JP6005775B2 - Solar power system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電システムにおいて、太陽電池ストリングの異常を容易に検知するストリングコンバータに関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to a string converter that easily detects an abnormality of a solar cell string in a photovoltaic power generation system.
近年、原子力発電の安全性、火力発電における二酸化炭素排出における環境破壊に関心が強まっている。このようななか、太陽光発電に注目が集まっている。一般家庭においても太陽電池パネルを複数枚直列若しくは並列またはその両方でつなぎ、所望の電力を得ることができるようにしているところもある。 In recent years, there has been an increasing interest in the safety of nuclear power generation and the environmental destruction of carbon dioxide emissions from thermal power generation. Under such circumstances, attention is focused on solar power generation. Even in general homes, there are some places where a plurality of solar cell panels are connected in series or in parallel or both so that a desired power can be obtained.
太陽電池ストリングが正常な状態であるか、故障・不具合のある状態であるかは、当該太陽電池ストリングの電流―電圧特性または電力―電圧特性を見て、通常の特性と異なっていないか確認し、異なっていれば故障であると判断する方法が知られている。例えば、図7で示したような電流―電圧特性を考える。破線で示した特性が異常のない、通常の太陽電池ストリングの電流―電圧特性である。一方、故障や不具合が発生した太陽電池を含む太陽電池ストリングの電流―電圧特性は図7の実線で示したもののように、正常な特性と形状が大きく異なる。なお、太陽電池ストリングとは、複数の太陽電池モジュールを直列で配線したものをいう。 Check whether the solar cell string is in a normal state or in a fault / failure state by checking the current-voltage characteristics or power-voltage characteristics of the solar cell string and confirming that it is not different from the normal characteristics. If they are different from each other, a method for determining that a failure has occurred is known. For example, consider the current-voltage characteristics as shown in FIG. The characteristic indicated by the broken line is the current-voltage characteristic of a normal solar cell string with no abnormality. On the other hand, the current-voltage characteristic of the solar cell string including the solar cell in which a failure or malfunction has occurred is greatly different from the normal characteristic as shown by the solid line in FIG. In addition, a solar cell string means what connected the several solar cell module in series.
また、特許文献1では、複数の太陽電池モジュールを直列に接続された太陽電池ストリングを複数個並列して接続した太陽電池アレイを備えた発電システムにおいて故障や不具合がある太陽電池を検出して報告する技術が開示されている。 Moreover, in patent document 1, the solar cell which has a failure and a malfunction is detected and reported in the electric power generation system provided with the solar cell array which connected the several solar cell string which connected the several solar cell module in series. Techniques to do this are disclosed.
しかしながら、上記従来の方法においては、太陽電池の設置時や定期的なメンテナンス時には太陽電池の電流―電圧特性や電力―電圧特性を測定する専用の装置を実際に太陽電池に接続し検査する方法を用いるため、手間がかかるという問題点がある。
また、特許文献1で開示されている方式は、複数の太陽電池ストリングを相互に比較する手法であるため、正確に動作させようとすると、多くの太陽電池ストリングが必要であり、少ない太陽電池ストリングで応用するにあたり、難点がある。
本発明は、上記問題を解決し、上記専用の装置を使用することなく、また、少ない数の太陽電池ストリングで簡易に太陽電池の故障や不具合を検出するストリングコンバータを提供することを目的とする。
However, in the conventional method described above, there is a method in which a dedicated device for measuring the current-voltage characteristic and power-voltage characteristic of the solar cell is actually connected to the solar cell and inspected at the time of solar cell installation or periodic maintenance. Since it uses, there is a problem that it takes time and effort.
Moreover, since the system disclosed in Patent Document 1 is a technique for comparing a plurality of solar cell strings with each other, a large number of solar cell strings are required to operate accurately, and a small number of solar cell strings However, there are difficulties in applying it.
An object of the present invention is to provide a string converter that solves the above-described problems and that can easily detect a failure or malfunction of a solar cell without using the dedicated device and with a small number of solar cell strings. .
本発明に係る、太陽電池が接続されている最大電力点追従制御を行なうストリングコンバータは、外部からの通信により入力電圧位置を動的に変更する機能を備えている。 The string converter that performs maximum power point tracking control to which a solar cell is connected according to the present invention has a function of dynamically changing an input voltage position by communication from the outside.
