JP2022112053A - Battery diagnosis method and battery diagnosis device - Google Patents

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亨 河野
Toru Kono
勝俊 近藤
Katsutoshi Kondo
祐一 永山
Yuichi Nagayama
尚行 藤井
Naoyuki Fujii
浩太 番場
Kota Bamba
稔 浅野
Minoru Asano
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Hitachi Ltd
Hitachi Power Solutions Co Ltd
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Hitachi Power Solutions Co Ltd
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Abstract

To provide a technique capable of grasping with sufficient accuracy the remaining life of a solar battery, even when the calculation accuracy of shunt resistance is insufficient.SOLUTION: A battery diagnosis method of the present invention discriminates a first period when shunt resistance drops with a first drop rate from a second period when it drops with a second drop rate larger than the first drop rate, and estimates the remaining life of a solar battery by calculating the time required for the deterioration state of the solar battery to reach a reference value from the second period or a period after the second period.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、太陽電池を診断する技術に関するものである。 The present invention relates to technology for diagnosing solar cells.

FIT(Feed In Tariff:固定価格買取制度)が開始してから7年以上が経過し、性能が確保されている太陽光発電システムとそうでないものが顕著になってきている。このような中で、セカンダリ市場の活発化により、発電所の長期的な価値を評価するニーズが、さらに高くなっている。このようなテクニカル・デューデリジェンスにおいては、太陽電池モジュールの寿命を推定することが重要になる。 More than seven years have passed since the start of FIT (Feed In Tariff), and there has been a noticeable increase in the number of photovoltaic power generation systems whose performance is ensured and those which are not. Under these circumstances, the need to evaluate the long-term value of power plants is increasing due to the activation of the secondary market. In such technical due diligence, it is important to estimate the lifetime of the solar cell module.

太陽電池モジュールの劣化については、近年、太陽電池モジュールを構成する充填やシール材の水分透過率が高くなることによる劣化が注目されている。太陽電池モジュールが劣化するとき、太陽電池モジュールのシャント抵抗が低下する。 In recent years, attention has been focused on the deterioration of solar cell modules due to an increase in the moisture permeability of fillers and sealing materials that constitute solar cell modules. As the solar cell module deteriorates, the shunt resistance of the solar cell module decreases.

太陽電池モジュールのシャント抵抗から劣化を定量化する先行技術としては、下記特許文献1~2が知られている。特許文献1は、インピーダンス診断を用いて、シャント抵抗の低下を早い段階で検知する方法を記載している。特許文献2は、シャント抵抗値が閾値以下に低下した場合において、太陽電池ストリングが寿命を判断することについて記載している。 Patent Documents 1 and 2 below are known as prior art techniques for quantifying deterioration from the shunt resistance of a solar cell module. Patent Literature 1 describes a method of detecting a decrease in shunt resistance at an early stage using impedance diagnosis. Patent Literature 2 describes determining the end of life of a solar cell string when the shunt resistance value drops below a threshold value.

特開2014-165232号公報JP 2014-165232 A 特開2004-287787号公報JP 2004-287787 A

太陽電池のシャント抵抗の計測方法は多く提案されている。しかしシャント抵抗の計測は、曝露環境の影響による誤差が大きいので、その計測結果をもとに、太陽電池(モジュール、もしくは、ストリング)の寿命を推定するのは困難である。 Many methods for measuring the shunt resistance of solar cells have been proposed. However, the measurement of shunt resistance has a large error due to the influence of the exposure environment, so it is difficult to estimate the life of the solar cell (module or string) based on the measurement result.

特許文献1は、インピーダンスを用いて、シャント抵抗の低下を早期検知することが述べられているが、計測したインピーダンスが、シャント抵抗の値とどの程度の相関が取れているのかについての言及はない。特許文献2は、計測したシャント抵抗が閾値を下回れば満寿命に達したと判定することを記載している。しかし余寿命予測については述べられていない。 Patent Document 1 describes early detection of a decrease in shunt resistance using impedance, but does not mention to what extent the measured impedance correlates with the value of the shunt resistance. . Patent Literature 2 describes that when the measured shunt resistance is below a threshold, it is determined that the full life has been reached. However, the remaining life prediction is not mentioned.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、シャント抵抗の計算精度が不十分である場合においても、太陽電池の余寿命を十分な精度で把握することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems described above, and provides a technique that enables the remaining life of a solar cell to be determined with sufficient accuracy even when the calculation accuracy of the shunt resistance is insufficient. intended to

本発明に係る電池診断方法は、シャント抵抗が第1低下率で低下する第1期間と、前記第1低下率よりも大きい第2低下率で低下する第2期間とを識別し、前記第2期間または前記第2期間よりも後の期間から、前記太陽電池の劣化状態が基準値に達するまでに要する時間を算出することにより、前記太陽電池の余寿命を推定する。 The battery diagnosis method according to the present invention distinguishes between a first period during which the shunt resistance decreases at a first decrease rate and a second period during which the shunt resistance decreases at a second decrease rate greater than the first decrease rate. The remaining life of the solar cell is estimated by calculating the time required for the state of deterioration of the solar cell to reach a reference value from the period or the period after the second period.

本発明に係る電池診断方法によれば、シャント抵抗の計算精度が不十分である場合においても、太陽電池の余寿命を十分な精度で把握することができる。上記以外の課題、構成、効果などについては、以下の実施形態の説明により明らかになる。 According to the battery diagnosis method of the present invention, even when the calculation accuracy of the shunt resistance is insufficient, the remaining life of the solar cell can be grasped with sufficient accuracy. Problems, configurations, effects, etc. other than the above will become apparent from the following description of the embodiments.

