JP2017046447A - 太陽電池劣化異常判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で太陽光発電システムの劣化異常の発生を判定する。
【解決手段】太陽光発電システム１００は、直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリング１と、太陽電池ストリング１から出力された直流電力を交流電力に変換し、最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナ３と、を含む。計算機５は、太陽電池ストリング１の出力電流値と出力電圧値とが決められた基準範囲内にあるか否かを判別した結果に基づいて、太陽電池ストリング１に異常が発生しているか否かを判定し、太陽電池ストリング１に異常が発生していると判定すると、太陽電池ストリング１に異常が発生している旨を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池劣化異常判定システムに関する。

メガソーラーといった、多数の太陽電池モジュールを含む大規模な太陽光発電システムの普及に伴って、太陽電池モジュールの異常を判定する必要性が高まっている。

異常を判定する方法のひとつとして、太陽電池モジュールに接続されている端子箱、接続箱、集電箱等において電圧、電流を計測し、初期状態からの計測値の変化に基づいて発電量に変化があるか否かを判定する方法がある。例えば、特許文献１の異常を判定する手法では、計測した電流値と電圧値とを標準日照条件の下での値に補正し、補正した電流値と電圧値から電流電圧特性の勾配を求める。そして、求めた電流電圧特性の勾配に基づいて発電量が初期状態から減少したことを検出した場合に、太陽電池ストリングに異常な太陽電池モジュールが含まれると判定する。

また、異常を判定する他の方法として、太陽電池モジュールで発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換器において発電量を求め、発電量の変化に基づいて異常が発生しているか否かを判定する方法がある。

特開２０１２−２４４８５２号公報

メガソーラー等の大規模な太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールが連結された太陽電池ストリングが設置されている敷地面積が広大である。このため、周囲の樹木等の陰、雲等により全ての太陽電池モジュールに同程度の日差しが当たるとは限らない。よって、太陽電池モジュールに異常が発生していないにもかかわらず、太陽電池ストリングの発電量の減少が検出される場合もある。この場合、異常が発生していない太陽電池ストリングに異常が発生しているといった誤判定をしてしまうことがある。

このように、発電量の差だけに基づく異常発生の判定の確度は高くないことから、日射量、太陽電池モジュールの温度に基づいて、異常発生の判定の確度を向上させることも行われている。この場合、全ての太陽電池モジュールに日射量センサ、温度センサを設けることが理想的だが、コストの面から実際の運用においては難しい。全ての太陽電池モジュールの日射量、温度の正確な値を取得することが難しいことから、日射量、太陽電池モジュールの温度を使用することが、異常発生の判定の確度の向上に必ずしも有効であるとはいえない。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、簡易な構成で太陽光発電システムの劣化異常の発生を判定することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る太陽電池劣化異常判定システムは、
直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングから出力された直流電力を交流電力に変換し、最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナと、を含む太陽光発電システムの劣化異常を判定するシステムであって、
前記太陽電池ストリングの出力電流値と出力電圧値とが決められた基準範囲内にあるか否かを判別した結果に基づいて、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生していると判定すると、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生している旨を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする。

前記判定部は、一定期間に取得された複数の前記出力電流値の重心と一定期間に取得された複数の前記出力電圧値の重心と、が前記基準範囲内にあるか否かを判別してもよい。

前記判定部は、所定の期間に取得された複数の前記出力電流値、複数の前記出力電圧値のうち、前記基準範囲外にある計測値の数が閾値を超えているか否かを判別してもよい。

前記基準範囲は、所望の電力量を得ることができる電流値と電圧値のそれぞれの上限値及び下限値により規定されてもよい。

前記太陽電池ストリングと前記パワーコンディショナとの間に設けられ、前記太陽電池ストリングの前記出力電流値と前記出力電圧値を計測する計測部、
をさらに備え、
前記判定部は、前記計測部により計測された前記出力電流値と前記出力電圧値を使用して、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生しているか否かを判定してもよい。

前記判定部は、前記パワーコンディショナにより計測された前記出力電流値と前記出力電圧値を使用して、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生しているか否かを判定してもよい。

本発明によれば、簡易な構成で太陽光発電システムの劣化異常の発生を判定することができる。

太陽光発電システムの構成を示す図である。 計測器及び計算機のハードウェア構成を示す図である。 異常が発生している太陽電池ストリングの電流電圧特性を示す図である。 異常が発生している太陽電池ストリングの電流値、電圧値の分布を示す図である。 実施例１の異常判定処理のフローチャートである。 実施例２の異常判定処理のフローチャートである。 太陽光発電システムの他の構成を示す図である。 異常発生の通知の態様の一例を示す図である。 計測値の分布の表示態様の例を示す図である。 基準範囲を分割して異常判定を行う手法を説明するための図である。 正常な太陽電池ストリングにおける天気毎の電流電圧特性を示す図である。 異常な太陽電池ストリングにおける天気毎の電流電圧特性を示す図である。 正常な太陽電池ストリングと異常な太陽電池ストリングの比較のための統計データを示す図である。

