JP6012130B2

JP6012130B2 - クラスタ状態監視装置

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Publication number: JP6012130B2
Application number: JP2013098971A
Authority: JP
Inventors: 加藤　道哉; 道哉加藤
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: JP2014220393A

Description

本発明は、複数の太陽電池セルを直列接続してなる太陽電池セルストリングを複数のクラスタに等分し、それらクラスタの状態を監視するクラスタ状態監視装置に関する。

一般に、この種の電源システムでは、各クラスタの両端末間にバイパスダイオードが逆バイアス電圧を受けるように接続されている。そして、従来のクラスタ状態監視装置では、バイパスダイオードがオンしているか否かによって、何れのクラスタに異常が在るか否かを検出する構成になっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−９４７５１号公報（請求項１、図３、図１３、段落［００３０］）

ところで、上記したバイパスダイオードは、クラスタが発電不能な状態になるまではオンしないので、従来のクラスタ状態監視装置では、劣化により太陽電池セルの内部抵抗が増加して発電量が低下するような異常を検出することができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発電可能な状態のクラスタの劣化を検出することが可能なクラスタ状態監視装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るクラスタ状態監視装置（１００）は、複数の太陽電池セル（１１）を直列接続してなり、負荷に電力を供給する太陽電池セルストリング（１０Ｓ）を、１つ又は所定複数の太陽電池セル（１１）からなる複数のクラスタ（１２）に等分し、それらクラスタ（１２）の状態を監視するクラスタ状態監視装置（１００）において、各クラスタ（１２）の端末間の電圧をクラスタ電圧として検出するクラスタ電圧検出手段（３２Ａ，３２Ｂ，３３，３４，３５）と、クラスタ電圧が、予め設定された単位時間当りの基準降圧量（ΔＫ）を超えて低下した特別降圧を検出する特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）と、特別降圧の検出頻度が予め設定された基準頻度を超えたクラスタ（１２）を異常なクラスタ（１２）と判定する異常判定手段（９３，Ｓ３２）とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、複数のクラスタ（１２）を一纏めに固定してなる太陽電池モジュール（１０）を複数直列接続して太陽電池セルストリング（１０Ｓ）が構成され、各太陽電池モジュール（１０）毎に、クラスタ電圧検出手段（３２Ａ，３２Ｂ，３３，３４，３５）と特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）とを含みかつその特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）が特別降圧を検出する度に特別検出信号を無線送信するモジュール端末（３０）が設けられると共に、異常判定手段（９３，Ｓ３２）を有しかつ複数のモジュール端末（３０）から特別検出信号を無線受信し、特別検出信号の受信頻度を特別降圧の検出頻度として異常判定手段（９３，Ｓ３２）にて異常の判定を行うデータ判定端末（９０）とを備えたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、正常であれば略同一の電圧を出力する複数の太陽電池モジュール（１０）が直列接続されると共に、それら各太陽電池モジュール（１０）毎の複数の太陽電池セル（１１）毎にクラスタ（１２）が構成され、各太陽電池モジュール（１０）毎に、クラスタ電圧検出手段（３２Ａ，３２Ｂ，３３，３４，３５）と特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）とを含みかつその特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）が特別降圧を検出する度に特別検出信号を無線送信するモジュール端末（３０）が設けられると共に、異常判定手段（９３，Ｓ３２）を有しかつ複数のモジュール端末（３０）から特別検出信号を無線受信し、特別検出信号の受信頻度を特別降圧の検出頻度として異常判定手段（９３，Ｓ３２）にて異常の判定を行うデータ判定端末（９０）とを備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、データ判定端末（９０）には、異常と判定されたクラスタ（１２）を含む太陽電池モジュール（１０）を特定して報知する異常モジュール報知手段（９３，９６，Ｓ３３）が備えられたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載のクラスタ状態監視装置（１００）において、異常モジュール報知手段（９３，９６，Ｓ３３）は、複数の太陽電池モジュール（１０）の配置を示したモジュール配置図（Ｚ１）を表示する表示手段（９６）を備えて、モジュール配置図（Ｚ１）のうち異常と判定されたクラスタ（１２）を含む太陽電池モジュール（１０）を他の太陽電池モジュール（１０）と区別して表示手段（９６）に表示するところに特徴を有する。