太陽電池モジュールの側断面図である。1 is a side sectional view of a solar cell module; FIG. 太陽電池ストリング1と太陽電池モジュール1aの等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a solar cell string 1 and a solar cell module 1a. FIG. 太陽電池モジュールに対して85℃85%の高温高湿環境下で加速試験を実施した結果を示す。The results of an accelerated test performed on the solar cell module under a high temperature and high humidity environment of 85° C. and 85% are shown. 太陽光発電システムの構成図である。It is a lineblock diagram of a photovoltaic power generation system. 太陽光発電システムの設置されている発電サイトにおいて、接続箱41を介して、太陽電池ストリング1の電流電圧特性を取得する構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration for acquiring current-voltage characteristics of a solar cell string 1 via a junction box 41 at a power generation site where a photovoltaic power generation system is installed; FIG. 太陽電池ストリング1の電流電圧特性曲線の例である。4 is an example of a current-voltage characteristic curve of the solar cell string 1. FIG. シャント抵抗と太陽電池出力の関係を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between shunt resistance and solar cell output; 太陽電池モジュールに対して85℃85%の高温高湿環境下において加速試験を実施した場合における、電池出力の低下とシャント抵抗の劣化との間の関係を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the decrease in cell output and the deterioration of shunt resistance when an accelerated test is performed on a solar cell module under a high temperature and high humidity environment of 85° C. and 85%; 太陽電池モジュールおよびストリングの余寿命を推定する手順を説明するフローチャートである。4 is a flow chart for explaining a procedure for estimating the remaining life of a solar cell module and a string; 太陽電池モジュールおよびストリングの余寿命を推定する手順を説明するフローチャートである。4 is a flow chart for explaining a procedure for estimating the remaining life of a solar cell module and a string; 実施形態3に係る電池診断装置100の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a battery diagnosis device 100 according to Embodiment 3;

<実施の形態1>
図1は、太陽電池モジュールの側断面図である。複数の太陽電池セル1aが、インターコネクタ1bによって接続される。太陽電池セル1aは、ガラス板1cとバックシート1dとの間の充填材1eによって保護される。さらに、アルミフレーム1gとガラス板1cとの間およびアルミフレーム1gとバックシート1dとの間に、シール材1fが設けられ、これによりモジュール内部への水分侵入を妨げる。充填材1eとしては、EVA(エチレン酢酸ビニル共重合樹脂)が用いられるが一般的である。シール材1fとしては、ブチルやシリコンが用いられるのが一般的である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a side sectional view of a solar cell module. A plurality of photovoltaic cells 1a are connected by an interconnector 1b. The solar cell 1a is protected by the filler 1e between the glass plate 1c and the back sheet 1d. Further, a sealing material 1f is provided between the aluminum frame 1g and the glass plate 1c and between the aluminum frame 1g and the back sheet 1d to prevent moisture from entering the module. As the filler 1e, EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer resin) is generally used. Butyl or silicon is generally used as the sealing material 1f.

図2は、太陽電池ストリング1と太陽電池モジュール2の等価回路図である。太陽電池ストリング1は、太陽電池モジュール2を複数枚直列に並べることによって構成される。太陽電池モジュール2は、太陽電池セル22aを複数枚直列に並べ、各太陽電池セル22aがバイパスダイオード22bによってバイパスされたものとして表すことができる。太陽電池セル22aの等価回路は、電流源22c、pn接合ダイオード22e、シャント抵抗22f(並列抵抗)、直列抵抗22gを有する。電流源22cは日射量に比例した電流を供給する。 FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the solar cell string 1 and the solar cell module 2. As shown in FIG. A solar cell string 1 is configured by arranging a plurality of solar cell modules 2 in series. The solar cell module 2 can be expressed as a plurality of solar cells 22a arranged in series and each solar cell 22a bypassed by a bypass diode 22b. An equivalent circuit of the photovoltaic cell 22a has a current source 22c, a pn junction diode 22e, a shunt resistor 22f (parallel resistor), and a series resistor 22g. The current source 22c supplies a current proportional to the amount of solar radiation.

曝露環境において、太陽電池モジュールを長期に利用していると、充填材やシール材の耐候性の性能も劣化するため、接着能力の低下などから、水分が透過し、太陽電池の性能を低下させる。 If the solar cell module is used for a long period of time in an exposed environment, the weather resistance performance of the filler and sealing material will also deteriorate, resulting in reduced adhesion and other factors that will allow moisture to permeate through and reduce the performance of the solar cell. .

図3は、太陽電池モジュールに対して85℃85%の高温高湿環境下で加速試験を実施した結果を示す。太陽電池モジュールの構成は原則として全て同じであるので、使用する材質や製造能力に差はあれ、モジュール内部に対していったん水分が侵入すると、モジュール性能は同様の低下率で低下すると想定される。図3においては、3つの太陽電池モジュール(曲線3a、3b、3cによってそれぞれ表している)はそれぞれ低下開始時点が異なるが、経過時間に対する性能低下率は同等であることが分かる。 FIG. 3 shows the results of an accelerated test of a solar cell module under a high temperature and high humidity environment of 85° C. and 85%. Since all solar cell modules have basically the same configuration, it is assumed that once moisture enters the module, the module performance will decline at the same rate, regardless of the materials used and manufacturing capacity. In FIG. 3, it can be seen that the three solar cell modules (represented by curves 3a, 3b, and 3c, respectively) have different deterioration start points, but have the same performance deterioration rate with respect to elapsed time.