発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１に、太陽電池劣化異常判定システムを備える太陽光発電システム１００の構成を示す。太陽光発電システム１００は、太陽電池モジュールを含む太陽光発電に係る構成と、太陽電池モジュールに異常が発生しているか否かを判定する異常判定に係る構成とを備える。なお、以下の説明において、太陽電池モジュールに発生している異常とは、太陽電池の劣化に起因する異常であるものとする。

太陽光発電システム１００は、太陽光発電に係る構成として、太陽電池アレイを構成する４列の太陽電池ストリング１ａ〜１ｄ（以下、総称して太陽電池ストリング１と呼ぶ場合がある）と、集電箱２と、パワーコンディショナ３と、を含む。さらに、太陽光発電システム１００は、異常判定に係る構成として、計測器４と、計算機５と、を含む。

太陽電池ストリング１ａ〜１ｄはそれぞれ複数の太陽電池モジュール１１と、複数の太陽電池モジュール１１を直列に接続する絶縁被膜に覆われた導線１２と、を有する。太陽電池モジュール１１は、光電変換部にアモルファスシリコン、多結晶シリコン、結晶シリコン等を用いた従来の太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を含む。

集電箱２は、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄとパワーコンディショナ３との間に設置されている。なお、図１に示す、集電箱２とパワーコンディショナ３との間に設けられている計測器４は、集電箱２とパワーコンディショナ３との電気的な接続を妨げるものではない。

集電箱２内には太陽電池ストリング１ａ〜１ｄに対応する４台の開閉器６ａ〜６ｄが格納されている。太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの陽極端１２１と陰極端１２２とはそれぞれ対応する開閉器６ａ〜６ｄに接続されている。開閉器６ａ〜６ｄは、接続されている太陽電池ストリング１ａ〜１ｄとパワーコンディショナ３とを電気的に接続あるいは遮断する。開閉器６ａ〜６ｄが閉状態のとき、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄが出力した直流電力は開閉器６ａ〜６ｄを介してパワーコンディショナ３に供給される。開閉器６ａ〜６ｄは、作業者のレバー操作により、開状態あるいは閉状態に切り替えられる。例えば、太陽電池ストリング１ａに異常が発生した場合、作業者は、開閉器６ａを開放して、太陽電池ストリング１ａを他の太陽電池ストリング１ｂ〜１ｄから切り離す。

さらに、集電箱２内には、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄに対応する４つの逆流防止用ダイオード７ａ〜７ｄが格納されている。逆流防止用ダイオード７ａ〜７ｄのアノードは、開閉器６ａ〜６ｄを介して、対応する太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの陽極端１２１に接続されている。逆流防止用ダイオード７ａ〜７ｄは、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄに逆向きの電流が流れることを防止する。

集電箱２内で、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの各陽極端１２１に接続された逆流防止用ダイオード７ａ〜７ｄのカソードは集約され、導線８を介して、パワーコンディショナ３に接続されている。また、集電箱２内で、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの各陰極端１２２は集約され、導線９を介して、パワーコンディショナ３に接続されている。

パワーコンディショナ３は、導線８及び導線９、計測器４を介して集電箱２に接続されている。パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄから出力された直流電力を商用電源周波数の交流電力に変換するためのインバータ装置である。パワーコンディショナ３は変換した交流電力を商用電力系統に送り込む。また、パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング１の出力を最大化できるように、最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking :MPPT）制御を行う機能を備える。なお、以下の説明では、電圧制御型のパワーコンディショナを想定して説明する。

パワーコンディショナ３には、開閉器６ａ〜６ｄのうち閉状態の開閉器に対応する太陽電池ストリング１ａ〜１ｄが出力した直流電力が供給される。このため、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄのうちパワーコンディショナ３に直流電力を供給している太陽電池ストリングだけが、上述の電力変換、最大電力点追従制御の対象となる。

次に、太陽光発電システム１００の異常判定に係る構成を説明する。計測器４は集電箱２とパワーコンディショナ３との間に設けられ、太陽電池ストリング１の出力電流、出力電圧を計測する機器である。図２に示すように、計測器４は、電流計測器４１、電圧計測器４２、通信部４３、制御部４４を含む。電流計測器４１は導線９に直列に接続されている。電圧計測器４２は導線８と導線９に接続されている。電流計測器４１は、制御部４４の制御に従って、所定の時間間隔で、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄを流れる総電流を計測する。所定の時間間隔は、例えば、１秒間隔である。電圧計測器４２は、制御部４４の制御に従って、電流計測器４１と同期して太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの出力電圧を計測する。このように、電流計測器４１、電圧計測器４２は、太陽電池ストリング１の出力電流、出力電圧を計測する計測部として機能する。

通信部４３は、専用線１０を介して計算機５の通信部５１に接続されている。通信部４３は、制御部４４の制御に従って、所定の時間間隔で、例えば、電流計測器４１、電圧計測器４２の計測間隔と同じ間隔で、電流計測器４１が計測した電流値、電圧計測器４２が計測した電圧値を計算機５に送信する。

制御部４４は、プロセッサ、ワークメモリ、ＲＴＣ（Real Time Clock）、タイマーを含み、電流計測器４１、電圧計測器４２により計測された太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの出力電流値、出力電圧値を、通信部４３を介して計算機５に送信する。