前記入力電圧位置を変更する機能により、太陽電池の製造直後ではなく、ストリングコンバータに設置されている状態で太陽電池の不良・故障を検知することができるので、経年劣化など設置後に発生した故障や不具合の有無を容易な方法で検査することができる。 By the function of changing the input voltage position, it is possible to detect a failure / failure of the solar cell in the state where it is installed in the string converter, not immediately after the production of the solar cell. The presence or absence of defects can be inspected by an easy method.
上述のストリングコンバータにおいて、外部からの通信により入力電圧位置を動的に変更したときの入力電圧と入力電流を計測し、動作制御用コンピュータに前記太陽電池の電流―電圧特性、または、電力―電圧特性を表示させることができる。 In the above string converter, the input voltage and the input current when the input voltage position is dynamically changed by communication from the outside are measured, and the current-voltage characteristic of the solar cell or the power-voltage is stored in the operation control computer. Characteristics can be displayed.
前記制御用コンピュータに表示される、太陽電池の電流−電圧特性、または、電力―電圧特性の特性カーブは、正常時の特性カーブと比較すると、不良発生した時に特性カーブの形状に変化が現れる。この変化を利用し、特性カーブの画像情報を比較する事により、容易に太陽電池の劣化を判断する事が可能である。画像情報の比較は、コンピュータを使用した画像処理を利用した方法の他に、目視での確認も有効な手段である。なお、画像処理とは、測定データを形として捉え、その形と、太陽電池が正常な時の特性カーブの形との差異を見つける処理を指す。 The characteristic curve of the current-voltage characteristic or power-voltage characteristic of the solar battery displayed on the control computer changes in the shape of the characteristic curve when a failure occurs, as compared with the characteristic curve at normal time. By utilizing this change and comparing the image information of the characteristic curve, it is possible to easily determine the deterioration of the solar cell. Comparison of image information is an effective means for visual confirmation in addition to a method using image processing using a computer. Note that the image processing refers to processing for finding measurement data as a shape and finding a difference between the shape and the shape of the characteristic curve when the solar cell is normal.
本発明に係る、接続されている太陽電池の最大電力点追従制御を行なうストリングコンバータにおいて、毎日指定された時刻に指定された入力電圧位置における、入力電圧と入力電流を測定し、過去の一定期間単位の最大測定値を代表値とし、現在の測定値が、過去の一定期間の代表値より、入力電力に一定量以上減少方向に変化がある状態が一定期間続いた場合に前記太陽電池に異常があると判断する。 In the string converter for performing the maximum power point tracking control of the connected solar cells according to the present invention, the input voltage and the input current at the input voltage position specified at the specified time every day are measured, and the past fixed period When the maximum measured value of the unit is a representative value, the current measured value is abnormal for the solar cell when the input power has changed more than a certain amount in a decreasing direction from the representative value for a certain period in the past. Judge that there is.
これにより、太陽電池がストリングコンバータに繋がれている状態で、自動的に、太陽電池が故障しているかどうかを判定することができる。なお、比較対象となる代表値の計測期間は、周辺環境や検出感度など用途に合わせて変更することが望ましい。 Thereby, in a state where the solar cell is connected to the string converter, it can be automatically determined whether or not the solar cell is out of order. Note that the measurement period of the representative value to be compared is preferably changed according to the usage such as the surrounding environment and detection sensitivity.
本発明に係る、接続されている太陽電池の最大電力点追従制御を行なうストリングコンバータにおいて、毎日指定された時刻に、ストリングコンバータの出力側の電流値を測定し、他のストリングコンバータの測定値と比較し、一定以上差が生じていれば、前記太陽電池に異常があると判断する。 In the string converter that performs the maximum power point tracking control of the connected solar cells according to the present invention, the current value on the output side of the string converter is measured at a designated time every day, and the measured value of the other string converter In comparison, if the difference is greater than a certain level, it is determined that the solar cell is abnormal.
これにより、他の太陽電池ストリングに繋がれているストリングコンバータからの出力電流値を比較することで、太陽電池ストリングの故障や不具合を少ない数の太陽電池ストリングで故障・不具合判定を行なうことができる。 Thus, by comparing the output current values from the string converters connected to other solar cell strings, it is possible to perform failure / failure determination with a small number of solar cell strings. .
また、前記太陽電池に異常があると判断された場合、異常を示す情報を通信により動作制御用コンピュータに送信することが好ましい。 In addition, when it is determined that there is an abnormality in the solar battery, it is preferable to transmit information indicating the abnormality to the operation control computer by communication.
