JP2016158446A - 太陽電池モジュールの監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの表面の汚れをより効率よく検出することができる太陽電池モジュールの監視装置を提供することである。【解決手段】実施形態の太陽電池モジュールの監視装置は、推定部、取得部及び判定部を持つ。推定部は、日射量と気温とに基づいて太陽電池モジュールの発電電力量の推定値を取得する。取得部は、前記太陽電池モジュールが発電した発電電力量の実測値を取得する。判定部は、前記推定値が前記実測値を超えている場合、前記太陽電池モジュールの表面が汚れていると判定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、太陽電池モジュールの監視装置に関する。

住宅の屋根や架台等に設けられる太陽電池モジュールにおいて、その太陽電池モジュールの表面に土埃、鳥の糞や化学物質（粉塵）が付着する場合がある。これらの付着物が太陽電池モジュールの表面に付着した場合、太陽電池モジュールの発電効率が低下する場合がある。したがって、太陽電池モジュールの発電効率の低下を防止するためには太陽電池モジュールの表面の状態を検査する必要がある。しかしながら、太陽電池モジュールの表面の状態を目視で検査すると、多大な人手や時間を要する場合があった。

特開２０１１−４０５９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、太陽電池モジュールの表面の汚れをより効率よく検出することができる太陽電池モジュールの監視装置を提供することである。

実施形態の太陽電池モジュールの監視装置は、推定部、取得部及び判定部を持つ。推定部は、日射量と気温とに基づいて太陽電池モジュールの発電電力量の推定値を取得する。取得部は、前記太陽電池モジュールが発電した発電電力量の実測値を取得する。判定部は、前記推定値が前記実測値を超えている場合、前記太陽電池モジュールの表面が汚れていると判定する。

実施形態の太陽電池モジュールの監視装置１０を用いた太陽電池モジュールシステム１の一例を示す概略ブロック図。 実施形態の監視装置１０の一例を示す概略ブロック図。 実施形態における監視装置１０の太陽電池モジュールの表面の清掃が必要か否かを判定する清掃判定処理のフローチャート図。

以下、実施形態の太陽電池モジュールの監視装置を、図面を参照して説明する。

実施形態の太陽電池モジュールの監視装置１０は、太陽電池モジュールの発電電力を計測する。太陽電池モジュールの監視装置１０は、計測した発電電力（実測値）と予め計算された理論値（推定値）とを比較することで、太陽電池モジュールの表面が汚れているか否かを判定する。太陽電池モジュールの監視装置１０は、計測した発電電力（実測値）と予め計算された理論値（推定値）との差分値が所定の閾値を超えているか否かを判定することで清掃が必要か否かを判定する。

図１は、実施形態の太陽電池モジュールの監視装置１０を用いた太陽電池モジュールシステム１の一例を示す概略ブロック図である。
本実施形態の太陽電池モジュールシステム１は、監視装置１０、ｎ個の太陽電池モジュール１１−１、１１−２〜１１−ｎ、ｎ個の接続箱１２−１、１２−２〜１２−ｎ、ｎ個のストリング計測装置１３−１、１３−２〜１３−ｎ、集電箱１４、ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）１５、変電設備１６、気温計１７、日射計１８、表示部１９及び警告部２０を備える。

監視装置１０は、計測した発電電力（実測値）と予め計算された理論値（推定値）とを比較することで、太陽電池モジュールの表面が汚れているか否かを判定する。監視装置１０は、計測した発電電力（実測値）と予め計算された理論値（推定値）との差分値が所定の閾値を超えているか否かを判定することで清掃が必要か否かを判定する。
太陽電池モジュール１１−１、１１−２〜１１−ｎは、複数枚の太陽電池セルをパネル状に並べられ、太陽光を受光することで光起電力効果により直流電力を発生させる。なお、太陽電池モジュール１１−１、１１−２〜１１−ｎは総称して、太陽電池モジュール１１と呼ばれることがある。

