JP5413933B1 - 太陽光発電設備故障判定方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】設置条件と発電特性を共通にする太陽光発電パネルごとに実測全天日射量と日時と設置条件からパネル傾斜面日射量を算出し、発電特性と実測気温から各太陽光発電パネルが発電する部分発電量を算出し、すべての太陽光発電パネルについて積算して全体発電量を算出する。
【選択図】 図1
Description
ここで、前記傾斜面日射量の算出は、直達、大気からの拡散、および地面からの反射の各要素に分けて求めこれを合算して算出してもよい。
ここで、前記傾斜面日射量算出部は、直達、大気からの拡散、および地面からの反射の各要素に分けて求めこれを合算して傾斜面日射量を算出してもよい。
また、その判定結果をオンデマンドで閲覧することができる。
(故障判定装置)
図2は、本発明の一実施形態として太陽光発電設備の故障判定装置30の構成を示す機能ブロック図である。図2に示されるように、この故障判定装置30は、サイトデータ格納部71、パネルデータ格納部72、傾斜面日射量算出部73、部分発電量算出部74、全体発電量算出部75、判定部76、表示部77、および通信部78を備えている。
図2の故障判定装置30の機能は、図1に示すように、太陽光発電設備故障判定システム1のインターネットに接続されたパソコン70のプログラムモジュールとして実現できる。また、インターネットに接続されたコンピュータサーバ(以下、単に「サーバ」という。)のプログラムモジュールとしても実現できる。なお、太陽光発電設備故障判定システム1については、後に詳述する。
図2において、サイトデータ格納部71には、表1に示すように、現地サイトの太陽光発電設備20の実際の出力電圧、出力電流などの諸データが格納される。また、現地サイトの太陽光発電パネル21周辺に設けられた気温計12の気温データおよび全天日射量11を測定する日射計の出力データが格納される。
パネルデータ格納部72は、表2に示すように、各太陽光発電パネル21のI-V特性などの出力特性や設置傾斜角および方位角などの設置状況の情報が格納される。特性の異なる太陽光発電パネル21があればそれぞれに対して対応する出力特性とそのパネル枚数を格納してもよい。また、周囲気温により太陽光発電パネル21の出力特性は変化するので、パネル温度補正計数などのデータも格納される。
傾斜面日射量算出部73は、サイトデータ格納部71と太陽光発電パネルデータ格納部72のデータを基に、太陽光発電設備20の太陽光発電パネル21のパネル傾斜面に対する日射量(以下、単に「傾斜面日射量」という。)を算出する。傾斜面日射量の算出方法は、従来の一般的な手法を基礎としているが、ここでは、設置条件を共通にするパネルごとに評価する点が特徴である。以下、詳述する。
傾斜面日射量hを算出する前提として、太陽高度αと太陽方位角ψの計算を行う。
サイトデータ格納部71から、発電量を実測した時の計測日時(日本標準時)JSTを読出し、パネルデータ格納部72から、太陽光発電パネル21の設置個所の緯度φと経度λ、設置条件を共通にする太陽光発電パネルごとに太陽光パネルの傾斜角βiと方位角γiとパネル枚数niを読み出す(iは、共通するパネル群の数)。
-0.006758 cos(2θ0)+0.000907sin(2θ0)
-0.002697 cos(3θ0)+0.001480sin(3θ0)
+0.000719cos(2θ0)+0.000077sin(2θ0)}-0.5
-0.014615cos(2θ0)-0.040849sin(2θ0)
(式7)ψ = arctan[cos(φ)cos(δ)sin(ω)/{sin(φ)sin(α)-sin(δ)}]
以上で、実測した日時での太陽高度αと太陽方位角ψが求められる。
次に、傾斜面日射量hを求める。傾斜面日射量hは、太陽光の太陽電池パネルに対する日射量を、直達(hb)、大気の拡散(hd)、地面からの反射(hr)の3つの要素に分けて要素ごとに求め、これを合算する。
なお、以下の式では、i番目の群についての計算をするのであるが、以下の変数については、式8から式18までにおいては、添え字のiを表示の便宜上省略する。対象となる変数は、h、hb、hd、hr、β、γ、θである。
+{ cos(δ)cos(φ) cos(β)cos(ω)}
+{ cos(δ) sin(φ)sin(β)cos(γ)cos(ω)}
+{ cos(δ)sin(β)sin(γ)sin(ω)}]
Hd/H = 1.0-0.09 (H/H0)
