JP2017093275A - 太陽光発電装置の実績データーをベースとした劣化や異常検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】該当太陽光発電装置独自の単回帰式を元に劣化や異常（故障など）を早期に検知し、発電ロスを減少させることを目的としたシステムを提供する。【解決手段】約１年〜１年半の日射量（ＫＷ／ｍ２）と発電量（ＫＷＨ／日）の実績データーをベースに回帰直線式と標準誤差を求めて、下限の信頼区間を決めた判別直線式を作成する。この判別直線式に判別したい期間の実日射量を代入して判別用発電量と判別用差分を計算する。判別用差分のマイナスの大きさや発生頻度で劣化や異常を検知するシステムを特徴とする。

Description

この発明は、太陽光発電装置の日射量と発電量の実績値をベースに単回帰分析を行う。当該太陽光発電装置独自の単回帰直線式を元に劣化や異常（故障など）を早期に検知し、保守点検修理の要否を判断して発電ロスを減少させることを目的としたシステムである。
このシステムは、実績値のデ−タのみを利用して、エクセルの関数式等で計算する簡便で、安価なシステムである。早期の点検保守修理が可能になり、再生可能エネルギーの有効活用ができる方法である。

太陽光発電装置において日射量と発電量の関係には強い相関があることが知られている。（ＪＩＳ文献１参照）
また、太陽光発電装置の発電量の推定には、装置の基本情報と気象観測データー等を元に推定する方法が多数提案されている。（特許文献１、２、３参照）
しかし、個々の太陽光発電装置の実績データーをベースにした劣化や異常の検知システムは提案されていない。

特開２０１４−０８２３０９号公報 太陽光発電システムの管理装置 特開２０１４−０９８６０１号公報 日射量計算方法及び供給電力決定方法 特開２０１５−１４９４３１号公報 太陽光発電装置の管理装置

ＪＩＳ文献１

ＪＩＳ Ｃ８９０７ 発電量シミュレーション及び附属書準拠の発電電力量推定

現在の太陽光発電装置には次のような欠点があった。
１）経年劣化小さく、故障もしないとの判断の元、適切な検査もメンテナンスもしないケースが多くある
２）装置の基本情報と気象観測データー等を元に発電量の推定式を作成し、推定式と実発電量との乖離を調べ、劣化や異常検知を実施するケースもあるが、メーカーの性能保証の問題もあり、幾つかの補正係数を使用して、実装置の発電実績に対しかなり安全サイドな推定式を使っていること及びコストの関係から検査頻度が年１回程度と少なく、劣化や異常の検知ができない又は検知が遅くなり、不要な発電ロスを発生し、経済的損失を発生させている。
早期の点検保守修理は再生可能エネルギーの有効活用を可能とする。
３）太陽光発電装置には当該装置特有の経年劣化あり、また表面の汚れや落ち葉付着、さらに装置環境変化に伴う予期せぬ影の発生やそれに伴うセルのホットスポット現象などにより、それほど大きくないが発電量の減少が見られる。
これらは、通常では検知ができない、又は検知が遅れて、発電ロスを発生させている。
４）太陽光発電セルを最小単位として、モジュール、パネルなどの名称でそれぞれが集合体となっている。また発電された直流電流を交流電流に変換し、電圧等の安定化を図る為にパワーコンディショナーも系列に含まれ、これらは電線で連結されている。集合体の一部での故障や電線の部分断線やパワーコンディショナーでの故障等により発電ロスが発生する。発電量の完全停止などの大きい異常でない限り、部分的な異常では発電ロスは検知ができない又は検知が遅れる。検知が遅れるケースが発生すると経済的損失を発生させることになる。

１）当該太陽光発電装置（以後当該装置）の１日当たりの発電量（ＫＷＨ／日）と日射量（ＫＷ／ｍ^２）の実績データーをパソコンに保存する。
２）毎日のデーターの保存期間は１年から２年以上とする。
３）約１年〜１年半分の日射量と発電量の実績データーを使い、エクセル関数等を利用して単回帰分析で回帰直線式を求める。（日射量を従属関数、発電量を目的関数とする）
４）エクセル関数等を利用して回帰直線式の標準誤差（ＳＥ）を算出する。
５）回帰直線式の下限側に任意の信頼区間（例えば１．９６ＳＥで９５％、２．５８ＳＥで９９％の信頼区間になる）をとった判別直線式を作成する。
６）劣化や異常の有無の判別をしたい任意の期間（例えば１ヶ月）の日々の実日射量と実発電量のデーターを収集する。
７）収集した実日射量を判別直線式に入れて、判別用発電量を計算する。
８）実発電量−判別用発電量を計算する。この値がマイナスになると実発電量が回帰直線式の信頼区間の下限をはずれていることを表し、劣化や異常の可能性が高いと判別できる。
９）マイナスの大きさや現れる頻度の状態を判断して、点検保守修理の手配をする。
１０）上記の計算はエクセルで自動計算表を作成する。
１１）経年劣化や周辺環境の変化が原因で、実発電量が信頼区間の下限である判別直線式を下回ることが頻発すれば、当初の回帰直線式に替えて、直近の約１年〜１年半の実績データーをベースに新しい回帰直線式を作成し、標準誤差を算出し、新しい判別直線式に更新する。

