧値の良否は、以下の式を満たす場合に良と判定する構成とした、請求項２に記載の、太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置とした。
Voc’×（直列枚数−0.5）＜実測電圧＜Voc’×（直列枚数＋0.5）

また、請求項４の発明は、各ストリングの測定した絶縁抵抗値を前記入力手段により入力し、前記制御手段の比較判定手段を用いて測定した絶縁抵抗値の良否を判定し、当該判定結果を前記表示手段で表示することが可能な構成とした、請求項１〜３に記載の太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置とした。

請求項１〜３の発明によれば、測定時の日射及びパネル温度条件に応じて開放電圧の理論値を算出することで、開放電圧の良否が正確に判定できる。しかも各ストリングの開放電圧を測定したその場で自動的に開放電圧の理論値を算出し、その良否が確認できるため、測定した開放電圧が管理範囲を逸脱した場合であっても即座に再測定や原因の調査が可能であり、測定及び不具合対応による負担を軽減できる。

また、従来から各ストリングの絶縁抵抗測定は、前記開放電圧測定と同じタイミングで行われている。従って、請求項４の発明によれば、これらの測定データをこの発明の開放電圧自動判定装置に入力すれば、各ストリングの絶縁抵抗の良否を判定でき、一つの装置で各ストリングの全体的な健全性の良否を確認することができる。

この発明の実施の形態例１の開放電圧自動判定装置の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態例１の開放電圧自動判定装置を用いた自動判定のアルゴリズムを示す図である。 この発明の実施の形態例１の開放電圧自動判定装置のタブレット端末の操作フロー図である。 この発明の実施の形態例１の開放電圧自動判定装置による開放電圧判定及び絶縁抵抗測定レポートの平面図である。 大規模太陽光発電所のシステム構成例を示す概略構成図である。 公称開放電圧を用いた場合の実測開放電圧の管理範囲逸脱例を示すグラフ図で、（ａ）図は０時から１８時までの実測値を示し、（ｂ）図は、（ａ）図の１０時から１２時までの拡大図である。 （ａ）図は公称開放電圧を用いた場合の実測開放電圧と管理範囲との関係を示すグラフ図、（ｂ）図は日射及び温度条件から算出した開放電圧理論値と管理範囲との関係を示すグラフ図である。

（実施の形態例１）
以下、この発明の実施の形態例１の開放電圧自動判定装置を図１に基づいて説明する。

前記ストリング１の開放電圧を測定する電圧測定手段１１、太陽光パネルの付近の日射強度を測定する日射計等の日射測定手段１２及び太陽光パネルの温度を測定する熱電対から成る温度測定手段１３の各測定値をデータロガーから成る記憶手段１４に出力する構成となっている。

また、前記記憶手段１４からのデータはタブレット端末１５に入力し、演算処理して判定、表示する構成となっている。当該タブレット端末１５には、ＣＰＵ等から成る制御手段１６が具備され、この制御手段１６には演算手段１７、比較判定手段１８及び表示制御手段１９が設けられている。

また、前記タブレット端末１５は、前記ストリング１を構成する太陽光パネルの枚数及び１枚当たりの電圧値、及び公称開放電圧値を入力する入力手段２０を有している。当該入力手段２０は、キーボード、タッチパネル、マウス等から構成されている。

また、前記タブレット端末１５は、前記記憶手段１４からのデータを記憶する記憶手段２１が設けられている。当該記憶手段２１は、大容量メモリとして機能する、ハードディスクドライブを有しており、アプリケーションプログラム、ＯＳ、制御プログラム、関連プログラム等が記憶される。前記式（２）及び式（３）は前記アプリケーションプログラムとして記憶手段２１のハードディスクドライブに記憶されている。

その他、内部に基本Ｉ／Ｏプログラム、基本処理において使用する各種データを記憶するＲＯＭ（＝Read Only Memory）を有し、また、各種データを一時記憶するための制御手段１６の主メモリ、ワークエリア等として機能する、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。

また、前記タブレット端末１５は、前記表示制御手段１９からの指示により、判定結果を表示する表示手段２２を備えている。当該表示手段２２は液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴ等である。また、当該タブレット端末１５内の前記各手段は相互に信号線で接続されている。

また、前記タブレット端末１５の前記表示制御手段１９からの指示で表示手段２２に表示されたデータ等を報告書などとして出力する出力装置２３を有している。

以上の装置を用いて各ストリング１の開放電圧を自動判定するには、図２に示すように、まず、各ストリング１の電圧を電圧測定手段１１により行い（ステップＳ−１）、また、当該ストリング１の付近の日射強度を日射計から成る日射測定手段１２で測定し、さらに、前記熱電対から成る温度測定手段１３で当該ストリング１を構成する太陽光パネルの温度を測定する（ステップＳ−２）。

これらの測定値データはデータロガー等の記憶手段１４に有線又は無線で送られ、そこで記憶される。特に、日射計及び熱電対は、設置に手間がかかるのでなるべく設置しやすい位置に取り付け・取り外しを行いたい。設置の利便性に配慮した場合、前記記憶手段１４との距離が離れる場合があり、その場合は無線機を用いて送信する。