請求項１のクラスタ状態監視装置（１００）では、複数のクラスタ（１２）が負荷に直列接続されているので、それら全てのクラスタ（１２）に流れる電流は同じである。しかしながら、クラスタ（１２）の劣化により内部抵抗に差異が生じると、その内部抵抗による電圧降下により、クラスタ（１２）の端末間の電圧であるクラスタ電圧に差異が生じる。そして、クラスタ（１２）間の内部抵抗の差異は、太陽電池セルストリング（１０Ｓ）に接続された負荷としての電機機器のオンにより電流が急増したときに、各クラスタ電圧の単位時間当りの降圧量の差異として現れる。これに対し、本発明のクラスタ状態監視装置（１００）では、クラスタ電圧が、単位時間当りの基準降圧量を超えて低下した特別降圧を検出し、その特別降圧の検出頻度が基準頻度を超えたクラスタ（１２）を異常のクラスタと判定するので、発電可能な状態のクラスタ（１２）の劣化を検出することができる。また、全てのクラスタ（１２）に共通して流れる電流の急増をトリガとして上記判定を行うので、判定の同時性も保たれる。

請求項２及び３の構成によれば、複数の太陽電池モジュール（１０）のそれぞれにモジュール端末（３０）を設けて、特別降圧の情報を無線送信するので、困難な信号配線の取り廻し作業を要せずに、複数の太陽電池モジュール（１０）における特別降圧の情報をデータ判定端末（９０）に集めることができる。また、各太陽電池モジュール（１０）のモジュール端末（３０）は、正常時には特別検出信号を無線送信しないで済むので、モジュール端末（３０）における電力消費が抑えられる。

請求項４のクラスタ状態監視装置（１００）では、異常と判定されたクラスタ（１２）を含む太陽電池モジュール（１０）を特定して報知するので、メンテナンスが容易になる。その報知の具体例としては、各太陽電池モジュール（１０）に識別番号を付しておき、異常と判定されたクラスタ（１２）を含む太陽電池モジュール（１０）の識別番号を特定して報知する構成としてもよいし、請求項５の発明のように、モジュール配置図（Ｚ１）のうち異常と判定されたクラスタ（１２）を含む太陽電池モジュール（１０）を他の太陽電池モジュール（１０）と区別して表示する構成としてもよい。請求項５の構成によれば、異常な太陽電池モジュール（１０）の場所を容易に把握することができ、メンテナンス作業の効率が向上する。なお、異常な太陽電池モジュール（１０）の識別番号を報知する構成とした場合には、例えば、識別番号と太陽電池モジュール（１０）の配置との対応図を見て、異常な太陽電池モジュール（１０）の場所を把握すればよい。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール群を備えた住居の斜視図（Ａ）太陽電池モジュールの平面図，（Ｂ）太陽電池モジュールの電気的構成を示した概念図電源システムの回路図モジュール端末の回路図データ判定端末の回路図モニタの正面図送信処理プログラムのフローチャート監視プログラムのフローチャート（Ａ）クラスタ電圧の推移を示したグラフ、（Ｂ）クラスタ電圧の検出タイミングと特別検出信号の送信タイミングとを示したタイムチャート

以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１には、住居の屋根の上に設置された太陽電池モジュール１０群が示されている。各太陽電池モジュール１０は、図２（Ａ）に示すように、例えば複数の太陽電池セル１１を縦横に２ｍ×ｎ個（例えば、ｍは「３」、ｎは「８」）のマトリクス状に配置してセル支持部材１４に固定した構造になっている。それら２ｍ×ｎ個の太陽電池セル１１は、図２（Ｂ）に示すようにセル支持部材１４に備えた正負のモジュール出力電極Ｐ１，Ｐ２の間に直列接続されている。

太陽電池モジュール１０が有する２ｍ×ｎ個の太陽電池セル１１は、２ｍ個（本実施形態では、１６個）ずつ太陽電池セル１１が連続してなるクラスタ１２にグループ分けされている。換言すれば、太陽電池モジュール１０は、同一構造のｎ個（本実施形態では、例えば３個）のクラスタ１２を直列接続した構造になっている。