(式13) 0.22≦H/H0≦0.80のとき、
Hd/H = 0.9511-0.1604 (H/H0)+4.3880 (H/H0)2
-0.16638( H/H0)3+12.366 (H/H0)4
(式14) H/H0>0.80のとき、
Hd/H = 0.165
他方、水平面直達日射量Hbは、(式11)により水平面全天日射量Hから水平面散乱日射量Hdを差し引くことにより求められる。
また、パネルの設置条件のバリエーション(群の数)が限られる場合も同様に、日射計をバリエーションごとに設け、それぞれの傾斜面日射量とすることができる。
次に、部分発電量算出部74は、各パネルについての発電量(部分発電量)を算出する。算出されたパネル傾斜面日射量hとパネル定格発電量P0から、全天日射発電量Pを求める。
次に、全体発電量算出部75は、算出された各パネルについての部分発電量Pを各パネルの接続状況を勘案して積算し、パワーコンディショナ22の入力側での発電量として評価できるようにする。これにより、I-V特性など出力特性が異なるものについてはその条件が分けられるだけでなく、異なる向きに取り付けられるなどパネルの設置条件が異なる場合(たとえば、パネルの傾斜角や方位角が異なるような場合)においてもパネルごとにその条件を勘案して、発電量の算出をすることができる。このため、発電量の算出をするに当たり、算出精度が向上する。
次に判定部76は、全体発電量算出部75とサイトデータで得られたパワーコンディショナ22入力側の実測発電量とを比較して、故障の有無を判定する。たとえば、閾値を設定して両者の差が20%以上異なっていれば、故障と判断してもよい。太陽光発電パネル21の設置状況などにより、判断基準は、より詳細に分類することもできる。
たとえば、閾値を設定して両者の差が20%以上異なっていれば、故障と判断してもよい。このようにすることにより、パワーコンディショナ22の故障の有無を判定することもできるのは、前述のとおりである。
次に表示部77は、判定部76の判定結果をたとえば、LCDなどのディスプレイに表示する。この場合、判定結果だけではなく、現在の実測発電電力とともに表示してもよい。また、ピーク発電量や、積算発電量さらに実測して得られた日射量や気温などを併せて表示したり、積算発電量に対応する二酸化炭素削減量や石油削減効果などを表示してもよい。この表示例を図7に示す。
次に通信部78は、インターネットなどの公衆通信網を介して離れた場所とデータのやり取りを所定のプロトコルにしたがってすることができる。他の公衆通信網、イントラネットなどと接続してもよい。判定部78で判定した判定結果をサーバ60に送れば、後述のようにクライアント端末40から判定結果を知ることができる。
図3に示すように、故障判定装置70であるノートPC(パーソナルコンピュータ)にサーバ60からサイトデータを獲得できるよう、インターネットに接続されている状態にする。
なお、この閾値は、サイトにより、最適な値にすることができるように調整してもよい。たとえば、発電量の大小により、発電量の最大値に近い場合は、10%とし、最大値の半分くらいであれば30%にすることもできる。
次に、図1に故障判定装置70を用いた太陽光発電設備故障判定システム1を示す。
太陽光発電設備20は現地の発電サイト10に設置されており、太陽光発電パネル21により発電を行い、パワーコンディショナ22により交流に変換されると共に位相の調整が行われる。パワーコンディショナ22の出力は連系システム13に接続され、発電された電力は商用電源と連系して自家消費および/または売電を行う。実測されるパワーコンディショナ22の入力側および出力側の実測発電量(電圧値、電流値)は、監視データ記録送出装置30に送出される。
太陽光発電パネル21は、太陽電池パネルのことと同義であって、複数あってもよく、たとえば直列接続および/または並列接続されて所定の定格電圧・電流で発電するようにしてもよい。
発電サイト10には、日射量と気温のセンサが太陽発電パネル21近傍に設置されている。太陽光発電パネル21に対する日射量を測るための日射計11と、太陽光発電パネル21の置かれた周囲温度を評価するための気温計12がパワーコンディショナ22に接続されている。
気温計12は、太陽光発電パネル21の裏側に設置してもよい。また、気温計12に代えて、パネル表面の表面温度を測定するようにしてもよい。
日射系11は、水平面全天日射量を測定する。太陽光発電パネル21の設置条件に応じて複数設置してもよい。
なお、この日射計11および気温計12は、パワーコンディショナ22を経由せず、直接監視データ記録装置30に取りこむようにしてもよい。