これにより、太陽電池が繋がれているストリングコンバータにおいて太陽電池に異常が発生した場合、その情報を通信により、動作制御用コンピュータに送信し、利用者に知らせることができる。 Thereby, when abnormality occurs in the solar cell in the string converter to which the solar cell is connected, the information can be transmitted to the operation control computer by communication to notify the user.
以上のように本発明によれば、専用の機器を使用せず、容易な方法で、接続された太陽電池の故障や不具合の有無を調べることができるストリングコンバータを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a string converter that can check whether or not there is a failure or malfunction of a connected solar cell by an easy method without using a dedicated device.
以下、図面を用いて、実施するための形態を説明する。図1は本発明の第1実施形態と第2実施形態に係るストリングコンバータを備えたシステムの構成例を示し、図4は第3実施形態に係るストリングコンバータを備えたシステムの構成例を示している。 Hereinafter, the form for implementation is demonstrated using drawing. FIG. 1 shows a configuration example of a system including a string converter according to the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 4 shows a configuration example of a system including a string converter according to the third embodiment. Yes.
ストリングコンバータ本体部11は、接続されている太陽電池ストリング17からの電圧を所望の電圧に設定する回路を有したものである。入力電圧変換DC-DCコンバータ12、入力電圧制御部13、通信インターフェイス14を備えている。
The string converter
入力電圧変換DC-DCコンバータ12としては、太陽電池ストリング17から入力される入力電圧を入力電圧制御部13からの信号により変更することができるDC-DCコンバータがある。このコンバータは、電界効果トランジスタ等、外部からの信号を用いてオン・オフ状態を切り替えることができる素子を用いることにより実現することができる。印加するゲートパルスのデューティー比を変化させることにより、入力電圧を制御することができる。
As the input voltage conversion DC-
入力電圧制御部13は、入力電流値測定手段20、入力電圧測定手段21を備えていて、入力電流値測定手段20、入力電圧測定手段21や動作制御用コンピュータ16からのデータに基づき、太陽電池ストリング17からの電圧値を決定する、ゲートパルス等の信号を入力電圧変換DC-DCコンバータ12に対し送信する機能を有する。通常は、入力電流値測定手段20と入力電圧測定手段21からの測定値に基づきMPPT制御を行なう。これは、CPU、RAM、ROM、I/O等で構成される制御用マイクロコンピュータ等で実現することができる。なお、ゲートパルス等の信号は、例えば入力電圧変換DC-DCコンバータ12が昇圧回路であれば、入力電圧位置を決定づける電界効果トランジスタに印加するゲートパルス等が挙げられる。
The input
通信インターフェイス14としては、外部と長距離の通信ができる、シリアル通信を主体としたインターフェイスであり、特に、Wi-Fi等の無線LANといったものが挙げられる。入力電圧制御部13は、この通信インターフェイスを用いて、有線または無線で動作制御用コンピュータ16と通信する。
The
外部負荷15としては、誘導負荷、ランプ負荷、抵抗負荷、若しくはそれらの組み合わせ、または、商用電力系統などがある。
Examples of the
動作制御用コンピュータ16としては、通常用いられるコンピュータである。通信で受け取ったデータをディスプレイに表示することができる。また、ストリングコンバータ11内の入力電圧制御部13に対し、太陽電池ストリング17からの入力電圧位置を指定した値に変更するように入力電圧変換DC-DCコンバータ12に対し与える、ゲートパルスのデューティー比を変更するよう入力電圧制御部13に対しデータを送信することもできる。
The
太陽電池ストリング17としては、太陽電池を複数枚直列に接続したものを指す。ここでは、太陽電池30〜33を直列に接続したものである。なお、太陽電池は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを電力に変換する部分である。なお、太陽電池がただ1つからなるものでも当然よい。
The
比較手段18としては、2つの出力電流値測定手段22で測定される電流値を比較し、一定以上の差が現れた場合、当該比較手段18に繋がれているどちらかのストリングコンバータ本体部11に繋がれている太陽電池ストリング17が異常であると判断する。また、異常である旨のデータを動作制御用コンピュータ16へ送信する。これは、CPU、RAM、ROM、I/O等で構成される制御用マイクロコンピュータ等で実現することができる。
As the comparison means 18, the current values measured by the two output current value measurement means 22 are compared, and when a difference of a certain level or more appears, one of the string converter
以下、本発明に係る第1実施形態について、図1を用いて説明する。この実施形態におけるストリングコンバータ11は、入力電圧変換DC-DCコンバータ12、入力電圧制御部13、通信インターフェイス14、動作制御用コンピュータ16を備えている。
