JP2019122056A - Solar cell diagnostic device, solar cell diagnostic method, and solar power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池診断装置、太陽電池診断方法及び太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a solar cell diagnostic device, a solar cell diagnostic method, and a solar power generation system.
特許文献1には、太陽電池の劣化や故障のような異常を判定するため、晴天時とみなせる状態での太陽電池の電気的出力値を蓄積し、太陽電池の電気的出力値を、ほぼ同じ条件で比較することで、太陽光発電所の発電性能を評価する方法が記載されている。特許文献2には、太陽光発電システムに具備される計測器から計測される発電量に対して、判断の基準となる期間であるサンプル期間の特定の評価時間帯における発電相当量から上位の発電相当量を抽出し、この上位の発電相当量を基準値として、故障を判断する方法が述べられている。
In
FIT(Feed-in Tariffs:固定価格全量買取制度)による施策により、大規模な太陽光発電所が導入されたため、系統安定化に向けて太陽光発電所は出力制御される方向にある。また、1日の発電量を確保するため、過積載の太陽光発電所の導入も多い。このため、発生させる電力をある一定以下に制約させて稼働させる時間帯が1日の半分以上に達する太陽光発電所も珍しくはない。この電力をある一定以下に制約させて稼働させる時間帯、すなわち出力抑制制御下においては、太陽電池モジュールは最大の電力が得られる動作点(最大電力点)から外れた動作点で動作される。このため、出力抑制中は基準となる電力と比較しても劣化を判定することはできない。また、発電サイトに設置される日射計などの計測器は、広大なサイトに1つというのが一般的で、変動などを考慮すると基準として扱うことはできない。 As a large-scale solar power plant has been introduced by measures based on the FIT (Feed-in Tariffs) system, the power plant of solar power plants is going to be controlled for system stabilization. In addition, there are many introductions of overloaded solar power plants in order to secure the daily power output. For this reason, it is not uncommon for a solar power plant where the time zone for operation with the generated power being restricted to a certain level or less reaches more than half a day. In a time zone in which the power is restricted to a certain level or less, that is, under power suppression control, the solar cell module is operated at an operating point out of the operating point (maximum power point) where the maximum power can be obtained. For this reason, degradation can not be determined even when compared with the reference power during output suppression. In addition, one measuring instrument such as a pyranometer installed at a power generation site is generally one at a large site, and can not be treated as a reference in consideration of fluctuations and the like.
さらに、VPP(Virtual Power Plant)の導入が進むと、出力抑制がかかっている太陽光発電が、あとどの程度、発電可能か把握するニーズも大きくなっていくと考えられる。 Furthermore, as the introduction of VPP (Virtual Power Plant) progresses, it is considered that the need for grasping how much the photovoltaic power generation with reduced output can be generated is also increasing.
本発明の一実施の形態である、複数の太陽電池セルが直列接続される太陽電池モジュールを有する太陽電池を診断する太陽電池診断装置は、プロセッサと、メモリと、太陽電池セルの複数の動作点における短絡電流と動作電流との比率、電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせを記憶する参照テーブル及び、メモリに読み込まれ、プロセッサにより実行される太陽電池診断プログラムを格納する補助記憶とを有し、太陽電池診断プログラムは、動作点検出部を有し、動作点検出部は、設定した太陽電池セルの短絡電流と動作電流との比率及び、設定した比率と太陽電池セルの実測された動作電流及び動作電圧とに基づき算出される電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせと、参照テーブルに記憶された複数の動作点における組み合わせのいずれかとの一致に基づき、太陽電池セルの動作点を求める。 A solar cell diagnostic device that diagnoses a solar cell having a solar cell module in which a plurality of solar cells are connected in series according to an embodiment of the present invention includes a processor, a memory, and a plurality of operating points of the solar cells. Reference table storing combinations of short-circuit current and operating current ratio, slope of current-voltage characteristics and slope of power-voltage characteristics, and aid to store a solar cell diagnostic program read into a memory and executed by a processor The solar cell diagnostic program has an operating point detecting unit, and the operating point detecting unit has a ratio of the short circuit current to the operating current of the set solar battery cell, the set ratio and the set solar battery cell. The combination of the slope of the current-voltage characteristics and the slope of the power-voltage characteristics calculated based on the measured operating current and operating voltage, and stored in the reference table It was based on a match between any combination of a plurality of operating points to determine the operating point of the solar cell.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
出力抑制制御下でも太陽電池の故障を診断することが可能となり、精度の高い診断が可能になる。 It is possible to diagnose the failure of the solar cell even under the output suppression control, and the diagnosis with high accuracy becomes possible.
