JP2024024953A - 太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2024024953A
JP2024024953A JP2022127960A JP2022127960A JP2024024953A JP 2024024953 A JP2024024953 A JP 2024024953A JP 2022127960 A JP2022127960 A JP 2022127960A JP 2022127960 A JP2022127960 A JP 2022127960A JP 2024024953 A JP2024024953 A JP 2024024953A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar cell
solar
current
power generation
generation system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022127960A
Other languages
English (en)
Inventor
健司 有松
Kenji Arimatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku Electric Power Co Inc filed Critical Tohoku Electric Power Co Inc
Priority to JP2022127960A priority Critical patent/JP2024024953A/ja
Publication of JP2024024953A publication Critical patent/JP2024024953A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

【課題】太陽光発電システムの異常及びその兆候である異常兆候を経時的に捉えることができる太陽光発電システムの検査装置を提供する。【解決手段】直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するための太陽光発電システムの検査装置は、パワーコンディショナを制御して複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定手段と、電流電圧特性を測定した期間における太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得手段と、測定手段により測定された電流電圧特性と取得手段により取得された太陽電池モジュールの温度及び日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算手段と、演算手段により求められたＦＦ値に基づいて、太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールを備えて構成される太陽光発電システムの異常兆候を検知するための太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラムに関する。
太陽光などの光を受光して発電する太陽光発電システムは、再生可能エネルギーである太陽エネルギーを利用する発電方式であり、近年では、一般住宅の屋根や建物の屋上への設置が普及し、さらには、広大な用地に設置されるいわゆるメガソーラーなどの大規模な太陽光発電システムの導入も進み、多種多様な場所に多くの太陽光発電システムが設置されている。
太陽光発電システムは、太陽電池セルを複数組み合わせた太陽電池モジュール（パネル）を基本単位として、発電出力や設置場所の広さに応じて複数枚の太陽電池モジュールを直列及び／又は並列に接続し、複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングや、複数の太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイを構成して太陽光発電システムを構築する。
この太陽光発電システムの普及及び拡大に伴い、太陽光発電が電力系統に与える影響の把握、太陽光発電所における保守点検の観点等から、 太陽光発電システムにおいて重大な故障が発生する前の段階に異常兆候を検知する必要性が高まっている。太陽光発電システムを検査する技術として、下記特許文献に挙げられる技術が提案されている。
特許文献１は、太陽光発電システムにおける電力変換器であるパワーコンディショナ（PCS)により探索した太陽電池のアレイ単位やストリング単位の電流電圧特性を二階微分する演算により変曲点という指数を出力し、その値からパネル数の差異の判別や、過去データとの差異を判別する方法について開示している。
特許文献２、３は、パワーコンディショナに電流電圧特性の探索などをするために必要な充放電機構を設け、太陽電池のアレイ単位やストリング単位の電流電圧特性を測定し、その電流電圧特性を演算により等価的な抵抗値という指数を出力する方法について開示している。
特開２０１９－１６１８１５号公報 特開２０１３－６５７９７号公報 特開２０１１－６６３２９号公報
しかしながら、特許文献１の手法では、太陽電池モジュール（パネル）全体の故障など大きな差異の有無を捉えることは可能であるが、太陽電池モジュールの一部に発生した初期の不具合など直ちに修繕が必要とはならない異常の兆候であるような僅かな差異を捉えることは困難である。