各太陽電池モジュール１１からの電力は、接続箱１２−１、１２−２〜１２−ｎにおいて１つの接続線に纏められている。その接続線は、集電箱１４に接続されている。これにより、各接続箱１２−１、１２−２〜１２−ｎは、太陽電池モジュール１１から供給された直流電流を集電箱１４に出力する。例えば、太陽電池モジュール１１−１からの複数の出力は、接続箱１２−１において１つの接続線に纏められている。集電箱１４に接続される。太陽電池モジュール１１−２からの複数の出力は、接続箱１２−２において１つの接続線に纏められ、集電箱１４に接続される。太陽電池モジュール１１−ｎからの複数の出力は、接続箱１２−ｎにおいて１つの接続線に纏められ、集電箱１４に接続される。なお、本実施形態では、接続箱が複数個ある場合について説明するが、太陽電池モジュールの数によっては、接続箱は１つでもよい。その場合には、集電箱は用いられず、接続箱は、ＰＣＳ１５に直接接続される。すなわち、太陽電池モジュールからの複数の出力は、接続箱において１つの接続線に纏められ、ＰＣＳ１５に接続される。なお、接続箱１２−１、１２−２〜１２−ｎは総称して、接続箱１２と呼ばれることがある。

集電箱１４は、接続箱１２−１、１２−２〜１２−ｎから供給される直流電流を取得する。各接続箱１２−１、１２−２〜１２−ｎからの直流電力は、集電箱１４において１つに纏められている。纏められた直流電力は、ＰＣＳ１５に出力される。なお、本実施形態では、集電箱１４が１つである場合について説明するが、太陽電池モジュールの数によっては、集電箱１４は複数個でもよい。

ストリング計測装置１３−１、１３−２〜１３−ｎは、各太陽電池モジュール１１−１、１１−２〜１１−ｎが発電した直流電流を測定する。例えば、ストリング計測装置１３−１は、太陽電池モジュール１１−１から接続箱１２−１に供給される直流電流値Ｉ_１を測定する。ストリング計測装置１３−１は、測定した直流電流値Ｉ_１を監視装置１０に出力する。ストリング計測装置１３−２は、太陽電池モジュール１１−２から接続箱１２−２に供給される直流電流値Ｉ_２を測定する。ストリング計測装置１３−２は、測定した直流電流値Ｉ_２を監視装置１０に出力する。ストリング計測装置１３−ｎは、太陽電池モジュール１１−ｎから接続箱１２−ｎに供給される直流電流値Ｉ_ｎを測定する。ストリング計測装置１３−ｎは、測定した直流電流値Ｉ_ｎを監視装置１０に出力する。なお、ストリング計測装置１３−１、１３−２〜１３−ｎは総称して、ストリング計測装置１３と呼ばれることがある。例えば、ストリング計測装置１３は、接続箱１２や集電箱１４に収納される。

ＰＣＳ１５は、集電箱１４から供給される直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を変電設備１６に出力する。これにより、ＰＣＳ１５には太陽電池モジュール１１の全出力の直流電力が供給される。
変電設備１６は、ＰＣＳ１５から供給される交流電力を高圧や特別高圧に昇圧して電力系統（不図示）に出力する。

気温計１７は、自身が設置されている場所の気温を測定する。気温計１７は、測定した気温を監視装置１０に出力する。
日射計１８は、各太陽電池モジュール１１の発電条件である日射強度を測定する。日射計１８は、測定した日射強度を監視装置１０に出力する。

表示部１９は、監視装置１０に接続されている。表示部１９は、監視装置１０から供給される表示情報を表示する。例えば表示部１９は、ＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示デバイスを有する。
警告部２０は、スピーカ（又はブザー）等の音声発生部を含み、太陽電池モジュールの表面が汚れている又は、清掃が必要であることを作業者に報知する。報知が実行される際に出力される音は、例えば、音声メッセージ又はブザー音である。また、警告部２０は、音声メッセージとブザー音とを交互に発生してもよい。

