JP2016167932A

JP2016167932A - 太陽光発電装置

Info

Publication number: JP2016167932A
Application number: JP2015047065A
Authority: JP
Inventors: 健長井; Takeshi Nagai; 義博竹井; Yoshihiro Takei; 知也吉備; Tomoya Kibi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-09-15

Abstract

【課題】太陽電池モジュールのホットスポット現象を検出することができる太陽光発電装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の太陽光発電装置は、太陽電池モジュール、検出部及び判定部を持つ。太陽電池モジュールは、バイパスダイオードを備える。検出部は、バイパスダイオードに電流が流れていることを検出する。判定部は、前記検出部が前記バイパスダイオードに流れる電流を検出している時間が所定の閾値を超えた場合に、予め定められた警告信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、太陽光発電装置に関する。

一般に、太陽電池モジュールは、複数枚の太陽電池セルがパネル状に並んで配置されている。太陽電池モジュールの上に樹木や建物の影がかかったり、落ち葉が載ったりすると、それによって太陽光を遮られた太陽電池セルは発電することができなくなる。発電できない太陽電池セルは抵抗となる。そのため、発電できない太陽電池セルに電流が流れると発熱して温度上昇し（ホットスポット現象）、放置しておけば太陽電池セルの破壊に至ってしまう場合がある。したがって、ホットスポット現象による太陽電池セルの破壊を防止するには、太陽電池モジュールの状態を検査する必要がある。しかしながら、通常、太陽電池モジュールの状態を目視で検査するため、多大な人手や時間を要する場合があった。

国際公開第２０１０／００４６２２号

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ホットスポット現象を検出することができる太陽光発電装置を提供することである。

実施形態の太陽光発電装置は、太陽電池モジュール、検出部及び判定部を持つ。太陽電池モジュールは、バイパスダイオードを備える。検出部は、バイパスダイオードに電流が流れていることを検出する。判定部は、前記検出部が前記バイパスダイオードに流れる電流を検出している時間が所定の閾値を超えた場合に、予め定められた警告信号を出力する。

第１の実施形態の太陽光発電装置１の一例を示す概略ブロック図。第１の実施形態の異常検出装置２０の一例を示す概略ブロック図。第１の実施形態における異常検出装置２０のホットスポット現象の判定処理のフローチャート図。第２の実施形態の太陽光発電装置１Ａの一例を示す概略ブロック図。第２の実施形態の異常検出装置２０Ａの一例を示す概略ブロック図。第２の実施形態における異常検出装置２０Ａのホットスポット現象の判定処理のフローチャート図。

以下、実施形態の太陽光発電装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の太陽光発電装置は、複数枚の太陽電池セルとバイパスダイオードとを有する太陽電池モジュールを備え、バイパスダイオードに電流が流れたことを検出する。太陽光発電装置は、継続して一定時間バイパスダイオードに電流が流れているのであればホットスポット現象が起きていると判定する。

図１は、第１の実施形態の太陽光発電装置１の一例を示す概略ブロック図である。
第１の実施形態の太陽光発電装置１は、太陽電池モジュール１０及び異常検出装置２０を備える。

太陽電池モジュール１０は、家屋の屋根上や太陽光発電所に複数個設けられている。太陽電池モジュール１０は、発電した直流電力をインバータ等を介して各電器製品に供給する。
複数の太陽電池モジュール１０は、各太陽電池モジュール１０に接続された端子ボックス３０を介して、モジュール連結ケーブル４０−１及び４０−２にて直列に接続される。

太陽電池モジュール１０は、複数枚の太陽電池セル１１（１１−１〜１１−１２）、複数のバイパスダイオード１２（１２−１〜１２−３）及び複数の検出部１３（１３−１〜１３−３）を備える。なお、図１の例では、太陽電池セル１１が１２個である場合を示しているが、この数に限定されない。また、図１の例では、バイパスダイオード１２及び検出部１３の数は、各３個である場合を示しているが、この数に限定されず、太陽電池セル１１の数に応じて任意である。

太陽電池モジュール１０は、複数枚の太陽電池セル１１がパネル状に並べられており、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。

