JP2016167933A

JP2016167933A - 故障検出装置

Info

Publication number: JP2016167933A
Application number: JP2015047067A
Authority: JP
Inventors: 翔西岡; Sho Nishioka; 一太郎日置; Ichitaro Hioki; 茂良藤井; Shigeyoshi Fujii; 林　憲一郎; Kenichiro Hayashi; 憲一郎林; 克巳柏木; Katsumi Kashiwagi; 政史甲木; Masafumi Katsuki; 中山　伸一; Shinichi Nakayama; 伸一中山; 聡史村上; Satoshi Murakami
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故障を容易に検出することができる故障検出装置を提供することである。【解決手段】実施形態の故障検出装置は、表示部を持つ。故障検出装置は、複数の太陽電池モジュールの各々に接続されている。表示部は、接続された前記太陽電池モジュールの発電電力に基づいて、前記太陽電池モジュールが故障していることを表示する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、故障検出装置に関する。

メガソーラーシステム等の大規模な太陽光発電システムは、数千枚〜数万枚の太陽電池モジュールを備えている。太陽電池モジュールは、時間経過とともに、個別の環境や耐久性能に応じて様々な進行態様で故障する。ここで、故障とは、太陽電池モジュールの発電量が所定値以下になることをいう。保守員は、故障した太陽電池モジュールを発見するために、テスターによる電気的特性の検査を行っている。しかしながら、テスターによる電気的特性の検査では、多大な時間を要するため太陽電池モジュールの故障の発見が遅れる場合があった。

特開２０１４−４５０７３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故障を早期に発見することができる故障検出装置を提供することである。

実施形態の故障検出装置は、表示部を持つ。故障検出装置は、複数の太陽電池モジュールの各々に接続されている。表示部は、接続された前記太陽電池モジュールの発電電力に基づいて、前記太陽電池モジュールが故障していることを表示する。

実施形態の太陽光発電システム１の一例を示す概略ブロック図。実施形態の故障検出装置２０の一例を示す概略ブロック図。実施形態の故障検出装置２０の太陽電池モジュールの故障検出処理のフローチャート図。実施形態の故障検出装置２０の変形例である故障検出装置２０Ａの概略ブロック図。実施形態における故障検出装置２０Ａの太陽電池モジュールの故障検出処理のフローチャート図。実施形態の故障検出装置２０の変形例である故障検出装置２０Ｂの概略ブロック図。

以下、実施形態の故障検出装置を、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故障検出装置は、太陽電池モジュール毎に設けられている。故障検出装置は、設けられている太陽電池モジュールの発電電力（例えば、出力電圧）に基づいて、太陽電池モジュールが故障しているか否かを判定する。故障検出装置は、太陽電池モジュールが故障していると判定した場合には、故障を示す表示を表示部に表示させる。

図１は、実施形態の太陽電池モジュールの故障検出装置２０を用いた太陽光発電システム１の一例を示す概略ブロック図である。
本実施形態の太陽光発電システム１は、太陽電池アレイ２、接続箱３、ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）４及び故障検出装置２０を備える。
太陽電池アレイ２は、並列に接続されたｎ個の太陽電池ストリング１０−１、１０−２〜１０−ｎ）を備えている。なお、太陽電池ストリング１０−１、１０−２〜１０−ｎは総称して、太陽電池ストリング１０と呼ばれることがある。

太陽電池ストリング１０は、複数の太陽電池モジュール１１を備えている。
太陽電池モジュール１１は、複数枚の太陽電池セルが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。複数の太陽電池モジュール１１は、それぞれが電気的に直列に接続されている。なお、太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング１０に代えて単体の太陽電池モジュール１１を電気的に並列に接続されてもよい。また、太陽電池モジュール１１及び太陽電池ストリング１０の数量は合計２つ以上であればいくつでもよい。各太陽電池モジュール１１には、故障検出装置２０が接続されている。

接続箱３は、複数の太陽電池ストリング１０を多段階且つ電気的に並列に接続している。各太陽電池モジュール１１からの電力は、接続箱３において１つの接続線に纏められている。その接続線は、ＰＣＳ４に接続されている。これにより、接続箱３は、太陽電池モジュール１１から供給された直流電流をＰＣＳ４に出力する。なお、本実施形態では、接続箱が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、接続箱は複数個でもよい。その際、接続箱３とＰＣＳ４との間に集電箱が接続される場合がある。集電箱を用いる場合においては、接続箱３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に出力する。各接続箱３から供給された直流電流は、集電箱において１つの接続線に纏められている。集電箱は、接続箱３から供給された直流電流をＰＣＳ４に出力する。