図２は、実施形態の監視装置１０の一例を示す概略ブロック図である。
実施形態の監視装置１０は、推定部１０１、計算部１０２、判定部１０３、記憶部１０４及び報知部１０５を備える。
推定部１０１は、気温計１７が測定した気温を取得する。推定部１０１は、日射計１８が測定した日射強度を取得する。推定部１０１は、気温計１７が測定した気温と日射計１８が測定した日射強度とに基づいて、太陽電池モジュール１１が発電する直流電力量を演算する。なお、推定部１０１は、太陽電池モジュール１１が発電する直流電力量を演算する。なお、演算する直流電力量は、１つの太陽電池モジュールが発電する直流電力量でもよいし、全ての太陽電池モジュール１１が発電する直流電力量でもよい。本実施形態では、推定部１０１は、１つの太陽電池モジュール１１が発電する直流電力量Ｅ_ｅを演算する。なお、推定部１０１が演算する直流電力量Ｅ_ｅ（以下、「推定直流電力量Ｅ_ｅ」という。）は、１か月あたり発電される直流電力量でもよいし、年間に発電される直流電力量でもよい。気温と日射強度とから太陽電池モジュール１１の発電する直流電流値を演算する方法には、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９０７の発電量算出式が採用されてもよい。

ＪＩＳ Ｃ ８９０７の算出式は、日本工業規格により規定されているものである。例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９０７によると、１か月あたりの発電電力量Ｅ_ｐｍ（ｋＷｈ／月）は次式の（１）式により求められる。
Ｅ_ｐｍ＝Ｋ×Ｐ_ＡＳ×Ｈ_ＡＭ／Ｇｓ…（１）
（１）式におけるＧｓ（ｋＷｈ／ｍ^２）は、太陽電池の設置先の１か月の日射量である。Ｈ_ＡＭ（ｋＷ）は、太陽電池の定格出力である。Ｋは、月別総合設計係数である。

計算部１０２は、ストリング計測装置１３が測定した直流電流値Ｉ_１、Ｉ_２…Ｉ_ｎを取得する取得部である。計算部１０２は、各ストリング計測装置１３毎に直流電流値を積分する。したがって、計算部１０２は、各ストリング計測装置１３毎に取得した直流電流値Ｉ_１、Ｉ_２…Ｉ_ｎを積分することで、各太陽電池モジュール１１が発電する直流電力（以下、「実測電力量」という。）Ｅ_１、Ｅ_２…Ｅ_ｎを計算する。計算部１０２は、実測電力量Ｅ_１、Ｅ_２…Ｅ_ｎを判定部１０３に出力する。なお、実測電力量Ｅ_１、Ｅ_２…Ｅ_ｎは総称して、実測電力量Ｅ_ａを呼ばれることがある。

判定部１０３は、推定直流電力量Ｅ_ｅと実測電力量Ｅ_ａとを比較し、太陽電池モジュールの表面が汚れている否かを判定する。具体的には、判定部１０３は、推定部１０１から供給された推定直流電力量Ｅ_ｅを取得する。判定部１０３は、計算部１０２から供給された実測電力量Ｅ_ａを取得する。判定部１０３は、推定直流電力量Ｅ_ｅと各実測電力量Ｅ_ａとを比較する。判定部１０３は、実測電力量Ｅ_ａが推定直流電力量Ｅ_ｅを超えている場合、太陽電池モジュールの表面が汚れていないと判定する。判定部１０３は、実測電力量Ｅ_ａが推定直流電力量Ｅ_ｅを超えていない場合、その実測電力量Ｅ_ａを発電した太陽電池モジュールの表面が汚れていると判定する。判定部１０３は、表面が汚れていると判定した太陽電池モジュールにおいて、表面の清掃が必要であるか否かを判定する。なお、説明を簡略化するために、ｎ＝２の場合について説明する。