また、太陽電池の電流電圧特性に大きく影響する太陽電池の温度や太陽電池に照射される日射量については考慮されておらず、あくまでも電流電圧特性を探索した時点の等価的な抵抗値という指数を出力しているに過ぎないため、経時的に異常兆候を捉えることは困難である。
また、特許文献２及び３の手法では、ストリング毎など電流電圧特性の探索に必要な単位で充放電機構を設ける必要があるとともに、太陽電池の種類により構成を変更する必要があるため実用的には煩雑となる。
また、太陽電池の電流電圧特性に大きく影響する太陽電池の温度や太陽電池に照射される日射量については考慮されておらず、あくまでも電流電圧特性を探索した時点の指数を出力しているに過ぎないため、経時的に異常兆候を捉えることは困難である。
また、発電を長時間にわたり一旦停止させる必要があることや経時的に異常兆候を捉えることが困難であるなど、異常の兆候を検出して早期の段階から保守点検の対応をしたり、また、太陽光発電システムの運用上の観点からは有用性が低いといえる。
そこで、本発明の目的は、太陽光発電システムの異常及びその兆候である異常兆候を経時的に捉えることができる太陽光発電システムの検査装置、検査方法、コンピュータプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の太陽光発電システムの検査装置は、直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するための太陽光発電システムの検査装置において、前記パワーコンディショナを制御して前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定手段と、前記電流電圧特性を測定した期間における前記太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得手段と、前記測定手段により測定された前記電流電圧特性と前記取得手段により取得された前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算手段と、前記演算手段により求められたＦＦ値に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明の太陽光発電システムの検査方法は、直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するための太陽光発電システムの検査方法において、前記パワーコンディショナを制御して前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定工程と、前記電流電圧特性を測定した期間における前記太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得工程と、前記測定工程により測定された前記電流電圧特性と前記取得工程により取得された前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算工程と、前記演算工程により求められたＦＦ値（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定工程とを備えることを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するコンピュータ装置に実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、前記パワーコンディショナを制御して前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定工程と、前記電流電圧特性を測定した期間における前記太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得工程と、前記測定工程により測定された前記電流電圧特性と前記取得工程により取得された前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算工程と、前記演算工程により求められたＦＦ値に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定工程とを前記コンピュータ装置に実行させることを特徴とする。
本発明によれば、太陽光発電システムの僅かな不具合を含む異常兆候を経時的に捉えることができる。
太陽光発電システムが通常の発電運転を行いながら、パワーコンディショナを検査モードに切り替え、定期的に電流電圧特性を測定することで、大きな故障に至る前の異常兆候を日常的に監視することができる。
電流電圧特性とともに太陽電池モジュールの温度と日射量のデータを取得することにより、環境条件を一致させた健全時の電流電圧特性と比較可能となり、さらに、そのＦＦ値（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）を求めることで、経時的な差異を容易に検出することができる。