図1は、太陽光発電システムの構成を示す図である。太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュール1aを直列接続した太陽電池ストリング1b、複数の太陽電池ストリング1bを束ねる接続箱2、複数の接続箱2を束ねるパワーコンディショナ3、HUB5、PLC(Programmable Logic Controller)6、伝送装置7によって構成される。伝送装置7からのデータはネットワーク8aを介して、データセンター4へ送信される。データセンター4では、送信されたデータは、物理スイッチ45、中継機器44を通じて、データサーバ41に格納される。アプリケーションサーバ42は、データサーバ41から格納されたデータを取り出して、診断などを実行する。アプリケーションサーバ42で実行した診断結果などの表示は、Webサーバ43で行い、ファイアウォール46、ネットワーク8bを介して、PC端末9aや携帯端末9bで診断結果を確認することができる。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a solar power generation system. The solar power generation system includes a solar cell string 1b in which a plurality of
接続箱2には、太陽電池ストリング1bに電流が流れ込むのを防止するための逆流防止ダイオード21や万一、大きな電流が流れた場合に、電流経路を遮断するヒューズ22や遮断器23が取り付けられている。接続箱2で束ねられた複数の太陽電池ストリングの合計が1つのパワーコンディショナ3に接続される。ここでは、1つのパワーコンディショナ3に接続される複数の太陽電池ストリングのひと固まりを太陽電池ストリング群1と表現することとする。
The
パワーコンディショナ3は、太陽電池ストリング群1の直流電流Iopを計測する電流計測装置31と直流電圧Vopを計測する電圧計測装置32を備えている。太陽電池ストリング群1の出力は、サンプリング処理部33でサンプリングされた直流電流Iop、及び直流電圧Vopに基づき、制御波形生成部34で生成される制御波形に基づき制御部35にて制御される。制御部35は、MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御、もしくは出力抑制制御を行う。MPPT制御は、太陽電池ストリング群1から最大電力を取り出せるよう制御するものであり、出力抑制制御は、太陽電池ストリング群1から取りだされる電力を所定の一定電力に維持する制御である。制御部35で昇降圧された直流電圧、直流電流は、直流・交流変換部36によって交流に変換され系統に連系される。また、サンプリング処理部33でサンプリングされた直流電流(PCS電流)Iopの値、及び直流電圧(PCS電圧)Vopの値は、信号変換伝送装置37においてデータセンター4に伝送するため必要な信号変換がなされる。
The
図2は、ある快晴の日における、パワーコンディショナ3から出力される直流電力の観測値の時間推移の例を示したものである。この例では、時間帯201においてはMPPT制御が行われる一方、時間帯202においては出力抑制制御が行われ、パワーコンディショナ3から出力される電力は一定に保たれている。太線で示す直流電力推移(観測値)210に対し、時間帯202においてMPPT制御が行われたとしたら出力されたであろう直流電力推移(予測値)211を点線で示す。時間帯202において、直流電力推移(観測値)210と直流電力推移(予測値)211との差分212が潜在電力である。
FIG. 2 shows an example of the time transition of the observed value of DC power output from the
図3Aに時間帯201での太陽電池ストリング群1の電流−電圧特性(I−V特性)を示す。低日射でのI−V特性I51と高日射でのI−V特性I52とを示している。時間帯201においてはMPPT制御が行われており、動作点I51o、動作点I52oが、MPPT制御下におけるパワーコンディショナ3の動作点である。MPPT制御下では、低日射における動作電流I51aと短絡電流I51bの比率と、高日射における動作電流I52aと短絡電流I52bの比率が等しくなるという特徴がある。
The current-voltage characteristic (I-V characteristic) of the solar
これに対して、図3Bに時間帯202での太陽電池ストリング群1のI−V特性を示す。低日射でのI−V特性I53と高日射でのI−V特性I54とを示している。時間帯202においては出力抑制制御が行われており、動作点I53o、動作点I54oが、出力抑制制御下におけるパワーコンディショナ3の動作点である。出力抑制制御下では、低日射における動作電流I53aと短絡電流I53bの比率と、高日射における動作電流I54aと短絡電流I54bの比率は大きく異なる。すなわち、この動作電流と短絡電流の比率は、MPPT制御時では概ね一定であるのに対して、出力抑制制御時は大きく変化している。この点に着目し、太陽電池セルの動作点を推定する変数として、動作電流と短絡電流の比率Jを導入する。
On the other hand, the IV characteristic of the solar
図4Aに太陽電池セルのI−V特性を、図4Bに太陽電池セルの電力−電圧特性(P−V特性)を示す。太陽電池セルはある動作点400において動作しているものとし、そのときのI−V特性の傾き(∂I/∂V)401、P−V特性の傾き(∂P/∂V)402をあわせて示している。また、図4Aに示す通り、動作点400における太陽電池セルの動作電流をIopa、動作電圧をVopaとする。また、太陽電池セルの動作電圧が0となるときの動作電流を短絡電流Iscaといい、逆に太陽電池セルの動作電流が0となるときの動作電圧を開放電圧Vocaという。また、太陽電池セルの短絡電流Iscaと動作電流Iopaとの比をJとする。
The IV characteristic of a photovoltaic cell is shown to FIG. 4A, and the electric power-voltage characteristic (PV characteristic) of a photovoltaic cell is shown to FIG. 4B. The photovoltaic cell is assumed to be operating at an
図5に太陽電池セル11の等価回路を示す。太陽電池モジュール1aは、太陽電池セル11を複数枚直列に並べ、バイパスダイオード12に区切られたものとして表すことができる。太陽電池モジュール1aがさらに直列接続されたものが太陽電池ストリング1bである。太陽電池セル11は、並列接続された電流源13、pn接合ダイオード14、シャント抵抗15に対して、直列に直列抵抗16が接続された等価回路として表すことができる。日射量に比例した電流が電流源13から供給される。また、太陽電池モジュール1a内の太陽電池セル11のいずれかが故障すると、電流経路はバイパスダイオード12を迂回する。
The equivalent circuit of the
図1に示すように、太陽電池ストリング群1の直流電流、及び直流電圧はパワーコンディショナ単位で計測される。このため、パワーコンディショナ3で計測された太陽電池ストリング群の直流電流Iop、直流電圧Vopとすると、このときの太陽電池セル1つあたりの動作電流はIopa(=Iop/Nstr:なお、Nstrはパワーコンディショナ3に束ねられている太陽電池ストリング1bの数(「ストリング数」という))、動作電圧がVopa(=Vop/Ncell:なお、Ncellは太陽電池ストリング1bにおいて直列接続されている太陽電池セル11の個数(「セル数」という))となる。
As shown in FIG. 1, the DC current and DC voltage of the solar
ここで太陽電池セルの逆方向飽和電流Isの大きさは(数1)にて表される。 Here, the magnitude of the reverse saturation current I s of the solar battery cell is expressed by (Equation 1).