判定部１０３は、推定直流電力量Ｅ_ｅから実測電力量Ｅ_ａを減算し、減算した値が所定の閾値を超えた場合、その実測電力量Ｅ_ａを発電した太陽電池モジュールの表面の清掃が必要であると判定する（以下、「清掃判定」という。）。具体的には、判定部１０３は、推定部１０１から供給された推定直流電力量Ｅ_ｅを取得する。判定部１０３は、計算部１０２から供給された実測電力量Ｅ_１及び実測電力量Ｅ_２を取得する。判定部１０３は、推定直流電力量Ｅ_ｅから実測電力量Ｅ_１を差し引き、差し引いた値（以下、「電力差分値」という。）が、記憶部１０４に予め記憶される閾値Ｅ_ｔｈを超えているか否かを判定する。判定部１０３は、電力差分値（Ｅ_ｅ−Ｅ_１）が閾値Ｅ_ｔｈを超えている場合、実測電力量Ｅ_１を発電した太陽電池モジュール１１−１の表面の清掃が必要であると判定する。判定部１０３は、太陽電池モジュール１１−１の表面の清掃が必要であることを示す情報（以下、「判定情報」という。）を報知部１０５に出力する。一方、判定部１０３は、電力差分値（Ｅ_ｅ−Ｅ_１）が閾値Ｅ_ｔｈを超えていない場合、実測電力量Ｅ_１を発電した太陽電池モジュール１１−１の表面の清掃が現時点では必要ではない判定する。判定部１０３は、実測電力量Ｅ_２に対しても清掃判定を行い、太陽電池モジュール１１−２の表面の清掃が必要か否かを判定する。このように、判定部１０３は、上記太陽電池モジュールの表面の清掃が必要か否かの判定を、太陽電池モジュール１１毎に行う。すなわち、判定部１０３は、取得した実測電力量Ｅ_１、Ｅ_２…Ｅ_ｎ毎に清掃判定を行う。

以下に、本実施形態の記憶部１０４に記憶されている閾値Ｅ_ｔｈについて説明する。
記憶部１０４は、閾値記憶部１０４１及び蓄積部１０４２を備える。
閾値記憶部１０４１は、閾値Ｅ_ｔｈを記憶している。例えば、閾値Ｅ_ｔｈは、以下の（２）式に示すように、太陽電池モジュール１１の定格出力値に第１の係数αを乗じた値とする。
閾値Ｅ_ｔｈ＝太陽電池モジュールの定格出力値×第１の係数α …（２）

なお、第１の係数αは、１より小さい値であり、太陽電池モジュールが設置されている周囲環境に基づいて算出されてもよい。また、第１の係数αは、蓄積部１０４２に記憶されている過去に測定した直流電力量Ｅ_ｅと実測電力量Ｅ_ａとの履歴に基づいて算出されてもよい。また、太陽電池モジュールの出力値は、経年劣化等によって変化するため、（２）式の太陽電池モジュールの定格出力値に第２の係数βを乗じた値を、（２）式の太陽電池モジュールの定格出力値としてもよい。第２の係数βは、１より小さい数であり、例えば使用年数に基づいて決定される。

報知部１０５は、判定部１０３から供給される判定情報に基づいて担当者に太陽電池モジュールの表面の清掃が必要であることを報知する。例えば、報知部１０５は、判定情報に基づいて、表示部１９に太陽電池モジュールの表面の清掃が必要であることを示すメッセージを表示する。報知部１０５は、太陽電池モジュールの表面の清掃が必要であることを示す音声メッセージ情報又はブザー音情報を警告部２０に出力する。
報知部１０５は、蓄積部１０４２に記憶されている過去に測定した実測電力量Ｅ_ａの履歴を、日報、週報、月報又は年報等の所定期間内のデータとして表示部１９に表示する。なお、表示部１９に日報、週報、月報又は年報を表示させる場合には、例えば、担当者が監視装置１０に接続されたキーボード等の操作部（不図示）により日報、週報、月報又は年報を表示部１９に表示させる操作を行うこと表示させることができる。

