JP2016226082A - 故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換効率を向上させるとともに、故障診断情報の入手を容易にすることができる故障診断部を備えたパワーコンディショナシステムを提供する。【解決手段】本発明は、複数の太陽電池パネル３から得られた直流電力を商用の交流電力に変換するパワーコンディショナ５と、太陽電池パネル３の故障を診断するＴＤＲ測定方式の故障診断部７とを備えている。パワーコンディショナ５は故障診断部７を内蔵するものであり、故障診断部７を制御するとともに、システム全体を制御する単一の制御部８と、パワーコンディショナ５と通信可能で、故障診断部７を操作するとともに、故障診断情報を入手可能な操作リモコン１０と、故障診断部７を含むシステム全体の状態を管理する管理サーバ１２とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池パネルの故障を診断する故障診断部を有し、複数の太陽電池パネルから得られた直流電力を所望の直流電力に変換する、故障診断部を備えたパワーコンディショナシステムに関する。

従来から、太陽光を受けて発電する太陽電池パネルと、複数の太陽電池パネル（ストリング）から得られた直流電力を所望の直流電力に変換するパワーコンディショナと、太陽電池パネルの故障を診断する故障診断装置と、を備えた故障診断機能を有するパワーコンディショナシステムが知られている（例えば、特許文献１）。

この故障診断装置は、複数の太陽電池パネル（ストリング）に設けられたバイパスダイオードのそれぞれにスイッチング素子を並列に接続し、全ての素子がオフ状態にあるときのストリングの出力電圧と、全ての素子が個別に１つずつオン状態にあるときのストリングの出力電圧それぞれとの差電圧の中に１Ｖ以下の差電圧がある場合に当該ストリングは故障していると判断される。

すなわち、従来装置では、図４に示すように、各太陽電池パネル５３とパワーコンディショナ５５との間に故障診断装置５７を配置して、太陽電池パネル５３の故障を診断していた。パワーコンディショナ５５および故障診断装置５７にはそれぞれ表示器（モニタ）５８、５９が設けられている。

また、ストリングとパワーコンディショナとの間でケーブル接点を切り換え可能な検査ユニットを設けて、ストリングへの入力信号と、ストリングからの出力信号を比較して、検査結果を得る装置も知られている（例えば、特許文献２）。この従来装置も図４と同様に、太陽電池パネル（ストリング）とパワーコンディショナとの間に故障診断装置が配置されている。

特開２０１２−８４８０９号公報 特開２０１３−６９９７４号公報

しかし、上記従来装置では、太陽電池パネル（ストリング）とパワーコンディショナとの間に故障診断装置を配置するために、図４の太陽電池パネル５３と故障診断装置５７の間、および故障診断装置５７とパワーコンディショナ５５との間に、それぞれ配線用の端子接続部が設けられており、ここで接触抵抗が発生して、電力変換効率のロスが発生する問題があった。

また、パワーコンディショナ５５と故障診断装置５７とでそれぞれ異なる制御が行われるため、両者の一括管理が困難となる問題や、太陽電池パネル５３の故障診断情報が、装置の設置場所にある故障診断装置５７の表示器（モニタ）５９で逐一見ないと得られないため、装置の利用者側で早急に入手することが困難となるという問題が発生する場合がある。

本発明は、前記の問題点を解決して、電力変換効率を向上させるとともに、故障診断情報の入手を容易にすることができる故障診断部を備えたパワーコンディショナシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る故障診断部を備えたパワーコンディショナシステムは、太陽光を受けて発電する太陽電池パネルと、複数の太陽電池パネルから得られた直流電力を所望の直流電力に変換するパワーコンディショナと、前記パワーコンディショナから太陽電池パネルへ両者間の伝送路を介して高速なパルス波を発信し、当該太陽電池パネルからのパルス波の反射波形を検出し、当該伝送路における特性インピーダンスの変化に基づいて太陽電池パネルの故障を診断するＴＤＲ測定方式の故障診断部と、を備えている。
前記パワーコンディショナは、前記故障診断部を内蔵するものであり、前記故障診断部を制御するとともに、システム全体を制御する単一の制御部と、前記パワーコンディショナと通信可能で、前記故障診断部を操作するとともに、故障診断情報を入手可能な操作リモコンと、前記故障診断部を含むシステム全体の状態を管理する管理サーバとを有する。

この構成によれば、パワーコンディショナは故障診断部を内蔵するので、太陽電池パネルとパワーコンディショナ間の配線のみで、従来のように故障診断装置を配線するための余分な配線が不要となるから、配線用の端子接続部の接触抵抗を低減させて電力変換効率を向上させることができる。また、パワーコンディショナと操作リモコンは通信可能であるので、故障診断部からの故障診断情報を手元の操作リモコンで任意の場所で早急に得ることが可能となる。これにより、電力変換効率を向上させるとともに、システムの利用者は故障診断情報の入手を容易にすることができる。