バイパスダイオード１２は、発電できない太陽電池セル１１をバイパスして保護するためのものである。
バイパスダイオード１２−１は、接続点ＴＰ１と接続点ＴＰ２との間に架け渡されており、接続点ＴＰ１と接続点ＴＰ２との間に接続されている。すなわち、バイパスダイオード１２−１は、アノード側に接続点ＴＰ１が接続され、カソード側に接続点ＴＰ２に接続されている。これにより、太陽電池セル１１−１〜１１−４のいずれかの太陽電池セルが落ち葉等により太陽光が遮られ高抵抗となった場合、すなわちホットスポット現象が発生した場合、太陽電池モジュール１０で発電した直流電流は、バイパスダイオード１２−１に電流が流れる。これにより、太陽電池モジュール１０で発電した直流電流は、高抵抗となった太陽電池セル１１を経由しないようにバイパスされる。
バイパスダイオード１２−２は、接続点ＴＰ３と接続点ＴＰ４との間に架け渡されており、接続点ＴＰ３と接続点ＴＰ４との間に接続されている。すなわち、バイパスダイオード１２−２は、アノード側に接続点ＴＰ３が接続され、カソード側に接続点ＴＰ４に接続されている。これにより、太陽電池セル１１−５〜１１−８のいずれかの太陽電池セルにおいてホットスポット現象が発生した場合、太陽電池モジュール１０で発電した直流電流は、バイパスダイオード１２−２に電流が流れる。これにより、太陽電池モジュール１０で発電した直流電流は、高抵抗となった太陽電池セル１１を経由しないようにバイパスされる。
バイパスダイオード１２−３は、接続点ＴＰ５と接続点ＴＰ６との間に架け渡されており、接続点ＴＰ５と接続点ＴＰ６との間に接続されている。すなわち、バイパスダイオード１２−３は、アノード側に接続点ＴＰ５が接続され、カソード側に接続点ＴＰ６に接続されている。これにより、太陽電池セル１１−９〜１１−１２のいずれかの太陽電池セルにおいてホットスポット現象が発生した場合、太陽電池モジュール１０で発電した直流電流は、バイパスダイオード１２−３に電流が流れる。これにより、太陽電池モジュール１０で発電した直流電流は、高抵抗となった太陽電池セル１１を経由しないようにバイパスされる。

検出部１３は、バイパスダイオード１２に電流が流れていることを検出する。検出部１３は、バイパスダイオード１２に電流が流れていることを検出した場合、異常検出装置２０に検出信号を供給する。そして、検出部１３は、バイパスダイオード１２に電流が流れていることを検出している間、検出信号を異常検出装置２０に供給し続ける。
検出部１３−１は、接続点ＴＰ１と接続点ＴＰ２との間に接続されている。したがって、検出部１３−１は、バイパスダイオード１２−１に電流が流れたことを検出する。そして、検出部１３−１は、バイパスダイオード１２−１に電流が流れたことを検出した場合、異常検出装置２０に検出信号を供給する。
検出部１３−２は、接続点ＴＰ３と接続点ＴＰ４との間に接続されている。したがって、検出部１３−２は、バイパスダイオード１２−２に電流が流れたことを検出する。そして、検出部１３−２は、バイパスダイオード１２−２に電流が流れたことを検出した場合、異常検出装置２０に検出信号を供給する。
検出部１３−３は、接続点ＴＰ５と接続点ＴＰ６との間に接続されている。したがって、検出部１３−３は、バイパスダイオード１２−３に電流が流れたことを検出した場合、異常検出装置２０に検出信号を供給する。

図２は、第１の実施形態の異常検出装置２０の一例を示す概略ブロック図である。
第１の実施形態の異常検出装置２０は、制御部２０１、カウント部２０２、判定部２０３、記憶部２０４及び通信部２０５を備える。例えば、異常検出装置２０は、端子ボックス３０に収納されている。異常検出装置２０は、太陽電池モジュール１０が発電した電力を電源として使用することができる。