計算機５は、計測器４が計測した太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの出力電流値、出力電圧値に基づいて、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄに異常が発生しているか否かを判定する。計算機５は、例えば、コンピュータからなり、通信部５１、記憶部５２、入出力部５３、制御部５４を備える。計算機５の各部は、バス５５を介して相互に接続されている。

通信部５１は、専用線１０を介して計測器４に接続されている。通信部５１は、計測器４から受信した太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの出力電流値、出力電圧値を制御部５４に出力する。以下、計測器４により計測された出力電流値、出力電圧値のペアを計測値と呼ぶ場合がある。

記憶部５２は、判定プログラム５２１、計測値５２２、判定値５２３を含む。判定プログラム５２１は、制御部５４が後述する異常判定処理のため実行するプログラムである。計測値５２２には、計測器４から供給された計測値が順次格納（蓄積）される。判定値５２３には、後述の異常判定処理に使用される各種判定値が格納される。判定値５２３に格納される値については後述する。

入出力部５３は、入力装置であるキーボード５３１、出力装置であるディスプレイ５３２を含む。入出力部５３は、制御部５４の制御に従って、太陽電池ストリング１の異常発生を示す画像をディスプレイ５３２に表示する。即ち、入出力部５３は、太陽電池ストリング１に異常が発生している旨を出力する出力部として機能する。また、入出力部５３は、ユーザがキーボード５３１を介して入力したテキスト等を示す情報信号を制御部５４に出力する。

制御部５４は、プロセッサ、ワークメモリ、ＲＴＣ（Real Time Clock）、タイマーを含み、計算機５の各部を制御する。制御部５４は、判定プログラム５２１を実行することで、計測器４から供給された計測値に基づいて、太陽電池ストリング１に異常が発生しているか否かを判定する判定部として機能する。なお、閉状態の開閉器６ａ〜６ｄに対応する太陽電池ストリング１のみが電流及び電圧の計測、異常判定の対象となる。

以下、太陽電池ストリング１に異常が発生しているか否かを判定する劣化異常判定システムについて具体的に説明する。上述したように、パワーコンディショナ３は、ＭＰＰＴ制御機能を備えるため、太陽電池ストリング１に含まれる太陽電池モジュール１１の発電電力を最大化させる動作電圧を探索し、太陽電池モジュール１１の電気的動作点を調節する。ここで、発電量は、電圧×電流で表される。ＭＰＰＴ制御により、太陽電池モジュール１１が正常かつ発電している間は、その発電量は、規定の発電能力から予測される値から大幅に外れることはない。言い換えると、太陽電池ストリング１の出力電流と出力電圧の一方、あるいは両方が極端に小さくなることはない。

一方、太陽電池ストリング１に含まれる太陽電池モジュール１１に異常がある場合、太陽電池モジュール１１は、規定の発電能力を有さず、充分な電力を発電することができない。この場合、パワーコンディショナ３がＭＰＰＴ制御を行ったとしても、太陽電池ストリング１の出力電流と出力電圧値は規定の発電能力から予測される範囲から外れてしまう。

図３に、太陽電池ストリング１の所定期間の出力電流、出力電圧に基づいて作成されたＩ−Ｖ曲線（電流−電圧曲線）を示す。なお、Ｉ−Ｖ曲線は、太陽電池の性能を表すのに使用されるものであり、太陽電池は、Ｉ−Ｖ曲線上の任意の点でのみ動作させることができる。Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ４−２は、電圧と電流の積が最大になる点、つまり、最も大きな電力が取り出せる点（最大電力点）である。

特性１は、正常な太陽電池ストリング１のＩ−Ｖ曲線の例である。ここで、正常とは、太陽電池ストリング１が劣化していない状態、例えば、初期状態、であり、規定の発電能力を有することをいう。特性１の最大電力点Ｐｍａｘ１は、４つのＩ−Ｖ曲線のうち最も上に位置している。即ち、特性１の太陽電池ストリング１が出力する最大電力が、特性２〜特性４の太陽電池ストリング１に比べ最も大きいことを示している。

特性２〜特性４は、異常な太陽電池ストリング１のＩ−Ｖ曲線の例である。特性２、特性３は、太陽電池モジュール１１の経年劣化等のために、充分な発電能力を有さない太陽電池ストリング１の電流電圧特性を示す。特性２は、正常時に比べ、太陽電池ストリング１の出力電圧と出力電流が共に半減している。特性３は、太陽電池ストリング１の出力電流のみが正常時の３０％程度まで減少している。特性４は、太陽電池モジュール１１の一部の故障等により、充分な発電能力を有さない太陽電池ストリング１の電流電圧特性を示す。特性４は、正常時に比べ太陽電池ストリング１の出力電流が減少しており、Ｉ−Ｖ曲線が２段形状であるため最大電力点が二つある。特性２〜特性４のいずれもＩ−Ｖ曲線が、特性１のＩ−Ｖ曲線に比べ、原点方向（紙面左下の方向）へシフトしている。

図４に、特性１〜特性４のＩ−Ｖ曲線の基となった計測値の分布のイメージをＩ−Ｖ曲線とともに図示する。特性２〜特性４の計測値の分布は、特性１に比べ、原点方向（紙面左下の方向）へシフトしている。劣化等により発電能力が低下することで、太陽電池ストリング１の出力電流と出力電圧の計測値の分布は、正常時の計測値の分布から外れてしまうことが想定される。