本発明では、前記制御部は、ＴＤＲ測定を行うパルス波の送受信器および波形検出器を有することが好ましい。この場合、制御部はＴＤＲ測定の主要部分を取り込んで、ＴＤＲ測定による故障診断を容易に行うことができる。

また、前記操作リモコンは、太陽電池パネルの故障診断情報に基づくメンテナンス情報を前記管理サーバから入手可能であることも好ましい。この場合、管理サーバの一括管理により、太陽電池パネルのメンテナンス時期や対象などのメンテナンス情報を容易に取得できる。

好ましくは、前記故障診断部を含む前記パワーコンディショナの動作状態を表示する単一の表示器を有する。この場合、パワーコンディショナおよび故障診断部の動作状態を単一の表示器により容易に把握できる。

本発明は、パワーコンディショナは故障診断部を内蔵するので、太陽電池パネルとパワーコンディショナ間の配線のみで、従来のように故障診断装置を配線するための余分な配線が不要となるから、配線用の端子接続部の接触抵抗を低減させて電力変換効率を向上させることができる。また、パワーコンディショナと操作リモコンは通信可能であるので、故障診断部からの故障診断情報を手元の操作リモコンにより任意の場所で早急に入手することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る故障診断部を備えたパワーコンディショナシステムを示す概略構成図である。 図１の故障診断部を備えたパワーコンディショナシステムを示す詳細構成図である。 制御部を示す構成図である。 従来の故障診断機能を有するパワーコンディショナを示す構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム１を示す概略構成図である。図１のように、この故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム１は、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セル２を有する太陽電池パネル３と、複数の太陽電池パネル３、つまり複数のストリングから得られた直流電力を所望の直流電力に変換するパワーコンディショナ５と、太陽電池パネル３の故障を診断する故障診断部７とを備えており、パワーコンディショナ５は故障診断部７を内蔵している。

パワーコンディショナ５は、複数の太陽電池パネルから得られた直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ６と、後述する操作リモコン１０および管理サーバ１２と通信するための通信ブロック１１とを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、前記故障診断部７を制御するとともに、システム全体を制御する単一の制御部８と、レベル調整部１４、信号増幅回路１５、および故障診断部７を含む当該パワーコンディショナ５の動作状態を表示する単一の表示器（モニタ）９とを備えている。

故障診断部７は、パワーコンディショナ５から太陽電池パネル３へ両者間の伝送路１３を通って高速なパルス波を発信し、当該パルス波の反射波形を検出し、当該伝送路１３における特性インピーダンスの変化に基づいて太陽電池パネル３の故障を診断するＴＤＲ測定方式である。この方式では、太陽電池パネル３が故障し始めると、特性インピーダンスである太陽電池パネル３の終端抵抗が増加し始めて、特性インピーダンスが変化することを利用している。

このＴＤＲ測定方式は、従来技術の例えば上記した差電圧を検出するものが、晴天や曇天時など時間経過に伴う外部環境に左右されやすいのと比べて、内部的にパルス波の送受信を行うので、外部環境に左右されにくいことから、太陽電池電力変換システムの故障診断に好適である。

図３に示すように、制御部８は、例えば高速演算用のディジタル信号処理を行うマイクロプロセッサであるＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）１６を備え、パルス波を送受信する送受信部１７およびパルス波の反射波形を検出する波形検出器１８を有しており、複数の太陽電池パネル３からの反射波形の入力データを高速で順次処理して、その反射波形の実測値と予め設定されたしきい値から太陽電池パネル３の故障を検出する。

図１および図２のように、パワーコンディショナ５は故障診断部７を内蔵するので、太陽電池パネル３とパワーコンディショナ５間の配線のみとなり、従来のように太陽電池パネルとパワーコンディショナの間に故障診断装置を配線するための余分な配線が不要となるので、配線用の端子接続部の接触抵抗を低減させて電力変換効率を向上させることができる。

また、図２のように、このパワーコンディショナシステム１は、操作リモコン１０および管理サーバ１２を備えている。操作リモコン１０は、パワーコンディショナ５とその通信ブロック１１を介して通信可能で、故障診断部７を含むパワーコンディショナ５を操作するとともに、故障診断情報を入手可能になっている。操作リモコン１０には表示器１９が設けられており、故障診断情報の内容を表示または音声で報知するようになっている。管理サーバ１２は、データ蓄積およびデータ解析機能を有し、故障診断部７を含むシステム全体の状態を管理する。

例えば、このパワーコンディショナシステム１により、太陽電池パネル３からの直流電力が所望の直流電力に変換された後、商用の交流電力に変換されて電力系統に連系される電力変換システムでは、電力会社からシステムの利用者へこの商用の交流電力出力の抑制要請が通信システムにより通信される場合があるが、この通信システムを、本発明にかかるパワーコンディショナ５との通信に流用してもよいし、別個の通信機能で通信させるようにしてもよい。

