JP5713513B2 - 太陽光発電システム - Google Patents

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Description

本発明は、大規模な太陽光発電システムや集中連系太陽光発電システムを現地に設置した状態で、例えば遠方監視制御装置により、太陽電池アレイ(PVアレイ)の出力カーブ特性と、発電条件を同期して得ることが可能な太陽光発電システムに関する。
特許文献1(特開2006−201827)には、太陽光発電システムをフィールドに設置した状態で、太陽光発電システムの出力異常を判断するために、パワーコンディショナに、カーブトレーサを内蔵したものが開示されている。
このカーブトレーサは、太陽電池の直流電圧(V)に対応した直流電流(I)を測定し、これから直流電流(I)―直流電圧(V)カーブをトレースし、このトレース結果を表示器に表示させ、この表示器を目視することで太陽光発電システムが正常か異常かを判断することが可能なものである。
特開2006−201827号公報
特許文献1に記載の発明では、太陽光発電システムの出力を評価するための発電条件である日射強度や気温がトレースされておらず、太陽電池の基準条件(1KW/m2、25℃)からの特性推定値との比較評価が困難であった。
また、複数の太陽光発電システムからなる大規模システムでは、カーブトレーサがパワーコンディショナ毎に内蔵されているため、多数台のカーブトレーサを同期して管理制御することできず、同一発電条件下における複数の太陽光発電システムの出力比較による評価が困難であった。
本発明は、複数個の太陽電池モジュールを含む太陽電池アレイと、電力変換装置と、前記太陽電池アレイの出力を検出する出力検出手段と、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測手段と、前記電力変換装置の出力が最大となるようにする第1の制御から前記太陽電池アレイの出力特性のトレースをするための第2の制御に切り替える制御切替手段と、前記制御切替手段により前記第1の制御から前記第2の制御に切り替えた場合、前記出力検出手段により検出された前記太陽電池アレイの出力及び前記計測手段により計測された前記太陽電池アレイの発電条件に基づいて、前記太陽電池アレイの出力特性のトレースと前記太陽電池アレイの発電条件のトレースを同期して表示制御する表示制御手段とを具備した太陽光発電システムである。
図1は、本発明の太陽光発電システムの第1実施形態を説明するための概略構成図である。 図2は、本発明の太陽光発電システムの第2実施形態を説明するための概略構成図である。 図3は、本発明の太陽光発電システムの第3実施形態を説明するための概略構成図である。 図4は、本発明の太陽光発電システムの第4実施形態を説明するための概略構成図である。 図5は、本発明の太陽光発電システムの第5実施形態を説明するための概略構成図である。 図6は、本発明の太陽光発電システムの第6実施形態を説明するための概略構成図である。 図7は、本発明の太陽光発電システムの第7実施形態を説明するための概略構成図である。 図8は、本発明の太陽光発電システムの第8実施形態を説明するための概略構成図である。 図9は、本発明の太陽光発電システムの第9実施形態を説明するための概略構成図である。 図10は、本発明の太陽光発電システムの第10実施形態を説明するための概略構成図である。 図11は、本発明の太陽光発電システムの第11実施形態を説明するための概略構成図である。 図12は、本発明の太陽光発電システムの第12実施形態を説明するための概略構成図である。 図13は、本発明の太陽光発電システムの第13実施形態を説明するための概略構成図である。 図14は、本発明の太陽光発電システムの第1実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図15は、本発明の太陽光発電システムの第1実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 図16は、本発明の太陽光発電システムにおける第1実施形態の各部の動作を説明するための動作説明図である。 図17は、本発明の太陽光発電システムにおける第1実施形態の各部の動作を説明するための動作説明図である。 図18は、本発明の太陽光発電システムにおける第1実施形態の各部の動作を説明するための動作説明図である。 図19Aは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図19Bは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図19Cは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図20Aは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図20Bは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図21は、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図22Aは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図22Bは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図22Cは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図23Aは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図23Bは、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。 図24は、本発明の太陽光発電システムにおけるカーブトレース装置の出力を表示する表示装置の表示方法を説明するための図である。
図1は本発明の第1の実施形態を説明するための概略構成図であり、これは複数群の太陽光発電システム101…10Nと、1台の遠方監視制御装置1を備え、各太陽光発電電池システム101…10Nによりそれぞれ発電された直流電力を、パワーコンディショナ21…2Nによりそれぞれ交流電力に変換して商用電源(交流電力系統)5に供給するようになっている。遠方監視制御装置1は前記太陽光発電システム101…10Nの状態を監視制御するものである。