太陽光発電システム及びそれに接続する本発明の実施の形態における検査装置を示す図である。 ＦＦ値を説明するための電流電圧特性の模式図である。 基準電流電圧特性データの例を示す。 本発明における太陽光発電システムの検査方法のフローチャートである。 運転モードと検査モードの切替処理のフローチャートである。 シミュレーション例による太陽光発電システムの発電出力と電流電圧特性との関係を示す図である。 シミュレーション例による発電電流と発電電圧の時間変化を示す図である。 シミュレーション例における検査モードが実行されるタイミングでの電流電圧特性を示す。 シミュレーション例において求められたＦＦ値を示す図である。 図９に示すＦＦ値の演算のために測定又は演算されたデータの数値表である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図１は、太陽光発電システム及びそれに接続する本発明の実施の形態における検査装置を示す図である。太陽光発電システムは、いわゆるメガソーラーと呼ばれる大規模太陽光発電システムや住宅用太陽光発電システムなど、既に設置済みの既設の太陽光発電システムにおいて、基本構成として、複数の太陽電池セルを組み合わせた太陽電池モジュール（パネル）１０を複数接続した構成を有する。複数の太陽電池モジュール１０を直列に接続した太陽電池ストリング１２が形成され、さらに、複数の太陽電池ストリング１２が接続箱１６を通じて並列に配置されて、太陽電池アレイ１４が構成される。接続箱１６は、１つの太陽電池ストリング１２を一つの回線として各太陽電池ストリング１２で発電した直流電力を集める機器であって、スイッチング用の開閉器を備え、さらに、逆流防止素子、避雷素子及び出力端子など各種回路素子を有する。複数の接続箱１６が配置される大規模な太陽光発電システムの場合、さらに、複数の接続箱１６からの出力をまとめる集電箱（図示せず）が設けられる場合もある。
接続箱１６に集められた直流電力は、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０に供給される。パワーコンディショナ２０は、インバータを有して構成される電力変換部２２及び制御部２４を備え、電力変換部２２により直流電力を交流電力に変換し、電力系統へ連系する。また、パワーコンディショナ２０は、電力変換部２２に入力される直流電流を検出する電流センサ及び電力変換部２２の入力電圧（直流電圧）を検出する電圧センサを備え、コンピュータユニットである制御部２４は、電力変換部２２を制御するとともに、電流センサ及び電圧センサからの出力信号にもとづいて電流電圧特性を測定する。
また、太陽光発電システムには、太陽電池モジュールの温度を測定する太陽電池温度計３０、及び太陽光発電システムの設置場所の日射量を測定する日射計４０が設けられる。太陽光発電システムの設置領域全体は、一様な温度環境及び日射量とみなすことができ、太陽電池温度計３０は、すべての太陽電池モジュールではなく、一部の太陽電池モジュール１０に取り付けられ、測定された太陽電池モジュールの温度がすべての太陽電池モジュールのパネル温度を代表する。また、日射計４０は、太陽光発電システムの設置場所内の少なくとも一箇所に設置される。太陽電池温度計３０により測定される温度データ及び日射計４０により測定される日射量データは、パワーコンディショナ２０に送信され、記録される。若しくは、これらのデータが検査装置５０に直接入力される構成であってもよい。なお、太陽光発電システムには、太陽電池温度計３０及び日射計４０が設置されていないものもあり、その場合は、後述するように、太陽電池モジュールの温度及び日射量を演算により推定する手法を用いる。
検査装置５０は、後述する本発明の検査方法を実行するコンピュータ装置である。検査装置５０は、例えば、ノートパソコンやデスクトップパソコンなどの汎用コンピュータ装置を用いることができ、本発明の検査方法を実行するためのコンピュータプログラムや各種データを格納する記憶手段（ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ、磁気ディスクなど）や、コンピュータプログラムを実行する演算処理手段（ＣＰＵなど）を有して構成される。また、検査装置５０は、パワーコンディショナ２０と有線（ケーブル等）又は無線（インターネット又は携帯電話網等の通信ネットワークやＷｉ－Ｆｉなどの近距離無線通信）で接続して、パワーコンディショナ２０を制御し、パワーコンディショナ２２の制御部２４とデータ通信を行い、また、通信ネットワーク上のサーバ装置（図示せず）とアクセス可能に接続する。
太陽光発電システムは、平常時の発電運転において、太陽電池の発電出力を最大限に活かすために、パワーコンディショナ２０においては、最大電力点追随制御（ＭＰＰＴ制御）により運転している。ＭＰＰＴ制御は、山登り法のように電圧値と電流値の動作点が発電出力と電圧値の関係性であるＰ－Ｖ特性において、その最大点に向かうような太陽電池アレイの電圧と電流を制御するものである。本発明においては、この電圧値を連続的に変化させるＭＰＰＴ制御に着目し、パワーコンディショナ２０の運転モードを、ＭＰＰＴ制御による通常運転（発電運転）モードから一時的に検査モードに切り替え、検査モードにおいて、発電出力の電圧値を連続的に変化させ、その時の電流値との関係性である電流電圧特性を測定する。
太陽電池モジュールの部分的な影や破損などの発電出力に影響する不具合要因などの異常兆候が発生した場合には、電流電圧特性に変化が生じる。そのため、電流電圧特性を経時的に測定し、測定された電流電圧特性とあらかじめ用意される異常のない状態（健全時）における電流電圧特性のデータとを比較してその相違を検出することで、太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定することができる。なお、異常兆候は、直ちに修繕が必要な異常状態ではない僅かな不具合であるが、異常兆候を検出することで、例えば修繕が必要な程度のような異常の程度がより大きい異常状態も事前に検出することができる。