図4は、太陽光発電システムの構成図である。太陽光発電システムは、複数の太陽電池ストリング1を束ねる接続箱41、複数の接続箱41を束ねる集電ラック42、DC・DCコンバータ43、インバータ44によって構成される。接続箱41には、太陽電池ストリング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41a、電流経路を遮断するための遮断器41b、全体のブレーカ41c、などが取り付けられている。接続箱41によって束ねられた複数のストリングの合計は、集電ラック42を介して、DC・DCコンバータ43に接続される。集電ラック内にもブレーカ42aが設置されている。DC・DCコンバータ43によって、複数の太陽電池ストリングは一括で制御される。DC・DCコンバータ43によって昇降圧された直流電圧、直流電流は、インバータ44によって交流に変換され系統に連系される。 FIG. 4 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system. The photovoltaic power generation system includes a junction box 41 for bundling a plurality of solar cell strings 1 , a current collection rack 42 for bundling the plurality of junction boxes 41 , a DC/DC converter 43 and an inverter 44 . The connection box 41 is equipped with a backflow prevention diode 41a for preventing current from flowing into the solar cell string, a circuit breaker 41b for interrupting the current path, a circuit breaker 41c, and the like. A total of a plurality of strings bundled by the junction box 41 is connected to the DC/DC converter 43 via the current collection rack 42 . A breaker 42a is also installed in the current collecting rack. A plurality of solar cell strings are collectively controlled by the DC/DC converter 43 . The DC voltage and DC current stepped up and down by the DC/DC converter 43 are converted to AC by the inverter 44 and connected to the system.

図5は、太陽光発電システムの設置されている発電サイトにおいて、接続箱41を介して、太陽電池ストリング1の電流電圧特性を取得する構成を示す図である。電流電圧特性を計測する計測器5の端子を太陽電池ストリング1のp側に接続し、もう一方の端子を太陽電池ストリング1のn側に接続する。測定が開始されると計測器5内の電子負荷53の負荷が可変され、太陽電池ストリング1から流れ込んでくる電流を電流計51によって計測し、その時の太陽電池ストリング1の電圧を電圧計52によって計測する。これにより太陽電池ストリング1の電流電圧特性を得ることができる。太陽電池モジュール2についても同様に計測されることは言うまでもない。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration for acquiring the current-voltage characteristics of the solar cell string 1 via the junction box 41 at the power generation site where the photovoltaic power generation system is installed. A terminal of a measuring instrument 5 for measuring current-voltage characteristics is connected to the p side of the solar cell string 1 , and the other terminal is connected to the n side of the solar cell string 1 . When the measurement is started, the load of the electronic load 53 in the measuring instrument 5 is varied, the current flowing from the solar cell string 1 is measured by the ammeter 51, and the voltage of the solar cell string 1 at that time is measured by the voltmeter 52. measure. Thereby, the current-voltage characteristics of the solar cell string 1 can be obtained. It goes without saying that the solar cell module 2 is similarly measured.

図6は、太陽電池ストリング1の電流電圧特性曲線の例である。太陽電池ストリング1の性能が低下すると、領域6aが傾いたようなグラフになる。シャント抵抗は一般的に、領域6aにおける電圧と電流の変化から計算される。しかしながら、領域6aは、シャント抵抗の低下のみではなく、計測時の日射変動や部分陰の影響を受けやすい。また領域6aは、計測器の負荷が短絡に近い状態であることが要求され、かつ、太陽電池ストリング1から大きな電流が流れるので、計測誤差の影響が出やすい。さらに、バイパスダイオード22bが劣化した場合においても、領域6aの傾きが変動する。つまり、これらの要因から電流電圧特性のみに依拠してシャント抵抗を精度よく計測することは困難であり、したがって計測されたシャント抵抗値から太陽電池の余寿命を推定することは困難である。 FIG. 6 is an example of a current-voltage characteristic curve of the solar cell string 1. FIG. When the performance of the solar cell string 1 deteriorates, the graph becomes such that the area 6a is inclined. The shunt resistance is generally calculated from the voltage and current changes in region 6a. However, the region 6a is susceptible not only to a decrease in shunt resistance, but also to solar radiation fluctuations and partial shade during measurement. In addition, in the region 6a, the load of the measuring device is required to be in a state close to a short circuit, and a large current flows from the solar cell string 1, so the influence of measurement errors is likely to occur. Furthermore, even when the bypass diode 22b deteriorates, the slope of the region 6a changes. In other words, these factors make it difficult to accurately measure the shunt resistance based only on the current-voltage characteristics, and therefore it is difficult to estimate the remaining life of the solar cell from the measured shunt resistance value.

図7は、シャント抵抗と太陽電池出力の関係を示した図である。シャント抵抗が1Ω未満になった時点で、ようやく出力の急変が見えてくることが分かる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between shunt resistance and solar cell output. It can be seen that when the shunt resistance becomes less than 1Ω, a sudden change in the output finally becomes visible.

図8は、太陽電池モジュールに対して85℃85%の高温高湿環境下において加速試験を実施した場合における、電池出力の低下とシャント抵抗の劣化との間の関係を示した図である。図8上図と図8下図は同じタイムスケールによって記述されている。図3の説明で述べたように、太陽電池モジュールの構造は同じであるので、多くのシリコン結晶系の太陽電池モジュールにおいては、同様の特性を示す。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the decrease in cell output and the deterioration of shunt resistance when an accelerated test is performed on a solar cell module under a high temperature and high humidity environment of 85° C. and 85%. The upper diagram in FIG. 8 and the lower diagram in FIG. 8 are described with the same time scale. As described in the explanation of FIG. 3, since the structure of the solar cell module is the same, many silicon crystal solar cell modules exhibit similar characteristics.

