JP6299852B2

JP6299852B2 - 発電出力測定装置

Info

Publication number: JP6299852B2
Application number: JP2016239234A
Authority: JP
Inventors: 慶之川副; 健片渕; 尚之古場
Original assignee: 株式会社戸上電機製作所
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: JP2017045487A

Description

本発明は、自然エネルギーを利用した発電装置からの出力を測定する発電出力測定装置に関するものである。

太陽光発電装置や風力発電装置などの自然エネルギーを利用した発電装置は、環境によって出力電圧や出力電流などの出力が変化する。また、汚れや経年劣化によっても出力が変化する。メンテナンスでは、発電装置の電圧や電流などの出力を測定することが重要であり、その場合に、発電出力測定装置が測定に用いられる。
このような、自然エネルギーを利用した発電装置の出力を測定する従来の発電出力測定装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載の「太陽電池モジュールの異常チェック機能付連系形太陽光発電装置」は、複数の太陽電池モジュールを直列接続したものを並列接続して構成された太陽電池アレイの直列分をストリングＳ₁〜Ｓ_nとし、各ストリングＳ₁〜Ｓ_nの出力電圧Ｖ_S1〜Ｖ_Snと入力電圧Ｖ_inを比較して、ストリングの異常を検出特定するものである。

特開平８−１８５２３５号公報

特許文献１に記載の従来の発電出力測定装置では、各ストリングが並列接続されているが、それぞれのストリングを手動により電圧および電流を測定する際には、スムーズに測定できることが望まれている。

そこで本発明は、複数の発電装置を順次測定する場合でも、スムーズに測定することができる発電出力測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、負荷へ電力を供給するパワーコンディショナーに接続された自然エネルギーを利用した複数の発電装置の出力を測定する発電出力測定装置であって、前記発電装置から電流が流れる負荷部と、前記負荷部における電圧と電流を測定する測定部と、前記測定の終了を報知させるための報知部と、前記測定部により測定された電圧と電流との関係を示すグラフを表示するための表示部と、前記測定部により測定された電圧が、所定電圧以上であることを契機に、前記負荷部に流れる電流を増加させて、前記測定部により電圧と電流を測定し、前記測定部による測定が終了したときに前記報知部により報知させ、前記測定部により測定された電圧および電流の関係を示すグラフを、前記複数の発電装置に対応させて、前記表示部に重ね合わせて表示する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、測定部により測定された電圧が、所定電圧以上であることを契機に、負荷部に流れる電流を増加させて、測定部により電圧と電流を測定し、測定部による測定が終了したときに報知部により報知させ、測定部により測定された電圧および電流の関係を示すグラフを、複数の発電装置に対応させて、表示部に重ね合わせて表示するように、制御部が制御することにより、操作者は次々に発電装置の電流電圧特性のグラフを表示部に表示させることができる。

前記発電装置の出力端子に接触して、前記発電装置の電流を前記負荷部に流し込むためのプローブを備えることができる。操作者はプローブにより発電装置の出力端子に接触させることができる。

前記制御部は、前記パワーコンディショナーが動作することができる電圧範囲に含まれる間、前記負荷部に流れる電流を増加させて、前記測定部により電圧と電流を測定することができる。
発電装置からの電流を負荷部へ引き込んだとしても、制御部が、負荷部に流れる電流をパワーコンディショナーが動作することができる電圧範囲に含まれる間だけ増加させるので、パワーコンディショナーを停止することなく、発電装置の測定を測定部により行うことができる。

前記制御部は、前記負荷部に流す電流の時間を、前記測定部により測定された電圧が、前記パワーコンディショナーが動作することができる電圧範囲に含まれるときから、前記パワーコンディショナーが停止電圧以下となった後に、前記パワーコンディショナーが停止するまでの時間未満とするのが望ましい。このように制御部が負荷部に流れる電流を制御することで、パワーコンディショナーの停止電圧以下とする電圧までの電圧および電流を測定することができる。