本発明では、検査装置５０は、その電流電圧特性の相違の検出のために、測定した電流電圧特性に対応するＦＦ値（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）を算出し、ＦＦ値を用いて太陽光発電システムの異常兆候を検出する。ＦＦ値は、曲線因子とも呼ばれ、電流電圧特性の曲線の特徴を数値化したパラメータであり、ＦＦ値を比較することで、異常兆候の経時的な変化を簡易かつ精度良く検出することができる。
図２は、ＦＦ値を説明するための電流電圧特性の模式図である。ＦＦ値は、電流電圧特性において、最大出力点ＭＰＰでの最大出力電力Ｐmax（＝Ｖmp×Ｉmp）を開放電圧Ｖocと短絡電流Ｉscの積で除した値として求められる。すなわち、ＦＦ値は、
ＦＦ＝Ｐmax／（Ｖoc×Ｉsc）＝（Ｖmp×Ｉmp）／（Ｖoc×Ｉsc）
と表され、太陽電池モジュールの電流電圧特性の良さを示す指標として用いられる。開放電圧Ｖocと短絡電流Ｉscが一定であれば、ＦＦ値が大きいほど、太陽電池モジュールの最大出力電力は向上することになる。ＦＦ値は、電流電圧特性を端的に表す数値であり、電流電圧特性全体のデータを用いることと比較して、ＦＦ値を用いることで、演算負荷を小さくしつつ、高い精度での異常兆候検出が可能となる。また、後述するように、日射量及び太陽電池モジュールの温度の実測値を用いる場合と、それらの推定値を用いる場合において、どちらの場合においてもＦＦ値を求めることができ、このことは、ＦＦ値を用いることで、日射量及び太陽電池モジュールの温度の実測値を用いる場合と、それらの推定値を用いる場合の両方の場合に対応することを可能とする。
太陽光発電システムが異常のない状態で運転しているときに（例えば、設置当初の異常が発生する確率が低い時期や、設計された性能が発揮されている時期など明らかに正常であると判断できる時期に）、さまざまな環境条件（太陽電池モジュールの温度及び日射量を含む）のもとでの電流電圧特性があらかじめ測定され、その測定時の太陽電池モジュールの温度及び日射量のデータとともに、太陽電池モジュールの温度及び日射量のデータに関連付けられた電流電圧特性データが蓄積される。蓄積された電流電圧特性データは、基準電流電圧特性データとして、検査装置５０に保存され、また、検査装置５０がアクセス可能なサーバ装置（図示せず）に保存される。
図３は、基準電流電圧特性データの例を示す。測定ごとに得られる基準電流電圧特性データの単位データは、少なくとも太陽光発電システムの識別情報（ＩＤ）、測定日時、太陽電池モジュールの温度、日射量、電流電圧特性を含むデータであって、基準電流電圧特性データは、太陽電池モジュールの温度及び日射量に関連付けられてあらかじめ測定された健全時の電流電圧特性データの集合である。なお、基準電流電圧特性データの測定において、太陽電池モジュールの温度、日射量の測定が行われなかった場合は、太陽電池モジュールの温度及び日射量の推定値（後述する式（１）及び式（２））を演算で求めるようにしてもよい。
図４は、本発明の実施の形態における太陽光発電システムの検査方法のフローチャートである。本検査方法は、検査装置５０により実行される処理であり、以下の工程を有する。
Ｓ１００：検査装置５０が、パワーコンディショナ２０を検査モードに切り替える制御を行い、パワーコンディショナ２０により電流電圧を測定し、その電流電圧特性のデータを取得する電流電圧特性測定工程。
Ｓ１０２：検査装置５０が、電流電圧特性を測定した期間における日射量及び太陽電池モジュールのパネル温度を取得する取得工程。
Ｓ１０４：検査装置５０が、測定された電流電圧特性と取得された日射量及び太陽電池モジュールの温度に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算工程。
Ｓ１０６：検査装置５０が、求められたＦＦ値に基づいて異常兆候の有無を判定する判定工程。
以下、各工程について説明する。
＜電流電圧特性測定工程（Ｓ１００）＞
検査装置５０は、定期的に、具体的にはあらかじめ設定された定時（例えば、毎日朝・昼・夜の３つの時間帯）に、パワーコンディショナ２０の運転モードを通常の発電運転である運転モードから検査モードに切り替えて、パワーコンディショナ２０に電流電圧特性の測定を指示する。検査モードに切り替えられたパワーコンディショナ２０は、太陽電池の直流端の発電電圧値を０Ｖ～開放電圧付近まで変化させ、そのときの電流電圧特性を測定する。
ここで、運転モードと検査モードについて説明する。
図５は、運転モードと検査モードの切替処理のフローチャートである。検査装置５０からの指令に従って、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）２０を運転モードから検査モードに切り替える。運転モードは、上述の通り、発電運転するモードであり、発電電圧値と電流値の動作点が発電出力と電圧値の関係性であるＰ－Ｖ特性において、その最大電力点に向かうよう山登り法と呼ばれる最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）するものである。太陽電池モジュールからの出力電流を増やした時に出力電力が増えればさらに出力電流を増やし、逆に増やして出力電力が減れば出力電流を減らす方法によって最大電力点に到達する制御によって発電する。
検査モードは、パワーコンディショナ２０に接続される太陽電池アレイの直流端の発電電圧値を０Ｖ～開放電圧付近まで変化させ、その時の電流電圧特性を取得するモードである（Ｓ１００）。出力電流が最大となるように制御し電圧値を連続的に変化させる制御が行われる。実行時間は１分程度であり、計測誤差やノイズへの対応として１往復する制御として計測してもよい。なお「検査モード」は、 「運転モード」に適宜あるいは定時（例えば毎日の朝・昼・夕方）に割り込みでパワーコンディショナ２０を制御するものである。