8aに示されるような出力の急低下が生じるよりも早い段階で、8bに示されるような出力の急低下が観測されることが分かる。シャント抵抗が1000Ωに近い状態を第1期間(8c)と定義し、1000Ωから1Ω程度に急激に低下する期間を第2期間(8d)と定義し、その後にシャント抵抗の変化が緩やかになる期間を第3期間(8e)と定義する。第2期間(8d)を曝露環境下においても識別することができれば、シャント抵抗の計測精度が低い場合においても、太陽電池が加速試験におけるどの期間に置かれているかを推定することが容易になる。 It can be seen that the sudden drop in output as shown in 8b is observed at an earlier stage than the sudden drop in output as shown in 8a. A state in which the shunt resistance is close to 1000Ω is defined as the first period (8c), a period in which the shunt resistance drops sharply from 1000Ω to about 1Ω is defined as the second period (8d), and then a period in which the shunt resistance gradually changes. is defined as the third period (8e). If the second period (8d) can be identified even under the exposure environment, it becomes easy to estimate in which period the solar cell is placed in the accelerated test even when the measurement accuracy of the shunt resistance is low. .

図9は、太陽電池モジュールおよびストリングの余寿命を推定する手順を説明するフローチャートである。本フローチャートは、太陽電池の余寿命を診断する装置が実行することができる。例えばDC・DCコンバータ43、インバータ44などの装置が本フローチャートを実施できる。その他の装置が実施してもよい。以下ではこれらの電池診断装置が本フローチャートを実施することを想定する。電池診断装置は、太陽電池に対して既に実施した加速試験の結果を保持しており、その結果を用いて以下の各ステップを実施するものとする。電池診断装置は、定期的に(例えば1か月ごと、6か月ごと、12か月ごと、など)本フローチャートを実施する。 FIG. 9 is a flow chart explaining the procedure for estimating the remaining life of the solar cell module and the string. This flowchart can be executed by a device for diagnosing the remaining life of a solar cell. For example, devices such as the DC/DC converter 43 and the inverter 44 can implement this flowchart. Other devices may perform. It is assumed below that these battery diagnosis devices carry out this flow chart. The battery diagnosis device holds the results of the accelerated tests already performed on the solar cells, and uses the results to perform the following steps. The battery diagnostic device executes this flowchart periodically (for example, every month, every six months, every twelve months, etc.).

(図9:ステップS901)
電池診断装置は、太陽電池モジュールもしくはストリングのシャント抵抗を計算する。
(Fig. 9: Step S901)
The battery diagnostic device calculates the shunt resistance of the solar cell module or string.

(図9:ステップS902)
電池診断装置は、太陽電池が図8において説明した第2期間に到達しているか否かを判定する。判定手順としては例えば以下のようにすることができる。シャント抵抗を前回算出したときと今回算出したときとの間の差分にしたがって、シャント抵抗の時間低下率を求める。前回算出時の時間低下率と今回算出時の時間低下率との間の差分が閾値以上であれば、シャント抵抗が急低下している(すなわち第2期間に入った)と判定することができる。
(Fig. 9: Step S902)
The battery diagnostic device determines whether or not the solar battery has reached the second period described in FIG. For example, the determination procedure can be as follows. A time decrease rate of the shunt resistance is obtained according to the difference between the previous calculation of the shunt resistance and the current calculation. If the difference between the time decrease rate calculated last time and the time decrease rate calculated this time is equal to or greater than the threshold, it can be determined that the shunt resistance is rapidly decreasing (that is, the second period has started). .

(図9:ステップS902:補足)
本ステップは、本フローチャートを実施する時点において、太陽電池が第2期間のなかにあることを想定したものである。ただし太陽電池が第2期間を通過して第3期間に到達している場合であっても、以下の各ステップは同じである。第2期間と第3期間を区別する手順については、実施形態2で説明する手法を用いることができる。
(Fig. 9: Step S902: Supplement)
This step assumes that the solar cell is in the second period when this flowchart is executed. However, even if the solar cell passes through the second period and reaches the third period, the following steps are the same. As for the procedure for distinguishing between the second period and the third period, the method described in the second embodiment can be used.

(図9:ステップS903)
電池診断装置は、実施済の加速試験の結果を用いて、その加速試験における加速度を求める。具体的には、太陽電池を運用開始してから現在の性能に達するまでに経過した時間(すなわち運用開始から本ステップを実施するまでに経過した時間)と、加速試験において出荷時性能から本ステップ時点の性能に達するまでに経過した時間との間の比率を求める。この比率を加速試験の加速度として用いることができる。
(Fig. 9: Step S903)
The battery diagnosis device obtains the acceleration in the accelerated test using the result of the accelerated test that has already been performed. Specifically, the time elapsed from the start of operation until the current performance of the solar cell was reached (that is, the time elapsed from the start of operation to the implementation of this step), and the Determine the ratio between the time elapsed to reach the point performance. This ratio can be used as the acceleration for acceleration tests.

(図9:ステップS903:計算例)
本ステップを実施する時点において、太陽電池は運用開始から9000時間が経過しており、太陽電池の性能は運用開始時の95%まで低下している(すなわち5%低下している)ものとする。既に実施した加速試験において、太陽電池の性能が出荷時の95%まで低下するまでに経過した時間は、3000時間であったものとする。そうするとその加速試験の加速度は、9000/3000=3倍であることになる。
(Fig. 9: Step S903: Calculation example)
At the time of performing this step, 9000 hours have passed since the start of operation of the solar cell, and the performance of the solar cell has deteriorated to 95% of that at the start of operation (that is, decreased by 5%). . In the accelerated test already performed, it is assumed that 3000 hours elapsed before the performance of the solar cell decreased to 95% of that at shipment. Then, the acceleration of the acceleration test is 9000/3000=3 times.