前記負荷部と前記測定部とが、並列接続された前記発電装置のそれぞれに対応させて設けられ、前記制御部は、前記複数の負荷部への電流の流し込みを同時に指示して、前記複数の測定部により電圧と電流を同時測定するのが望ましい。
並列接続された発電装置を、負荷部と測定部とを複数設けて測定するときに、制御部が負荷部への電流の流し込みを同時に指示して、複数の測定部により電圧と電流を同時測定するので、同じ条件で並列接続された発電装置を測定することができる。

前記負荷部が、並列接続された前記発電装置のそれぞれに対応させて設けられ、前記複数の負荷部と、前記測定部との接続を切り替える切替部が接続され、前記制御部は、前記切替部により前記負荷部と前記測定部との接続を順次選択して、前記測定部により電圧と電流を順次測定するのが望ましい。
制御部が、複数の負荷部と、測定部との接続を切替部により切り替えながら、測定部により電圧と電流を順次測定することで、測定部を発電装置に対応させて設けなくてもよい。また、制御部が切替部を順次切り替えながら測定することで、制御部が高速に動作しなくてもよいので、低速なものが使用できる。

前記負荷部に、並列接続された前記発電装置のそれぞれの出力を切り替える切替部が接続され、前記制御部は、前記切替部により前記複数の発電装置からの出力と前記負荷部への接続を順次選択して、前記測定部により電圧と電流を順次測定するのが望ましい。
制御部が、切替部により並列接続された発電装置のそれぞれの出力を切り替えながら、負荷部と測定部とにより電圧と電流を順次測定することで、負荷部と測定部とを発電装置に対応させて設けなくてもよい。また、制御部が切替部を順次切り替えながら測定することで、制御部が高速に動作しなくてもよいので、低速なものが使用できる。

前記制御部は、前記測定部により測定された電圧が所定電圧以上であることを契機に、前記負荷部に流れる電流を増加させて、前記測定部により電圧と電流を測定し、前記測定部による測定が終了したことを報知部により報知するのが望ましい。
発電装置の出力を測定する際に、手動で発電装置の出力に接触させる場合、確実に負荷部を発電装置に接続する必要がある。制御部が、測定部により測定された電圧が所定電圧以上であることを契機に、負荷部に流れる電流を増加させて測定を開始することで、確実な接触状態で測定を開始することができる。また、制御部が測定部による測定が終了したことを報知部により報知するので、測定終了を認識することができる。

前記制御部が、前記測定部により測定された電圧および電流を読み込み、電圧と電流との関係を示すグラフを、前記複数の発電装置に対応させて、表示部に重ね合わせ表示することにより、同じ発電環境での測定結果を比較することができるので、相対的な評価が可能となる。従って、発電装置の発電を評価するために、自然環境を測定する測定装置が不要である。

前記パワーコンディショナーと、前記発電装置との間に、接続と開放とを切り替える接続装置が設けられていると、発電装置とパワーコンディショナーとを切り離した状態で、電圧と電流の特性が測定できるので、開放電圧および短絡電流が測定できる。

前記制御部が、測定開始から測定終了までの間の、所定電圧における電流、所定電流における電圧、または電力を、前記並列接続された発電装置で比較して、相対的な良否判定を行うと、幅広い範囲で自動的に行うことができる。