以上のことを踏まえ、次のような手法で、太陽電池ストリング１に異常が発生しているか否かを判定する。規定の発電能力から予測される計測値のあるべき範囲（基準範囲）を予め決めておき、計測値（出力電流値、出力電圧値）が基準範囲内にあるのか否かを判別する。計測値が基準範囲内にない場合、太陽電池ストリング１に異常が発生していると判定する。

基準範囲は以下のように決定した。ここでは、基本的な太陽電池モジュールの基準条件（Standard Test Conditions :STC）を前提として、正常な太陽電池ストリング１の規定の発電能力から想定される出力電力を得ることができるような、出力電流値、出力電圧値の基準範囲を規定する。具体的には、公称最大出力動作電圧Ｖｐｍａｘ、公称開放電圧Ｖｏｃ、公称短絡電流Ｉｓｃの３つの値を用いて、出力電流値が取り得る範囲（上限値及び下限値）、出力電圧値が取り得る範囲（上限値及び下限値）を決定した。公称開放電圧Ｖｏｃとは、基準条件ＳＴＣにおいて太陽電池ストリング１（１ａ〜１ｄ）に電流が流れていないときの電圧をいう。公称短絡電流Ｉｓｃとは、基準条件ＳＴＣにおいて太陽電池ストリング１（１ａ〜１ｄ）の電圧が０Ｖのときの電流をいう。

出力電流値、出力電圧値の下限値と上限値を以下の式に示す値とした。
（１）出力電流値の下限値Ｉ１＝公称最大出力動作電流Ｉｐｍａｘ×ｋ１
（２）出力電流値の上限値Ｉ２＝公称短絡電流値Ｉｓｃ
（３）出力電圧値の下限値Ｖ１＝公称最大出力動作電圧値Ｖｐｍａｘ−（公称開放電圧値Ｖｏｃ×ｋ２−公称最大出力動作電圧値Ｖｐｍａｘ）
（４）出力電圧値の上限値Ｖ２＝公称開放電圧値Ｖｏｃ×ｋ２

ｋ１、ｋ２は、計算により求められた係数である。例えば、ｋ１は０．２（２０％）、ｋ２は、１．２（１２０％）である。なお、ｋ１、ｋ２は、必ずしも計算により求める必要はなく、例えば、コンピュータシミュレーションにより求められてもよい。

公称最大出力動作電圧値Ｖｐｍａｘ、公称開放電圧値Ｖｏｃ、公称短絡電流値Ｉｓｃは、次のように求める。以下の説明においては、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄがすべてパワーコンディショナ３に接続されていることを想定する。

まず、太陽電池モジュール１１の仕様に基づき、太陽電池モジュール１１の１個あたりの最大出力動作電圧値、開放電圧値を求め、それぞれの値に１本の太陽電池ストリング１ａ〜１ｄに直列接続されている太陽電池モジュール１１の個数を乗じて、４本の太陽電池ストリング１ａ〜１ｄについての公称最大出力動作電圧値Ｖｐｍａｘ、公称開放電圧値Ｖｏｃを求める。また、太陽電池モジュール１１の仕様に基づき、太陽電池モジュール１１の１個あたりの短絡電流値を求め、その値に太陽電池ストリング１の本数（４本）を乗じて、４本の太陽電池ストリング１ａ〜１ｄについての公称短絡電流値Ｉｓｃを求める。求めた公称最大出力動作電圧値Ｖｐｍａｘ、公称開放電圧値Ｖｏｃ、公称短絡電流値Ｉｓｃを使用して、上述の式（１）〜（４）から出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２を求める。

このようにして求められた出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２は、異常判定処理の開始に先立って、計算機５の判定値５２３に格納される。

[実施例１]
次に、図５を参照して、計算機５の制御部５４が異常判定プログラム５２１を実行して行う異常判定処理について説明する。本実施例１では、制御部５４は、計測値の重心を使用して、計測値が上記の基準範囲内にあるか否かを判別する。ここで、計測値の重心は、一定期間に取得された計測値の平均値（算術平均）をいう。制御部５４は、計測値の重心が基準範囲外にあることを検出した回数が決められた閾値を超えた場合、異常が発生していると判別する。

なお、閾値は、記憶部５２に予め格納されている。また、記憶部５２には基準範囲外の重心の検出回数を表すカウンタ値を記憶する領域が確保されているものとする。計測器４は、１秒毎に太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの電圧及び電流の計測し、計測値を計算機５に送信し続けているものとする。

図５に示すように、制御部５４は、計測器４から計測値（出力電流値、出力電圧値）を受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。制御部５４は、ステップＳ１で、計測器４から計測値を受信していないと判定すると（ステップＳ１；Ｎо）、再び計測値を待ち受ける。一方、制御部５４は、計測器４から計測値を受信した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、計測値を受信した年月日及び時刻（計測日時）とともに計測値５２２に記憶する（ステップＳ２）。

