JP2016171671A - 太陽光発電システムの検査方法および検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記故障判定部は、前記電流を前記所定の閾値と比較し、前記電流が前記所定の閾値未満となった場合に、前記太陽電池モジュールの故障有りと判定する構成としてもよい。
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、本発明の実施の形態の検査装置11を備えた太陽光発電システム1の構成を示すブロック図である。図2は、検査装置11による太陽電池ストリングの検査状態を示す概略の回路図である。図2において、符号51は、太陽電池ストリング3の故障検査の際に、信号注入回路25から太陽電池ストリング3に印加される検査信号51を示し、符号52はケーブルを示している。なお、図2では、太陽電池ストリング3のP端子側から7番目の太陽電池モジュール2(PV7)が故障している場合を示している。
図1に示すように、太陽光発電システム1は、複数の太陽電池モジュール2が直列接続されて構成された太陽電池ストリング3を備えている。太陽電池モジュール2は、直列接続された複数の太陽電池セルを備え、パネル状に形成されている。太陽電池ストリング3にて発電された電力は、電力線路である電力通電路4a,4bを通じてPCS(パワーコンディショニングシステム)5に供給される。例えば、電力通電路4aには、逆流防止用のダイオード6が設けられている。なお、図1では、太陽電池ストリング3は、10個の太陽電池モジュール2が直列接続されている場合を示している。各太陽電池モジュール2とグランドとの間には対地間静電容量Cgが生じている。
検査装置11は、例えば、毎日あるいは数日毎といった所定の周期にて、または所定の条件が満たされたときに、太陽電池ストリング3の故障の有無を検査する。このために、検査装置11は、PV電圧計測回路(状態検出部)21、PV電流計測回路(状態検出部、電流計測部)22、切替えリレー(切替部)23P、切替えリレー(切替部)23N、信号電流計測回路(指標値計測部)24、信号注入回路(検査信号生成部)25、発振回路(検査信号生成部)26、フィルタ回路27、信号電圧計測回路(指標値計測部)28、フィルタ回路29、演算制御装置30および付加回路31を備えている。
PV電圧計測回路21は、太陽電池ストリング3のP端子とN端子との間の電圧、すなわち太陽電池ストリング3の出力電圧を計測する。この計測結果は演算制御装置30へ入力される。PV電流計測回路22は、電力通電路4a,4bに設けられ、電流センサにより電力通電路4a,4bを流れる電流、すなわち太陽電池ストリング3の出力電流を計測する。この計測結果は演算制御装置30へ入力される。
切替えリレー23P,23Nは、電力通電路4a,4bに設けられ、太陽電池ストリング3から出力される電力の供給経路を、PCS5側と検査装置11側との間で切り替える。具体的には、切替えリレー23Pの可動接点23Paは太陽電池ストリング3のP端子と接続され、固定接点23PbはPV電流計測回路22を介してPCS5と接続され、固定接点23Pcは信号電流計測回路24の入力と接続されている。同様に、切替えリレー23Nの可動接点23Naは太陽電池ストリング3のN端子と接続され、固定接点23NbはPV電流計測回路22を介してPCS5と接続され、固定接点23Ncは付加回路51を介してグランド(GND)と接続されている。なお、図1に示す各グランドは、検査装置11(機器装置)の内部GNDに限定されず、例えばアースであってもよい。
発振回路26は、信号注入回路25にて使用される信号を発振して信号注入回路25へ供給する。信号注入回路25は、発振回路26から供給された信号に基づいて、太陽電池ストリング3へ注入する交流の検査信号51を生成し、生成した検査信号51を、切替えリレー23Pを介して、太陽電池ストリング3のP端子へ供給する。なお、検査信号51は、P端子に代えて、N端子へ供給される構成であってもよい。
検査信号51は、正弦波の交流信号であることが好ましいものの、これに限定されることなく、どのような交流信号であってもよい。また、検査信号51の周波数は、比較的低い、100Hz〜10kHzの周波数範囲とするのが好ましい。この場合、検査信号51の周波数は、例えば上記の1kHzなど、基準コンデンサCaの規格に応じた周波数、すなわち基準コンデンサCaの静電容量が正規の静電容量となる周波数を上記の周波数範囲から選択すればよい。
信号電流計測回路24は、信号注入回路25から太陽電池ストリング3のP端子へ検査信号51が供給されている状態(以下、検査信号P端子印加と称する)において、太陽電池ストリング3を流れる検査信号電流を計測する。
演算制御装置30は、CPUを有するマイクロコンピュータにて構成され、PV電圧演算部41、PV電流演算部42、信号電流演算部43、信号電圧演算部44、インピーダンス演算部45および制御部(第1〜第2制御部、故障判定部)46を備えている。