監視データ記録送出装置30は、これらのデータを通信網経由でサーバ60に送出する。データの取得は1分ごとに行われ、1分ごとにサーバに送出される。この取得および送出のインターバルは、必要に応じ、もっと短い間隔にすることもでき、また、長い間隔にすることもできる。
パワーコンディショナ22は、太陽光発電パネル21で発電された直流電力を、交流電力に変換する。パワーコンディショナ22は、複数あってもよい。たとえば、太陽光発電パネル21の出力特性および設置条件別に設置してもよい。
連系システム13は、パワーコンディショナ12の出力を商用電源と接続し、太陽光発電設備20の電圧・周波数・力率などの安定化を図るものである。
サーバ60は、インターネットに接続されるとともに、以下の機能を有する。
サーバ60は、発電サイト10からアップロードされるサイトデータおよび故障判定装置70からアップロードされる判定結果を受け取り、故障判定装置70にサイトデータをダウンロードする。また、クライアント端末40からの閲覧要求に応じて判定結果をダウンロードする。
発電サイト10から監視データ送出装置30にアップロードされるサイトデータ情報を保存および更新し、故障判定装置70からアップロードされる判定結果について、該当するサイトデータと対応がつくようにして保存および更新する。併せて、太陽光発電パネル情報などの発電特性データを保存する。
図4に、監視データ記録送出装置30から送出されたサーバ60のサイトデータの処理について示す。
図5に、故障判定装置70からアップロードされたサーバ60の判定結果保存処理を示す。
図6に、クライアント端末40からの閲覧リクエストを契機としたユーザの閲覧処理について示す。
また、ログインしたクライアント端末40の種類を判別し、判別した種類(PC用、スマートフォン用、携帯電話用)に対応する判定結果ファイルを送信する。なお、判定結果と併せて、当日の発電量や、当月の発電量など、当該サイトに関する各種情報を一緒に閲覧できるようにしてもよい。
クライアント端末40は、サーバ60にリクエストして、サーバ60の提供するウェブサイトから、判定結果の閲覧を行う。クライアント端末40には、ウェブブラウザがインストールされている必要がある。また、クライアント端末40は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、携帯電話のいずれでも差し支えない。クライアント端末で閲覧した際の表示例を図7に示す。
また、その判定結果をオンデマンドで閲覧することができる。
図8に、第2の実施態様である太陽光発電設備故障判定システム2を示す。この太陽光発電設備故障判定システム2は、サーバ60が省略されて故障判定装置270がサーバ60の代わりに機能するものである。この点が、第1の実施態様である太陽光発電設備故障判定システム1の相違点である。このため、第1の実施態様と共通の点は記載を省略し、相違点のみを記載する。
また、故障判定装置270は、太陽光発電設備故障判定システム1のサーバ60が行っていたサイトデータのデータロギング機能をも受け持っている。すなわち、図4で示すサイトデータ処理および図5で示す判定結果保存処理についても、パソコンである故障判定装置270が受け持つ。
図9に、第3の実施態様である太陽光発電設備故障判定システム3を示す。このシステム3は、故障判定装置270が発電サイト10内にあり、インターネットなどを介さず直接太陽光発電設備20からデータを受け取る。この点が、第1の実施態様である太陽光発電設備故障判定システム1の相違点である。このため、第1の実施態様と共通の点は記載を省略し、相違点のみを記載する。
2:太陽光発電設備故障判定システム(実施態様2)
3:太陽光発電設備故障判定システム(実施態様3)
10:発電サイト
11:日射計
12:気温計
13:連系システム
20:太陽光発電設備
21:太陽光発電パネル
22:パワーコンディショナ
30:監視データ記録送出装置
40:クライアント端末
50:インターネット(公衆通信網)
60:サーバ
70:故障判定装置(第1の実施態様)
170:故障判定装置(第2の実施態様)
270:故障判定装置(第3の実施態様)
Claims (8)
- 電気的に接続された複数の太陽光発電パネルと前記太陽光発電パネルで発電された電力を所望の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設備の故障の有無を判定する太陽光発電設備故障判定方法であって、