太陽光発電システム101は、1群の太陽電池アレイ41と、太陽電池アレイ41で発電された直流電力を、交流電力に変換して前記交流電力系統5に供給するパワーコンディショナ21と、太陽電池アレイ41とパワーコンディショナ21との間に配設される集電箱81及び電路71と、太陽電池アレイ41の発電条件を計測する計測装置31とを備えている。
太陽光発電システム10Nは、太陽光発電システム101と同様に1群の太陽電池アレイ4Nと、太陽電池アレイ4Nで発電された直流電力を、交流電力に変換して前記交流電力系統5に供給するパワーコンディショナ2Nと、太陽電池アレイ4Nとパワーコンディショナ2Nとの間に配設される集電箱8N及び電路7Nと、太陽電池アレイ4Nの発電条件を計測する計測装置3Nとを備えている。
ここで、太陽電池アレイとは、太陽電池の最小単位である太陽電池セルを複数個組合わせて太陽電池モジュール(太陽電池パネル)を構成し、これら太陽電池モジュールを複数個直列又は並列或いは直並列接続したものを指し、この太陽電池アレイを1個を1群又は単機と呼び、また太陽電池アレイを複数個を複数群又は複数台と呼ぶ。
遠方監視制御装置1及び前記各群のパワーコンディショナ21…2N及び計測装置31…3Nにそれぞれ通信装置12、212…2N2、313…3N3を設置し、遠方監視制御装置1の通信装置12と計測装置31…3Nの通信装置313…3N3との間及び遠方監視制御装置1の通信装置12と各パワーコンディショナ21…2Nの通信装置212…2N2との間を通信可能にする信号伝送路911…9N1、912…9N2、913…9N3を備えた通信システムを有している。
パワーコンディショナ21には、電力変換装置211と、制御切替装置213と、前記通信装置212と、電力変換装置211の入力であって太陽電池アレイ41の出力である直流電圧を検出し、この直流電圧検出値Vdcを前記制御切替装置213及び前記通信装置212に供給する直流電圧検出器214と、電力変換装置211の入力であって太陽電池アレイ41の出力である直流電流を検出し、この直流電流検出値Idcを前記制御切替装置213及び前記通信装置212に供給する直流電流検出器215とを備えている。
制御切替装置213は、遠方監視制御装置1からの直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefと制御切替指令SCANを、前記通信システムを介してパワーコンディショナ21が受信し、パワーコンディショナ21に有する電力変換装置211の出力が最大となるように制御するMPPT(Max Power Point Tracking)制御から前記直流電圧指令Vr
ef又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替えるものである。
また、パワーコンディショナ2Nも、パワーコンディショナ21と同様に電力変換装置2N1と、制御切替装置2N3と、前記通信装置2N2と、電力変換装置2N1の入力であって太陽電池アレイ4Nの出力である直流電圧を検出し、この直流電圧検出値Vdcを前記制御切替装置2N3及び前記通信装置2N2に供給する直流電圧検出器2N4と、電力変換装置2N1の入力であって太陽電池アレイ4Nの出力である直流電流を検出し、この直流電流検出値Idcを前記制御切替装置2N3及び前記通信装置2N2に供給する直流電流検出器215とを備えている。
制御切替装置2N3は、遠方監視制御装置1から直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefと制御切替指令SCANを、前記通信システムを介してパワーコンディショナ2Nが受信し、パワーコンディショナ2Nに有する電力変換装置2N1の出力が最大となるように制御するMPPT制御から前記直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替えるものである。
計測装置31…3Nには、各太陽電池アレイ41…4Nの発電条件である日射強度を計測する日射計311…3N1及び太陽電池アレイ41…4Nが設置されている場所の気温を検出する計測する気温計312…3N2を備えた少なくとも1個(ここでは、太陽電池アレイ41…4N毎に設けられている)の日射強度検出器及び前記通信装置313…3N3を有している。
前記遠方監視制御装置1には、以下に述べるカーブトレース装置11及び前記通信装置12を備えている。カーブトレース装置11は、遠方監視制御装置1に設置し、前記各パワーコンディショナ21…2N内に各々有する各直流電流検出器215…2N5で検出した直流電流検出値(I)及び前記各パワーコンディショナ21…2N内に各々有する各直流電圧検出器214…2N4で検出した直流電圧検出値(V)を取り込み、これにより各太陽電池アレイ41…4N毎のI−V特性図をトレースすると共に、各太陽電池アレイ41…4N毎のI−V特性図に前記計測装置31…3Nで検出した日射強度検出値及び気温検出値をトレースするものであって、各太陽電池アレイ41…4N毎のI−V特性図及び前記日射強度検出値及び前記気温検出値のトレースは、遠方監視制御装置1より通信システム、すなわち、通信装置12、信号伝送路912…9N2、通信装置212…2N2を介して前記各パワーコンディショナ21…2N毎に有する制御切替装置213…2N3に対して与えられる直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefと制御切替指令SCANを前記各パワーコンディショナ21…2N毎に有する制御切替装置213…2N3に対しての送信と同期して行うものである。
前記集電箱81…8Nの内部には、太陽電池アレイ41…4Nの出力が各太陽電池アレイ41…4Nを構成している複数個(本実施形態は3個)の太陽電池モジュール側に逆流させないようにするダイオードや、太陽光発電システムの保守点検を行う際に使用する開閉器等が収納されている。
ここで、遠方監視制御装置1とパワーコンディショナ21…N1(このうちの21)間の信号の流れについて、図16及び図17を参照して説明するが、両図とも図1の集電箱81を省略してある。