ここで、Aは飽和定数、−Egoはシリコン(太陽電池セルの材料)のバンドギャップ[eV]、qは素荷量、nfは接合係数(ダイオード性能指数)、kはボルツマン係数、Taは太陽電池セルの動作温度[K]である。(数1)を変形することにより(数2)が得られる。 Here, A is a saturation constant, -E go is a band gap [eV] of silicon (material of solar battery cell), q is a load amount, n f is a junction coefficient (diode performance index), k is a Boltzmann coefficient, T a is the operating temperature [K] of the solar cell. By transforming (Equation 1), (Equation 2) is obtained.
また、電流源13に流れる電流量I1、pn接合ダイオード14に流れる電流量I2とすると、Iopa=I1−I2の関係が成立し、具体的には(数3)に示される。
Further, assuming that the amount of current I 1 flowing to the current source 13 and the amount I 2 of current flowing to the
なお、(数3)では、IscaをJの定義(J=Iopa/Isca)を用いてIopaの関数に変換している。(数3)を変形することで(数4)が得られる。 In equation (3), I sca is converted to a function of I opa using the definition of J (J = I opa / I sca ). By transforming (Equation 3), (Equation 4) is obtained.
(数2)、(数4)のそれぞれ左辺同士、右辺同士の差をとることにより、Isが消去された関係式である(数5)が得られ、これを変形して太陽電池セルの動作温度Taの算出式(数6)を得る。 By taking the difference between the left side and the right side of (Equation 2) and (Equation 4) respectively, I s (Eq. 5), which is a relational expression from which I s is eliminated, is obtained, and this is transformed to The equation (6) for calculating the operating temperature T a is obtained.
このように、測定した太陽電池セルの動作電圧Vopa、動作電流Iopaから太陽電池セルの動作温度を算出することが可能になる。 Thus, it becomes possible to calculate the operating temperature of the solar cell from the measured operating voltage V opa of the solar cell and the operating current I opa .
一方、(数7)は(数3)のIsに(数1)を代入したものである。 On the other hand, (Expression 7) is obtained by substituting (Expression 1) into I s of ( Expression 3).
(数7)より、∂I/∂Vは(数8)により求められる。 From (Equation 7), ∂I / ∂V is obtained by (Equation 8).
また、P=Iopa・Vopaであるから、∂P/∂Vは(数9)により求められる。 Further, since P = I opa · V opa , ∂ P / ∂ V can be obtained by ( Equation 9).
このように、太陽電池セルのI−V特性の傾き∂I/∂V及び太陽電池セルのP−V特性の傾き∂P/∂Vは、それぞれ(数8)、(数9)に示されるように太陽電池セルの動作温度Taが決まれば一意に決まる。また、動作温度Taは(数6)に示されるように、太陽電池セルの短絡電流Iscaと動作電流Iopaとの比率Jの関数として表せる。本実施例においては、パワーコンディショナの出力から算出される動作電流Iopa、動作電圧Vopaから、動作点における∂I/∂V、∂P/∂Vに合致する比率J、すなわち太陽電池セルがI−V特性のどの動作点で動いているかを求めることができる。比率Jが求まれば、(数6)により動作温度Taを算出することができる。 Thus, the inclination ∂I / ∂V of the I-V characteristic of the solar cell and the inclination ∂P / ∂V of the P-V characteristic of the solar cell are respectively given by (Equation 8) and (Equation 9) uniquely determined once the operating temperature T a of the solar cell as. Further, the operating temperature T a can be expressed as a function of the ratio J between the short-circuit current I sca of the solar cell and the operating current I opa as shown in ( Equation 6). In this embodiment, a ratio J matching the ∂I / ∂V and ∂P / ∂V at the operating point from the operating current I opa calculated from the output of the power conditioner and the operating voltage V opa , ie, the solar cell Can be determined at which operating point of the IV characteristics. If the ratio J is obtained, it is possible to calculate the operating temperature T a by equation (6).