制御部５４は、現在時刻が毎正時であると判別すると（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、計測値５２２に格納されている計測値から、過去６０分間の計測値を抽出し（ステップＳ４）、抽出した計測値をワークメモリに格納する。制御部５４は、抽出した６０分間の計測値から、１分毎の計測値の平均値をそれぞれ算出し（ステップＳ５）、算出した平均値を要素番号（当該平均値が何番目のデータであるかを示す番号）とともにワークメモリに格納する。ここでは、６０分間に取得された計測値から、毎分の計測値（出力電流値、出力電圧値）の平均値をそれぞれ算出する。従って、１分間（６０秒間）に取得された電流値の平均値（μ１）と１分間（６０秒間）に取得された電圧値の平均値（μ２）のペアが、６０件求められる。

制御部５４は、処理データの件数をカウントするためのインデックスＮに“１”をセットする（ステップＳ６）。制御部５４は、ワークメモリに格納したＮ件目の平均値が基準範囲内であるか否かを判別する（ステップＳ７）。具体的には、制御部５４は、Ｎ件目のデータに含まれるμ１が、出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２により規定される範囲内にあるか否かを判別する。さらに、制御部５４は、Ｎ件目のデータに含まれるμ２が、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２により規定される範囲内にあるか否かを判別する。

制御部５４は、Ｎ件目の平均値が基準範囲外であると判別すると、（ステップＳ７；Ｎｏ）、カウンタ値に１を追加する（ステップＳ８）。ここでは、制御部５４はμ１あるいはμ２のいずれかが基準範囲外であると判別した場合、カウンタ値に１を追加する。

制御部５４は、カウンタ値が閾値を超えたか否か判別する（ステップＳ９）。制御部５４は、カウンタ値が閾値を超えていると判別すると（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、太陽ストリング１に異常が発生している旨を通知する（ステップＳ１０）。例えば、制御部５４は、「異常が発生しました」のテキストを表示した画面をディスプレイ５３２に表示させる。その後、制御部５４はカウンタ値をリセット（“０”をセット）し（ステップＳ１１）、再びステップ１の処理へ戻る。一方、制御部５４は、ステップＳ９でカウンタ値が閾値を超えていないと判別すると（ステップＳ９；Ｎｏ）、ステップＳ１２へ進む。

また、制御部５４は、ステップＳ７で、Ｎ件目の平均値が基準範囲にあると判別すると、（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、インデックスＮに１を追加する（ステップＳ１２）。制御部５４は、インデックスＮの値が６０を超えていないと判別すると（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ステップＳ７へ戻り、再び、インデックスＮが示すデータが基準範囲内にあるか否かの判別を行う。一方、制御部５４は、インデックスＮの値が６０を超えたと判別すると（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１でカウンタ値をリセットし、再びステップ１の処理へ戻る。以上が異常判定処理の一連の流れである。

実施例１では、１時間（６０分間）毎に計測値の重心が基準範囲内にあるか否かを判別する処理を実行したが、この期間は、６０分間より長くても短くてもよい。また、計測値の平均値は、１分間に取得された計測値から求める必要はなく、１分より長い期間、あるいは短い期間に取得された計測値の平均値を求めてもよい。

電流値の平均値（μ１）、電圧値の平均値（μ２）のいずれかが基準範囲外であると判別した場合に、カウンタ値を増やしたが、あるいは、電流値の平均値（μ１）、電圧値の平均値（μ２）の両方が基準範囲外であると判別した場合に、カウンタ値を増やしてもよい。また、実施例１では、計測値の代表値として重心（平均値）を使用したが、あるいは、一定期間に取得された計測値の代表値として、中央値（当該一定期間の全ての計測値の真ん中の順位に位置する値）、あるいは最大値を使用してもよい。

実施例１では、計測値の代表値である重心が基準範囲内であるか否かを判別したが、計測値の代表値のみならず散布度（分布）も考慮して、異常の発生を判定してもよい。図４に示したように、劣化した太陽電池ストリング１においては、計測値の分布の範囲が、正常時の計測値の分布の範囲から外れてしまう傾向がある。よって、散布度を考慮することで、より精度よく異常の発生を検出することができる。分布を示す値として、分散、標準偏差がある。分散、標準偏差により、太陽電池ストリング１の出力の範囲を判別することができる。

散布度（分布）を考慮した異常判定の手法の一例を説明する。制御部５４は、一定期間（例えば、２４時間）の計測値のそれぞれの平均値μ、標準偏差σを算出する。従って、電流値の平均値（μ１）、電圧値の平均値（μ２）、電流値の標準偏差（σ１）、電圧値の標準偏差（σ２）が算出される。制御部５４は、μ１±ｋ３×σ１が、出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２により規定される範囲内にあるか否かを判別する。制御部５４は、μ２±ｋ４×σ２が、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２により規定される範囲内にあるか否かを判別する。ｋ３、ｋ４は計算により予め求められた係数である。制御部５４は、μ１±ｋ３×σ１が下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２により規定される範囲内にない、あるいは、μ２±ｋ４×σ２が出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２により規定される範囲内にないと判別すると、太陽ストリング１に異常が発生している旨を通知する。

なお、μ１±ｋ１×σ１が、出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２により規定される範囲外であり、かつ、μ２±ｋ２×σ２が、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２により規定される範囲外であるときに、太陽ストリング１に異常が発生していると判別してもよい。