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIG. The
制御方法について、図2を用いて説明する。ストリングコンバータ本体部11に繋がれている太陽電池ストリング17の故障や不具合の有無を調べたいときは、動作制御用コンピュータ16から入力電圧制御部13に対して、太陽電池ストリング17からの入力電圧位置を公称開放電圧に変更させるように信号を送る。入力電圧制御部13は、指定された入力電圧位置となるように、入力電圧変換DC-DCコンバータ12に信号を送信する(Step1_1)。そのときの太陽電池ストリング17からの入力電圧と入力電流をサンプリングする(Step1_2)。その後、測定結果を動作制御用コンピュータ16に送信する(Step1_3)。動作制御用コンピュータ16は受信した測定結果を表示する。このとき、縦軸が電流や電力、横軸が電圧とするグラフ形式で表示させるとよい。この方法を用いて、太陽電池ストリング17の電力―電圧特性や、電流―電圧特性の概形が分かるように、入力電圧値が低くなる方向へ、0Vまで100点程度取得し、各々のデータを動作制御用コンピュータ16に送信する。なお、入力電圧位置の変更方向は、公称開放電圧から0Vに動かす方向に限らず、0Vから公称開放電圧に動かすなど、接続されている太陽電池ストリングの特性が分かる方法であれば、方法を問わない。
この表示された情報をもとに、当該太陽電池ストリング17に故障や不具合があるかを目視で判断する。
正常な太陽電池ストリングの電流―電圧特性を図7の破線、不具合や故障が発生したときの特性の典型例を実線で示した。上記のような操作を経て、実線で示したような波形が確認できたとき、当該太陽電池ストリング17は異常であると判断すればよい。
A control method will be described with reference to FIG. When it is desired to check the failure or malfunction of the
Based on the displayed information, it is visually determined whether the
A current-voltage characteristic of a normal solar cell string is shown by a broken line in FIG. 7, and a typical example of a characteristic when a malfunction or failure occurs is shown by a solid line. When the waveform as shown by the solid line is confirmed through the above operation, the
次に本発明に係る第2実施形態について、図1を用いて説明する。この実施形態の構成は第1実施形態と同様である。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
制御方法について、図3を用いて説明する。入力電圧制御部13は、内蔵されているプログラムにより、毎日のあらかじめ指定した時刻に太陽電池ストリング17からの入力電圧位置を、あらかじめ指定した値となるように、入力電圧変換DC-DCコンバータ12に信号を送る(Step2_1)。この時、故障や不具合が生じた時に電流値の変化が大きい、図8で示した点A付近を指定するとよい。その後、入力電圧と入力電流を測定する(Step2_2)。
The control method will be described with reference to FIG. The input
過去1か月の最大測定値を代表値I_maxとし、測定した電流値が代表値I_maxより20%以上減少していれば、専用カウンタCntを1だけ加算する(Step2_3)。前月入力電流値より、20%以上減少している状態でなければ、専用カウンタを0に初期化する(Step2_4)。専用カウンタが3以上であれば、入力電圧制御部13は通信により動作制御用コンピュータ16に、太陽電池アレイに故障または不具合が生じている旨の信号を送信する(Step2_5)。図8は、太陽電池ストリング中の太陽電池に異常が発生した時の電流―電圧特性を表している。前月の電流値I_nに対し、今月の電流値I_bが低下している。ここで、I_b < I_n*0.8であれば、専用カウンタを1だけ加算することになる。
なお、入力電流に限らず、入力電流に入力電圧を掛けた値、すなわち入力電力で評価してもよい。
また、前記説明での減少比率20%などの値は、本動作を説明する為の設定であって、10%または25%の様に任意の値でも良い。この値を変更することにより、不良検出の感度を変えることが可能である。周辺環境や操作者の判断により適切な値にすることが望ましい。なお、比較対象となる代表値の計測期間は、ここでは1か月としたが、周辺環境や検出感度など用途に合わせて変更することが望ましい。
The maximum measured value in the past month is set as the representative value I_max, and if the measured current value is reduced by 20% or more from the representative value I_max, the dedicated counter Cnt is incremented by 1 (Step 2_3). If it is not in a state where it has decreased by 20% or more from the previous month input current value, the dedicated counter is initialized to 0 (Step 2_4). If the dedicated counter is 3 or more, the input
In addition, you may evaluate not only with input current but with the value which multiplied input voltage to input current, ie, input power.