図16はI−Vカーブスキャンの指令データをサンプリング方式で実行するものである。遠方監視制御装置1に有するカーブトレース装置11は、指令データ作成装置111及びI一V持性プロット作成装置112を備えている。
指令データ作成装置111は制御切替指令SCANでスキャンモードオン(ON)オフ(OFF)指令及び直流電圧指令Vrefまたは直流電流指令Iref並びに周期△T例えば1秒毎に指令データを作成し、これにより直流電圧指令値(直流電流指令値)を設定する。
通信装置12は、指令データ作成装置111で設定された直流電圧指令値又は直流電流指令値を信号伝送路を介してパワーコンディショナ21の通信装置212に送信する。通信装置212に受信された周期毎で直流電圧指令値(直流電流指令値)を、パワーコンディショナ21に与える。パワーコンディショナ21の制御切替装置213では、スキャンモードがオンなったら、通信によって受信された周期毎で前記直流電圧指令値又は前記直流電流指令値を外部指令としてパワーコンディショナ21に入力し、I−Vカーブスキャンを行う。そして通信装置212は、制御切替装置213の直流電圧指令(直流電圧指令)並びに前記検出器で検出された直流電圧検出値及び直流電流検出値及びこれらに基いて演算された直流電力を通信装置212に送信し(打ち返し)、I−V特性プロット作成装置11ではI−V特性プロットを作成する。
図17はI−Vカーブスキャンの指令データを一括方式で実行するものである。遠方監視制御装置1に有するカーブトレース装置11は、I−V特性プロット作成装置112を備えているが、指令データ作成装置を備えておらず、スキャンモードオン(ON)オフ(OFF)指令及び直流電圧指令値または直流電流指令値並びに周期△T例えば1秒毎に出力するようになっている。パワーコンディショナ21には、直流電圧指令計算式又は直流電流指令計算式を設定できるように設定部2137を備えている。パワーコンディショナ21の制御切替装置213では、スキャンモードがオンなったら、通信によってI−Vカーブスキャンを行い、前記電圧指令及び電流指令並びに周期指令を、前記指令計算式に入力し、前記指令計算式により外部指令が演算される。このようにして求めた直流電圧指令又は直流電流指令を遠方監視制御装置1に通信装置により打ち返し、I−V特性プロット作成装置11ではI−V特性プロットを作成する。
以上述べたカーブトレース装置1の動作は、図14又は図15に示すように行われ、いずれもI−Vカーブスキャンの途中で日射が変動したらI−Vカーブスキャンを停止する。具体的には、図14は、例えば図1及び図16で電圧指令データ作成装置111からパワーコンディショナ21に対してVref_scanかIref_scanのスキャンモード指令が与えられると(S1)、日射計311…3N1で計測した日射強度が変動がないかどうかを判断し(S2)、日射変動がある場合にはI−Vカーブスキャン終了する(S6)。S2において、日射変動がない場合に、系統異常がないかどうかを判断し(S3)、系統異常がある場合にはI−Vカーブスキャン終了する(S6)。S3において、系統異常がない場合には、I−Vカーブスキャンを実行し(S4)、そのスキャンした値がリミット以上かどうかを判断する(S5)。S5において、リミット以上の場合にはI−Vカーブスキャン終了する(S6)。S6において、リミット以上でない場合にはS2に戻り、日射変動がないかどうかを判断する。なお、S6はスキャン電圧Vref_scanかスキャン電流Iref_sca11が設定したリミットVdcIimitかIdc_limit以上にならない場合、I−Vカーブスキャンを続け、リミットVdc−limitかIdc_limit以上となる場合はI−Vカーブスキャンを終了する。
I−Vカーブスキャンは、図14と同様に、図15に示すように行われる。I−Vカーブスキャンの途中で日射が変動したらI−Vカーブスキャンを停止する。図15は、I−Vカーブスキャンをグループ毎に動かす場合であり、図14のS1とS2の間にパワーコンディショナ21…2Nの中で選択を行うステップを追加したものである。その選択は、奇数、偶数、太陽電池(PV)モジュール側のストリングコンバータなど自由に選択する。以上述べたステップ以外は、図14と同じであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図18は、前述したI−Vカーブスキャンを1日の時間の中での実行する動作時間を説明するためのものである。図18において、PCS動作時間は、1日の時間の中でPCSが動作する時間のことである。I−Vカーブスキャン定期時間は、PCS動作時間の中でI−Vカーブスキャンを定期に行う時間のことである。日射〉設定日射と、I−Vカーブスキャン実行トリガは、前述の定期時間の中で日射が設定した日射より大きい場合、I−Vカーブスキャン実行トリガを出力するが、日射が設定した日射より小さい揚合は、I−Vカーブスキャン実行トリガの出力をしないことである。この図18の考え方を発展させて、外部データを参考とする機能例えば天気予報などの情報取り込む機能を付加することで、測定スケジュールを決定するのに効率よいカーブトレースが可能になる。
以上述べた第1の実施形態によれば、太陽光発電システムの出力を評価するための測定条件である日射強度や気温が、カーブトレース装置11でトレースされる特性図に、描かれているので、太陽電池の基準条件(1KW/m2、25℃)からの特性推定値との比較評価が容易に行える。
また、第1の実施形態によれば、複数の太陽光発電システムからなる大規模システムでは、遠方監視制御装置1により複数群の太陽電池アレイ41…4NにおけるI−Vカーブ及び又はP−Vカーブを同期して管理制御することでき、同一発電条件下における複数の太陽光発電システムの出力比較による評価が容易に可能になる。
さらに、太陽光発電システムを現地に設置した状態で、遠方監視制御装置1により、太陽電池アレイ41…4Nの出力カーブ特性と、発電条件を同期して得ることから、太陽電池アレイ41…4Nを容易に評価できる。
また、太陽電池アレイ41…4Nの劣化分析、パワーコンディショナ(PCS)21…2Nの長期間による運転特性分析、正確な最大電力点の判別が可能になる。
さらに、太陽電池アレイ41…4Nの環境、及び、設置条件に伴う日射、気温、日影の影響診断が可能で、太陽電池アレイ41…4Nの劣化や埃、汚れ等による汚損の分析も可能になる。