以上の関係を用いて太陽電池診断システムを実現する。図12に太陽電池診断システムを実現するアプリケーションサーバ42(太陽電池診断装置)のハードウェア構成例を示す。サーバ42は、プロセッサ421、主記憶422、補助記憶423、入出力インタフェース424、表示インタフェース425、ネットワークインタフェース426を含み、これらはバス427により結合されている。入出力インタフェース424は、キーボードやマウス等の入力装置429と接続され、表示インタフェース425は、ディスプレイ428に接続され、GUIを実現する。ネットワークインタフェース426はネットワーク8と接続するためのインタフェースである。補助記憶423は通常、HDDやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成され、サーバ42が実行するプログラムやプログラムが処理対象とするデータ等を記憶する。主記憶422はRAMで構成され、プロセッサ421の命令により、プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等を一時的に記憶する。プロセッサ421は、補助記憶423から主記憶422にロードしたプログラムを実行する。
A solar cell diagnostic system is realized using the above relationship. FIG. 12 shows an example of the hardware configuration of the application server 42 (solar cell diagnostic device) that implements the solar cell diagnostic system. The
補助記憶423には、データサーバ41から取得した実測データ4231、診断に必要な太陽電池セルの仕様4232、その他のデータ及び太陽電池診断プログラム4233、その他のプログラムが記憶されている。太陽電池診断プログラム4233はその主要部として動作点検出部4233a、故障検出部4233b、潜在電力算出部4233cを含んでいる。動作点検出部4233aは比率Jを求めることにより太陽電池セルの動作点を検出するものであり、詳細は図6、7を用いて説明する。故障検出部4233bは動作点検出部4233aで求めた動作点の情報から太陽電池セルの故障を検出するものであり、詳細は図9を用いて説明する。潜在電力算出部4233cは、動作点検出部4233a及び故障検出部4233bにより求めた太陽電池ストリング群1の動作条件に基づき、MPPT制御を実施した場合に想定される発電量を算出し、実測値と比較することにより潜在電力を算出する。
The
図6に比率Jを求める第1のフローチャートを示す。比率Jの算出は動作点検出部4233aの主要な処理に相当する。アプリケーションサーバ42はその補助記憶423にあらかじめ比率Jに対応する∂I/∂Vの値、∂P/∂Vの値を格納する参照テーブル601を格納しておく。ここでは、太陽電池セルのI−V特性が太陽電池セルの動作温度Taに応じて変化することを考慮し、動作温度Taが所定の範囲ごとに参照テーブル601a〜cを設けている。
FIG. 6 shows a first flowchart for obtaining the ratio J. The calculation of the ratio J corresponds to the main processing of the operating
図1に示したように、パワーコンディショナ3で計測される直流電流(PCS電流)Iop、及び直流電圧(PCS電圧)Vopはデータサーバ41に一旦格納され、アプリケーションサーバ42はデータサーバ41からこれらのデータを取り出し、補助記憶に格納する(ステップS60)。Jを決定するため、初期値(例えば、0.985)を設定する(ステップS61)。PCS電流Iop及びPCS電圧Vopより、太陽電池セル1セル当たりの動作電流Iopa、動作電圧Vopaを求める(ステップS62)。先に説明した(数6)、(数8)、(数9)に従い、Jを所定の設定値とした場合の動作温度Ta、∂I/∂V、∂P/∂Vを算出する(ステップS63〜S65)。このようにして求めた(Ta,∂I/∂V,∂P/∂V,J)の組み合わせ(ステップS66)と参照テーブル601とを比較し、参照テーブル601に一致する組み合わせがあるかどうかを比較する(ステップS67)。なお、この場合の「一致」とは数値が厳密に同一であることを要求するものではなく、参照テーブル601の∂I/∂V,∂P/∂Vとの値との差がそれぞれ所定以下である場合に一致していると判断すればよい。参照テーブル601に一致する組み合わせがある場合には、比率Jを決定し(ステップS68)、一致しない場合には、比率Jの設定値を変更して、再度動作温度Ta、∂I/∂V、∂P/∂Vの算出を行う(ステップS69)。
As shown in FIG. 1, the direct current (PCS current) I op and the direct current voltage (PCS voltage) V op measured by the
図6の例では、動作温度Ta毎に参照テーブル601を設けているため、参照テーブル601の記憶容量が大きくなる傾向がある。図7のフローチャートではあらかじめ記憶しておく参照テーブルは日射1.0kW/m2、常温(298K)における参照テーブルとし、PCS電流Iop、PCS電圧Vopから求める太陽電池セル1セル当たりの動作電流Iopa、動作電圧Vopaを一旦常温での動作電流、動作電圧に変換し、その値により求めた∂I/∂V、∂P/∂Vを常温における参照テーブルと比較するものである。 In the example of FIG. 6, since the reference table 601 is provided for each operating temperature T a, there is a tendency that the storage capacity of the reference table 601 is increased. In the flowchart of FIG. 7, the reference table to be stored in advance is a reference table at 1.0 kW / m 2 of solar radiation and normal temperature (298 K), and the operating current per photovoltaic cell obtained from the PCS current I op and PCS voltage V op opa , the operating voltage V opa is once converted into the operating current and the operating voltage at normal temperature, and ∂I / ∂V and ∂P / ∂V obtained from the values are compared with the reference table at normal temperature.
図7に示す比率Jを求める第2のフローチャートについて説明する。図6のフローチャートと同様にデータサーバ41からPCS電流Iop、及びPCS電圧Vopのデータを取り出し(ステップS70)、Jの初期値(例えば、0.985)を設定し(ステップS71)、PCS電流Iop及びPCS電圧Vopより、太陽電池セル1セル当たりの動作電流Iopa、動作電圧Vopaを求め(ステップS72)、(数6)に従い、Jを所定の設定値とした場合の動作温度Taを算出する(ステップS73)。 A second flowchart for obtaining the ratio J shown in FIG. 7 will be described. Similar to the flowchart of FIG. 6, the data of the PCS current I op and the PCS voltage V op are taken out from the data server 41 (step S70), and an initial value of J (eg 0.985) is set (step S71). The operating current I opa per solar battery cell and the operating voltage V opa are determined from the op and PCS voltage V op (step S 72), and the operating temperature T when J is a predetermined set value according to ( Expression 6) calculating the a (step S73).
ここで、一般的に太陽電池モジュールの仕様は、日射1.0kW/m2、常温(298K)における値で定義されていることから、計測値をこの条件下における値に変換する。まず、想定日射量paを算出する(ステップS74)。図5に示す電流源13に流れる電流I1は日射量に比例し、I1=Isca=pa・Isc0の関係を有する。なお、Isc0は日射1.0kW/m2の場合の短絡電流である。ここで、比率Jの定義より、Isca=Iopa/Jであるから、Iopa/J=pa・Isc0が成り立つ。したがって、pa=(Iopa/J)/Isc0の関係式により想定日射量paを算出することができる。 Here, the specification of the solar cell module is generally defined as a value at 1.0 kW / m 2 of solar radiation and normal temperature (298 K), so the measured value is converted to a value under this condition. First calculates the assumed solar radiation amount p a (step S74). Current I 1 flowing through the current source 13 shown in FIG. 5 is proportional to the solar radiation, with the relationship I 1 = I sca = p a · I sc0. In addition, I sc0 is a short circuit current in the case of solar radiation 1.0 kW / m 2 . Here, the definition of the ratio J, because it is I sca = I opa / J, holds I opa / J = p a · I sc0. Therefore, it is possible to calculate the p a = (I opa / J ) / assumed solar radiation p a the relationship of I sc0.