Further, the value such as the reduction ratio of 20% in the above description is a setting for explaining this operation, and may be an arbitrary value such as 10% or 25%. By changing this value, it is possible to change the sensitivity of defect detection. It is desirable to set an appropriate value according to the surrounding environment and the judgment of the operator. The measurement period of the representative value to be compared is set to one month here, but it is desirable to change it according to the usage such as the surrounding environment and detection sensitivity.
次に本発明に係る第3実施形態について、図4を用いて説明する。この実施形態におけるストリングコンバータ11は、入力電圧変換DC-DCコンバータ12、入力電圧制御部13、通信インターフェイス14、動作制御用コンピュータ16、比較手段18で構成される。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The
制御方法については図5と図6を用いて説明する。本発明の実施に当たっては、比較手段18に、検査を行なう時刻をあらかじめROMに記憶させておくとよい。毎日の指定された時刻に、出力電流値測定手段22により、ストリングコンバータ11から出力される電流値を測定する(Step3_1)。比較手段18は、2つの出力電流値測定手段22で測定された電流値を比較する(Step4_1)。差の絶対値が、値の大きい方の電流値の20%以上であれば、当該比較手段18に繋がれているどちらかのストリングコンバータ本体部11に繋がれている太陽電池ストリング17に異常があるとみなし、動作制御用コンピュータ16に異常を知らせる信号を送信する(Step4_2)。その信号を受け取った動作制御用コンピュータ16は、当該ストリングコンバータに繋がれている太陽電池ストリングに故障・不具合があった旨を表示する。
The control method will be described with reference to FIGS. In practicing the present invention, it is preferable that the
前記、検査方法では、図4によりストリングコンバータ本体部11おける出力電流値測定手段22で測定された電流値の実測値を比較している。
ストリングコンバータが設置される場合、太陽電池ストリングにおける太陽電池の直列接続数が全て同数に揃っていない場合が考えられる。
この場合、第3実施形態の条件では、当初より電流値の差が発生するため、不具合の検出が出来ない。
このような場合は、出力電流値測定手段22で測定された、互いに近傍にある2つの太陽電池ストリング17からの初期状態の電流値の比率を記憶し、毎日測定している電流値の比率が、初期状態の比率に対し20%以上変化した状態となった場合、当該比較手段18に繋がれているどちらかのストリングコンバータ本体部11に繋がれている太陽電池ストリング17に異常があるとみなす方法が有効である。
In the inspection method, actual values of current values measured by the output current value measuring means 22 in the string converter
When a string converter is installed, the case where the number of series connection of the solar cell in a solar cell string is not all equal is considered.
In this case, under the conditions of the third embodiment, since a difference in current value occurs from the beginning, a failure cannot be detected.
In such a case, the ratio of the current values in the initial state from the two solar cell strings 17 in the vicinity measured by the output current value measuring means 22 is stored, and the ratio of the current values measured every day is When the state changes by 20% or more with respect to the ratio of the initial state, it is considered that there is an abnormality in the
また、前記説明での20%などの値は、本動作を説明する為の設定であって、10%または25%の様に任意の値でも良い。周辺環境や操作者の判断により適切な値にすることが望ましい。 Further, the value such as 20% in the above description is a setting for explaining this operation, and may be an arbitrary value such as 10% or 25%. It is desirable to set an appropriate value according to the surrounding environment and the judgment of the operator.
11 ストリングコンバータ本体部
12 入力電圧変換DC-DCコンバータ
13 入力電圧制御部
14 通信インターフェイス
15 外部負荷
16 動作制御用コンピュータ
17 太陽電池ストリング
18 比較手段
20 入力電流値測定手段
21 入力電圧値測定手段
22 出力電流値測定手段
30〜33 太陽電池
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記2つのストリングコンバータの初期状態の電流値の比率を予め記憶し、毎日指定された時刻に、前記2つのストリングコンバータの出力側の電流値を測定し、その測定された2つの電流値の比率が、前記記憶された初期状態の比率に対して一定以上差が生じた場合、前記太陽電池に異常があると判断する太陽光発電システム。 In a photovoltaic power generation system including two string converters that perform maximum power point tracking control of connected solar cells,
The ratio of the current value of the initial state of the two string converters is stored in advance, the current value on the output side of the two string converters is measured at a designated time every day , and the ratio of the measured two current values but if more than a predetermined difference occurs with respect to the stored ratio in the initial state, the solar power generation system determines that there is an abnormality in the solar cell.
The solar power generation system according to claim 1, wherein the solar cells connected to the two string converters are arranged in the vicinity of each other .
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