あるいは、ある程度長期にわたって計測値を監視し、計測値の変化に基づいて異常発生を判定してもよい。制御部５４は、一定期間、例えば、１日（２４時間）の間に取得された計測値の平均値を求める。制御部５４は、例えば、１年間にわたり、日毎の計測値の平均値の取得を継続し、平均値を蓄積する。１年間にわたり計測値の平均値を蓄積した後、制御部５４は、判定期間の始め計測値の平均値と判定期間の終わりの計測値の平均値の差を求め、求めた差があらかじめ決められた値より大きいか否かに基づいて、太陽電池ストリング１の異常発生の有無を判別する。

なお、上記の平均値の取得に係る一定期間は１日（２４時間）より長くてもよいし、短くてもよい。計測値の平均値の変化を監視する期間（監視期間）は１年より長くてもよいし、短くてもよい。

なお、監視期間の初日と最終日のそれぞれの計測値の平均値の差に基づいて、異常の発生を判別してもよいし、あるいは、監視期間の最初の所定の期間、例えば、３日間、の各平均値と、監視期間の最後の所定の期間、例えば、３日間、の各計測値と、を比較した結果に基づいて異常の発生を判別してもよい。この場合、例えば、監視期間の最後の３日間の各平均値のいずれかが、監視期間の最初の３日間の各平均値のいずれかより下回っており、両者の差分が予め決められた値より大きい場合に、異常が発生していると判別してもよい。このような構成により、天気等の影響により、計測値に若干の変動があったとしても、太陽電池ストリング１に異常が発生しているか否かを正確に判別することができる。

上述の実施例１では、一定期間に取得された計測値の代表値、散布度（分布）に基づいて、異常の発生を判別したが、あるいは、取得された計測値すべてについて、基準範囲内にあるか否かを判別して、異常の発生を判定してもよい。

[実施例２]
以下、実施例２に係る太陽電池劣化異常判定システムについて説明する。本実施例２に係る太陽光発電システム１００の構成は、図１に示す実施例１に係る太陽光発電システム１００と同様である。

図６を参照して、計算機５の制御部５４が異常判定プログラム５２１を実行して行う異常判定処理を説明する。本実施例２では、制御部５４は、計測器４が計測した計測値のうち基準範囲外に該当するデータ件数が、記憶部５２にあらかじめ格納された閾値を超えた場合に太陽電池ストリング１に異常が発生したと判定する。

なお、基準範囲の決定方法は、実施例１と同様である。上記の式を用いて求められた出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２は、計算機５の記憶部５２の判定値５２２にあらかじめ格納されている。計測器４は、１秒毎に太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの電圧及び電流の計測し、計測値を計算機５に送信し続けているものとする。

図６に示すように、制御部５４は、記憶部５２のカウンタ値をリセットし（ステップＳ２１）、判定期間の１０分間を計測するため、タイマーをスタートする（ステップＳ２２）。

制御部５４は、計測器４から計測値（出力電流値、出力電圧値）を受信したか否かを判定する（ステップＳ２３）。制御部５４は、ステップＳ２３で、計測器４から計測値を受信していないと判定すると（ステップＳ２３；Ｎｏ）、再び計測値を待ち受ける。

一方、制御部５４は、計測器４から計測値を受信している場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、計測値が基準範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。具体的には、制御部５４は、計測値に含まれる出力電流値が下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２により規定される範囲内にあるか否かを判別する。さらに、制御部５４は、計測値に含まれる出力電圧値が、下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２により規定される範囲内にあるか否かを判別する。制御部５４は、ワークメモリに格納されている電流値を判定した結果、電圧値を判定した結果に基づいて、電流値、電圧値の少なくともいずれか一方が基準範囲内にないと判別すると（ステップＳ２４；Ｎｏ）、カウンタ値に１を追加する（ステップＳ２５）。ここでは、制御部５４は出力電流値あるいは出力電圧値の少なくともいずれかが基準範囲外であると判別した場合、カウンタ値に１を追加する。一方、出力電流値、出力電圧値のいずれも基準範囲内にあると判別した場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、制御部５４は、ステップＳ２６へ進む。

制御部５４は、タイマーのスタートから判定期間（例えば、６０分間）が経過したと判定すると（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、ステップＳ２７へ進む。一方、タイマーのスタートから判定期間が経過していないと判定すると（ステップＳ２６；Ｎｏ）、ステップＳ２３に戻り、再び計測器４からの計測値を待ち受ける。

ステップＳ２７で、カウンタ値が閾値を超えたと判定すると（ステップＳ２７；Ｙｅｓ）、制御部５４は、異常発生を通知する（ステップＳ２８）。具体的には、制御部５４は、入出力部５３を制御して、ディスプレイ５３２に異常発生を示す画面を表示させる。例えば、「異常が発生しました」のテキストを表示した画面を表示させる。その後、制御部５４は再びステップＳ２１の処理に戻る。一方、ステップＳ２７で、制御部５４は、カウンタ値が閾値を超えていないと判定すると（ステップＳ２７；Ｎｏ）、再びステップＳ２１の処理に戻る。以上が、異常判定処理の一連の流れである。

なお、実施例２では、１０分間に計測器４から受信した計測値について、基準範囲外の計測値の数をカウントしたが、この期間は、１０分より短くてもよいし、１０分より長くてもよい。