制御部２０１には、各検出部１３が接続されている。制御部２０１は、検出部１３から供給された検出信号を取得すると、カウント部２０２及び判定部２０３に制御信号を出力する。制御部２０１は、検出部１３から検出信号が供給されなくなると、カウント部２０２及び判定部２０３に停止信号を出力する。そして、制御部２０１は、停止信号を出力した後にカウント部２０２にリセット信号を出力する。

カウント部２０２は、制御部２０１から供給される検出信号を取得すると、計時を開始する。カウント部２０２は、制御部２０１から供給される検出信号を取得すると、計時を停止する。カウント部２０２は、リセット信号を取得すると、計時した時間（以下、「計時時間」）Ｔ_ｍを０にリセットする。このように、カウント部２０２は、バイパスダイオード１２のいずれかに電流が流れている期間、一定時間毎に所定値を積算する。本実施形態では、カウント部２０２は、バイパスダイオード１２のいずれかに電流が流れた場合、そのバイパスダイオード１２に電流が流れた時間を計時する。

判定部２０３は、制御部２０１から供給される制御信号を取得すると、ホットスポット現象の判定処理を実施する。具体的には、判定部２０３は、記憶部２０４から予め設定された閾値Ｔ_ｔｈを読み出す。判定部２０３は、一定周期毎に、カウント部２０２が計時する計時時間Ｔ_ｍを読み出し、計時時間Ｔ_ｍと閾値Ｔ_ｔｈとを比較する。すなわち、判定部２０３は、計時時間Ｔ_ｍが閾値Ｔ_ｔｈを超えている場合、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していると判定する。その場合、判定部２０３は、通信部２０５を介して外部装置（不図示）に予め定められたホットスポット現象が発生していることを示す信号（以下、「警告信号」という。）を出力する。例えば、警告信号は、警告メッセージを外部装置に表示させる信号又は警告音データである。外部装置は、例えば、太陽電池モジュールの保守及び管理を行う担当者が保有する携帯端末やＰＣ（Personal Computer）等である。
判定部２０３は、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していると判定した場合、上記判定処理を停止し、カウント部２０２にリセット信号を出力する。判定部２０３は、制御部２０１から供給される停止信号を取得すると、上記判定処理を停止する。

通信部２０５は、外部装置と有線又は無線で接続されている。通信部２０５は、外部装置と無線又は有線で通信し、判定部２０３から供給された警告信号を外部装置に出力する。これにより、太陽電池モジュール１０の保守及び管理を行う担当者は、警告信号を取得することで、ホットスポット現象が起こったことを即座に把握することができる。

図３は、第１の実施形態における異常検出装置２０のホットスポット現象の判定処理のフローチャート図である。
ステップＳ１０１において、制御部２０１は、検出部１３から供給された検出信号を取得すると、カウント部２０２及び判定部２０３に制御信号を出力する。
ステップＳ１０２において、カウント部２０２は、制御部２０１から供給される検出信号を取得すると、計時を開始する。

ステップＳ１０３において、判定部２０３は、カウント部２０２が計時する計時時間Ｔ_ｍを読み出し、計時時間Ｔ_ｍと記憶部２０４に記憶されている閾値Ｔ_ｔｈとを比較する。すなわち、判定部２０３は、計時時間Ｔ_ｍが閾値Ｔ_ｔｈを超えているか否かを判定する。判定部２０３は、計時時間Ｔ_ｍが閾値Ｔ_ｔｈを超えている場合、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していると判定し、ステップＳ１０４の処理を実行する。一方、判定部２０３は、計時時間Ｔ_ｍが閾値Ｔ_ｔｈを超えていない場合、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していないと判定し、ステップＳ１０５の処理を実行する。

ステップＳ１０４において、判定部２０３は、通信部２０５を介して外部装置に警告信号を出力する。

ステップＳ１０５において、判定部２０３は、制御部２０１から供給される停止信号を取得したか否を判定する。すなわち、判定部２０３は、制御部２０１から供給される停止信号を取得した場合、バイパスダイオード１２に電流が流れなくなったと判定し、ホットスポット現象の判定処理を停止する。一方、判定部２０３は、制御部２０１から供給される停止信号を取得しない場合、バイパスダイオード１２に継続して電流が流れていると判定し、ステップＳ１０３の処理を実行する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の太陽光発電装置１Ａの一例を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態の太陽光発電装置１Ａは、太陽電池モジュール１０及び異常検出装置２０Ａを備える。なお、第１の実施形態と同じ部分については同一符号を付することにより詳細な説明を省略する。