各クラスタ１２の両端末間には、バイパスダイオード１３が各クラスタ１２から逆バイアス電圧を受けるように接続され、クラスタ１２が正常に発電を行っている間は、バイパスダイオード１３がオフし、クラスタ１２が発電不能になった場合に、バイパスダイオード１３がオンするようになっている。

各太陽電池モジュール１０のセル支持部材１４には、各クラスタ１２の両端末間の電圧を検出するための第１〜第４の検出電極Ａ１〜Ａ４が備えられている。具体的には、第１の検出電極Ａ１は、太陽電池モジュール１０のうち高電位側のクラスタ１２の正極に接続され、第２の検出電極Ａ２は、高電位側のクラスタ１２の負極と中央のクラスタ１２の正極とに共通接続され、第３の検出電極Ａ３は、中央のクラスタ１２の負極と低電位側のクラスタ１２の正極とに共通接続され、さらに、第４の検出電極Ａ４は、低電位側のクラスタ１２の負極に接続されている。

図３に示すように、上記した複数の太陽電池モジュール１０は、同じ複数個（例えば、６つ）ずつ直列接続されて複数のモジュールストリング１０Ｓを構成している。また、それら複数のモジュールストリング１０Ｓがパワーコンディショナー２１に備えた１対の統括電極Ｐ３，Ｐ４の間に複数並列接続されている。そして、これら太陽電池モジュール１０群とパワーコンディショナー２１とから電源システム１５が構成されている。

なお、モジュールストリング１０Ｓに含まれている全ての太陽電池セル１１は、統括電極Ｐ３，Ｐ４を直列接続されて本発明の「太陽電池セルストリング」になっている。即ち、本実施形態では、モジュールストリング１０Ｓに、本発明の「太陽電池セルストリング」が含まれた構成になっている。

パワーコンディショナー２１は、太陽電池モジュール１０群が取り付けられた屋根の近く（例えば、屋根上）に設置され（図１参照）、モジュールストリング１０Ｓ群から直流電力を受電するインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力変換回路２２と、電力変換回路２２のＤＣ／ＤＣコンバータ等から受電して作動する電力制御回路２４とを備えている。そして、電力制御回路２４が、電力変換回路２２のインバータを制御してモジュールストリング１０Ｓ群の直流出力を交流出力に変換する。また、電力変換回路２２のインバータの出力は、出力先切替回路２５を介して住居内の家電製品等の負荷（以下、「家電負荷」という）及び商用電源に接続されるか、それらの何れにも接続されない状態とに切り替えられる。なお、電力変換回路２２のインバータが出力する電力のうち家電負荷に給電してもなお余った余剰電力は、商用電源の給電元である電力会社が買電するようになっている。

図１に示すように、各太陽電池モジュール１０の裏面には、それぞれモジュール端末３０が取り付けられている。図４に示すように、モジュール端末３０は、第１と第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂとマイクロコントローラ３４（以下、「ＭＣＵ３４」という）と差動増幅回路３３とＡ／Ｄコンバータ３５とＲＯＭ／ＲＡＭ３８と無線送信回路３６及び無線受信回路３７とアイソレート電源３１とを有している。第１と第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ複数の入力端末と１つの出力端末とを備えていて、選択された任意の１つの入力端末が出力端末に接続されるようになっている。そして、各太陽電池モジュール１０の第１〜第４の検出電極Ａ１〜Ａ４に接続されたラインがそれぞれ分岐し、それらの一方の分岐ライン群が第１マルチプレクサ３２Ａの入力端末群に接続される一方、他方の分岐ライン群が第２マルチプレクサ３２Ｂの入力端末群に接続されている。また、第１及び第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂの出力端子は、差動増幅回路３３の反転入力端子と非反転入力端子に接続されている。

第１と第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂの制御用端子には、ＭＣＵ３４が接続されている。また、ＭＣＵ３４の内蔵メモリには、そのＭＣＵ３４を含んだモジュール端末３０が取り付けられている各太陽電池モジュール１０に固有の識別番号及び送信前待機時間と、特別降圧判定プログラムＰＧ１等とが記憶されている。そして、ＭＣＵ３４は、所定周期で後に詳説する特別降圧判定プログラムＰＧ１（図６参照）を割り込み実行して第１及び第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂを、順次、切り替え、各クラスタ１２の出力電圧（以下、「クラスタ電圧」という）を、差動増幅回路３３及びＡ／Ｄコンバータ３５を通して順番に取り込む。