(図9:ステップS903:補足)
上記説明においては、本ステップ実施時点における太陽電池の性能を基準として、実際の経過時間と加速試験における経過時間との間の比率を求めたが、基準とする太陽電池の性能は必ずしも本ステップ実施時点のものでなくともよい。例えば太陽電池の性能が98%まで低下するまでに経過した時間が、実時間と加速試験時間ともにあらかじめ分かっているのであれば、その時間の比率を用いてもよい。
(Fig. 9: Step S903: Supplement)
In the above description, the ratio between the actual elapsed time and the elapsed time in the accelerated test was obtained based on the performance of the solar cell at the time of performing this step. It does not have to be the one at the time. For example, if the time elapsed for the solar cell performance to drop to 98% is known in advance for both the real time and the accelerated test time, the ratio of the times may be used.

(図9:ステップS904)
電池診断装置は、加速試験の加速度を用いて、太陽電池の余寿命を計算する。例えば出荷時性能の80%の性能に到達した時点で太陽電池が寿命に達する(それ以上使用できない)と規定する。電池診断装置は、加速試験時間において太陽電池が本ステップ実施時点の性能から出荷時性能の80%の性能に達するまでの加速試験上における経過時間を、加速試験の結果から取得する。これは加速試験上の余寿命に相当する。電池診断装置は、その加速試験上の余寿命に対して加速度を乗算することにより、本ステップ実施時点から寿命までの実時間を推定する。この時間が太陽電池の余寿命となる。
(Fig. 9: Step S904)
The battery diagnosis device uses the acceleration of the acceleration test to calculate the remaining life of the solar battery. For example, it is defined that the solar cell reaches the end of its life (cannot be used any longer) when it reaches 80% of the performance at the time of shipment. The battery diagnosis device obtains from the result of the accelerated test the elapsed time during the accelerated test until the solar cell reaches 80% of the performance at the time of shipment from the performance at the time of this step. This corresponds to the remaining life in the accelerated test. The battery diagnosis device multiplies the remaining life in the acceleration test by the acceleration to estimate the actual time from the execution of this step to the life. This time is the remaining life of the solar cell.

(図9:ステップS904:補足)
本ステップは、加速試験において第2期間(またはそれ以後の期間)から寿命に到達するまでにかかる時間を用いて、実環境において太陽電池が第2期間(またはそれ以後の期間)から寿命に到達するまでにかかる時間を推定する意義がある。換言すると、加速試験の結果のうち特に第2期間に関するデータを用いて、太陽電池の余寿命を推定する意義がある。
(Fig. 9: Step S904: Supplement)
This step uses the time it takes for the solar cell to reach the end of life from the second period (or a subsequent period) in the accelerated test, and It is meaningful to estimate the time it takes to In other words, there is significance in estimating the remaining life of the solar cell using the data relating to the second period in particular among the results of the accelerated test.

<実施の形態1:まとめ>
本実施形態に係る電池診断装置は、シャント抵抗の時間低下率が急激に大きくなる第2期間を識別する。電池診断装置はさらに、加速試験における第2期間から寿命までの経過時間および加速試験の加速度を用いて、太陽電池の実際の余寿命を推定する。シャント抵抗が大きく低下する第2期間を用いて余寿命を推定することにより、シャント抵抗の測定精度が十分ではない場合においても、ある程度の精度をもって余寿命を推定できる。また加速試験における第2期間に関するデータを用いることにより、推定精度を保ちつつ太陽電池を実際に消耗させることなく余寿命を推定できる。
<Embodiment 1: Summary>
The battery diagnosis device according to the present embodiment identifies the second period in which the rate of decrease over time of the shunt resistance increases sharply. The battery diagnosis device further estimates the actual remaining life of the solar cell using the elapsed time from the second period in the accelerated test to the end of life and the acceleration of the accelerated test. By estimating the remaining life using the second period in which the shunt resistance drops significantly, it is possible to estimate the remaining life with a certain degree of accuracy even when the shunt resistance measurement accuracy is not sufficient. Further, by using the data regarding the second period in the accelerated test, the remaining life can be estimated while maintaining the estimation accuracy and without actually consuming the solar cell.

<実施の形態2>
実施形態1においては、既に実施した加速試験の結果のうち第2期間に関するデータを用いて、太陽電池の余寿命を推定する手順を説明した。本発明の実施形態2では、加速試験の結果を用いることに代えて、太陽電池の実際のシャント抵抗の経時変化を用いて、太陽電池の余寿命を推定する手順を説明する。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the procedure for estimating the remaining life of the solar cell has been described using the data regarding the second period among the results of the accelerated tests that have already been performed. Embodiment 2 of the present invention describes a procedure for estimating the remaining life of a solar cell by using changes over time in the actual shunt resistance of the solar cell instead of using the results of the accelerated test.

図10は、太陽電池モジュールおよびストリングの余寿命を推定する手順を説明するフローチャートである。本フローチャートは、図9と同様に電池診断装置が実施することができる。電池診断装置は、定期的に(例えば1か月ごと、6か月ごと、12か月ごと、など)本フローチャートを実施する。 FIG. 10 is a flow chart explaining the procedure for estimating the remaining life of the solar cell module and the string. This flow chart can be implemented by the battery diagnosis device, as in FIG. The battery diagnostic device executes this flowchart periodically (for example, every month, every six months, every twelve months, etc.).