本発明は、操作者は次々に発電装置の電流電圧特性のグラフを表示部に表示させることができるので、数の発電装置を順次測定する場合でも、スムーズに測定することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る発電出力測定装置が、太陽光発電装置とパワーコンディショナーとの間に接続されている状態を示す図である。図１に示す発電出力測定装置の構成を説明するための図である。図２に示す発電出力測定装置の負荷部の一例を示す図である。図２に示す発電出力測定装置の動作および使用状態を説明するためのフローチャートである。（Ａ）および（Ｂ）は、図２に示す発電出力測定装置の負荷部に流し込む電流の波形図である。図２に示す発電出力測定装置の表示部に表示された電流電圧特性グラフを示す図であり、（Ａ）は停止電圧として、パワーコンディショナーの動作電圧の下限を設定したときのグラフ、（Ｂ）は停止電圧を０Ｖと設定したときのグラフである。本発明の実施の形態２に係る発電出力測定装置が、太陽光発電装置とパワーコンディショナーとの間に接続されている状態を示す図である。図７に示す発電出力測定装置の構成を説明するための図である。図８に示す発電出力測定装置の複数の負荷部に同時流し込む電流の波形図である。図８に示す発電出力測定装置の複数の負荷部に順次流し込む電流の波形図である。図８に示す発電出力測定装置の表示部に表示された電流電圧特性グラフを示す図であり、停止電圧として、パワーコンディショナーの動作電圧の下限を設定したときのグラフである。本発明の実施の形態３に係る発電出力測定装置が、太陽光発電装置とパワーコンディショナーとの間に接続されている状態を示す図である。図１２に示す発電出力測定装置の構成を説明するための図である。図１３に示す発電出力測定装置の複数の負荷部に順次流し込む電流の波形図である。本発明の実施の形態４に係る発電出力測定装置が、太陽光発電装置とパワーコンディショナーとの間に接続されている状態を示す図である。図１５に示す発電出力測定装置の構成を説明するための図である。図１６に示す発電出力測定装置の複数の負荷部に順次流し込む電流の波形図である。本発明の実施の形態５に係る発電出力測定装置が、太陽光発電装置とパワーコンディショナーとの間に接続されている状態を示す図である。図１８に示す発電出力測定装置の構成を説明するための図である。図１９に示す発電出力測定装置の動作および使用状態を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態６に係る発電出力測定装置の装置本体が、太陽光発電装置とパワーコンディショナーとの間に介在した接続装置に接続されている状態を示す図である。図１９に示す発電出力測定装置の表示部に表示された電流電圧特性グラフを示す図である。図１９に示す発電出力測定装置の表示部に表示される極性因子ＦＦを説明するための図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発電出力測定装置を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、発電出力測定装置１０は、パワーコンディショナーＰに接続された自然エネルギーを利用した発電装置の一例である太陽光発電装置Ｓが発生する出力電力を測定するものである。

太陽光発電装置Ｓは、１台の太陽光発電パネルを直列接続したストリングとすることで所定電圧を出力する。例えば、２００ＶをパワーコンディショナーＰの入力電圧とする場合、２０Ｖの出力電圧の太陽光発電パネルを１０台直列接続した１つのストリングとする。
パワーコンディショナーＰは、負荷Ｌへ太陽光発電装置Ｓからの出力を調整された電力として供給するものである。パワーコンディショナーＰの機能としては、太陽光発電装置Ｓからの直流の出力を交流に変換することの他に、最大出力動作点制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）により、刻々と変化する環境変化のその時々における最大電力を負荷Ｌへ出力する。

発電出力測定装置１０は、太陽光発電装置Ｓの出力またはパワーコンディショナーＰの入力に接続される。発電出力測定装置１０からの接続は、太陽光発電装置Ｓの出力端子またはパワーコンディショナーＰの入力端子に固定することで常時接続としてもよいし、発電出力測定装置１０の接続線にプローブを採用して、検査時のみに接続するようにしてもよい。また、太陽光発電装置Ｓの出力端子またはパワーコンディショナーＰの入力端子の間に、接続端子を介在させて、発電出力測定装置１０のプローブを接触させるようにしてもよい。

発電出力測定装置１０は、図２に示すように、負荷部２０と、測定部３０と、制御部４０と、表示部５０と、入力部６０と、メモリ媒体装着部７０とを備えている。
負荷部２０は、電圧ダミーロードおよび電流ダミーロードを備え、発電装置から電流を流して、太陽光発電装置Ｓの電流や電圧を測定するためのものである。負荷部２０は、例えば、図３に示す回路構成とすることができる。

図３に示す負荷部２０の一例では、電流ダミーロードとして端子ＩＮ＋からの電流をゲート電圧に応じて流し込むＦＥＴ２１と、制御部４０により出力電圧が調整される直流電源部２２と、直流電源部２２からの電圧をＦＥＴ２１のゲート電圧とするＯＰアンプ２３と、ＦＥＴ２１のゲート電圧に応じたドレイン−ソース間電流が流れる抵抗２４と、電圧ダミーロードとして端子ＩＮ＋と端子ＩＮ−との間に配置された分割抵抗を構成する抵抗２５および抵抗２６とを備えている。
端子ＩＮ＋と端子ＩＮ−間の電圧を抵抗２６の両端の電圧を測定することで、太陽光発電装置Ｓの出力電圧としているため、抵抗２６の抵抗値は抵抗２５より十分大きなものとするのが望ましい。