図５は、第２の実施形態の異常検出装置２０Ａの一例を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態の異常検出装置２０Ａは、制御部２０１Ａ、カウント部２０２Ａ、判定部２０３Ａ、記憶部２０４Ａ及び通信部２０５を備える。例えば、異常検出装置２０Ａは、端子ボックス３０に収納されている。異常検出装置２０Ａは、太陽電池モジュール１０が発電した電力を電源として使用することができる。

制御部２０１Ａは、各検出部１３に接続されている。制御部２０１Ａは、検出部１３から供給された検出信号を取得すると、カウント部２０２Ａにパルス信号を出力する、そして、制御部２０１Ａは、検出信号を取得している間、常にパルス信号をカウント部２０２Ａに出力する。制御部２０１Ａは、検出部１３から供給された検出信号を取得すると、判定部２０３Ａに制御信号を出力する。制御部２０１Ａは、検出部１３から検出信号が供給されなくなると、パルス信号の出力を停止する。また、制御部２０１Ａは、検出部１３から検出信号が供給されなくなると、判定部２０３Ａに停止信号を出力する。そして、制御部２０１Ａは、停止信号を出力した後にカウント部２０２Ａにリセット信号を出力する。

カウント部２０２Ａは、制御部２０１Ａから供給されるパルス信号を取得すると、そのパルス信号のパルス数を積算する。積算とは、例えばカウントアップである。カウント部２０２Ａは、リセット信号を取得すると、積分した積分値Ｆ_ｍを０にリセットする。このように、カウント部２０２Ａは、バイパスダイオード１２のいずれかに電流が流れている期間、パルス信号のパルス数を積分することで時間を間接的に測定する。すなわち、カウント部２０２Ａは、バイパスダイオード１２のいずれかに電流が流れた場合、そのバイパスダイオード１２に電流が流れた時間をパルス数を積分することで測定する。

判定部２０３Ａは、制御部２０１Ａから供給される制御信号を取得すると、ホットスポット現象の判定処理を実施する。具体的には、判定部２０３Ａは、記憶部２０４Ａから予め設定された閾値Ｆ_ｔｈを読み出す。判定部２０３Ａは、制御信号を取得してから所定時間経過後にカウント部２０２Ａが積算した積算値Ｆ_ｍを読み出し、積算値Ｆ_ｍと閾値Ｆ_ｔｈとを比較する。すなわち、判定部２０３Ａは、積算値Ｆ_ｍが閾値Ｆ_ｔｈを超えている場合、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していると判定する。判定部２０３Ａは、通信部２０５を介して外部装置に警告信号を出力する。
判定部２０３Ａは、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していると判定した場合、上記判定処理を停止し、カウント部２０２Ａにリセット信号を出力する。判定部２０３Ａは、制御部２０１Ａから供給される停止信号を取得すると、上記判定処理を停止する。

図６は、第２の実施形態における異常検出装置２０Ａのホットスポット現象の判定処理のフローチャート図である。
ステップＳ２０１において、制御部２０１Ａは、検出部１３から供給された検出信号を取得すると、カウント部２０２Ａにパルス信を出力する。また、制御部２０１Ａは、判定部２０３Ａに制御信号を出力する。
ステップＳ２０２において、カウント部２０２Ａは、制御部２０１Ａから供給されるパルス信号のパルス数を積算する。