(図10:ステップS1001)
電池診断装置は、太陽電池が図8において説明した第1期間または第2期間に到達していると仮定する。
(Fig. 10: Step S1001)
The battery diagnosis device assumes that the solar cell has reached the first period or the second period described in FIG.

(図10:ステップS1002~S1003)
電池診断装置は、太陽電池のシャント抵抗値を算出する(S1002)。電池診断装置は、S902と同様に、シャント抵抗の時間低下率を求める(S1003)。
(Fig. 10: Steps S1002-S1003)
The battery diagnosis device calculates the shunt resistance value of the solar battery (S1002). The battery diagnosis device obtains the rate of decrease over time of the shunt resistance (S1003), as in S902.

(図10:ステップS1004~S1005)
電池診断装置は、S1002において算出したシャント抵抗の時間低下率が、これまでの最大値を更新した場合は(S1004:Yes)、S1002において算出した値によってこれまでの最大値を更新し(S1005)、S1010へ進む。最大値を更新しなかった場合は(S1004:No)S1006へ進む。
(Fig. 10: Steps S1004-S1005)
When the time decrease rate of the shunt resistance calculated in S1002 is updated to the maximum value so far (S1004: Yes), the battery diagnosis device updates the maximum value so far by the value calculated in S1002 (S1005). , to S1010. If the maximum value has not been updated (S1004: No), the process proceeds to S1006.

(図10:ステップS1006)
電池診断装置は、太陽電池が図8において説明した第3期間に到達しているか否かを判定する(すなわちS1008を経由したか否かを判定する)。到達している場合はS1009へ進み、到達していない場合はS1007へ進む。
(Fig. 10: Step S1006)
The battery diagnosis device determines whether or not the solar cell has reached the third period described in FIG. 8 (that is, determines whether or not S1008 has been passed). If it has reached, the process proceeds to S1009, and if it has not reached, the process proceeds to S1007.

(図10:ステップS1007~S1008)
電池診断装置は、シャント抵抗の時間低下率が、現在の最大値と比較して所定量未満であるか否かを判定する。例えばS1002において算出した時間低下率が、現在の最大値の50%未満であるか否かを判定する。これは、シャント抵抗の急低下が終了したか否かを判定するためのものである。時間低下率が最大値と比較して所定量未満であれば(S1007:Yes)、太陽電池は第3期間に到達していると判定し(S1008)、S1010へ進む。それ以外であれば太陽電池は第1期間または第2期間にあると仮定したままでS1010へスキップする。
(Fig. 10: Steps S1007-S1008)
The battery diagnostic device determines whether the time rate of decrease in shunt resistance is less than a predetermined amount compared to the current maximum value. For example, it is determined whether the temporal decrease rate calculated in S1002 is less than 50% of the current maximum value. This is for determining whether or not the sudden drop in shunt resistance has ended. If the temporal decrease rate is less than the predetermined amount compared to the maximum value (S1007: Yes), it is determined that the solar cell has reached the third period (S1008), and the process proceeds to S1010. Otherwise, skip to S1010 while assuming that the solar cell is in the first period or the second period.

(図10:ステップS1009)
電池診断装置は、第3期間におけるシャント抵抗の時間低下率が略一定であることを利用して、太陽電池の余寿命を推定する。例えば現在の性能が出荷時性能の90%であり、出荷時性能の80%の性能に到達したとき寿命であると規定するのであれば、両者の差分(90%-80%)を時間低下率で除算することにより、余寿命を推定できる。
(Fig. 10: Step S1009)
The battery diagnosis device estimates the remaining life of the solar cell by utilizing the fact that the temporal decrease rate of the shunt resistance in the third period is substantially constant. For example, if the current performance is 90% of the performance at the time of shipment, and it is specified that the life has expired when the performance reaches 80% of the performance at the time of shipment, the difference between the two (90%-80%) is the time deterioration rate. Remaining life can be estimated by dividing by .

(図10:ステップS1010)
電池診断装置は、S1009に基づき太陽電池が寿命に到達したか否か、または規定の使用年数に到達しているか否かを判定する。電池診断装置は、その判定結果を出力する。
(Fig. 10: Step S1010)
Based on S1009, the battery diagnosis device determines whether the solar battery has reached the end of its life or has reached the prescribed number of years of use. The battery diagnosis device outputs the determination result.

<実施の形態2:まとめ>
本実施形態に係る電池診断装置は、シャント抵抗の時間低下率が第2期間よりも緩やかである第3期間を識別し、第3期間における時間低下率を用いて余寿命を推定する。これにより、加速試験の結果を保持していない場合であっても、余寿命を推定できる。
<Embodiment 2: Summary>
The battery diagnostic apparatus according to this embodiment identifies a third period in which the rate of decrease in shunt resistance over time is slower than that in the second period, and estimates the remaining life using the rate of decrease over time in the third period. As a result, the remaining life can be estimated even if the results of the accelerated test are not held.

本実施形態に係る電池診断装置は、シャント抵抗の時間低下率が第2期間に到達した後、時間低下率が第2期間に対して所定値未満の割合に達したことにより、第3期間に到達したと判断する。これにより、第2期間と第3期間との間の境界を識別することができる。すなわち、第2期間における顕著な時間低下率を識別することによって推定精度を維持しつつ、加速試験の結果を用いずに余寿命を推定できる。 In the battery diagnosis device according to the present embodiment, after the rate of decrease in shunt resistance with time reaches the second period, the rate of decrease in time with respect to the second period reaches a ratio of less than a predetermined value, so that the determine that it has been reached. This allows the boundary between the second period and the third period to be identified. That is, it is possible to estimate the remaining life without using the results of the accelerated test, while maintaining the estimation accuracy by identifying the significant rate of deterioration over time in the second period.