また、各太陽電池アレイ41…4Nと各パワーコンディショナ21…2N間の配線インピーダンスによる電圧降下の影響診断やパワーコンディショナ21…2Nの運転特性分析、具体的には最高電力点追跡装置(MPPT)の制御性能、損失評価、経年劣化分析が可能になる。
前述した特許文献1で問題であった、次の点を改善できる。すなわち、太陽電池アレイ41…4Nの環境、及び、設置条件に伴う日射、気温、日影の影響診断ができる。また、複数台の太陽光発電システム101…10Nのデータを同期して得ることができる、特性の比較評価を容易にすることができる。さらに、遠方監視制御装置1により太陽電池アレイ41…4Nの出力カーブ特性と、発電条件を同期して得ることができる。
図2は本発明の第2の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、図1の実施形態では各群の太陽電池アレイ41…4N毎に、発電条件の一つである日射計311…3N1及び気温計312…3N2を有する計測装置31…3Nを設けたものを、日射計301及び気温計302を有する計測装置30を1個、太陽電池アレイ41…4Nのうち特定の1箇所或いはこれ以外の場所の1箇所に配設したものである。
計測装置30で測定した日射計301による日射強度検出値Irr及び気温計302による気温検出値Tmpを、計測装置30に有する通信装置303と、遠方監視制御装置1に有する通信装置12と、これらの間を接続する信号伝送路を介してカーブトレース装置11に伝送するようにしたものである。
図3は本発明の第3の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、集電箱81…8Nの代わりに、新たに集電箱81…8Nと直流電流検出器911、912…91M、…9N1、9N2…9NMを備えた集電箱装置91…9Nを設けたものであり、集電箱装置91…9Nは以下のように構成されている。すなわち、各群の太陽電池アレイ41…4Nを各々構成している太陽電池モジュール411、412…41M、…4N1、4N2…4NMと集電箱81…8Nの接続点に直流電流検出器911、912…91M、…9N1、9N2…9NMを設け、集電箱81とパワーコンディショナ21の接続点及び集電箱8Nとパワーコンディショナ2Nの接続点にそれぞれ新たに直流電圧検出器910…9M0を設け、直流電流検出器911、912…91M、…9N1、9N2…9NMの検出値及び直流電圧検出器910…9M0の検出値をそれぞれ通信装置313、12を介してカーブトレース装置11に入力させるようにしたものである。
第3の実施形態によれば、カーブトレース装置11により太陽電池モジュール毎及び太陽電池アレイ毎のI−Vカーブスキャンを行うことができる。
図4は本発明の第4の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、計測装置31…3Nを設けず、日射計311…3N1及び気温計312…3N2でそれぞれ計測した日射強度検出値及び気温検出値を通信装置212…2N2及び通信装置12を経由してカーブトレース装置11に入力するように構成したものである。この実施形態は、集中連系型太陽光電池システム例えば住宅用太陽光電池システムに適用できる。
図5は本発明の第5の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、発電条件を検出する計測装置31…3Nとして、アレイ又はモジュールの設置場所の日射環境を目視的に確認可能な工業用カメラ3161…316N及び設置場所の風の速さを計る風速計3151…315Nをそれぞれ新たに追加したものである。
このように工業用カメラ3161…316N及び又は風速計3151…315Nを新たに設けたことで、太陽電池特性測定条件のスキャン評価の精度向上を図ることが可能になる。
図6は本発明の第6の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、各電力変換装置211…2N1の出力側に新たに交流電圧検出器216…2N6及び交流電流検出器217…2N7を設け、さらにこれらの交流検出値に基き交流電力を演算する交流電力演算器218…2N8を設け、交流電力演算器218…2N8の演算値を通信装置212…2N2及び12を介してカーブトレース装置11に導くようにした点である。この結果、カーブトレース装置11において、直流電力の特性図及び交流電力の特性図を同時に表示できることから、パワーコンディショナ21…2Nまで含めた太陽光発電システムの特性評価が可能になる。
図7は本発明の第7の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、集電箱81…8Nを設けない代りに、新たな集電箱装置91…9Nをパワーコンディショナ21…2N内に設けたものであり、集電箱装置91…9Nは以下のように構成されている。すなわち、アレイを構成するモジュール毎の直流電流を検出するために、各モジュールと集電箱81…8Nを接続している直流母線711、712、…71M…7N1、7N2、…7NMにそれぞれ直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMを設け、直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NM及び集電箱81…8Nを、それぞれパワーコンディショナ21…2N内に設けた点である。
図8は本発明の第8の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、集電箱81…8Nを設けない代りに、新たな集電箱装置91…9Nを設けたものであり、集電箱装置91…9Nは以下のように構成されている。すなわち、アレイを構成する各モジュールとパワーコンディショナ21…2Nの直流母線71…7Nに設けたものであり、集電箱装置91…9Nは以下のように構成されている。すなわち、アレイを構成するモジュール411、412、…41M…4N1、4N2、…4NM毎の直流電流を検出するために、各モジュールと集電箱81…8Nを接続している直流母線71…7Nにそれぞれ直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMを設け、さらに集電箱81…8N内であって前記直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMに対して直列に開閉器811、812…81M及び8N1、8N2…8NMを接続し、開閉器811、812…81M及び8N1、8N2…8NMの動作を、通信装置31…3N、12を介して遠方監視制御装置1のカーブトレース装置11により選択できるように構成したものである。