このように、すなわち、検査装置５０がパワーコンディショナ２０を運転モードから検査モードに切り替える制御を行って電流電圧特性の測定を行い、電流電圧特性のデータを取得する。パワーコンディショナ２０を定期的且つ継続的、そして相対的に高い頻度で（あらかじめ決められた時刻で少なくとも１日１回、好ましくは１日複数回）検査モードによる測定を行うことで、経時的な変化をよりきめ細かく診断し、異常兆候を素早く検出することができる。
なお、後述する取得工程（Ｓ１０２）、演算工程（Ｓ１０４）、判定工程（Ｓ１０６）については、検査装置５０の処理であり、パワーコンディショナ２０が検査モードの状態で行ってもよいし、運転モードの状態で行ってもよい。
太陽光発電システムに異常兆候がある状態における電流電圧特性と太陽光発電システムが健全な状態の電流電圧特性との相違について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、シミュレーションによる太陽光発電システムの発電出力と電流電圧特性との関係を示す図であり、図７は、シミュレーションによる発電電流と発電電圧の時間変化を示す図である。図６及び図７に示す例は、モデル化された太陽光発電システムの発電出力と電流電圧特性をシミュレーションにより求めたデータである。具体的には、太陽光発電システムは、９つの太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを２つ並列に接続した太陽電池アレイにより構成されたものとし、異常のない状態（健全時）と、一部の太陽電池モジュールに故障を模擬した異常兆候のある状態（異常兆候あり時）の２つの場合についてモデル化したシミュレーション結果である。発電出力については、宮城県仙台市において快晴日に実際に測定した１日分の太陽電池モジュールの温度及び日射量のデータを用いた。このため図７に示す発電電流は実際に測定した日射量のデータを用いたことにより10時45分付近に日射量が瞬間的に減少と増加したため、同様に5.2A程度から3.7A程度に瞬間的に減少と増加をしたものとなっている。また、この際の発電電圧は図６に示すように電流電圧特性上、ほぼ変化しない。なお、シミュレーションに用いた太陽光発電システムの各種諸元データを以下の表１に示す。
Figure 2024024953000002
図６及び図７に示すように、発電出力については、異常兆候あり時の発電出力は、健全時の発電出力よりも低下し、異常兆候あり時と健全時の発電電流値はほぼ同一であるものの、異常兆候あり時の発電電圧は健全時と比較して低下する。そして、電流電圧特性（ＳＴＣ（基準状態））についても、異常兆候あり時の電流電圧特性は、特性曲線に段差部分が生じ、発電電圧の動作点が低電圧側に偏って分布する。
図８は、上記シミュレーション例における検査モードが実行されるタイミングでの電流電圧特性を示し、具体的には、図７における朝７時（図８（ａ））、１１時半（図８（ｂ））、１６時（図８（ｃ））の各時刻（タイミング）での電流電圧特性を示す。それぞれにおいて、異常兆候あり時の電流電圧特性は、健全時の電流電圧特性と比較して、発電電圧の動作点が低電圧側にずれて、発電出力が低下する。電流電圧特性は、太陽電池モジュールの温度及び日射量によって異なるものとなるため、健全時の電流電圧特性と異常兆候あり時の電流電圧特性の相違を見る場合は、太陽電池モジュールの温度及び日射量の条件を一致させることで電流電圧特性を比較することができる。
＜取得工程（Ｓ１０２）＞
図８における各タイミングの健全時の電流電圧特性と異常兆候あり時の電流電圧特性のシミュレーション結果では、太陽電池モジュールの温度及び日射量を同一条件とすることが必要となる。そのため、検査モードによる電流電圧特性を測定するタイミングの太陽電池モジュールの温度及び日射量のデータを取得する。取得される太陽電池モジュールの温度及び日射量のデータは、その実測値又は推定値である。
検査装置５０は、Ｓ１００における電流電圧特性の測定タイミングにおいて、太陽電池温度計３０が測定する太陽電池モジュールの温度データ、及び日射計４０が測定する日射量データの実測値を取得する。または、太陽光発電システムに太陽電池温度計３０及び日射計４０及びが設置されていない場合は、検査装置５０は、太陽電池モジュールの温度及び日射量それぞれの推定値を演算により求める。
太陽電池モジュールの温度及び日射量の各推定値は、太陽光発電システムのパワーコンディショナ２０の最大電力点追随制御（ＭＰＰＴ）による発電出力の値から求めることができる。具体的には、太陽光発電システムのパワーコンディショナ２０の最大電力点追随制御（ＭＰＰＴ）により、電流値と電圧値は電力値が最大となる最大出力点ＭＰＰ（Ｉmp、Ｖmp）にあるように制御される。太陽電池モジュールのシングル・ダイオード等価回路モデルから最大出力点MPPにおいては、発電出力の電圧値に関する微分係数が０（ゼロ）になる条件となることから、太陽電池モジュールの温度の推定値Ｔestは、以下の式（１）で表すことができ、この方程式をNewton-Raphson法により解くと、推定値Ｔestが求められる。
Figure 2024024953000003
ここで、基準状態（ＳＴＣ）の短絡電流Ｉsc,n、ＳＴＣの開放電圧Ｖoc,n、直列抵抗Ｒs、シャント抵抗Ｒp、電気素量ｑ [C]、ボルツマン定数ｋ、ダイオード理想係数a、セル直列数Ｎs、電流の温度係数ＫI、電圧の温度係数ＫV、基準温度Ｔn(=298.15K)、基準日射量Ｇn(=1000 W/m2) であり、これらの仕様値は既知である。