<実施の形態3>
図11は、本発明の実施形態3に係る電池診断装置100の構成図である。電池診断装置100は、演算部110と記憶部120を備える。演算部110は、図9または図10のフローチャートを実施する。記憶部120は、演算部110が用いるデータ(例えば加速試験の結果を記述したデータ)を格納する記憶装置である。演算部110は、図9または図10のフローチャートを実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、これを実装したソフトウェアをプロセッサなどの演算装置が実行することによって構成することもできる。
<Embodiment 3>
FIG. 11 is a configuration diagram of a battery diagnosis device 100 according to Embodiment 3 of the present invention. The battery diagnosis device 100 includes a calculation section 110 and a storage section 120 . The calculation unit 110 implements the flowchart of FIG. 9 or 10 . The storage unit 120 is a storage device that stores data used by the calculation unit 110 (for example, data describing results of accelerated tests). The arithmetic unit 110 can be configured by hardware such as a circuit device implementing the flowchart of FIG. 9 or FIG. 10, or by executing software implementing this by an arithmetic device such as a processor. .

<本発明の変形例について>
以上の実施形態において、電池診断装置100は、図9または図10のフローチャートを第1期間~第3期間いずれにおいて実施したかについて、余寿命とともに提示してもよい。太陽電池が第1期間~第3期間いずれにあるのかについては、図9または図10において説明したように、シャント抵抗の時間低下率にしたがって判定できる。出力形式については、例えばディスプレイ上に画面表示する、余寿命(および実施期間)を記述したデータを出力する、などのように任意の形式を用いることができる。
<Regarding Modifications of the Present Invention>
In the above-described embodiment, the battery diagnostic device 100 may present in which of the first to third periods the flowchart of FIG. 9 or 10 was performed, together with the remaining life. Whether the solar cell is in the first period to the third period can be determined according to the temporal decrease rate of the shunt resistance, as described with reference to FIG. 9 or FIG. As for the output format, any format can be used, such as displaying on a screen or outputting data describing remaining life (and implementation period).

以上の実施形態において、太陽電池の性能低下を用いて余寿命を推定することを説明した。ここでいう性能とは、太陽電池の出力電力などのように、太陽電池の劣化を表すことができる性能パラメータである。 In the above embodiments, it has been described that the remaining life is estimated by using the performance degradation of the solar cell. The performance here is a performance parameter that can express the deterioration of the solar cell, such as the output power of the solar cell.

以上の実施形態において、シャント抵抗の値は、例えば以下のいずれかによって計算することができる。 In the above embodiments, the value of the shunt resistance can be calculated, for example, by any of the following.

(計算手法その1)太陽電池の電流電圧特性を、例えばいったん太陽電池の動作を停止した上で測定する。取得した電流電圧特性と、公知の計算手法とを用いて、シャント抵抗の値を計算する。例えば電池温度を考慮した計算手法などが一般に知られている。これは公知の手法であるので、ここでは詳細を省略する。 (Calculation method 1) The current-voltage characteristics of the solar cell are measured, for example, after temporarily stopping the operation of the solar cell. The value of the shunt resistance is calculated using the obtained current-voltage characteristics and a known calculation method. For example, a calculation method that considers the battery temperature is generally known. Since this is a well-known method, details are omitted here.

(計算手法その2)太陽電池の等価回路における出力電流と出力電圧の関係を表す数式に対して、太陽電池の制御装置(例えばDC/DCコンバータ)から取得した出力電流と出力電圧を代入することにより、シャント抵抗を計算する。この数式については一般的に知られているので、詳細は省略する。 (Calculation method 2) Substituting the output current and output voltage obtained from the solar cell control device (for example, DC/DC converter) into the formula representing the relationship between the output current and the output voltage in the equivalent circuit of the solar cell. Calculate the shunt resistance by Since this formula is generally known, the details are omitted.

1:太陽電池ストリング
2:太陽電池モジュール
100:電池診断装置
110:演算部
120:記憶部
1: Solar cell string 2: Solar cell module 100: Battery diagnosis device 110: Computing unit 120: Storage unit

Claims (9)