報知部１０５は、過去に測定した直流電力量Ｅ_ｅと実測電力量Ｅ_ａとの履歴と閾値Ｅ_ｔｈとを比較することで、表面の清掃が必要ないと判定された太陽電池モジュールに対して、表面の清掃が必要になるまでの日数を担当者に報知する。例えば、報知部１０５は、判定部１０３において表面の清掃が必要ないと判定された太陽電池モジュールに対応する過去の履歴情報を蓄積部１０４２から読み出す。報知部１０５は、読み出した過去の履歴情報から日ごとの電力差分値を算出する。報知部１０５は、日ごとの電力差分値から１日あたりの電力差分値の増加率を算出する。報知部１０５は、算出した１日あたりの電力差分値の増加率から、現在から太陽電池モジュールの表面の清掃が必要となるまでの日数（以下、「残日数」という。）を推定する。例えば、報知部１０５は、閾値Ｅ_ｔｈから最新の電力差分値を減算した値に１日あたりの電力差分値の増加率を除算することで残日数を計算する。報知部１０５は、計算した残日数を担当者に報知する。残日数の報知方法は、特に限定されないが、例えば、残日数を表示部１９に表示する、又は担当者に所持するＰＣ（Personal Computer）や携帯端末等に残日数を知らせるメッセージを送信する。

図３は、実施形態における監視装置１０の太陽電池モジュールの表面の清掃が必要か否かを判定する清掃判定処理のフローチャート図である。なお。説明を簡略化するため、ｎ＝１の場合について説明する。
ステップＳ１０１において、推定部１０１は、気温計１７が測定した気温と日射計１８が測定した日射強度とを取得する。
ステップＳ１０２において、推定部１０１は、取得した気温と日射強度とに基づいて太陽電池モジュール１１が発電する直流電力量を推定する。すなわち、推定部１０１は、取得した気温と日射強度とに基づいて推定直流電力量Ｅ_ｅを演算する。

ステップＳ１０３において、計算部１０２は、ストリング計測装置１３が測定した直流電流値Ｉ_１を積分する。計算部１０２は、取得した直流電流値Ｉ_１に積分することで、太陽電池モジュール１１−１の実測電力量Ｅ_１を計算する。計算部１０２は、太陽電池モジュール１１−１の実測電力量Ｅ_１を判定部１０３に出力する。

ステップＳ１０４において、判定部１０３は、実測電力量Ｅ_１が推定直流電力量Ｅ_ｅを超えていない場合、太陽電池モジュール１１−１の表面が汚れていると判定し、ステップＳ１０５の処理に進む。一方、判定部１０３は、実測電力量Ｅ_１が推定直流電力量Ｅ_ｅを超えている場合、太陽電池モジュール１１−１の表面が汚れていないと判定し、太陽電池モジュール１１−１の清掃判定処理を終了する。

ステップＳ１０５において、判定部１０３は、推定直流電力量Ｅ_ｅから実測電力量Ｅ_ａを減算することで電力差分値を算出する。

ステップＳ１０６において、判定部１０３は、算出した電力差分値が閾値Ｅ_ｔｈを超えている場合、太陽電池モジュール１１−１の表面の清掃が必要であると判定する。一方、判定部１０３は、電力差分値が閾値Ｅ_ｔｈを超えていない場合、太陽電池モジュール１１−１の表面の清掃が必要でないと判定する。