アイソレート電源３１は、トランス５０や、同様の作用をする圧電トランスを備えていて、そのトランス５０の一次コイル５１の一方の端末に太陽電池モジュール１０の第１，第２，第３の検出電極Ａ１，Ａ２，Ａ３が並列接続されると共に、それら各並列ラインのそれぞれにダイオード５６が備えられている。また、各ダイオード５６は、それぞれカソード側が一次コイル５１に接続されている。一次コイル５１の他方の端末には、スイッチ素子としてのＰＮＰ型のトランジスタ５７を介して太陽電池モジュール１０の第４の検出電極Ａ４が接続され、そのトランジスタ５７のベースには、オシレータ４１の出力が接続されている。また、オシレータ４１の入力には、上記した第１，第２，第３の検出電極Ａ１，Ａ２，Ａ３が、上記したダイオード５６を介して共通接続されている。さらに、一次コイル５１の両端末間には、コンデンサと抵抗とを直列接続してなるサージ電圧吸収回路５８が接続されている。

一方、トランス５０の二次コイル５２側には、整流回路５３と共にレギュレータ５４が接続されている。そして、レギュレータ５４が整流回路５３の出力を昇圧又は降圧し、これにより、アイソレート電源３１から一定の直流電圧Ｖｃｃの電力が出力されるようになっている。そして、その電力がモジュール端末３０内の差動増幅回路３３、Ａ／Ｄコンバータ３５，ＭＣＵ３４等に給電される。このアイソレート電源３１を備えたことで、太陽電池モジュール１０と差動増幅回路３３、Ａ／Ｄコンバータ３５，ＭＣＵ３４等との間がアイソレートされるので、モジュール端末３０によるクラスタ電圧の検出において、差動増幅回路３３への入力電圧を各クラスタ電圧の基準に合わせることができるため、クラスタ電圧の正確な検出が可能になるし、乾電池を使用した場合のような電池切れの心配もない。また、このアイソレート電源３１によれば、その給電元の複数のクラスタ１２のうち一部に異常が生じても一定電圧Ｖｃｃの直流電力を出力することができる。

電源システム１５の太陽電池モジュール１０群全体の複数のモジュール端末３０に対して１つのデータ判定端末９０が設けられている。そして、これらモジュール端末３０群とデータ判定端末９０とから本発明に係るクラスタ状態監視装置１００（図１参照）が構成されている。そのデータ判定端末９０は、図５に示すように、無線送信回路９１と無線受信回路９２とＣＰＵ９３とＲＡＭ９４とＲＯＭ９５とモニタ９６とＬＡＮ９７とを備えている。そして、そのモニタ９６には、例えば、図６に示すように、全部の太陽電池モジュール１０の配置（図１参照）を示したモジュール配置図Ｚ１と、太陽電池モジュール１０群とパワーコンディショナー２１との間の配線を示したモジュール配線図Ｚ２とが表示されていて、正常時にはモジュール配置図Ｚ１及びモジュール配線図Ｚ２における各太陽電池モジュール１０が例えば白色になっている。なお、同図に示したモジュール配置図Ｚ１及びモジュール配線図Ｚ２では、「１」〜「１２」の各数字を囲んだ各四角形が、それぞれ太陽電池モジュール１０に相当し、それら「１」〜「１２」が各太陽電池モジュール１０に固有の前述の識別番号に相当する。なお、ＬＡＮ９７を介したネットワークにより接続されたＰＣや携帯端末において、モニタ９６に表示されているモジュール配置図Ｚ１等を表示したり、データ判定端末９０にて得られたデータを保存、解析することも可能となっている。また、ＰＣはインターネットを介し、スマートフォンなど無線端末によってもモジュールの状態を知ることができる。