図3は、図2に示した回路の等価回路である。なお、BPDはバイパスダイオードである。図3の回路において、太陽電池ストリング3に印加される検査信号51は交流信号であり、検査信号51により回路を流れる検査信号電流Iは、太陽電池ストリング3の直列抵抗Rsおよび基準コンデンサCaを経由して流れる。この場合、太陽電池ストリング3に故障が有れば、直列抵抗Rsが増加し、検査信号電流Iが減少する。一方、太陽電池ストリング3に故障が無ければ、直列抵抗Rsが変化せず、検査信号電流Iも変化しない。
上記の構成において、太陽光発電システム1では、太陽電池ストリング3の発電した電力をPCS5へ供給している場合、切替えリレー23Pは可動接点23Paが固定接点23Pb側に切り替えられ、切替えリレー23Nは可動接点23Naが固定接点23Nb側に切り替えられている。
(検査装置11の動作の概要)
検査装置11は、太陽電池ストリング3の状態が太陽電池ストリング3の検査が可能な所定の条件下にある状態(以下、検査可能状態と称する)おいて、太陽電池ストリング3の検査を行う。この場合、制御部46は太陽電池ストリング3が検査可能状態であるかどうかを判断するため、太陽電池ストリング3を監視する。具体的には、制御部46は、PV電圧計測回路21にて計測され、PV電圧演算部41から提供される太陽電池ストリング3の出力電圧、およびPV電流計測回路22にて計測され、PV電流演算部42から提供される太陽電池ストリング3の出力電流を監視する。
本実施の形態において、太陽電池ストリング3の上記検査可能状態は、太陽電池ストリング3が発電しており、かつ発電量(出力電流)が所定の閾値以下である状態としている。そこで、制御部46は、太陽電池ストリング3が検査可能状態になり、かつ規定の検査時期が到来していれば、切替えリレー23Pの可動接点23Paが固定接点23Pc側に切り替えられ、切替えリレー23Nの可動接点23Naが固定接点23Nc側に切り替えられるように、切替えリレー23P,23Nを制御する。これにより、太陽電池ストリング3のP端子が信号電流計測回路24の入力に接続され、太陽電池ストリング3のN端子が付加回路31に接続される。
図6は、検査装置11の動作を示すフローチャートである。検査装置11は、太陽電池ストリング3を検査する場合、太陽電池ストリング3が検査可能状態(太陽電池ストリング3が発電しており、かつ発電量が所定の閾値以下である状態)であるかどうかを判定する(S11)。太陽電池ストリング3が検査可能状態であるかどうかは、演算制御装置30の制御部46が、PV電圧計測回路(状態検出部)21にて検出される太陽電池ストリング3の出力電圧、およびPV電流計測回路(状態検出部)22にて検出される太陽電池ストリング3の出力電流に基づいて判定する。
図7は、検査装置11によるS14での太陽電池ストリング3の故障検査の流れを示すフローチャートである。
本実施の形態の検査装置11は、太陽電池ストリング3の故障検査の場合に、付加回路31の基準コンデンサCaを太陽電池ストリング3と直列に接続し、検査信号51を太陽電池ストリング3に印加し、検査信号電流が太陽電池ストリング3の直列抵抗Rsおよび基準コンデンサCaを流れるようにしている。
図8は、図5に示した太陽電池ストリング3の等価回路において、検査信号51の周波数が低い場合の検査信号電流Iの流れを示す回路図である。図9は、図5に示した太陽電池ストリング3の等価回路において、検査信号51の周波数が高い場合の検査信号電流Iの流れを示す回路図である。
図10は、太陽電池ストリング3の検査状態を示す等価回路の回路図であって、太陽電池ストリング3に対して基準コンデンサCaを直列に接続し、かつ検査信号51を印加している状態を示す回路図である。
(検査信号51の電圧を故障検査に好適な電圧に設定する構成)
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図11の(a)は、図1に示した太陽電池モジュール2を太陽電池セル71およびバイパスダイオード72によって示した回路図である。
(検査信号電流のみにより故障検査を行う構成)
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。以上の実施の形態の検査装置11では、太陽電池ストリング3の故障検査において、検査信号P端子印加の場合の太陽電池ストリング3のインピーダンスZpを求め、このインピーダンスZpに基づいて太陽電池ストリング3の故障の有無を判定する構成としていた。
(直列抵抗Rsにより故障検査を行う構成)
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の検査装置11(図1参照)では、太陽電池ストリング3のインピーダンスZpではなく、太陽電池ストリング3の直列抵抗Rsに基づいて、太陽電池ストリング3(太陽電池モジュール2)の故障の有無を判定する構成としている。
2 太陽電池モジュール
3 太陽電池ストリング
11 検査装置
21 PV電圧計測回路(状態検出部)
22 PV電流計測回路(状態検出部、電流計測部)
23P 切替えリレー(切替部)
23N 切替えリレー(切替部)
24 信号電流計測回路(指標値計測部)
25 信号注入回路(検査信号生成部)
26 発振回路(検査信号生成部)
27 フィルタ回路
28 信号電圧計測回路(指標値計測部)
29 フィルタ回路
30 演算制御装置
31 付加回路
45 インピーダンス演算部