次に計測値(日射量paでの動作電流Iopa、動作電圧Vopa)を日射1.0kW/m2での動作電流Iop0、動作電圧Vop0に変換する(ステップS75)。比率Jは太陽電池セルの短絡電流と動作電流との比であるので、Iop0=Isc0・Jが成立する。また、Vop0は(数4)と同様に(数10)で表せる。 Then the measured value (operating current in solar radiation p a I opa, operating voltage V opa) converting solar radiation 1.0 kW / m 2 operating current at I op0, the operating voltage V op0 (step S75). Since the ratio J is the ratio of the short circuit current of the solar battery cell to the operating current, I op0 = I sc0 · J is satisfied. Further, V op0 can be expressed by ( Equation 10) as in ( Equation 4).
(数4)、(数10)のそれぞれ左辺同士、右辺同士の差をとることにより、Isが消去された関係式である(数11)が得られる。(数11)に基づき、Vop0を求めることができる。 By taking the difference between the left side and the right side of (Equation 4) and (Equation 10), (Equation 11), which is a relational expression in which I s is eliminated, is obtained. Based on ( Equation 11), V op0 can be determined.
さらに、動作電流Iop0、動作電圧Vop0を常温(298K)での動作電流I’op0、動作電圧V’op0に変換する(ステップS76)。太陽電池モジュールの仕様として、一般に動作電流、動作電圧の温度依存性が定義されているので、算出した太陽電池セルの動作温度Taと動作電流、動作電圧の温度依存性に基づき、動作電流I’op0、動作電圧V’op0に変換することができる。あるいは、動作電圧V’op0については、太陽電池セルの動作電圧の温度特性に基づき求めることも可能である。図8に太陽電池セルの動作電圧の温度特性を示す。縦軸は太陽電池セル1セルあたりの直流電圧(V)、横軸は太陽電池セルの温度(T)である。動作電圧の温度特性800はリニアな特性を示すことが知られている。シリコン太陽電池セルの場合、∂V/∂Tは約−2mV/Kである。図8に示される関係より、(数12)の関係が導かれる。
Further, the operating current I op0 and the operating voltage V op0 are converted into the operating current I ′ op0 and the operating voltage V ′ op0 at normal temperature (298 K) (step S76). As a specification of the solar cell module, generally operating current, the temperature dependency of the operating voltage is defined, the operating temperature T a and the operating current of the calculated solar cells, based on the temperature dependency of the operating voltage, operating current I ' op0 ' can be converted to the operating voltage V'op0 . Alternatively, the operating voltage V ' op0 can also be determined based on the temperature characteristics of the operating voltage of the solar battery cell. The temperature characteristic of the operating voltage of a photovoltaic cell is shown in FIG. The vertical axis represents a direct current voltage (V) per solar cell, and the horizontal axis represents a temperature (T) of the solar cell. The
(数12)の関係を用いて、より正確なV’op0の値を求めることができる。 The more accurate value of V'op0 can be determined using the relationship of ( Equation 12).
このように、計測値から日射1.0kW/m2、常温298Kに変換した動作電流I’op0、動作電圧V’op0の値を得ることができる。先に説明した(数8)、(数9)に従い、Jを所定の設定値とした場合の∂I/∂V、∂P/∂Vを算出する(ステップS77〜S78)。このようにして求めた(∂I/∂V,∂P/∂V,J)の組み合わせ(ステップS79)と参照テーブル701とを比較し、参照テーブル701に一致する組み合わせがあるかどうかを比較する(ステップS80)。なお、この場合の「一致」も数値が厳密に同一であることを要求するものではなく、参照テーブル701の∂I/∂V,∂P/∂Vとの値との差がそれぞれ所定以下である場合に一致していると判断すればよい。参照テーブル701に一致する組み合わせがある場合には、比率Jを決定し(ステップS81)、一致しない場合には、比率Jの設定値を変更して、再度∂I/∂V、∂P/∂Vの算出を行う(ステップS82)。 Thus, the values of the operating current I ' op0 and the operating voltage V' op0 converted to the solar radiation 1.0 kW / m 2 and the normal temperature 298 K can be obtained from the measured values. In accordance with the equations (8) and (9) described above, JI / ∂V and ∂P / ∂V are calculated when J is a predetermined set value (steps S77 to S78). The combination (∂I / ∂V, ∂P / ∂V, J) obtained in this way (step S79) is compared with the reference table 701, and whether there is a matching combination in the reference table 701 is compared. (Step S80). Note that “coincidence” in this case also does not require that the numerical values be exactly the same, and the difference with the values of ∂I / ∂V, ∂P / ∂V in the reference table 701 is less than or equal to a predetermined value, respectively. It may be determined that there is a match in a certain case. If there is a matching combination in the reference table 701, the ratio J is determined (step S81). If not, the setting value of the ratio J is changed, and ∂I / ∂V, ∂P / ∂ again. V is calculated (step S82).