また、最大出力点ＭＰＰにおける太陽電池モジュールの回路方程式より、日射量の推定値Ｇestは、以下の式（２）により求めることができる。
Figure 2024024953000004
ここで、基準状態（ＳＴＣ）の短絡電流Ｉsc,n、STCの開放電圧Ｖoc,n、直列抵抗Ｒs、シャント抵抗Ｒp、電気素量ｑ [C]、ボルツマン定数ｋ、ダイオード理想係数a、セル直列数Ｎs、電流の温度係数ＫI、電圧の温度係数ＫV、基準温度Ｔn(=298.15K)、基準日射量Ｇn(=1000 W/m2) であり、これらの仕様値は既知である。
＜演算工程（Ｓ１０４）＞
検査装置５０は、上記測定工程により測定した電流電圧特性と上記取得工程により取得した太陽電池モジュールの温度及び日射量のデータに基づいて、測定した電流電圧特性に対応するＦＦ値を演算する。
太陽電池モジュールの温度の実測値Ｔmea及び日射量の実測値Ｔmeaを用いる場合は、ＦＦ値の実測値ＦＦmeaは、以下の式（３）により求めることができる。
Figure 2024024953000005
ここで、最大出力点ＭＰＰにおける電流値Ｉmp及び電圧値Ｖmp、短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖoc、日射量の実測値Ｇmea、太陽電池モジュールの温度の実測値Ｔmeaであり、短絡電流Ｉscと開放電圧Ｖocは、日射量の実測値Ｔmea、太陽電池モジュールの温度の実測値Ｔmeaに応じた所定の補正係数により補正された数値が用いられる。
太陽電池モジュールの温度の推定値Ｔest及び日射量の推定値Ｇestを用いる場合は、ＦＦ値の推定値ＦＦestは、以下の式（４）により求めることができる。
Figure 2024024953000006
ここで、最大出力点ＭＰＰにおける電流値Ｉmp及び電圧値Ｖmp、短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖoc、日射量の実測値Ｇmea、太陽電池モジュールの温度の実測値Ｔmeaであり、短絡電流Ｉscと開放電圧Ｖocは、日射量の推定値Ｇest、太陽電池モジュールの温度の推定値Ｔestに応じた所定の補正係数により補正された数値が用いられる。
電流電圧特性とともに太陽電池モジュールの温度と日射量のデータを取得することにより、環境条件を一致させた健全時の電流電圧特性と比較可能となり、さらに、そのＦＦ値を求めることで、経時的な差異を容易に検出することができる。
＜判定工程（Ｓ１０６）＞
検査装置５０は、上記演算工程により求められたＦＦ値に基づいて、太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する。
検査装置５０は、上記図３に例示した基準電流電圧特性データ（太陽電池モジュールの温度及び日射量に関連付けられてあらかじめ測定された健全時の電流電圧特性データの集合）から、上記取得工程において取得した太陽電池モジュールの温度及び日射量に対応する健全時の電流電圧特性データを抽出し、そのＦＦ値を求める。基準電流電圧特性データのＦＦ値（健全時ＦＦ値）は、上記式（３）又は式（４）より求めることができる。なお、蓄積されている基準電流電圧特性データとして、ＦＦ値をあらかじめ演算により求めて格納しておいてもよい。その場合は、健全時ＦＦ値は、基準電流電圧特性データから読み出される。
そして、検査装置５０は、その健全時ＦＦ値と上記演算工程により求めたＦＦ値との差異に基づいて、太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する。例えば、差異が所定値より大きいかどうかを判断し、差異が所定値より大きい場合に異常兆候ありと判定する。若しくは、所定期間のＦＦ値を積算した積算ＦＦ値を比較し、積算ＦＦ値の差分が所定のしきい値を超えた場合に異常兆候ありと判定してもよい。ＦＦ値を積算することで、ある時刻でのＦＦ値同士の比較では差異検出困難な程度の小さな不具合について、各タイミングでのわずかなＦＦ値の差異を所定期間にわたって測定ごとに積み重ねることで顕在化させ、異常兆候を検出することができる。
図９は、上記シミュレーション例において求められたＦＦ値を示すグラフ（図９（ａ））及び対応する数値データ（図９（ｂ））であり、図１０は、図９に示すＦＦ値の演算のために測定又は演算されたデータの数値表である。図９の例では、図６、図７及び図８のシミュレーション例における異常のない状態（健全時）と異常兆候のある状態（異常兆候あり時）それぞれについて、毎日定時（ここでは、１１時３０分）に検査モードにより測定した電流電圧特性（Ｉ－Ｖ特性）から求めた１ヶ月分（３０日）のＦＦ値が示される。図９の横軸は日射量であり、日射量が比較的小さい領域では、健全時のＦＦ値と異常兆候あり時のＦＦ値の差は小さいが、日射量が比較的大きい領域（例えば400W/m2以上）では、有意な差が生じており、この差異により太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定することができる。
本実施の形態における検査モードでは、パワーコンディショナを制御して、太陽光発電システムが発電運転を行っている通常運転モードを一時的に検査モードに切り替えることで、継続的に定期的なタイミングで電流電圧特性を測定し、大きな故障に至る前の異常兆候の有無を経時的に監視することができる。検査モードによる電流電圧特性の測定後は、通常運転モードに戻り、検査やメンテナンスのために、長時間にわたって大掛かりに発電運転を停止することなく、簡易に検査を実施することができ、平時の運転状態を維持したまま異常兆候を検出することができる。