前記太陽光発電パネルの近傍の一時点における実測全天日射量と実測気温とその一時点の前記パワーコンディショナの入力側の実測発電量とその一時点の日時とを獲得するステップと、
各太陽光発電パネルの設置条件と発電特性を獲得するステップと、
前記設置条件と前記発電特性を共通にする太陽光発電パネルごとに前記実測全天日射量と前記日時と前記設置条件から前記一時点の太陽光発電パネルの傾斜面日射量を算出するステップと、
前記設置条件と前記発電特性を共通にする太陽光発電パネルごとに前記傾斜面日射量と前記発電特性と前記実測気温から各太陽光発電パネルが発電する前記一時点の部分発電量を算出するステップと、
前記部分発電量をすべての太陽光発電パネルについて積算して前記一時点の全体発電量を算出するステップと、
前記一時点の全体発電量と前記一時点の実測発電量とを比較するステップと、
前記比較結果から前記太陽光発電設備の故障の有無を判定するステップと、
を備え、
前記太陽光発電パネルの設置条件は、少なくとも前記太陽光発電パネルの傾斜角と方位角とを含む太陽光発電設備故障判定方法。 - 前記傾斜面日射量の算出は、直達、大気からの拡散、および地面からの反射の各要素に分けて求めこれを合算して算出する請求項1記載の太陽光発電設備故障判定方法。
- 各太陽光発電パネルの設置条件と発電特性を獲得する前記ステップにおいて、さらに、パワーコンディショナの入出力特性を獲得するとともに、
前記全体発電量に対し前記パワーコンディショナの入出力特性からパワーコンディショナの出力側の全体発電量を計算するステップを有し、
前記比較するステップにおいて、さらに、前記パワーコンディショナの入力側の全体発電量と出力側の全体発電量を比較する請求項1または2記載の太陽光発電設備故障判定方法。 - 電気的に接続された複数の太陽光発電パネルと前記太陽光発電パネルで発電された電力を所望の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設備の故障の有無を判定する太陽光発電設備故障判定装置であって、
前記太陽光発電パネルの近傍の一時点における実測全天日射量と実測気温とその一時点の前記パワーコンディショナの入力側の実測発電量とその一時点の日時とを格納するサイトデータ格納部と、
各太陽光発電パネルの設置条件と発電特性を格納するパネルデータ格納部と、
前記設置条件と前記発電特性を共通にする太陽光発電パネルごとに前記実測全天日射量と前記日時と前記設置条件から前記一時点の前記太陽光発電パネルの傾斜面日射量を算出する傾斜面日射量算出部と、
前記設置条件と前記発電特性を共通にする太陽光発電パネルごとに前記傾斜面日射量と前記発電特性と前記実測気温から各太陽光発電パネルが発電する前記一時点の部分発電量を算出する部分発電量算出部と、
前記部分発電量をすべての太陽光発電パネルについて積算して前記一時点の全体発電量を算出する全体発電量算出部と、
前記一時点の全体発電量と前記一時点の実測発電量とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果から前記太陽光発電設備の故障の有無を判定する判定部と、
前記判定結果を表示する表示部とを備え、
前記太陽光発電パネルの設置条件は、少なくとも前記太陽光発電パネルの傾斜角と方位角とを含む太陽光発電設備故障判定装置。 - 前記傾斜面日射量算出部は、直達、大気からの拡散、および地面からの反射の各要素に分けて求めこれを合算して算出する請求項4記載の太陽光発電設備故障判定装置。
- 前記パネルデータ格納部は、さらにパワーコンディショナの入出力特性を格納し、前記全体発電量算出部は、さらに前記全体発電量に対し前記パワーコンディショナの入出力特性からパワーコンディショナの出力側の全体発電量を計算するとともに、前記比較部は、さらに前記全体発電量と前記パワーコンディショナ出力側の全体発電量を比較する請求項4または5記載の太陽光発電設備故障判定装置。
- 前記判定結果を、インターネットを介して所定のサーバにアップロードする通信部をさらに備えた請求項4〜6のいずれか一項記載の太陽光発電設備故障判定装置。
- 請求項4〜7記載の太陽光発電設備故障判定装置と、前記太陽光発電設備故障判定装置からアップロードされた判定結果を格納し管理するサーバと、前記サーバにインターネットを介して閲覧のリクエストを行い前記判定結果を閲覧するクライアント端末を備える太陽光発電設備故障判定システム。
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