図9は太陽電池モジュールの故障診断フローであり、故障検出部4233bで実行される処理を示す。図6または図7のフローにて求まる動作温度Ta及びJ、日射量paを用いて、最大電力点(MPPT制御時の動作点)における動作電圧と動作電流を算出し、電力の電圧に対する変化∂P/∂V=0になるか否かを確認する。図3Aにて示したように、日射に関わらず、最大電力点でのJmppは一定であり、太陽電池モジュールの仕様書に定められている。例えば、その値がJmpp=0.93であったとする(ステップS90)。図6または図7で求めたパラメータ(動作温度Ta、J、日射量pa)を用いて、逆方向飽和電流Isを算出し(ステップS91)、最大電力点での動作電流ImppとVmppとを算出する(ステップS92)。先に説明した(数8)、(数9)に従い、最大電力点における∂I/∂V、∂P/∂Vを算出する(ステップS93〜S94)。
FIG. 9 is a flow of failure diagnosis of the solar cell module, and shows the process executed by the
ここで、図6または図7で求めた結果が正しければ、最大電力点において∂P/∂V=0が成立しているはずであり、これを確認する(ステップS95)。∂P/∂V=0にならなければ、セル数Ncellに誤りがあった、すなわち太陽電池モジュールに故障した太陽電池セルが含まれていたとして、セル数Ncellを再設定して(ステップS96)、図6または図7のポイント**に戻って、Jの計算からやり直す。∂P/∂V=0となったところで、本実施例の診断フローは収束し、このときのセル数Ncellから太陽電池における故障数を確定することができる(ステップS97)。 Here, if the result obtained in FIG. 6 or FIG. 7 is correct, ∂P / ∂V = 0 should be established at the maximum power point, and this is confirmed (step S95). If ∂P / ∂V = 0, the number of cells N cell has an error, that is, it is assumed that the solar cell module includes a broken solar cell, and the number of cells N cell is reset (step S96) Return to the point ** in FIG. 6 or FIG. 7 and start over from the calculation of J. When ∂P / ∂V = 0, the diagnosis flow of the present embodiment converges, and the number of failures in the solar cell can be determined from the cell number N cell at this time (step S97).
図10は、Webサーバにより本実施例による診断結果を表示するGUI(Graphical User Interface)である。Webサーバの表示画面またはPC端末9aや携帯端末9bの表示画面に診断結果を表示する。診断結果はPCS単位に表示され、例えば、PCS・ID100、最新の診断日時101、理想電流102、計測電流103、故障損失104、想定日射量105、想定温度106といった項目が表示される。想定日射量105、想定温度106は本実施例の診断フローの中で算出されるので、例えばこれらから理想電流102として最大電力点で動作させた場合の電流量を算出し、実際にパワーコンディショナ3の電流計測装置により計測される計測電流103と比較できるようにしてもよい。また、図9のフローで太陽電池セルの故障数を判定できるため、例えば、1つのパワーコンディショナ3に接続される太陽電池セル数に対する故障太陽電池セル数の比率を故障損失104として表示してもよい。故障損失が生じている場合には、行107のように背景色を変えるといったような視認しやすい形態で表示することが望ましい。他には、サイトに設置された日射計で計測した日射量108を表示してもよい。
FIG. 10 is a GUI (Graphical User Interface) for displaying the diagnosis result according to the present embodiment by the Web server. The diagnosis result is displayed on the display screen of the Web server or the display screen of the PC terminal 9a or the
また、出力抑制制御時間帯においては、さらに図11に示すように潜在電力量を表示してもよい。例えば、PCS・ID110、出力制御値111、出力抑制値112、総容量113、PV出力114、潜在電力量(ΔP)115といった項目が表示される。出力制御値111は各パワーコンディショナに指令されている出力値であり、出力抑制値112はサイト全体での出力値、すなわち出力制御値111の総和に相当する。総容量113はサイトが本来保有している発電能力を表示する。PV出力114は各パワーコンディショナから出力されている実際の電力値である。潜在電力算出部4233cにより最大電力点で動作させればどれだけの電力値が得られるか算出し、実出力値114との差をとることにより、それぞれの潜在電力量を算出、表示することが可能になる。
Further, in the output suppression control time zone, the potential power amount may be displayed as shown in FIG. For example, items such as PCS ·
1:太陽電池ストリング群、1a:太陽電池モジュール、1b:太陽電池ストリング、2:接続箱、21:逆流防止ダイオード、22:ヒューズ、23:遮断器、3:パワーコンディショナ、31:電流計測装置、32:電圧計測装置、33:サンプリング処理部、34:制御波形生成部、35:制御部、36:直流・交流変換部、37:信号変換伝送装置、4:データセンター、41:データサーバ、42:アプリケーションサーバ、43:Webサーバ、44:中継機器、45:物理スイッチ、46:ファイアウォール、5:HUB、6:PLC、7:伝送装置、8:ネットワーク、9a:PC端末、9b:携帯端末。 1: Solar cell string group, 1a: Solar cell module, 1b: Solar cell string, 2: Connection box, 21: Backflow prevention diode, 22: Fuse, 23: Circuit breaker, 3: Power conditioner, 31: Current measurement device , 32: voltage measuring device, 33: sampling processing unit, 34: control waveform generation unit, 35: control unit, 36: DC / AC conversion unit, 37: signal conversion transmission device, 4: data center, 41: data server, 42: Application server, 43: Web server, 44: Relay device, 45: Physical switch, 46: Firewall, 5: HUB, 6: PLC, 7: Transmission device, 8: Network, 9a: PC terminal, 9b: Mobile terminal .