本発明は、上述の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。
１０：太陽電池モジュール、１２：太陽電池ストリング、１４：太陽電池アレイ、１６：接続箱、２０：パワーコンディショナ、２２：電力変換部、２４：制御部、３０：太陽電池温度計、４０：日射計、５０：検査装置

Claims (7)

  1. 直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するための太陽光発電システムの検査装置において、
    前記パワーコンディショナを制御して前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定手段と、
    前記電流電圧特性を測定した期間における前記太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得手段と、
    前記測定手段により測定された前記電流電圧特性と前記取得手段により取得された前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算手段と、
    前記演算手段により求められたＦＦ値に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする検査装置。
  2. 前記測定手段は、前記パワーコンディショナを発電運転モードから検査モードの運転に切り替え、前記パワーコンディショナを前記検査モードで運転させている間に、前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
  3. 前記取得手段は、測定により実測値として求められる前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
  4. 前記取得手段は、演算により推定値として求められる前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
  5. 前記判定手段は、異常のない状態であらかじめ測定された前記電流電圧特性及びそれに対応するＦＦ値のデータと、前記演算手段により求められたＦＦ値との差分に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する請求項１又は２に記載の検査装置。
  6. 直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するための太陽光発電システムの検査方法において、
    前記パワーコンディショナを制御して前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定工程と、
    前記電流電圧特性を測定した期間における前記太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得工程と、
    前記測定工程により測定された前記電流電圧特性と前記取得工程により取得された前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算工程と、
    前記演算工程により求められたＦＦ値に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定工程とを備えることを特徴とする検査方法。
  7. 直列及び／又は並列に接続された複数の太陽電池モジュールと当該太陽電池モジュールにより発電された直流電力と交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを検査するコンピュータ装置に実行させるためのコンピュータプログラムにおいて、
    前記パワーコンディショナを制御して前記複数の太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定する測定工程と、
    前記電流電圧特性を測定した期間における前記太陽電池モジュールの温度及び日射量を取得する取得工程と、
    前記測定工程により測定された前記電流電圧特性と前記取得工程により取得された前記太陽電池モジュールの温度及び前記日射量に基づいて、ＦＦ値を演算により求める演算工程と、
    前記演算工程により求められたＦＦ値に基づいて、前記太陽光発電システムの異常兆候の有無を判定する判定工程とを前記コンピュータ装置に実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
JP2022127960A 2022-08-10 2022-08-10 太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム Pending JP2024024953A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022127960A JP2024024953A (ja) 2022-08-10 2022-08-10 太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022127960A JP2024024953A (ja) 2022-08-10 2022-08-10 太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024024953A true JP2024024953A (ja) 2024-02-26