図9は本発明の第9の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、集電箱81…8Nを設けない代りに、新たな集電箱装置91…9Nをパワーコンディショナ21…2N内に設けたものであり、集電箱装置91…9Nは以下のように構成されている。すなわち、アレイを構成するモジュール毎の直流電流を検出するために、各モジュールと集電箱81…8Nを接続している直流母線711、712、…71M…7N1、7N2、…7NMにそれぞれ直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMを設け、直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NM及び集電箱81…8Nを、それぞれパワーコンディショナ21…2N内に設け、さらに集電箱81…8N内であって前記直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMに対して直列に開閉器811、812…81M及び8N1、8N2…8NMを接続し、開閉器811、812…81M及び8N1、8N2…8NMの動作を、通信装置212…2N2、12を介して遠方監視制御装置1のカーブトレース装置11により選択できるように構成したものである。
図10は本発明の第10の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、図1では集電箱81…8Nと電力系統(商用電源)5の直流母線71…7Nに設けていたパワーコンディショナ21…2Nを設けず、これをアレイ又はモジュール41’…4N7’と集電箱81…8Nの間の直流電路に設け、さらに図1の実施形態では各群の太陽電池アレイ41…4N毎に、発電条件の一つである日射計311…3N1及び気温計312…3N2を有する計測装置31…3Nを設けたものを、日射計301及び気温計302を有する計測装置30を1個、太陽電池アレイ41…4Nのうち特定の1箇所或いはこれ以外の場所の1箇所に配設したものである。
図11は本発明の第11の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、図1ではパワーコンディショナ21…2Nの電力変換装置211…2N1の入力側に通常設けられている平滑コンデンサ217…2N7の初期充電を同期して実行できるように次のように構成したものである。すなわち、電力変換装置211…2N1の入力側及び出力側に開閉器216…2N6及び218…2N8をそれぞれ設け、開閉器216…2N6及び218…2N8を通信装置212…2N2及び12を介してカーブトレース装置11により開閉制御することで、平滑コンデンサ217…2N7の初期充電を同期して実行できる。
図12は本発明の第12の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、図1ではパワーコンディショナ21…2Nの電力変換装置211…2N1の入力側に通常設けられている平滑コンデンサ217…2N7の初期充電を同期して実行できるように次のように構成したものである。すなわち、パワーコンディショナ21…2Nの例えば通信装置212…2N2にI−Vカーブをスキャンするに必要な、直流電圧検出器214…2N4及び直流電流検出器215…2N5で検出した検出値を一度、記録する記録装置219…2N9を設け、記録装置219…2N9で記録された直流電圧検出値及び直流電流検出値を通信装置212…2N2及び12を介してカーブトレース装置11により読み出し、これに基きI−Vカーブをスキャンするものである。このようにすることにより、開閉器216…2N6の動作が遅くなった場合にも、I−Vカーブをスキャンすることができる。
図13は本発明の第13の実施形態を説明するための概略構成図であり、図1の実施形態と異なる点は、図1の集電箱81…8Nを設けない代りに、新たな集電箱装置91…9Nをパワーコンディショナ21…2N内に設け、かつ図1ではパワーコンディショナ21…2Nの電力変換装置211…2N1の入力側に通常設けられている平滑コンデンサ217…2N7の初期充電を同期して実行できるように次のように構成したものである。すなわち、集電箱装置91…9Nは以下のように構成されている。
即ち、アレイを構成するモジュール毎の直流電流を検出するために、各モジュールと集電箱81…8Nを接続している直流母線711、712、…71M…7N1、7N2、…7NMにそれぞれ直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMを設け、直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NM及び集電箱81…8Nを、それぞれパワーコンディショナ21…2N内に設け、さらに集電箱81…8N内であって前記直流電流検出器911、912、…91M…9N1、9N2、…9NMに対して直列に開閉器811、812…81M及び8N1、8N2…8NMを接続し、開閉器811、812…81M及び8N1、8N2…8NMの動作を、通信装置212…2N2、12を介して遠方監視制御装置1のカーブトレース装置11により選択できるように構成したものである。
また、電力変換装置211…2N1の入力側及び出力側に開閉器216…2N6及び218…2N8をそれぞれ設け、開閉器216…2N6及び218…2N8を通信装置212…2N2及び12を介してカーブトレース装置11により開閉制御することで、平滑コンデンサ217…2N7の初期充電を同期して実行できる。