ステップＳ２０３において、判定部２０３Ａは、制御部２０１Ａから供給される制御信号を取得してから所定時間後にカウント部２０２Ａから積分値Ｆ_ｍを読み出し、積分値Ｆ_ｍと記憶部２０４Ａに記憶されている閾値Ｆ_ｔｈとを比較する。すなわち、判定部２０３Ａは、積分値Ｆ_ｍが閾値Ｆ_ｔｈを超えているか否かを判定する。判定部２０３Ａは、積分値Ｆ_ｍが閾値Ｆ_ｔｈを超えている場合、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していると判定し、ステップＳ２０４の処理を実行する。一方、判定部２０３Ａは、積分値Ｆ_ｍが閾値Ｆ_ｔｈを超えていない場合、太陽電池セル１１にホットスポット現象が発生していないと判定し、ステップＳ２０５の処理を実行する。

ステップＳ２０４において、判定部２０３Ａは、通信部２０５を介して外部装置に警告信号を出力する。

ステップＳ２０５において、判定部２０３Ａは、制御部２０１Ａから供給される停止信号を取得したか否を判定する。すなわち、判定部２０３Ａは、制御部２０１Ａから供給される停止信号を取得した場合、バイパスダイオード１２に電流が流れなくなったと判定し、ホットスポット現象の判定処理を停止する。一方、判定部２０３Ａは、制御部２０１Ａから供給される停止信号を取得しない場合、バイパスダイオード１２に継続して電流が流れていると判定し、ステップＳ２０３の処理を実行する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、実施形態の太陽光発電装置は、太陽電池モジュール１０、検出部１３及び判定部２０３を持つ。太陽電池モジュール１０は、バイパスダイオード１２を備える。検出部１３は、バイパスダイオード１２に電流が流れていることを検出する。判定部２０３は、検出部１３がバイパスダイオード１２に流れる電流を検出している時間が所定の閾値を超えた場合に、予め定められた警告信号を出力する。例えば、太陽光発電装置１は、バイパスダイオード１２に電流が継続して流れている時間が所定の閾値より長ければ、ホットスポット現象が起きていると判定し、警告を発信する。これにより、太陽電池モジュールの保守や管理を行う担当者は、警告信号を取得するだけでホットスポット現象が起きていることを把握することができるため、目視で検査するよりもホットスポット現象を効率よく検出することができる。したがって、従来、担当者が行っていた太陽電池モジュールの定期点検に関する費用を軽減するとともに、ホットスポット現象による太陽電池モジュールの焼損事故を防ぐことができる。

また、上述の実施形態において、異常検出装置２０又は２０Ａは、各検出部１３毎に検出信号を取得する。したがって、異常検出装置２０又は２０Ａは、ホットスポット現象が起きていると判定した場合、どの領域にある太陽電池セルにホットスポット現象が起きているのかを判別することができる。例えば、異常検出装置２０又は２０Ａは、検出部１３−１から供給される検出信号に基づいてバイパスダイオード１２−１に電流が継続して流れている時間が所定の閾値を超えていると判定した場合、太陽電池セル１１−１〜１１−４のいずれかの太陽電池セルにホットスポット現象が起きていると判定することができる。

また、上述の実施形態において、検出部１３は、バイパスダイオード１２に直列接続されているが、これに限定されず、例えば、バイパスダイオード１２に並列に接続されてもよい。すなわち、検出部１３は、バイパスダイオード１２に電流が流れたことを検出できれば、特に接続方法には限定されない。

上述した実施形態における異常検出装置２０又は２０Ａ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…太陽光発電装置、１０…太陽電池モジュール、１１…太陽電池セル、１２…バイパスダイオード、１３…検出部、２０…異常検出装置、３０…端子ボックス、２０１…制御部、２０２…カウント部、２０３…判定部、２０４…記憶部、２０５…通信部

Claims

バイパスダイオードを備える太陽電池モジュールと、
前記バイパスダイオードに電流が流れていることを検出する検出部と、
前記検出部が前記バイパスダイオードに流れる電流を検出している時間が所定の閾値を超えた場合に、予め定められた警告信号を出力する判定部と、
を備える太陽光発電装置。
外部装置と通信する通信部を有し、
前記判定部は、前記警告信号を前記通信部を介して前記外部装置に出力する請求項１に記載の太陽光発電装置。
前記太陽電池モジュールが発電した電力を前記警告信号を出力するための電力として使用する請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電装置。