以上説明したように、本発明の異常判定システムでは、太陽電池ストリング１の出力電流値、出力電圧値があらかじめ決められた基準範囲内にあるか否かを判別し、基準範囲外にあるときに、太陽電池ストリング１に異常が発生していると判定した。このように、出力電流値、出力電圧値があらかじめ決められた基準範囲内にあるか否かの判定だけを行うことで異常の発生を検出し、複雑な処理等を必要としない。

また、基準範囲を規定する出力電流値の下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２、出力電圧値の下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２は、決められた１つの値である必要はない。例えば、天気（快晴、曇り、晴れ一時曇り、曇り時々雨等）に応じて、下限値Ｉ１及び上限値Ｉ２、下限値Ｖ１及び上限値Ｖ２の複数のセットを規定してもよい。この場合、例えば、計算機５は、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄが設置されている敷地内の照度センサの計測値を取得し、照度に基づいて判定した天気に応じた閾値を使用する。

実施例１及び２では、太陽光発電システム１００は、計測器４と計算機５を備えていたが、計測器４を使用せずとも、太陽電池ストリング１の異常の発生を判定することが可能である。パワーコンディショナ３は、ＭＰＰＴ制御のため所定の時間間隔で、太陽電池ストリング１ａ〜１ｄの出力電流の合計、出力電圧を計測している。よって、計算機５は、パワーコンディショナ３が計測した電流値、電圧値を使用して、太陽電池ストリング１の異常を判定してもよい。図７に、計測器４を有しない場合の太陽光発電システム１００の構成を示す。計算機５は、専用線１０を介してパワーコンディショナ３に接続されている。パワーコンディショナ３は、計測した電流値、電圧値を計算機５に供給する。この場合、図１に示す構成より簡易な構成で太陽光発電システムの異常の発生を判定することが可能である。

計算機５は、異常が発生した旨をテキストメッセージで通知しただけであったが、例えば、図８に示すように、判定対象とした計測値から求めた平均値の出力電流値、出力電圧値（実施例１）、あるいは判定対象とした計測値の出力電流値、出力電圧値（実施例２）から、電流−電圧特性を併せて図示してもよい。

さらに、計算機５は、異常発生を検出したタイミングで、あるいは、定期的に、図９に示すように、判定に係る期間に蓄積した計測値（電圧値、電流値）に基づいた計測値のプロット図を表示してもよい。計算機５（制御部５４）は、電圧値の下限値Ｖ１と上限値Ｖ２、電流値の下限値Ｉ１と上限値Ｉ２に基づいて、基準範囲を示す枠線等を併せて表示してもよい。図示する例では、点Ａ〜点Ｄを結んだ範囲が基準範囲である。このように、計測値のプロット図を、基準範囲とともに表示することで、ユーザは、どの程度の計測値が基準範囲外であるか等を視角的に確認することが容易になる。さらに、基準範囲内の計測値を黒色で、あるべき範囲外の計測値を赤色で表示してもよい。よって、ユーザが異常値を容易に認識することができる。

また、図９に示すような、判定に係る期間に蓄積された計測値に基づくプロット図だけではなく、正常な太陽電池ストリング１における計測値のプロット図を併せて表示してもよい。この場合、例えば、太陽光発電システム導入当時に太陽電池ストリング１に対して、１日を通じて（例えば、日の出から日の入り）計測した電流値、電圧値のデータをあらかじめ記憶部５２に格納しておき、そのデータに基づいて正常な太陽電池ストリング１における測定値のプロット図を表示する。このようにして、ユーザは、太陽電池ストリング１の劣化により計測値がどのように変化したのかを視覚的に認識することが可能である。

実施例１及び２では、単純に計測値（電流値及び電圧値）が許容範囲内であるか否かを判別した。あるいは、許容範囲を複数の小領域に分割し、計測値についての小領域毎の計測値の分布に基づいて異常を判定してもよい。

具体的には、次のように判定する。ここでは、図１０に示すように、基準範囲を４つの少領域に分割する。あらかじめ、所定期間（例えば、２４時間）の正常な太陽電池ストリング１の計測値が領域１〜領域４に該当する頻度（基準頻度）を求めておく。判定期間（例えば、２４時間）に実際に計測された太陽電池ストリング１の計測値が域１〜領域４に該当する頻度を求める。そして、各小領域について、基準頻度と、実際の計測値の頻度との差が同じ、あるいは近似したものである場合には、太陽電池ストリングは正常であると判定し、各小領域の頻度が近似しない場合には、太陽電池ストリングは異常であると判定する。このようにすることで、効果的に発電量の減少等を判定できる。なお、正常な計測値として、例えば、初期状態の太陽電池ストリングに対して計測を行った場合に取得された電流値及び電圧値を使用してもよい。また、小領域の数は４つに限られない。

さらに、異常が発生する可能性が高いことを通知してもよい。例えば、減少量の閾値をいくつか設定しておき、異常の発生と判定できる状態ではないものの、一定量の減少が見られた場合には、異常が発生する可能性が高い旨を示すアラートをユーザに通知してもよい。