46 制御部(第1制御部、第2制御部、故障判定部)
51 検査信号
71 太陽電池セル
72 バイパスダイオード
Ca 基準コンデンサ
Cg 対地間静電容量
I 検査信号電流
Ra 基準抵抗
Rs 直列抵抗
Vin 検査信号電圧
Claims (10)
- 太陽電池モジュールに接続される太陽光発電システムの検査装置であって、
単一の周波数の交流の検査信号を生成する検査信号生成部と、
静電容量が既知の基準コンデンサと、
前記太陽電池モジュールおよび前記基準コンデンサが直列に接続された回路に対して前記検査信号が印加されるような第1の接続状態と、前記太陽電池モジュールが発電した電力を出力することが可能であるような第2の接続状態とを切り替えることができるように、前記太陽電池モジュール、前記基準コンデンサおよび前記検査信号生成部の間の接続関係を切り替える切替部と、
前記第1の接続状態にて、前記太陽電池モジュールの故障の有無により変化する指標値を計測する指標値計測部と、
前記指標値計測部から得た前記指標値を所定の閾値と比較して故障の有無を判定する故障判定部とを備えていることを特徴とする太陽光発電システムの検査装置。 - 前記太陽電池モジュールが発電状態であるかどうかを検出する状態検出部と、
前記状態検出部にて太陽電池モジュールが発電状態であることが検出されたときに、前記検査信号生成部、前記基準コンデンサ、前記切替部、前記指標値計測部および前記故障判定部を含む各部の動作による前記太陽電池モジュールの故障検査が行われるように、これら各部を制御する第1制御部とを備えている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の検査装置。 - 前記太陽電池モジュールは、バイパスダイオードが並列に接続され、
前記検査信号の電圧は、前記バイパスダイオードの順方向電圧以下の電圧に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽光発電システムの検査装置。 - 前記指標値計測部は、前記指標値として前記太陽電池モジュールのインピーダンスを計測し、
前記故障判定部は、前記インピーダンスを前記所定の閾値と比較し、前記インピーダンスが前記所定の閾値を越えた場合に、前記太陽電池モジュールの故障有りと判定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の太陽光発電システムの検査装置。 - 前記指標値計測部は、前記指標値として前記検査信号を印加することにより前記太陽電池モジュールを流れる電流を計測し、
前記故障判定部は、前記電流を前記所定の閾値と比較し、前記電流が前記所定の閾値未満となった場合に、前記太陽電池モジュールの故障有りと判定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の太陽光発電システムの検査装置。 - 前記指標値計測部は、前記指標値として前記太陽電池モジュールの直列抵抗を計測し、
前記故障判定部は、前記直列抵抗を前記所定の閾値と比較し、前記直列抵抗が前記所定の閾値を越えた場合に、前記太陽電池モジュールの故障有りと判定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の太陽光発電システムの検査装置。 - 前記太陽電池モジュールの出力電流を計測する電流計測部と、
前記電流計測部にて計測される前記出力電流が所定の閾値以下の場合に、前記検査信号生成部、前記基準コンデンサ、前記切替部、前記指標値計測部および前記故障判定部を含む各部の動作による前記太陽電池モジュールの故障検査が行われるように、これら各部を制御する第2制御部とを備えている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の検査装置。 - 前記検査信号の周波数は、100Hz〜10kHzであることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の太陽光発電システムの検査装置。
- 前記基準コンデンサの静電容量は、1μF以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の太陽光発電システムの検査装置。
- 太陽電池モジュールの故障を検査する太陽光発電システムの検査方法であって、
前記太陽電池モジュールおよび静電容量が既知の基準コンデンサが直列に接続された回路に対して単一の周波数の交流の検査信号が印加されるような第1の接続状態と、前記太陽電池モジュールが発電した電力を出力することが可能であるような第2の接続状態とを切り替えることができるように、前記太陽電池モジュール、前記基準コンデンサおよび前記検査信号の生成部の間の接続関係を切り替える切替工程と、
前記第1の接続状態にて、前記太陽電池モジュールの故障の有無により変化する指標値を計測する指標値計測工程と、
前記指標値計測工程にて得た前記指標値を所定の閾値と比較して故障の有無を判定する故障判定工程とを備えていることを特徴とする太陽光発電システムの検査方法。
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