図７には、各モジュール端末３０のＭＣＵ３４が所定周期で実行する特別降圧判定プログラムＰＧ１が示されている。この特別降圧判定プログラムＰＧ１では、太陽電池モジュール１０に含まれる上記ｎ個のクラスタ１２に、第１〜第ｎの順番が付されている。また、これら第１〜第ｎのクラスタ１２を選択するためのカウンタｉと、第１〜第ｎのクラスタ１２を出力電圧（以下、「クラスタ電圧」という）の検出結果を格納しておくための第１データ格納部Ｅ１（ｉ）（但し、ｉ＝１〜ｎ）、第２データ格納部Ｅ２（ｉ）（但し、ｉ＝１〜ｎ）とがＲＯＭ／ＲＡＭ３８の記憶領域に設定されている。

そして、特別降圧判定プログラムＰＧ１が実行されると、カウンタｉを更新するための最初にカウント処理（Ｓ１１）が実行される。このカウント処理（Ｓ１１）は、１回実行される度に、カウンタｉが「１」から１ずつインクリメントされ、「ｎ」までカウントされたら「１」に戻って同じカウント動作を繰り返す。即ち、特別降圧判定プログラムＰＧ１が実行される度に、カウンタｉが「１」から「ｎ」までの何れかの整数に順番に変化していく。

カウント処理（Ｓ１１）に次いで、データ取得処理（Ｓ１２）が行われる。このデータ取得処理（Ｓ２）では、ＭＣＵ３４は、カウンタｉの値に相当する第ｉのクラスタ１２の正極と負極とを差動増幅回路３３の反転入力端子と非反転入力端子に導通接続するように第１及び第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂを作動させて、第ｉのクラスタ１２のクラスタ電圧を、差動増幅回路３３及びＡ／Ｄコンバータ３５を通して検出データとして取り込み、第１データ格納部Ｅ１（ｉ）に格納する。本実施形態では、このようにしてクラスタ電圧が検出されるので、上記した第１及び第２のマルチプレクサ３２Ａ，３２Ｂ、差動増幅回路３３、ＭＣＵ３４及びＡ／Ｄコンバータ３５が本発明の「クラスタ電圧検出手段」に相当する。

次いで、第２データ格納部Ｅ２（ｉ）に格納されている検出データ（初期状態では、例えば、「０」）の値から第１データ格納部Ｅ１（ｉ）に格納されている前記検出データの値を差し引いた差分を検出変圧量ΔＥとして演算し（Ｓ１３）、検出変圧量ΔＥが、予め定められている基準降圧量ΔＫより大きいか否かを判別する（Ｓ１４）。ここで、第２データ格納部Ｅ２（ｉ）には、後述するステップ１６の処理により、前回、第ｉのクラスタ１２のクラスタ電圧を検出したときの検出データが格納されている。また、同じクラスタ１２のクラスタ電圧が検出される周期は、特別降圧判定プログラムＰＧ１の周期のｎ倍であるから、検出変圧量ΔＥは、単位時間（即ち、特別降圧判定プログラムＰＧ１の周期のｎ倍時間）当たりのクラスタ電圧の変圧量として演算される。つまり、これらステップＳ１３，１４の処理により、第ｉのクラスタ１２のクラスタ電圧が、単位時間当りの基準降圧量ΔＫを超えて低下しか否かが判別されることになる。よって、本実施形態では、これらステップＳ１３，１４の処理を行っているときのＭＣＵ３４が、本発明に係る「特別降圧検出手段」に相当する。

第ｉのクラスタ１２のクラスタ電圧が、単位時間当りの基準降圧量ΔＫを超えて低下した場合、即ち、特別降圧の場合には（Ｓ１４でＹＥＳ）、無線送信処理（Ｓ１５）が実行される。この無線送信処理（Ｓ１５）では、ＭＣＵ３４は、太陽電池モジュール１０の識別番号と共に特別降圧検出情報を無線送信回路３６に無線送信させる。その際、ＭＣＵ３４は、特別降圧を検出後に太陽電池モジュール１０に固有の上記した送信前待機時間の経過を待ってから、無線送信回路３６に識別番号及び特別降圧検出情報を無線送信させる。これにより、複数のモジュール端末３０の無線信号が重なり合って送信されることを防いでいる。また、本実施形態では、上記特別降圧検出情報を含んだ無線信号が本発明に係る「特別検出信号」に相当する。また、ＭＣＵ３４は、無線送信処理（Ｓ１５）の終了後に、第１データ格納部Ｅ１（ｉ）に格納されている検出データを、第２データ格納部Ｅ２（ｉ）に格納してから（Ｓ１６）、この特別降圧判定プログラムＰＧ１から抜ける。