測定部３０は、分割抵抗のうち抵抗２６の両端の電圧の測定と、抵抗２４の両端の電圧に基づいて抵抗２４に流れる電流を測定して、測定された電圧および電流を制御部４０へ通知する機能を備えている。測定部３０は、例えば、抵抗２６の両端に接続されたＡＤ変換器と、抵抗２４の両端に接続されたＡＤ変換器と、ＡＤ変換器により測定された電圧を抵抗２４の抵抗値により除算して電流を算出する除算器とすることができる。なお、本実施の形態では、測定部３０の除算器を制御部４０の機能の一部として含ませている。

制御部４０は、負荷部２０へ流れる電流を直流電源部２２へ電圧により指示し、測定部３０により測定された電圧および電流に基づいて、表示部５０へ表示させる機能を備えている。制御部４０は、演算や制御を行うＣＰＵや、記憶部としての不揮発性メモリであるＲＯＭおよび揮発性メモリであるＲＡＭなどから構成することができる。ＲＯＭは、入力部６０から入力される設定値や発電出力測定プログラムを格納するために書き換え可能な不揮発性メモリ、例えば、フラッシュメモリとすることができる。ＣＰＵがＲＯＭに格納された発電出力測定プログラムを実行することで、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを制御部４０として機能させている。
制御部４０に設定される設定値としては、パワーコンディショナーＰの動作下限値（停止電圧）や太陽光発電装置Ｓのストリング数、太陽光発電装置Ｓの故障を検出するための閾値などがある。本実施の形態１では、設定値として、パワーコンディショナーＰの停止電圧を１００Ｖとし、ストリング数を１としている。

表示部５０は、制御部４０からの表示データを表示する。表示部５０は、ＬＣＤパネル、有機ＥＬパネルなどとすることができる。入力部６０は、設定を入力したり、制御部４０へ動作を指示したりするもので、本実施の形態ではタッチパネルを採用している。入力部６０は、タッチパネルとする他に、キーボードや専用キーを並べたスイッチ群とすることができる。

メモリ媒体装着部７０は、メモリ媒体を装着して、測定された電圧、電流、グラフ、他の測定条件を書き込むためのインタフェースである。メモリ媒体しては、ＵＳＢメモリとしたり、不揮発性メモリが封入されたメモリカードとしたりすることができる。メモリカードであれば、例えば、ＳＤカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）、メモリースティック（商標）などとすることができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る発電出力測定装置１０の動作および使用状態について、図面に基づいて説明する。
図４に示すように、まず、制御部４０は連系ストリング電圧Ｖ_STを測定する（ステップＳ１０）。発電出力測定装置１０における連系ストリング電圧Ｖ_STは、パワーコンディショナーＰが負荷Ｌに対して最大電力で電力を供給している状態で、かつ、図３に示すＦＥＴ２１に電流が流れていない状態での端子ＩＮ＋および端子ＩＮ−の端子間電圧を示す。制御部４０は、抵抗２６の電圧を測定部３０により読み込むことで、連系ストリング電圧Ｖ_STを得ることができる。

次に、制御部４０は、負荷部２０に引き込む電流を、負荷部２０の直流電源部２２の出力電圧として設定する（ステップＳ２０）。制御部４０からの電圧の設定により、直流電源部２２はＯＰアンプ２３を介在させてＦＥＴ２１のゲートへ制御部４０に指示された電圧を出力する。ＦＥＴ２１は、ゲート電圧に応じた電流を、ドレイン−ソース間電流として、端子ＩＮ＋から端子ＩＮ−に流す。
電流が抵抗２４に流れることで発生する抵抗２４の両端の電圧が発生する。測定部３０は、抵抗２４の両端の電圧を抵抗２４の抵抗値で除算した電流を算出する。制御部４０は、測定部３０により算出された測定電流を読み込む。また、制御部４０は、測定部３０は抵抗２６の両端の測定電圧を読み込む。制御部４０では、測定部３０にて測定された電圧および電流を制御部４０内の記憶部に格納する（ステップＳ３０）。