以下、本パワーコンディショナシステム１の動作について説明する。
（１）故障診断開始の通信動作
まず、操作リモコン１０から、故障診断開始信号がパワーコンディショナ５内の通信ブロック１１へ送信される。通信ブロック１１がこの信号を受信すると、太陽電池パネル３の故障診断が開始される。

（２）故障診断動作
まず、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の制御部８における送受信器１７の送信器から高速パルス波が発信され、信号増幅回路１４により増幅されたパルス波がパワーコンディショナ５と太陽電池パネル３の間の伝送路１３を通って太陽電池パネル３へ向けて送信される。太陽電池パネル３から反射する当該パルス波の反射波形は、レベル調整器１５によりレベル調整されて、送受信器１７の受信器で受信される。波形検出器１８で反射パルスが検出され、この波形の実測値と所定のしきい値とが比較されて、伝送路１３における特性インピーダンスの変化が計測される。こうして、太陽電池パネル３の故障が診断される。

（３）故障診断後の通信動作
制御部８が故障診断結果の信号を通信ブロック１１へ伝達する。通信ブロック１１は、操作リモコン１０および管理サーバ１２へ故障診断結果を通信する。操作リモコン１０は、通信ブロック１１から故障検出結果を受信すると、表示器１９によりその内容が表示または音声で報知される。

管理サーバ１２はデータ蓄積およびデータ解析機能を有しているので、システム全体を一括管理している。操作リモコン１０から管理サーバ１２へ通信することにより、管理サーバ１２から、故障診断情報に基づく太陽電池パネル３のメンテナンス時期や対象などのメンテナンス情報を入手できる。

すなわち、故障診断結果はシステムの表示器（モニタ）９に表示されるとともに、利用者の手元にある操作リモコン１０の表示器１９に表示または報知される。これにより、故障診断部７からの故障診断情報を、システムの表示器９だけでなく、手元の操作リモコンで任意の場所で早急に得ることが可能となる。また、図４のように、従来、パワーコンディショナおよび故障診断装置にそれぞれ表示器（モニタ）が設けられて、各動作状態の把握が煩雑であったのに対して、本システム１では、故障診断部７およびパワーコンディショナ５の動作状態を単一の表示器（モニタ）９で表示するので、各動作状態の把握が容易となる。

こうして、本発明は、パワーコンディショナは故障診断部を内蔵するので、太陽電池パネルとパワーコンディショナ間の配線のみで、従来のように故障診断装置を配線するための余分な配線が不要となるから、配線用の端子接続部の接触抵抗を低減させて電力変換効率を向上させることができる。また、パワーコンディショナと操作リモコンは通信可能であるので、故障診断部からの故障診断情報を手元の操作リモコンにより任意の場所で早急に得ることが可能となる。これにより、電力変換効率を向上させるとともに、システムの利用者は故障診断情報の入手を容易にすることができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１：故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム
３：太陽電池パネル
５：パワーコンディショナ
６：ＤＣ−ＤＣコンバータ
７：故障診断部
８：制御部
９：表示器（モニタ）
１０：操作リモコン
１２：管理サーバ
１３：伝送路
１６：ＤＳＰ
１７：送受信部
１８：波形検出部

Claims (4)

1. 太陽光を受けて発電する太陽電池パネルと、
   複数の太陽電池パネルから得られた直流電力を商用の交流電力に変換するパワーコンディショナと、
   前記パワーコンディショナから太陽電池パネルへその間の伝送路を介して高速なパルス波を発信し、当該太陽電池パネルからのパルス波の反射波形を検出し、当該伝送路における特性インピーダンスの変化に基づいて太陽電池パネルの故障を診断するＴＤＲ測定方式の故障診断部と、を備えたパワーコンディショナシステムであって、
   前記パワーコンディショナは、前記故障診断部を内蔵するものであり、
   前記故障診断部を制御するとともに、システム全体を制御する単一の制御部と、
   前記パワーコンディショナと通信可能で、前記故障診断部を操作するとともに、故障診断情報を入手可能な操作リモコンと、前記故障診断部を含むシステム全体の状態を管理する管理サーバとを有する、故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、ＴＤＲ測定を行うパルス波の送受信器および波形検出器を有する、故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム。
3. 請求項１において、
   前記操作リモコンは、太陽電池パネルの故障診断情報に基づくメンテナンス情報を前記管理サーバから入手可能である、故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム。
4. 請求項１において、
   前記故障診断部を含む前記パワーコンディショナの動作状態を表示する単一の表示器が設けられている、故障診断部を備えたパワーコンディショナシステム。

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