太陽電池を診断する電池診断方法であって、
前記太陽電池が備えるシャント抵抗の経時変化を取得するステップ、
前記経時変化において前記シャント抵抗が第1低下率で低下する第1期間と、前記経時変化において前記シャント抵抗が前記第1低下率よりも大きい第2低下率で低下する第2期間とを識別するステップ、
前記第2期間または前記第2期間よりも後の期間から、前記太陽電池の劣化状態が基準値に達するまでに要する時間を算出することにより、前記太陽電池の余寿命を推定するステップ、
を有することを特徴とする電池診断方法。
A battery diagnostic method for diagnosing a solar cell,
a step of obtaining a change over time of the shunt resistance provided in the solar cell;
Identifying a first period during which the shunt resistance decreases at a first decrease rate over time and a second period during which the shunt resistance decreases at a second decrease rate greater than the first decrease rate over time. step,
estimating the remaining life of the solar cell by calculating the time required for the deterioration state of the solar cell to reach a reference value from the second period or a period after the second period;
A method for diagnosing a battery, comprising:
前記電池診断方法は、前記太陽電池に対する加速試験のなかで前記太陽電池が前記第2期間に到達したことにより得られる結果を用いて実施され、
前記余寿命を推定するステップは、
前記太陽電池を使用開始してから前記太陽電池の性能が現在値まで低下するのに要する時間と、前記加速試験において前記太陽電池の性能低下が前記現在値まで低下するのに要する時間との間の比率を、前記加速試験における加速度として算出するステップ、
前記太陽電池の前記加速試験において加速された余寿命を取得するステップ、
前記太陽電池の前記加速試験において加速された余寿命に対して前記加速度を乗算することにより、前記太陽電池の実際の余寿命を推定するステップ、
を有する
ことを特徴とする請求項1記載の電池診断方法。
The battery diagnosis method is performed using a result obtained by the solar cell reaching the second period in an accelerated test on the solar cell,
The step of estimating the remaining life includes:
Between the time required for the performance of the solar cell to decrease to the current value after the start of use of the solar cell and the time required for the performance degradation of the solar cell to decrease to the current value in the accelerated test A step of calculating the ratio of as the acceleration in the acceleration test,
obtaining an accelerated life expectancy in the accelerated test of the solar cell;
estimating the actual life expectancy of the solar cell by multiplying the life expectancy accelerated in the accelerated test of the solar cell by the acceleration;
The battery diagnosis method according to claim 1, characterized by comprising:
前記第2期間を識別するステップにおいては、前記第2期間よりも後において前記シャント抵抗が前記第2低下率よりも小さい第3低下率で低下する第3期間と、前記第1期間との間の期間を、前記第2期間として識別する
ことを特徴とする請求項1記載の電池診断方法。
In the step of identifying the second period, between the first period and a third period in which the shunt resistance decreases at a third decrease rate smaller than the second decrease rate after the second period 2. The battery diagnostic method according to claim 1, wherein the period of is identified as the second period.
前記電池診断方法はさらに、前記電池診断方法を前記第1期間または前記第2期間または前記第2期間よりも後の期間のうちいずれにおいて実施したかを提示するステップを有する
ことを特徴とする請求項1記載の電池診断方法。
The battery diagnostic method further comprises the step of presenting in which of the first period, the second period, or a period after the second period, the battery diagnostic method is performed. Item 2. The method for diagnosing a battery according to item 1.
前記電池診断方法は、前記第2期間よりも後において前記シャント抵抗が前記第2低下率よりも小さい第3低下率で低下する第3期間を識別するステップを有し、
前記余寿命を推定するステップにおいては、前記シャント抵抗が基準値まで低下するのに要する時間を前記第3低下率にしたがって算出することにより、前記太陽電池の余寿命を推定する
ことを特徴とする請求項1記載の電池診断方法。
The battery diagnostic method includes identifying a third period after the second period in which the shunt resistance decreases at a third decrease rate smaller than the second decrease rate,
In the step of estimating the remaining life, the remaining life of the solar cell is estimated by calculating the time required for the shunt resistance to decrease to the reference value according to the third rate of decrease. The method for diagnosing a battery according to claim 1.
前記第3期間を識別するステップは、
前記経時変化における前記シャント抵抗の低下率を取得するステップ、
前記取得した低下率と前記第2低下率を比較するステップ、
前記取得した低下率が前記第2低下率に対して所定値以下の割合である場合は、前記太陽電池が前記第3期間に到達しているとみなすステップ、
を有する
ことを特徴とする請求項5記載の電池診断方法。
Identifying the third time period comprises:
obtaining a decrease rate of the shunt resistance over time;
comparing the obtained decrease rate and the second decrease rate;
Deeming that the solar cell has reached the third period when the acquired rate of decrease is a rate equal to or less than a predetermined value with respect to the second rate of decrease;
The battery diagnosis method according to claim 5, characterized by comprising:
前記電池診断方法は、前記太陽電池の電流-電圧特性から前記シャント抵抗を算出するステップを有する
ことを特徴とする請求項1記載の電池診断方法。
2. The battery diagnostic method according to claim 1, further comprising: calculating the shunt resistance from the current-voltage characteristics of the solar cell.
前記電池診断方法は、
前記太陽電池を制御する制御装置から前記太陽電池の出力電流と前記太陽電池の出力電圧を取得するステップ、
前記出力電流と前記出力電圧を用いて前記シャント抵抗を算出するステップ、
を有する
ことを特徴とする請求項1記載の電池診断方法。
The battery diagnostic method includes:
obtaining the output current of the solar cell and the output voltage of the solar cell from a control device that controls the solar cell;
calculating the shunt resistance using the output current and the output voltage;
The battery diagnosis method according to claim 1, characterized by comprising:
太陽電池を診断する電池診断装置であって、
前記太陽電池の余寿命を推定する演算部を備え、
前記演算部は、
前記太陽電池が備えるシャント抵抗の経時変化を取得するステップ、
前記経時変化において前記シャント抵抗が第1低下率で低下する第1期間と、前記経時変化において前記シャント抵抗が前記第1低下率よりも大きい第2低下率で低下する第2期間とを識別するステップ、
前記第2期間または前記第2期間よりも後の期間から、前記太陽電池の劣化状態が基準値に達するまでに要する時間を算出することにより、前記太陽電池の余寿命を推定するステップ、
を実施する
ことを特徴とする電池診断装置。
A battery diagnostic device for diagnosing a solar cell,
A computing unit for estimating the remaining life of the solar cell,
The calculation unit is
a step of obtaining a change over time of the shunt resistance provided in the solar cell;
Identifying a first period during which the shunt resistance decreases at a first decrease rate over time and a second period during which the shunt resistance decreases at a second decrease rate greater than the first decrease rate over time. step,
estimating the remaining life of the solar cell by calculating the time required for the deterioration state of the solar cell to reach a reference value from the second period or a period after the second period;
A battery diagnostic device characterized by:
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