次に、本発明の異常判定に係る手法の効果を説明する。実施例１及び２で説明した太陽光発電システム１００により、異なる天気の日について、１日を通じて、太陽電池ストリングの電流、電圧を１秒間隔で計測した。

図１１に計測値のプロット図を示す。（ａ）は、天気が快晴である日、（ｂ）は、天気が晴れ一時曇りである日、（ｃ）は、天気が曇りである日、（ｄ）は、天気が曇り時々雨である日の計測値に基づく。併せて基準範囲を図示する。基準範囲は、実施例１と同様の手法により求めた。

比較のため、図１２に、異常が発生した太陽電池ストリング１における計測値に基づく電流−電圧特性のプロット図を基準範囲と併せて示す。（ａ）〜（ｄ）の天気は、図１１と同様である。

図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、天気が異なる場合であっても、出力電流値、出力電圧値は、基準範囲内に収まっている。一方、図１２（ａ）〜（ｄ）では、計測値の分布は、全体的に低下している。さらに、基準範囲外にある計測値も多い。これは、前述のように、太陽電池ストリング１に異常が発生しているため、パワーコンディショナ３がＭＰＰＴ制御を行ったとしても、充分な出力電力を得ることができないからである。このように、電流値、電圧値が基準範囲内にあるか否かに基づいて、太陽電池ストリング１の異常を判定する手法は効果があるといえる。

正常な太陽電池ストリング１における測定データと異常な太陽電池ストリング１における計測データとを比較するため、正常な太陽電池ストリング１の例として図１１（ａ）、異常な太陽電池ストリング１の例として図１２（ａ）の電流−電圧特性の元になったデータそれぞれについて基本統計量を求めた。それぞれの基本統計量を図１３に示す。

図示するように、異常な場合の平均値、中央値、最大値は、正常な場合に比べて小さい。即ち、異常な場合は発電出力が低下している。また、標準偏差、分散については、正常な場合は発電出力が異常な場合に比べて大きいため、標準偏差、分散が大きい。なお、測定データの分布を示す標準偏差、分散は、天候、気温、太陽電池モジュール１１の温度に影響されるため、標準偏差、分散については、長期的に値の変動を監視し、分布が小さくなる傾向があれば、太陽電池ストリング１の劣化、異常が発生している可能性があると判断してもよい。

さらに、正常な場合、異常な場合ともに測定データの総数はそれぞれ８６４００であるが、正常な場合については、全測定データのうち３４６８３の測定データが基準範囲内に含まれており、言い換えると、４０．１％の測定データが基準範囲内にある。一方、異常な場合については、全測定データのうち２７０３９の測定データが基準範囲内に含まれており、言い換えると、約７割の測定データが基準範囲外にある。このように、基準範囲内にあるか否かを判別することで、太陽電池ストリング１の劣化等に起因する発電出力の低下を検出することができるといえる。

１（１ａ〜１ｄ） 太陽電池ストリング
２ 集電箱
３ パワーコンディショナ
４ 計測器
５ 計算機
６（６ａ〜６ｄ） 開閉器
７（７ａ〜７ｄ） 逆流防止用ダイオード
８ 導線
９ 導線
１０ 専用線
１１ 太陽電池モジュール
１２ 導線
４１ 電流計測器
４２ 電圧計測器
４３ 通信部
４４ 制御部
５１ 通信部
５２ 記憶部
５３ 入出力部
５４ 制御部
５２１ 判定プログラム
５２２ 計測値
５２３ 判定値
５３１ キーボード
５３２ ディスプレイ
１００ 太陽光発電システム
１２１ 陽極端
１２２ 陰極端

Claims (6)

1. 直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングから出力された直流電力を交流電力に変換し、最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナと、を含む太陽光発電システムの劣化異常を判定するシステムであって、
   前記太陽電池ストリングの出力電流値と出力電圧値とが決められた基準範囲内にあるか否かを判別した結果に基づいて、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生しているか否かを判定する判定部と、
   前記判定部が前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生していると判定すると、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生している旨を出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする太陽電池劣化異常判定システム。
2. 前記判定部は、一定期間に取得された複数の前記出力電流値の重心と一定期間に取得された複数の前記出力電圧値の重心と、が前記基準範囲内にあるか否かを判別する、
   請求項１に記載の太陽電池劣化異常判定システム。
3. 前記判定部は、所定の期間に取得された複数の前記出力電流値、複数の前記出力電圧値のうち、前記基準範囲外にある計測値の数が閾値を超えているか否かを判別する、
   請求項１または２に記載の太陽電池劣化異常判定システム。
4. 前記基準範囲は、所望の電力量を得ることができる電流値と電圧値のそれぞれの上限値及び下限値により規定される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池劣化異常判定システム。
5. 前記太陽電池ストリングと前記パワーコンディショナとの間に設けられ、前記太陽電池ストリングの前記出力電流値と前記出力電圧値を計測する計測部、
   をさらに備え、
   前記判定部は、前記計測部により計測された前記出力電流値と前記出力電圧値を使用して、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生しているか否かを判定する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池劣化異常判定システム。
6. 前記判定部は、前記パワーコンディショナにより計測された前記出力電流値と前記出力電圧値を使用して、前記太陽電池ストリングに劣化異常が発生しているか否かを判定する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池劣化異常判定システム。

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