一方、検出変圧量ΔＥが基準降圧量ΔＫより大きくない場合には（Ｓ１４でＮＯ）、無線送信処理（Ｓ１５）を行うことなく、第１データ格納部Ｅ１（ｉ）に格納されている検出データを、第２データ格納部Ｅ２（ｉ）に格納して（Ｓ１６）この特別降圧判定プログラムＰＧ１から抜ける。

図８には、データ判定端末９０のＲＯＭ９５に記憶されている監視プログラムＰＧ２が示されている。データ判定端末９０のＣＰＵ９３は、無線受信回路９２が無線信号を受信する度に監視プログラムＰＧ２を割り込み実行する。その監視プログラムＰＧ２が実行されると、無線受信回路９２が受信した無線信号が、特別検出信号であるか否かをチェックする（Ｓ３０）。具体的には、ＣＰＵ９３は、無線受信回路９２から受信データを取得し、その受信データが、何れかの太陽電池モジュール１０の識別番号と特別降圧検出情報との両方を含んだ受信データであるか否かをチェックし、受信データに識別番号と特別降圧検出情報との両方を含まれていなかった場合には、特別検出信号でないと判断して（Ｓ３０でＮＯ）、監視プログラムＰＧ２を終了する。

受信データに識別番号と特別降圧検出情報との両方が含まれていた場合には、特別検出信号であると判断して（Ｓ３０でＹＥＳ）、特別カウント処理（Ｓ３１）を行う。特別カウント処理（Ｓ３１）では、受信データに含まれていた識別番号の特別検出カウンタをインクリメントする。

次いで、特別カウント処理（Ｓ３１）でインクリメントされた特別検出カウンタの値ｊが、予め定められた基準値ｐを超えたか否かを判別する（Ｓ３２）。即ち、特別検出信号の送信元の太陽電池モジュール１０において特別降圧の検出頻度が基準頻度を超えたか否かを判別する。そして、特別検出信号の送信元の太陽電池モジュール１０において特別降圧の検出頻度が基準頻度を超えていない場合には（Ｓ３２でＮＯ）、直ちにこの監視プログラムＰＧ２から抜ける一方、特別検出信号の送信元の太陽電池モジュール１０において特別降圧の検出頻度が基準頻度を超えた場合には（Ｓ３２でＹＥＳ）、上記したモジュール配置図Ｚ１及びモジュール配線図Ｚ２においてその太陽電池モジュール１０に相当する部分を例えば表示色を白色から黄色に変える表示色変更処理（Ｓ３３）を行ってから、この監視プログラムＰＧ２から抜ける。

なお、本実施形態では、上記したステップＳ３２を実行しているときのＣＰＵ９３が、本発明の「異常判定手段」に相当し、上記した表示色変更処理（Ｓ３３）を実行しているＣＰＵ９３及びモニタ９６が本発明に係る「異常モジュール報知手段」に相当する。

また、データ判定端末９０は、例えば、所定時刻（例えば、正午）になると、全ての太陽電池モジュール１０のモジュール端末３０に向けて無線信号を出力して、各クラスタ１２のクラスタ電圧の検出結果を返信するように指示する。これに対し、返信しない太陽電池モジュール１０のモジュール端末３０は、故障している判断して上記したモジュール配置図Ｚ１及びモジュール配線図Ｚ２における相当部分を、例えば赤色に変えて表示する。また、返信はあったがクラスタ電圧の検出結果が基準値を超えて低かった太陽電池モジュール１０に関しては、例えば、鳥の糞の付着や断線等の異常があったと判断して、モジュール配置図Ｚ１及びモジュール配線図Ｚ２のうち相当部分を、例えば橙色に変えて表示する。