Family

ID=90010830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022127960A Pending JP2024024953A (ja) 2022-08-10 2022-08-10 太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024024953A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Silvestre et al. Automatic fault detection in grid connected PV systems
Triki-Lahiani et al. Fault detection and monitoring systems for photovoltaic installations: A review
Dhimish et al. Comparing Mamdani Sugeno fuzzy logic and RBF ANN network for PV fault detection
JP5856294B2 (ja) 太陽光発電監視方法及びその方法に用いられる太陽光発電監視システム
Gokmen et al. Simple diagnostic approach for determining of faulted PV modules in string based PV arrays
US8471408B2 (en) Photovoltaic array systems, methods, and devices with bidirectional converter
Catelani et al. Electrical performances optimization of Photovoltaic Modules with FMECA approach
Madeti et al. Online modular level fault detection algorithm for grid-tied and off-grid PV systems
JP6093465B1 (ja) 太陽光発電システムの発電診断方法、及び発電診断装置
Ventura et al. Development of models for on-line diagnostic and energy assessment analysis of PV power plants: The study case of 1 MW Sicilian PV plant
WO2011031889A1 (en) System for and method of monitoring and diagnosing the performance of photovoltaic or other renewable power plants
JP7289995B2 (ja) 太陽光発電ストリングの動作状態を認識する方法および装置ならびに記憶媒体
KR102230548B1 (ko) Frbfnn 모델을 이용한 태양광 발전설비의 발전예측 및 효율진단 시스템
Livera et al. Failure diagnosis of short-and open-circuit fault conditions in PV systems
Zahraoui et al. System‐level condition monitoring approach for fault detection in photovoltaic systems
Oh et al. Initial detection of potential-induced degradation using dark I–V characteristics of crystalline silicon photovoltaic modules in the outdoors
Taghezouit et al. Model-based fault detection in photovoltaic systems: A comprehensive review and avenues for enhancement
JP2015099858A (ja) 異常判定装置
KR101544713B1 (ko) 태양광 발전기 출력 저하 판단 방법 및 장치
JP2024024953A (ja) 太陽光発電システムの検査装置、検査方法及びコンピュータプログラム
Dhoke et al. Condition monitoring of a large-scale PV power plant in Australia
Spataru et al. Development and implementation of a PV performance monitoring system based on inverter measurements
JP6354946B2 (ja) 太陽光発電システムの異常診断方法
Cooper et al. Identifying the electrical signature of snow in photovoltaic inverter data
King et al. Array performance characterization and modeling for real-time performance analysis of photovoltaic systems