そして、作業者はタブレット端末１５を作動させ、入力手段２０により前記公称開放電圧値、ストリング１を構成する太陽光パネルの枚数及び太陽光パネル１枚の電圧値等を入力し、前記記憶手段１４に記憶されている日射強度知及び温度値を呼び出し、記憶手段２１のアプリケーションプログラムの前記式（２）を用いて測定時の開放電圧理論値を演算手段１７により算出する（ステップＳ−３）。

そして、当該開放電圧理論値を基準値とし、前記記憶手段１４に記憶されている測定電圧値を呼び出して前記判定手段１８において、前記式（３）を満足しているかどうかを判定する（ステップＳ−４）。満足していれば管理範囲内として「良」となり、満足していなければ管理範囲外として「否」と判定される。

この結果を前記表示制御手段１９の指示で表示手段２２に表示させる。また、表示手段２２で判定結果を表示させると同時に当該判定結果を出力装置２３により、ファイル出力することができる。

前記表示手段２２が音声機能を有する場合は、前記判定結果に対応した音を発することにより、作業者が表示画面に終始注力せずに判定結果を知ることができる。

この様にタブレット端末１５を操作するだけで、その場で測定時の開放電圧の良否が分かり、再測定したり、太陽光パネルの枚数不足や接続不良等に対する措置を直ぐに取ることが出来る。

また、この装置では、各ストリングの絶縁抵抗値を測定し、これらの絶縁抵抗値を当該タブレット端末１５に入力すると、当該ストリングの絶縁抵抗の良否判定が可能である。

具体的には図３に示すように、前記タブレット端末１５の表示手段２２に試験条件等設定画面を呼び出し、開放電圧測定顔面か、又は絶縁抵抗測定画面を選択する。開放電圧測定画面を選択した場合は、当該画面を表示後、スタートボタンを押せば、開放電圧の判定が自動的に行われる。また、絶縁抵抗測定画面を選択した場合は、当該画面を表示後、各ストリング１の測定した絶縁抵抗値を入力する。これにより各ストリングの絶縁抵抗の良否が自動的に判定される。

図４は前記出力装置２３により出力した上記開放電圧判定及び絶縁抵抗測定結果のレポートである。これにより、各ストリング毎の前記開放電圧の良否及び絶縁抵抗の良否が一目瞭然に分かる。

１ ストリング ２ 接続箱
３ 集電箱 ４ パワーコンディショナ
１１ 電圧測定手段 １２ 日射測定手段
１３ 温度測定手段 １４ 記憶手段
１５ タブレット端末 １６ 制御手段
１７ 演算手段 １８ 比較判定手段
１９ 表示制御手段 ２０ 入力手段
２１ 記憶手段 ２２ 表示手段
２３ 出力装置

Claims (4)

1. 太陽光パネルのストリングの開放電圧自動判定装置において、
   日射測定手段と、太陽光パネル温度測定手段と、電圧測定手段と、記憶手段と、入力手段と、開放電圧理論値の演算手段や比較判定手段を有する制御手段と、表示手段とを具備し、
   前記日射測定手段、太陽光パネル温度測定手段及び電圧測定手段により同時刻に測定した日射強度、太陽光パネル温度及び電圧値を前記記憶手段で記憶し、前記入力手段により入力した公称開放電圧、ストリングを構成する太陽光パネル数及び当該太陽光パネル１個の電圧値を用いて、前記記憶手段から入力した日射強度及び太陽パネル温度により測定時の開放電圧理論値を前記演算手段で算出し、
   これを基準値として前記比較判定手段において前記測定電圧値を比較し、当該電圧値の良否を判定し、当該判定結果を前記表示手段で表示する構成としたことを特徴とする、太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置。
2. 前記開放電圧理論値は、以下の式により算出する構成としたことを特徴とする、請求項1に記載の太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置。
   Voc’＝Voc−α×（T−25）＋β×（1000−G）
   ただし、
   Voc：公称開放電圧（日射１０００Ｗ／ｍ^２、パネル温度２５°Ｃにおける太陽光パネルの開放電圧）
   α：開放電圧の温度依存化係数（Ｖ／°Ｃ）
   β：開放電圧の日射依存係数（Ｖ・ｍ^２／Ｗ）
   Ｔ：太陽光パネル温度（°Ｃ）
   Ｇ：日射強度（Ｗ／ｍ^２）
3. 前記測定電圧値の良否は、以下の式を満たす場合に良と判定する構成としたことを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置。
   Voc’×（直列枚数−0.5）＜実測電圧＜Voc’×（直列枚数＋0.5）
4. 各ストリングの測定した絶縁抵抗値を前記入力手段により入力し、前記制御手段の比較判定手段を用いて測定した絶縁抵抗値の良否を判定し、当該判定結果を前記表示手段で表示することが可能な構成としたことを特徴とする、請求項１〜３に記載の太陽光発電システムにおける開放電圧自動判定装置。

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