本実施形態のクラスタ状態監視装置１００の構成に関する説明は以上である。次に、このクラスタ状態監視装置１００の作用効果について説明する。

電源システム１５（図３参照）の各太陽電池セル１１が太陽光を受けて発電し、モジュールストリング１０Ｓ群全体から直流電力が出力されると、その直流電力がパワーコンディショナー２１にて交流電力に変換される。そして、住居内の商用電源ラインに接続されている住居内の照明、洗濯機、エアコン、電子レンジ等の家電負荷に、その商用電源ラインを通して電源システム１５から電力が供給される。

ここで、電源システム１５からの電力が、例えば、照明に使用されている状態で電子レンジのスイッチがオンされると、電源システム１５にかかる負荷が急増し、全てのクラスタ１２に共通して流れる電流が急増する。このとき、クラスタ１２同士の間で内部抵抗に差異があると、それら内部抵抗による電圧降下により、クラスタ１２の端末間の電圧であるクラスタ電圧にも差異が生じる。そして、クラスタ１２間の内部抵抗に差異は、電流が急増したときの各クラスタ電圧の単位時間当りの降圧量の差異として現れる。なお、図９（Ａ）には、内部抵抗が異なるクラスタＡ，Ｂ，Ｃのクラスタ電圧が対比して示されている。同図では、クラスタＣの内部抵抗よりクラスタＢの内部抵抗が大きく、クラスタＢの内部抵抗よりクラスタＡの内部抵抗が大きくなっている。

これに対し、本実施形態のクラスタ状態監視装置１００では、クラスタ電圧が、予め設定された単位時間当りの基準降圧量を超えて低下した特別降圧を検出し、特別降圧の検出頻度が基準頻度を超えたクラスタ１２を異常なクラスタ１２と判定するので、発電可能な状態のクラスタ１２の劣化を検出することができる。また、全てのクラスタ１２に共通して流れる電流の急増をトリガとして上記判定を行うので、判定の同時性も保たれる。

具体的には、図９（Ａ）と図９（Ｂ）とに対応させて示すように、各クラスタＡ，Ｂ，Ｃのクラスタ電圧の検出周期が単位時間に相当し、内部抵抗が大きなクラスタほど単位時間当りの降圧量が大きくなり、それ故、単位時間当りの降圧量が基準降圧量を超える回数も多くなり、特別検出信号の送信回数も増える。

そして、特別検出信号の送信回数が基準頻度を超えたか否かをチェックすることで、発電可能な状態のクラスタ１２の劣化を検出することができる。また、本実施形態のクラスタ状態監視装置１００では、発電可能だが劣化したクラスタ１２を含む太陽電池モジュール１０（即ち、異常な太陽電池モジュール１０）を特定して報知する。具体的には、モニタ９６のモジュール配置図Ｚ１及びモジュール配線図Ｚ２のうち異常な太陽電池モジュール１０を他の太陽電池モジュール１０と区別して表示するので、異常な太陽電池モジュール１０の場所を容易に把握することができ、メンテナンス作業の効率が向上する。

しかも、本実施形態のクラスタ状態監視装置１００では、複数の太陽電池モジュール１０のそれぞれにモジュール端末３０を設けて、特別降圧の情報を無線送信するので、困難な信号配線の取り廻し作業を要せずに、複数の太陽電池モジュール１０における特別降圧の情報をデータ判定端末９０に集めることができる。また、各モジュール端末３０は、正常時には特別検出信号を無線送信しないで済むので、モジュール端末３０における電力消費が抑えられる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態のクラスタ状態監視装置１００では、太陽電池モジュール１０に含まれる複数のクラスタ１２のそれぞれの電圧降下をチェックして、劣化したクラスタ１２を含む太陽電池モジュール１０を、異常な太陽電池モジュール１０として特定して報知する構成になっていたが、各太陽電池モジュールそのものを１つのクラスタとし、各太陽電池モジュール１０の出力の電圧降下をチェックして、前記実施形態と同様の処理を行うようにしてもよい。

（２）前記実施形態のクラスタ状態監視装置１００では、全ての太陽電池モジュール１０のモジュール端末３０群がデータ判定端末９０に無線接続されていたが、ケーブル接続された構成にしてもよい。