ＰＣＳ４は、接続箱３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等の電力系統に出力する。これにより、ＰＣＳ４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。

故障検出装置２０は、各太陽電池モジュール１１に接続されている。故障検出装置２０は、太陽電池モジュール１１の正（＋）端子と負（−）端子との間に接続されている。すなわち、故障検出装置２０は、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が発電した発電電力を取得する。

図２は、実施形態の故障検出装置２０の一例を示す概略ブロック図である。
実施形態の故障検出装置２０は、制御部２００及び表示部２０１を備える。
制御部２００は、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１の出力電圧である直流電圧Ｖを取得する。制御部２００は、直流電圧Ｖと予め設定された閾値Ｖ_ｔｈとを比較することで自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障しているか否かを判定する。閾値Ｖ_ｔｈは、故障していない太陽電池モジュール１１と故障している太陽電池モジュール１１とを区別するために用いられる電圧値である。例えば、閾値Ｖ_ｔｈは、以下の（１）式に示すように、太陽電池モジュール１１の定格出力値に係数αを乗じた値とする。
閾値Ｖ_ｔｈ＝太陽電池モジュールの定格出力値×係数α …（１）

なお、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。例えば、係数αは２／３である。また、係数αは、過去にストリング計測装置等で測定された太陽電池モジュール１１の発電電力の履歴に基づいて算出されてもよい。また、係数αは、使用年数に基づいて決定されてもよい。

制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満である場合、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障していると判定する。制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈを超えている場合、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障していないと判定する。制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満である場合、太陽電池モジュール１１の故障を示す表示を表示部２０１に表示させる。

表示部２０１は、太陽電池モジュール１１の故障を示す表示を表示する。例えば、表示部２０１は、警告灯であり、太陽電池モジュール１１の故障を示す表示とは、警告灯の点灯である。表示部２０１は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満である場合、点灯する。なお、表示部２０１において、太陽電池モジュール１１が故障していないことを示す表示灯を別途設けられてもよい。表示部２０１は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合、消灯する。そして、上記表示灯は点灯する。

図３は、実施形態における故障検出装置２０の太陽電池モジュールの故障検出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２００は、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が発電した直流電圧Ｖを取得する。
ステップＳ１０２において、制御部２００は、直流電圧Ｖと予め設定された閾値Ｖ_ｔｈとを比較する。制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満である場合、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障していると判定する。制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障していないと判定する。
ステップＳ１０３において、制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満である場合、表示部２０１を点灯させる。

図４は、故障検出装置２０の変形例である故障検出装置２０Ａの概略ブロック図である。故障検出装置２０Ａは、表示部２０１として表示灯ではなく表示器を用いている。例えば、故障検出装置２０Ａは、マクリット表示器である。以下に、故障検出装置２０Ａとしてマクリット表示器を用いた場合について説明する。
故障検出装置２０Ａは、表示器２０３及び表示器２０４を備えている。例えば、表示器２０３は、太陽電池モジュール１１が故障していることを示すものであり、赤表示である。表示器２０４は、太陽電池モジュール１１が故障していないことを示すものであり、緑表示である。故障検出装置２０Ａは、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が発電した直流電圧に基づいて、表示器２０３と表示器２０４とを切り替える。例えば、故障検出装置２０Ａは、電磁反転式のマクリット表示器である。したがって、故障検出装置２０Ａは、閾値Ｖ_ｔｈ以上の電圧が印加されると、内部のソレノイドが励磁され、表示器２０４を表示する。故障検出装置２０Ａは、閾値Ｖ_ｔｈ未満の電圧が印加されると、内部のソレノイドが消磁され、表示器２０３を表示する。

図５は、実施形態における故障検出装置２０Ａの太陽電池モジュールの故障検出処理のフローチャート図である。
ステップＳ３０１において、故障検出装置２０Ａは、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が発電した直流電圧Ｖを取得する。
ステップＳ３０２において、故障検出装置２０Ａは、直流電圧Ｖと予め設定された閾値Ｖ_ｔｈとを比較する。
ステップＳ３０３において、制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値未満である場合、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障していることを示す表示器２０３を表示する。
ステップＳ３０４において、制御部２００は、直流電圧Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ以上である場合、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が故障していないことを示す表示器２０４を表示する。