１）当該装置の実績データーをベースに回帰直線式、判別直線式などを作成又は更新して使用するので、回帰直線式の下限信頼区間からのはずれを早期に検知できる。即ち劣化や異常の可能性を早期に検知でき点検保守修理の機会が早まり、発電ロス防止ができ、経済的損失の削減になる。早期の点検保守修理は再生可能エネルギーの有効活用となる。
２）判別直線式からのずれの大きさや頻度により、経年劣化か、その他の大きな異常か、の判別も可能になる。
３）この検知システムは、パソコンさえあれば当該装置の日射量と発電量のデーターとエクセル関数等の利用で構成できていて、簡便で安価なシステムである。
４）この検知システムを設置メーカーが使用する場合、多くのデーターをビックデーターとして集積し、分析すると、劣化の傾向や故障の種類やその前兆を早く把握できる。

下限判別直線式を算出する
１）この検知システムは、パソコンに日射量と発電量の実績データーを１年〜２年程度以上保存できる場合又は保存が可能になるようにできる場合に適用できる。
２）当該太陽光発電装置の約１年〜１年半分の１日当たりの日射量（ＫＷ／ｍ^２）と発電量（ＫＷＨ／日）の実績データーを使い、日射量を従属関数、発電量を目的関数としてエクセル等にて散布図を作成する。散布図によりはずれ値があればそれを除外する。
３）はずれ値を除外した散布図をベースに回帰直線式を求める。
４）エクセル関数ＳＴＥＹＸを使用して、回帰直線式の標準誤差（ＳＥ）を算出する。
５）回帰直線式の下限側に、発電量の実績データーの振れ幅の下限を判別する為に任意の信頼区間を設定する。（例えば１．９６ＳＥで９５％、２．５８ＳＥで９９％の信頼区間になる）
６）回帰直線式を任意の信頼区間分（信頼区間％係数×ＳＥ）下方移動したもの（即ち切片移動したもの）を下限判別直線式とする

下限判別直線式を利用して、劣化や異常を検知する。
１）判別したい任意の日付又は期間の実日射量及び実発電量の実績データーを選ぶ。
２）収集した実日射量を判別直線式に代入して、判別用発電量を算出する。
３）実発電量−判別用発電量を算出する。これを判別用差分とする。
４）判別用差分がプラスの場合は、実発電量が回帰直線式の信頼区間内にあることを示す。一方マイナスの場合は信頼区間を下限側に外れていることを示す。
５）判別用差分のマイナスが小さい場合やその発生が散発する場合は、経年劣化や表面の汚れ、予期せぬ影の発生などが考えられる。
６）判別用差分のマイナスが大きい場合やその発生が継続する場合には部分断線等による発電ロスの発生が考えられる。
７）判別用差分のマイナスの大きさや発生頻度により、経年劣化か、その他の大きな異常か、の判別を行い、点検保守修理の必要性の判断をする。
８）エクセル表で実日射量と実発電量及び下限判別直線式を使用して簡便な判別用差分の計算表を作成すると、誰にでも簡便に判別用差分の確認ができる。

用語の説明

１）回帰直線式：日射量（ＫＷ／ｍ^２）と発電量（ＫＷＨ／日）の実績データーを使い、日射量を従属関数、発電量を目的関数としてエクセル等にて散布図を作成する。
散布図をベースに単回帰分析を行い求めた１次の回帰式。
２）標準誤差（ＳＥ）：エクセル関数ＳＴＥＹＸを使用して求めた、回帰直線式の発電量に対する標準誤差。 正規分布の標準偏差に相当して、１．９６ＳＥで９５％の、２．５８ＳＥで９９％の信頼区間をカバーする。
３）（下限）判別直線式：回帰直線式を任意の信頼区間分（信頼区間％係数×ＳＥ）下方移動（即ち切片移動）したもの。
４）判別用発電量：判別直線式に実日射量を代入して求めた下限信頼区間に相当する発電量。
５）判別用差分：実日射量の対応する実発電量−判別用発電量

Claims (2)

1. 太陽光発電装置における約１年〜１年半分の発電量（ＫＷＨ／日）と日射量（ＫＷ／ｍ^２）の実績データーをベースに、回帰直線式と標準誤差を求めて、下限の信頼区間を決めた判別直線式を作成する。判別したい期間の実日射量を判別直線式に代入して判別発電量を計算し実発電量と比較して当該太陽光発電装置の劣化や異常を検知する。
2. 本発明は、［請求項１］の手順で構成される実績データーをベースとした太陽光発電装置の劣化や異常を検知するシステムである。