１０太陽電池モジュール
１０Ｓ太陽電池セルストリング
１１太陽電池セル
１２クラスタ
３０モジュール端末
３２Ａ，３２Ｂ第１及び第２のマルチプレクサ（クラスタ電圧検出手段）
３３差動増幅回路（クラスタ電圧検出手段）
３４ＭＣＵ（クラスタ電圧検出手段、特別降圧検出手段）
３５Ａ／Ｄコンバータ（クラスタ電圧検出手段）
９０データ判定端末
９３ＣＰＵ（異常判定手段、異常モジュール報知手段）
９６モニタ（表示手段、異常モジュール報知手段）
１００クラスタ状態監視装置
ΔＫ基準降圧量
Ｚ１モジュール配置図

Claims

複数の太陽電池セル（１１）を直列接続してなり、負荷に電力を供給する太陽電池セルストリング（１０Ｓ）を、１つ又は所定複数の前記太陽電池セル（１１）からなる複数のクラスタ（１２）に等分し、それらクラスタ（１２）の状態を監視するクラスタ状態監視装置（１００）において、
各前記クラスタ（１２）の端末間の電圧をクラスタ電圧として検出するクラスタ電圧検出手段（３２Ａ，３２Ｂ，３３，３４，３５）と、
前記クラスタ電圧が、予め設定された単位時間当りの基準降圧量（ΔＫ）を超えて低下した特別降圧を検出する特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）と、
前記特別降圧の検出頻度が予め設定された基準頻度を超えた前記クラスタ（１２）を異常な前記クラスタ（１２）と判定する異常判定手段（９３，Ｓ３２）とを備えたことを特徴とするクラスタ状態監視装置（１００）。
複数の前記クラスタ（１２）を一纏めに固定してなる太陽電池モジュール（１０）を複数直列接続して前記太陽電池セルストリング（１０Ｓ）が構成され、
各前記太陽電池モジュール（１０）毎に、前記クラスタ電圧検出手段（３２Ａ，３２Ｂ，３３，３４，３５）と前記特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）とを含みかつその特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）が前記特別降圧を検出する度に特別検出信号を無線送信するモジュール端末（３０）が設けられると共に、
前記異常判定手段（９３，Ｓ３２）を有しかつ複数の前記モジュール端末（３０）から前記特別検出信号を無線受信し、前記特別検出信号の受信頻度を前記特別降圧の検出頻度として前記異常判定手段（９３，Ｓ３２）にて前記異常の判定を行うデータ判定端末（９０）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
正常であれば略同一の電圧を出力する複数の太陽電池モジュール（１０）が直列接続されると共に、それら各太陽電池モジュール（１０）毎の前記複数の太陽電池セル（１１）毎に前記クラスタ（１２）が構成され、
各前記太陽電池モジュール（１０）毎に、前記クラスタ電圧検出手段（３２Ａ，３２Ｂ，３３，３４，３５）と前記特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）とを含みかつその特別降圧検出手段（３４，Ｓ１３，Ｓ１４）が前記特別降圧を検出する度に特別検出信号を無線送信するモジュール端末（３０）が設けられると共に、
前記異常判定手段（９３，Ｓ３２）を有しかつ複数の前記モジュール端末（３０）から前記特別検出信号を無線受信し、前記特別検出信号の受信頻度を前記特別降圧の検出頻度として前記異常判定手段（９３，Ｓ３２）にて前記異常の判定を行うデータ判定端末（９０）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
前記データ判定端末（９０）には、異常と判定された前記クラスタ（１２）を含む前記太陽電池モジュール（１０）を特定して報知する異常モジュール報知手段（９３，９６，Ｓ３３）が備えられたことを特徴とする請求項２又は３に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。
異常モジュール報知手段（９３，９６，Ｓ３３）は、前記複数の太陽電池モジュール（１０）の配置を示したモジュール配置図（Ｚ１）を表示する表示手段（９６）を備えて、前記モジュール配置図（Ｚ１）のうち前記異常と判定された前記クラスタ（１２）を含む前記太陽電池モジュール（１０）を他の太陽電池モジュール（１０）と区別して前記表示手段（９６）に表示することを特徴とする請求項４に記載のクラスタ状態監視装置（１００）。