図６は、故障検出装置２０の変形例である故障検出装置２０Ｂの概略ブロック図である。例えば、故障検出装置２０Ｂは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。以下に、故障検出装置２０ＢとしてＬＥＤを用いた場合について説明する。
故障検出装置２０Ｂは、自装置が接続されている太陽電池モジュール１１が発電した直流電圧に基づいて、点灯又は消灯する。例えば、故障検出装置２０Ａは、故障検出装置２０Ａは、閾値Ｖ_ｔｈ未満の電圧が印加されると、消灯する。故障検出装置２０Ａは、閾値Ｖ_ｔｈ以上の電圧が印加されると、点灯する。故障検出装置２０ＢがＬＥＤである場合、閾値Ｖ_ｔｈは順電圧値に対応する値である。故障検出装置２０ＢがＬＥＤである場合、日中に消灯している故障検出装置２０Ｂが接続された太陽電池モジュールが故障している太陽電池モジュールとなる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、故障検出装置は、太陽電池モジュール毎に設けられている。故障検出装置は、太陽電池モジュールの発電電力に基づいて、太陽電池モジュールが太陽電池モジュールの故障を示す表示を表示部に表示させる。したがって、実施形態の故障検出装置は、太陽電池テスターによる電気的特性の検査が必要ないため、太陽電池モジュールの故障を容易に検出することができる。これにより、保守員は、日中にて故障検出装置を目視確認することにより容易に故障した太陽電池モジュールを発見することができる。

また、実施形態の故障検出装置２０は、マクリット表示器又はＬＥＤのみで構成することができるため、従来実施していたサーモカメラによる故障検出や発電電力の傾向を随時モニタリングする故障検出等より安価に太陽電池モジュールの故障を検出することができる。

また、太陽電池モジュールが故障する際に発生する発熱を感知する感熱シールを用いる従来の方法では、感熱シールが風雨にさらされることで脱落する場合があった。また、感熱シールは、太陽電池モジュールにおいて、貼付された付近の故障しか検出することができない場合があった。すなわち、感熱シールが貼付されていない箇所の故障の場合には、太陽電池モジュールの故障を検出することができない場合があった。実施形態の故障検出装置は、太陽電池モジュールの発電電力に基づいて太陽電池モジュールの故障を検出するため、感熱シールを用いる場合と比べて風雨による脱落が少ない。実施形態の故障検出装置は、太陽電池モジュールの発電電力に基づいて太陽電池モジュールの故障を検出するため、太陽電池モジュール１１内の故障箇所にかかわらず、故障した太陽電池モジュールを検出できる。

また、テスターによる電気的特性の検査により太陽電池モジュールの故障を検出する従来の方法では、保守員が接続箱や集電箱において、太陽電池ストリングの発電量をテスターで確認していた。少数の太陽電池モジュールの故障では太陽電池ストリングの発電量への影響が小さい場合がある。したがって、太陽電池モジュールが故障しても太陽電池ストリングの発電量が変化しない場合があり、故障が波及的に発生してから太陽電池モジュールの故障が発見される場合があった。本実施形態の故障検出装置は、各太陽電池モジュールに接続されているため、故障した太陽電池モジュールの個数にかかわらず、太陽電池モジュールの故障を検出することができる。

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…太陽光発電システム、２…太陽電池アレイ、３…接続箱、４…ＰＣＳ、１０…太陽電池ストリング、１１…太陽電池モジュール、２０…故障検出装置、２００…制御部、２０１…表示部

Claims

複数の太陽電池モジュールの各々に接続された故障検出装置であって、
接続された前記太陽電池モジュールの発電電力に基づいて、前記太陽電池モジュールが故障していることを表示する表示部を備える故障検出装置。
前記表示部は、前記太陽電池モジュールの出力電圧が所定の閾値未満である場合、前記太陽電池モジュールが故障していることを示す表示を表示する請求項１に記載の故障検出装置。
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に記載の故障検出装置。
前記表示部は、マクリット表示器である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の故障検出装置。