以下19〜図24を用いて、前述の遠方監視制御装置1に備えているカーブトレース装置11に備えている図示しない表示装置或いはカーブトレース装置11に備えている図示しない表示装置及びパワーコンディショナ21…2N内に設けた図示しない表示装置の表示方法について説明する。図19〜図21はいずれも太陽電池アレイが1個の場合の表示例である。図19Aは、縦軸に直流電力P、横軸に直流電圧VとしたときのP―Vカーブaと、MPPT制御によって求めた最大電力点bを示している。図19Bは、縦軸に日射量及び直流電流I、横軸に直流電圧VとしたときのI―Vカーブcと、日射量dを示している。図19Cは、縦軸に直流電流I、横軸に直流電圧Vとしたときの例えば図5の実施形態の複数の太陽電池モジュール毎の電流e1、e2、e3を示している。
図20Aは、縦軸に直流電力P、横軸に直流電圧Vとしたとき、例えば図5の実施形態における直流電力Pdcと、交流電力Vacを示す図である。
図20Bは、縦軸に直流電流I、横軸に直流電圧VとしたときのP―Vカーブf及び最大電力点gを示している。
図21は、縦軸に直流電力P、横軸に直流電圧Vとしたとき、例えば図8の実施形態における開閉器811、812、…81Mによる全直流電圧領域におけるP−Vカーブh及び最大電力点iを示す表示例である。
図22〜図24はいずれも太陽電池アレイが複数個の場合の表示例である。図22Aは、縦軸に直流電力P、横軸に直流電圧VとしたときのP―Vカーブjと、MPPT制御によって求めた最大電力点kを示している。図22Bは、縦軸に日射量及び直流電流I、横軸に直流電圧VとしたときのI―Vカーブlと、日射量mを示している。図22Cは、縦軸に直流電流I、横軸に直流電圧Vとしたときの例えば図5の実施形態の複数の太陽電池モジュール毎の電流n1、n2、n3、n4、n5、n6を示している。
図23Aは、縦軸に直流電力P、横軸に直流電圧Vとしたとき、例えば図5の実施形態における直流電力Pdcと、交流電力Vacを示す図である。
図23Bは、縦軸に直流電流I、横軸に直流電圧VとしたときのP―Vカーブo及び最大電力点p、qを示している。
図24は、縦軸に直流電力P、横軸に直流電圧Vとしたとき、例えば図8の実施形態における開閉器811、812、…81Mによる全直流電圧領域のP−Vカーブr及び最大電力点s、tを示す表示例である。
次に、本発明の変形例について説明する。前述の実施形態は、いずれも太陽電池アレイが複数群の場合であるが、これを1群の太陽電池アレイで構成してもよい。この場合、太陽電池アレイは、複数の太陽電池モジュールからなっていて、前記太陽電池アレイの出力特性と、前記太陽電池アレイの発電条件を同期して表示可能な制御装置を設けた太陽光発電システムである。
また、1群の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を所望の直流電力に変換しこれを更に交流電力に変換し交流電力系統に供給するか、或いは前記太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換して前記交流電力系統に供給するパワーコンディショナと、前記交流電力系統の状態を監視制御する遠方監視制御装置と、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測装置とを備えた太陽光発電システムにおいて、
前記遠方監視制御装置及び前記パワーコンディショナ及び前記計測装置にそれぞれ通信装置を設置し、前記遠方監視制御装置の通信装置と前記計測装置の通信装置との間及び前記遠方監視制御装置の通信装置と前記パワーコンディショナの通信装置との間を通信可能にする信号伝送路を備えた通信システムと、
前記遠方監視制御装置から直流電圧指令又は直流電流指令と制御切替指令を、前記通信システムを介して前記パワーコンディショナが受信し、前記パワーコンディショナに有する電力変換装置の出力が最大となるように制御するMPPT制御から前記直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替える制御切替装置と、
前記計測装置に設置し、前記太陽電池アレイの発電条件を検出する発電条件検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記遠方監視制御装置に設置し、前記直流電流検出器で検出した直流電流検出値(I)及び前記直流電圧検出器で検出した直流電圧検出値(V)を取り込み、これにより前記太陽電池アレイのI−V特性図をトレースすると共に、前記I−V特性図に前記発電条件検出器で検出した発電条件をトレースするものであって、前記I−V特性図及び前記発電条件検出値のトレースは、前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令と前記制御切替指令を前記制御切替装置に対しての送信と同期して行うとともにこれらを表示するカーブトレース装置と、
を具備した太陽光発電システムである。
さらに、1群の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を所望の直流電力に変換しこれを更に交流電力に変換し交流電力系統に供給するか、或いは前記太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換して前記交流電力系統に供給するパワーコンディショナと、前記交流電力系統の状態を監視制御する遠方監視制御装置と、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測装置とを備えた太陽光発電システムにおいて、
前記遠方監視制御装置及び前記パワーコンディショナ並びに前記計測装置にそれぞれ通信装置を設置し、前記遠方監視制御装置の通信装置と前記計測装置の通信装置との間及び前記遠方監視制御装置の通信装置と前記パワーコンディショナの通信装置との間を通信可能にする信号伝送路を備えた通信システムと、
前記遠方監視制御装置から直流電圧指令又は直流電流指令と制御切替指令を、前記通信システムを介して前記パワーコンディショナが受信し、前記パワーコンディショナに有する電力変換装置の出力が最大となるように制御するMPPT制御から前記直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替える制御切替装置と、