Claims (15)
プロセッサと、
メモリと、
前記太陽電池セルの複数の動作点における短絡電流と動作電流との比率、電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせを記憶する参照テーブル及び、前記メモリに読み込まれ、前記プロセッサにより実行される太陽電池診断プログラムを格納する補助記憶とを有し、
前記太陽電池診断プログラムは、動作点検出部を有し、
前記動作点検出部は、設定した前記太陽電池セルの短絡電流と動作電流との比率及び、前記設定した比率と前記太陽電池セルの実測された動作電流及び動作電圧とに基づき算出される電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせと、前記参照テーブルに記憶された複数の動作点における組み合わせのいずれかとの一致に基づき、前記太陽電池セルの動作点を求める太陽電池診断装置。 A solar cell diagnostic device for diagnosing a solar cell having a solar cell module in which a plurality of solar cells are connected in series, comprising:
A processor,
With memory
A reference table for storing combinations of the ratio of the short circuit current to the operating current, the slope of the current-voltage characteristic and the slope of the power-voltage characteristic at a plurality of operating points of the solar cell, and read into the memory by the processor And auxiliary memory for storing a solar cell diagnostic program to be executed;
The solar cell diagnostic program has an operating point detection unit,
The operating point detection unit calculates a current based on the set ratio of the short circuit current to the operating current of the solar battery cell, the set ratio and the measured operating current and the operating voltage of the solar battery cell. The solar cell diagnostic device which calculates | requires the operating point of the said photovoltaic cell based on agreement with the inclination of voltage characteristics, and the combination of inclination of electric power-voltage characteristics, and either of the combinations in the some operating point memorize | stored in the said reference table.
前記動作点検出部は、前記設定した比率に基づき前記太陽電池セルの動作温度を算出し、前記動作温度と、前記太陽電池セルの実測された動作電流及び動作電圧とに基づき、前記太陽電池セルの電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きを算出する太陽電池診断装置。 In claim 1,
The operating point detection unit calculates the operating temperature of the solar cell based on the set ratio, and the solar cell based on the operating temperature and the measured operating current and operating voltage of the solar cell. The solar cell diagnostic device which calculates the inclination of the current-voltage characteristic of, and the inclination of a power-voltage characteristic.
前記参照テーブルは、前記太陽電池セルの動作温度に応じた複数のテーブルを有し、前記複数のテーブルごとにそれぞれ、前記太陽電池セルの複数の動作点における短絡電流と動作電流との比率、電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせを記憶する太陽電池診断装置。 In claim 1,
The reference table has a plurality of tables according to the operating temperature of the solar battery cell, and for each of the plurality of tables, a ratio of a short circuit current to an operating current at a plurality of operating points of the solar battery cell, a current -A solar cell diagnostic device that stores combinations of slopes of voltage characteristics and slopes of power-voltage characteristics.
前記参照テーブルは、所定の日射量及び所定の動作温度での、前記太陽電池セルの複数の動作点における短絡電流と動作電流との比率、電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせを記憶する太陽電池診断装置。 In claim 1,
The reference table is a ratio of a short circuit current to an operating current at a plurality of operating points of the solar battery cell, a slope of current-voltage characteristics, and a slope of power-voltage characteristics at a predetermined amount of solar radiation and a predetermined operating temperature. Solar cell diagnostic device that stores combinations.
前記動作点検出部は、前記設定した比率に基づき前記太陽電池セルの動作温度及び想定日射量を算出し、前記算出された前記太陽電池セルの動作温度及び前記想定日射量と前記太陽電池セルの実測された動作電流及び動作電圧とに基づき、前記所定の日射量及び前記所定の動作温度での前記太陽電池セルの電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きを算出する太陽電池診断装置。 In claim 4,
The operating point detection unit calculates the operating temperature and the estimated solar radiation amount of the solar battery cell based on the set ratio, and the calculated operating temperature of the solar battery cell and the estimated solar radiation amount of the solar battery cell A solar cell diagnostic device for calculating a slope of current-voltage characteristics and a slope of power-voltage characteristics of the solar battery cell at the predetermined amount of solar radiation and the predetermined operating temperature based on the measured operating current and the operating voltage .
前記太陽電池診断プログラムは、故障検出部を有し、
前記故障検出部は、前記太陽電池セルの最大電力点における電力−電圧特性の傾きが0になるか否かに基づき、前記太陽電池モジュールが故障した太陽電池セルを含むか否かを判定する太陽電池診断装置。 In claim 1,
The solar cell diagnostic program has a failure detection unit,
The solar cell module according to claim 1, wherein the failure detection unit determines whether the solar battery module includes a broken solar battery cell based on whether a slope of a power-voltage characteristic at a maximum power point of the solar battery cell is zero. Battery diagnostic device.
前記故障検出部は、前記動作点検出部により求められた前記太陽電池セルの動作点での短絡電流と動作電流との比率及び前記太陽電池セルの動作温度により、前記太陽電池セルの最大電力点における動作電流及び動作電圧を算出し、前記算出された最大電力点における動作電流及び動作電圧に基づき、前記太陽電池セルの最大電力点における電力−電圧特性の傾きを算出し、
前記算出された電力−電圧特性の傾きが0でない場合には、前記太陽電池モジュールは故障した太陽電池セルを含むものとして、前記動作点検出部は前記太陽電池セルの動作点を求め直す太陽電池診断装置。 In claim 6,
The failure detection unit determines the maximum power point of the solar battery cell according to the ratio of the short circuit current to the operating current at the operating point of the solar battery cell determined by the operating point detection unit and the operating temperature of the solar battery cell. Calculating an operating current and an operating voltage at the maximum power point, and calculating a slope of a power-voltage characteristic at the maximum power point of the solar battery cell based on the operating current and the operating voltage at the calculated maximum power point;
When the calculated inclination of the power-voltage characteristic is not 0, the solar cell module is assumed to include a broken solar cell, and the operating point detector recalculates the operating point of the solar cell. Diagnostic device.
前記太陽電池診断プログラムは、潜在電力算出部を有し、
前記潜在電力算出部は、前記太陽電池に含まれる太陽電池セルがMPPT制御を実施した場合に想定される発電量を算出し、実測値と比較することにより潜在電力を算出する太陽電池診断装置。 In claim 6,
The solar cell diagnostic program has a potential power calculation unit,
The said latent electric power calculation part calculates the amount of power generation assumed when the photovoltaic cell contained in the said solar cell implements MPPT control, The solar cell diagnostic apparatus which calculates potential electric power by comparing with an actual value.