ステップＳ１０７において、報知部１０５は、判定部１０３から供給される判定情報に基づいて太陽電池モジュール１１−１の表面の清掃が必要であることを担当者に報知する。なお、監視装置１０は、上記清掃判定処理を太陽電池モジュール１１毎に行う。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、日射量と気温とから算出される推定電力量と、太陽電池モジュールの直流電力から算出される実測電力量とを比較することで、太陽電池モジュールの表面の汚れを検出することができる。したがって、実施形態の監視装置１０は、太陽電池モジュールの表面の状態を目視で検査せず多大な人手が必要ないため、太陽電池モジュールの表面の汚れを効率よく検出することができる。また、従来実施していた担当者による太陽電池モジュールの定期監視を省略することができ、且つ太陽光発電電力の確保による買電収入の安定化が可能となる。

また、実施形態の監視装置１０は、推定電力量と実測電力量との差分値と閾値Ｅ_ｔｈとを比較することで、太陽電池モジュールの表面の汚れの清掃が必要か否かを判定することができる。したがって、実施形態の監視装置１０は、太陽電池モジュールの表面の汚れを目視で検査する必要がないため、太陽電池モジュールの表面の汚れを効率よく検出することができるとともに、目視による太陽電池モジュールの表面の汚れ判定のあいまいさを防ぐことができる。

また、実施形態の監視装置１０は、太陽電池モジュールの表面の汚れの清掃が必要であると判定した場合に、担当者に太陽電池モジュールの表面の清掃が必要であることを報知することができる。したがって、担当者は、太陽電池モジュールの表面の清掃を忘れることなく実施することができる。

また、実施形態の監視装置１０は、表面の汚れの清掃が必要でないと判定された太陽電池モジュールに関して、表面の清掃が必要になるまでの日数を計算し、担当者に報知することができる。したがって、担当者は、太陽電池モジュールの表面の清掃時期を前もって把握することができるため、事前に太陽電池モジュールの清掃スケジュールを組むことができる。

また、実施形態の監視装置１０は、太陽電池モジュール毎に上記清掃判定処理を実施するため、清掃が必要な太陽電池モジュールをすぐに特定することができる。

上述した実施形態における監視装置１０の機能をコンピュータで実現しても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…太陽電池モジュールシステム、１０…監視装置、１１…太陽電池モジュール、１２…接続箱、１３…ストリング計測装置、１４…集電箱、１５…ＰＣＳ、１６…変電設備、１７…気温計、１８…日射計、１９…表示部、２０…警告部

Claims (6)

1. 日射量と気温とに基づいて太陽電池モジュールの発電電力量の推定値を取得する推定部と、
   前記太陽電池モジュールが発電した発電電力量の実測値を取得する取得部と、
   前記推定値が前記実測値を超えている場合、前記太陽電池モジュールの表面が汚れていると判定する判定部と、
   を備える太陽電池モジュールの監視装置。
2. 前記判定部は、前記表面が汚れていると判定した前記太陽電池モジュールにおいて、前記推定値から前記実測値を減算した値と所定の閾値とに基づいて前記太陽電池モジュールの前記表面の汚れを清掃する必要があるか否か判定する請求項１に記載の太陽電池モジュールの監視装置。
3. 前記閾値は、前記太陽電池モジュールの定格出力値に係数を乗じた値である請求項２に記載の太陽電池モジュールの監視装置。
4. 前記判定部によって前記太陽電池モジュールの前記表面の汚れを清掃する必要があると判定されたことを報知する報知部をさらに備える請求項２又は請求項３に記載の太陽電池モジュールの監視装置。
5. 前記実測値を蓄積する蓄積部を有し、
   前記報知部は、前記蓄積部に蓄積された前記実測値に基づいて、所定期間内の前記実測値を報知する請求項４に記載の太陽電池モジュールの監視装置。
6. 前記報知部は、前記推定値から前記実測値を減算した値が前記閾値に到達するまでの時間を推定することによって、前記太陽電池モジュールの清掃時期を決定する請求項４又は請求項５に記載の太陽電池モジュールの監視装置。