前記計測装置に設置し、前記太陽電池アレイの発電条件を検出する発電条件検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記遠方監視制御装置に設置し、かつ前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令の送信と同期して、前記直流電流検出器で検出した直流電流検出値(I)及び前記直流電圧検出器で検出した直流電圧検出値(V)を取り込み、前記直流電圧検出値(V)及び前記直流電流検出値(I)に基き演算される直流電力(P)と前記直流電圧検出値(V)とからP−V特性図をトレースすると共に、該P−V特性図に前記発電条件検出器で検出した発電条件をトレースするものであって、前記P−V特性図及び前記日射強度検出値及び前記気温検出値のトレースは、前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令と前記制御切替指令を前記制御切替装置に対しての送信と同期して行うとともにこれらを表示するカーブトレース装置と、
を具備した太陽光発電システムである。
また、 1群の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を所望の直流電力に変換しこれを更に交流電力に変換し交流電力系統に供給するか、或いは前記太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換して前記交流電力系統に供給するパワーコンディショナと、前記交流電力系統の状態を監視制御する遠方監視制御装置と、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測装置とを備えた太陽光発電システムにおいて、
前記遠方監視制御装置及び前記パワーコンディショナ及び前記計測装置にそれぞれ通信装置を設置し、前記遠方監視制御装置の通信装置と前記計測装置の通信装置との間及び前記遠方監視制御装置の通信装置と前記パワーコンディショナの通信装置との間を通信可能にする信号伝送路を備えた通信システムと、
前記遠方監視制御装置から直流電圧指令又は直流電流指令と制御切替指令を、前記通信システムを介して前記パワーコンディショナが受信し、前記パワーコンディショナに有する電力変換装置の出力が最大となるように制御するMPPT制御から前記直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替える制御切替装置と、
前記計測装置に設置し、前記太陽電池アレイの発電条件を検出する発電条件検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記遠方監視制御装置に設置し、かつ前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令の送信と同期して、前記直流電流検出器で検出した直流電流検出値(I)及び前記直流電圧検出器で検出した直流電圧検出値(V)を取り込み、これによりI−V特性図をトレースすると共に、前記直流電圧検出値(V)及び前記直流電流検出値(I)に基き演算される直流電力(P)と前記直流電圧検出値(V)とからP−V特性図をトレースすると共に、該P−V特性図に前記発電条件検出器で検出した発電条件をトレースするものであって、前記太陽電池アレイのI−V特性図及び前記太陽電池アレイのP−V特性図と、前記発電条件検出値のトレースは、前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令と前記制御切替指令を前記制御切替装置に対しての送信と同期して行うとともにこれらを表示するカーブトレース装置と、
を具備した太陽光発電システムである。
さらに、 1群の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を所望の直流電力に変換しこれを更に交流電力に変換し交流電力系統に供給するか、或いは前記太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換して前記交流電力系統に供給するパワーコンディショナと、前記交流電力系統の状態を監視制御する遠方監視制御装置と、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測装置とを備えた太陽光発電システムにおいて、
前記遠方監視制御装置及び前記パワーコンディショナ及び前記計測装置にそれぞれ通信装置を設置し、前記遠方監視制御装置の通信装置と前記計測装置の通信装置との間及び前記遠方監視制御装置の通信装置と前記パワーコンディショナの通信装置との間を通信可能にする信号伝送路を備えた通信システムと、
前記遠方監視制御装置から直流電圧指令又は直流電流指令と制御切替指令を、前記通信システムを介して前記パワーコンディショナが受信し、前記パワーコンディショナに有する電力変換装置の出力が最大となるように制御するMPPT制御から前記直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替える制御切替装置と、
前記計測装置に設置し、前記太陽電池アレイの発電条件を検出する発電条件検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記電力変換装置の出力である交流電力を検出する交流電力検出器と、
前記遠方監視制御装置に設置し、かつ前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令の送信と同期して、前記直流電流検出器で検出した直流電流検出値(I)及び前記直流電圧検出器で検出した直流電圧検出値(V)を取り込み、これによりI−V特性図をトレースすると共に、前記直流電圧検出値(V)及び前記直流電流検出値(I)に基き演算される直流電力(P)と前記直流電圧検出値(V)とからP−V特性図をトレースすると共に、該P−V特性図に前記発電条件検出器で検出した発電条件及び前記交流電力検出器で検出した交流電力検出値をトレースするものであって、前記太陽電池アレイのI−V特性図及び前記太陽電池アレイのP−V特性図と、前記発電条件検出値のトレースは、前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令と前記制御切替指令を前記制御切替装置に対しての送信と同期して行うとともにこれらを表示するカーブトレース装置と、
を具備した太陽光発電システムである。