並列接続される複数の前記太陽電池ストリングを有する太陽電池ストリング群と、
前記太陽電池ストリング群が接続されるパワーコンディショナと、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池診断装置とを有し、
前記パワーコンディショナは、前記太陽電池ストリング群から出力される直流電流を計測する電流計測装置と前記太陽電池ストリング群から出力される直流電圧を計測する電圧計測装置とを備え、
前記太陽電池診断装置は、前記パワーコンディショナにより計測された直流電流値及び直流電圧値に基づき、前記太陽電池セルの動作電流及び動作電圧を算出する太陽光発電システム。 A solar cell string in which solar cell modules in which a plurality of solar cells are connected in series are connected in series;
A solar cell string group having a plurality of the solar cell strings connected in parallel;
A power conditioner to which the solar cell string group is connected;
And the solar cell diagnostic device according to any one of claims 1 to 8.
The power conditioner includes a current measurement device that measures a direct current output from the solar cell string group, and a voltage measurement device that measures a DC voltage output from the solar cell string group.
The said solar cell diagnostic apparatus is a solar power generation system which calculates the operating current and operating voltage of the said photovoltaic cell based on the direct current value and DC voltage value which were measured by the said power conditioner.
前記パワーコンディショナはMPPT制御又は出力抑制制御を行う制御部及び直流・交流変換部を有し、
前記制御部は、前記太陽電池ストリング群からの出力を昇圧または降圧し、
前記直流・交流変換部は、前記制御部により昇圧または降圧された前記太陽電池ストリング群からの出力を交流に変換する太陽光発電システム。 In claim 9,
The power conditioner includes a control unit that performs MPPT control or output suppression control, and a DC / AC conversion unit.
The control unit steps up or down the output from the solar cell string group,
The said DC-AC conversion part converts the output from the said photovoltaic cell string group pressure | voltage-risen or pressure-reduced by the said control part into alternating current.
前記太陽電池セルの複数の動作点における短絡電流と動作電流との比率、電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせを記憶する参照テーブルをあらかじめ記憶し、
前記太陽電池セルの短絡電流と動作電流との比率を設定し、
前記設定した比率と前記太陽電池セルの実測された動作電流及び動作電圧とに基づき算出される電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きの組み合わせと、前記参照テーブルに記憶された複数の動作点における組み合わせのいずれかとの一致に基づき、前記太陽電池セルの動作点を求める太陽電池診断方法。 A solar cell diagnostic method for diagnosing a solar cell having a solar cell module in which a plurality of solar cells are connected in series, comprising:
Storing in advance a reference table storing combinations of the ratio of the short circuit current to the operating current at the plurality of operating points of the solar battery cell, the slope of the current-voltage characteristic and the slope of the power-voltage characteristic;
Set the ratio of the short circuit current of the solar battery cell to the operating current,
A combination of the slope of the current-voltage characteristic and the slope of the power-voltage characteristic calculated based on the set ratio and the measured operating current and operating voltage of the solar battery cell, and a plurality of stored in the reference table The solar cell diagnostic method which calculates | requires the operating point of the said photovoltaic cell based on agreement with either of the combinations in an operating point.
前記設定した比率に基づき前記太陽電池セルの動作温度を算出し、前記動作温度と前記太陽電池セルの実測された動作電流及び動作電圧とに基づき、前記太陽電池セルの電流−電圧特性の傾き及び電力−電圧特性の傾きを算出する太陽電池診断方法。 In claim 11,
The operating temperature of the solar cell is calculated based on the set ratio, and the slope of the current-voltage characteristic of the solar cell based on the operating temperature and the measured operating current and operating voltage of the solar cell, A solar cell diagnostic method for calculating a slope of power-voltage characteristics.
前記太陽電池セルの最大電力点における電力−電圧特性の傾きが0になるか否かに基づき、前記太陽電池モジュールが故障した太陽電池セルを含むか否かを判定する太陽電池診断方法。 In claim 11,
The solar cell diagnostic method which determines whether the solar cell module contains the malfunctioning photovoltaic cell based on whether the inclination of the electric power-voltage characteristic in the maximum electric power point of the said photovoltaic cell becomes zero.
前記太陽電池セルの動作点での短絡電流と動作電流との比率及び前記太陽電池セルの動作温度により、前記太陽電池セルの最大電力点における動作電流及び動作電圧を算出し、前記算出された最大電力点における動作電流及び動作電圧に基づき、前記太陽電池セルの最大電力点における電力−電圧特性の傾きを算出し、
前記算出された電力−電圧特性の傾きが0でない場合には、前記太陽電池モジュールは故障した太陽電池セルを含むものとして、前記太陽電池セルの動作点を求め直す太陽電池診断方法。 In claim 13,
The operating current and operating voltage at the maximum power point of the solar cell are calculated from the ratio of the short circuit current to the operating current at the operating point of the solar cell and the operating temperature of the solar cell, and the calculated maximum Based on the operating current and the operating voltage at the power point, the slope of the power-voltage characteristic at the maximum power point of the solar battery cell is calculated;
The solar cell diagnostic method which recalculates the operating point of the solar cell as the solar cell module includes a broken solar cell if the inclination of the calculated power-voltage characteristic is not zero.
前記太陽電池に含まれる太陽電池セルがMPPT制御を実施した場合に想定される発電量を算出し、実測値と比較することにより潜在電力を算出する太陽電池診断方法。 In claim 13,
The solar cell diagnostic method which calculates potential electric power by calculating the electric power generation amount assumed when the photovoltaic cell contained in the said solar cell implements MPPT control, and comparing with an actual value.
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