また、 1群の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を所望の直流電力に変換しこれを更に交流電力に変換し交流電力系統に供給するか、或いは前記太陽電池アレイで発電された直流電力を交流電力に変換して前記交流電力系統に供給するパワーコンディショナと、前記交流電力系統の状態を監視制御する遠方監視制御装置と、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測装置とを備えた太陽光発電システムにおいて、
前記遠方監視制御装置及び前記パワーコンディショナ及び前記計測装置にそれぞれ通信装置を設置し、前記遠方監視制御装置の通信装置と前記計測装置の通信装置との間及び前記遠方監視制御装置の通信装置と前記パワーコンディショナの通信装置との間を通信可能にする信号伝送路を備えた通信システムと、
前記遠方監視制御装置から直流電圧指令又は直流電流指令と制御切替指令を、前記通信システムを介して前記パワーコンディショナが受信し、前記パワーコンディショナに有する電力変換装置の出力が最大となるように制御するMPPT制御から前記直流電圧指令Vref又は直流電流指令Irefによる電圧制御又は電流制御に切り替える制御切替装置と、
前記計測装置に設置し、前記太陽電池アレイの発電条件を検出する発電条件検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記太陽電池アレイの出力である直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記遠方監視制御装置に設置し、かつ前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令の送信と同期して、前記直流電流検出器で検出した直流電流検出値(I)及び前記直流電圧検出器で検出した直流電圧検出値(V)を取り込み、これによりI−V特性図をトレースすると共に、前記直流電圧検出値(V)及び前記直流電流検出値(I)に基き演算される直流電力(P)と前記直流電圧検出値(V)とからP−V特性図をトレースすると共に、該P−V特性図に前記発電条件検出器で検出した発電条件及び前記交流電力検出器で検出した交流電力検出値をトレースするものであって、前記太陽電池アレイのI−V特性図及び前記太陽電池アレイのP−V特性図と、前記発電条件検出値のトレースは、前記遠方監視制御装置より前記直流電圧指令又は前記直流電流指令と前記制御切替指令を前記制御切替装置に対しての送信と同期して行うとともにこれらを表示するカーブトレース装置と、
を具備した太陽光発電システムである。
さらに、前記太陽電池アレイが複数個の太陽電池モジュールに分割され、かつ前記パワーコンディショナに有する電力変換装置の入力側に直流平滑コンデンサを備えている太陽光発電システムにおいて、
前記各太陽電池モジュールのいずれか選択できるように、前記各太陽電池モジュールが接続されている電路に開閉器を設け、更に前記平滑コンデンサの初期充電を、前記カーブトレース装置のトレース動作と同時に行うことを可能にする電路開閉器を、前記直流平滑コンデンサの入力側に設けた太陽光発電システムである。
また、複数の太陽電池アレイ群からなり、各太陽電池アレイ毎に、少なくとも前記太陽電池アレイ毎の出力である、直流電流I及び直流電圧Vの出力特性をトレースするカーブトレース装置を各々備えた太陽光発電システムにおいて、前記各カーブトレース装置を同期して表示制御可能な制御装置を設けた太陽光発電システムである。
さらに、前述の説明において、通信装置と信号伝送路を備えた通信システムには、有線通信システム、無線通信システム、有線通信及び無線通信を組合わせた通信システムのいずれかを含むものである。
本発明は前述した大規模例えばメガワット級の太陽光発電システム又は集中連系型太陽光発電システムに限らず、これ以外の太陽光発電システム、太陽光発電電池システムの評価を行う実機検証システムでも適用されることは言うまでもない。

Claims (3)

  1. 複数個の太陽電池モジュールを含む太陽電池アレイと、
    電力変換装置と、
    前記太陽電池アレイの出力を検出する出力検出手段と、
    前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測手段と、
    前記電力変換装置の出力が最大となるようにする第1の制御から前記太陽電池アレイの出力特性のトレースをするための第2の制御に切り替える制御切替手段と、
    前記制御切替手段により前記第1の制御から前記第2の制御に切り替えた場合、前記出力検出手段により検出された前記太陽電池アレイの出力及び前記計測手段により計測された前記太陽電池アレイの発電条件に基づいて、前記太陽電池アレイの出力特性のトレースと前記太陽電池アレイの発電条件のトレースを同期して表示制御する表示制御手段と
    を具備したことを特徴する太陽光発電システム。
  2. 複数個の太陽電池モジュールをそれぞれが含む複数の太陽電池アレイと、
    前記太陽電池アレイ毎に設けられる電力変換装置と、
    前記太陽電池アレイ毎に、前記太陽電池アレイの出力を検出する出力検出手段と、
    前記太陽電池アレイ毎に、前記太陽電池アレイの発電条件を計測する計測手段と、
    前記太陽電池アレイ毎に、前記電力変換装置の出力が最大となるようにする第1の制御から前記太陽電池アレイの出力特性のトレースをするための第2の制御に切り替える制御切替手段と、
    前記太陽電池アレイ毎に、前記制御切替手段により前記第1の制御から前記第2の制御に切り替えた場合、前記出力検出手段により検出された前記太陽電池アレイの出力及び前記計測手段により計測された前記太陽電池アレイの発電条件に基づいて、前記太陽電池アレイの出力特性のトレースと前記太陽電池アレイの発電条件のトレースを同期して表示制御する表示制御手段と
    を具備したことを特徴する太陽光発電システム。
  3. 前記表示制御手段は、前記複数の太陽電池アレイの出力特性のトレースを同期して表示制御すること
    を具備したことを特徴する請求項2に記載の太陽光発電システム。
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