制御部４０は、測定部３０にて測定された電圧が、パワーコンディショナーＰが動作する電圧範囲に含まれているか否かを判断するため、パワーコンディショナーＰの停止電圧以下か否かを判定する（ステップＳ４０）。
負荷部２０が電流を引き込むことで、太陽光発電装置Ｓの出力電圧が低下する。パワーコンディショナーＰが停止してしまえば負荷Ｌや売電に影響を与えるため、パワーコンディショナーＰが動作することができる電圧範囲としては、パワーコンディショナーＰの停止電圧より大きい電圧とすることが考えられ、測定をパワーコンディショナーＰの停止電圧より大きい電圧範囲だけで行うことが考えられる。
しかし、例えば、パワーコンディショナーＰの動作電圧の下限である停止電圧が１００Ｖを下回り、停止電圧以下となってしまっても、測定時間が短ければ通常動作する。
本実施の形態１に係る発電出力測定装置１０では、制御部４０が１回の電流増加のステップを約２０〜３０μＳで実行している。そのため、パワーコンディショナーＰは停止電圧以下であっても、負荷部２０に流す電流の時間を、測定部３０により測定された電圧が、パワーコンディショナーＰが動作することができる電圧範囲に含まれるときから、パワーコンディショナーＰが停止電圧以下となった後に、パワーコンディショナーＰが停止するまでの時間未満とした短時間な測定とすることで停止しない。従って、測定部３０にて測定された電圧が、既に、パワーコンディショナーＰの停止電圧以下であっても、パワーコンディショナーＰには影響を与えない。従って、測定を短時間とすることで、パワーコンディショナーＰが動作することができる電圧範囲としては、停止電圧以下とすることができる。

なお、本実施の形態１では、図４のステップＳ４０に示す、測定の終了をパワーコンディショナーＰの停止電圧以下か否かで判定している。しかし、パワーコンディショナーＰへの入力電圧が０Ｖであっても測定が短時間であれば、パワーコンディショナーによっては通常動作する場合がある。この場合、パワーコンディショナーＰが動作することができる電圧範囲の下限を０Ｖとすることができる。そして、入力部６０により停止電圧の設定を０Ｖとすることで、測定部３０により測定された電圧が０Ｖとなるまで測定を続けることができる。つまり、太陽光発電装置Ｓの出力を短絡させたときの太陽光発電装置Ｓが流せる電流である短絡電流Ｉ_SCを測定することができる。
このように、測定時間を短時間とすることで、負荷部２０への引き込み電流の増加範囲を広くすることができる。

ステップＳ４０では、測定された電圧がパワーコンディショナーＰの停止電圧以下であれば、停止電圧であると判定して測定を終了し、停止電圧以下でなければステップＳ５０へ移行する。

次に、制御部４０は、規定回数測定したか否かを判定する（ステップＳ５０）。本実施の形態では、負荷部２０の抵抗２４が１０Ａまで流せるものを採用しており、制御部４０が抵抗２４に流れる電流を０．１Ａずつ段階的に増加させるように、直流電源部２２に電圧値を指示しているため、ステップＳ５０では、１００回測定したか否かを判定している。

ステップＳ５０にて、制御部４０が規定回数未満であると判定した場合には、ステップＳ２０に戻り、増加させた電流が負荷部２０に流れるよう、負荷部２０の直流電源部２２へ指示する。ステップＳ５０にて、規定回数測定したと判定された場合には、制御部４０は負荷部２０の直流電源部２２へ、電圧出力の停止を指示して、負荷部２０への電流の引き込みを終了し、測定を終了する（ステップＳ６０）。

このように、ステップＳ２０からステップＳ５０までを繰り返すことで、負荷部２０へ流し込む電流は、図５（Ａ）に示すように、０Ａから徐々に増加する波形となる。
なお、図５（Ａ）では、１回の測定で、電流を負荷部２０へ１回流し込んでいるが、図５（Ｂ）に示すように、まず、電流を１回負荷部２０へ流し込み、太陽光発電装置Ｓの太陽光発電パネルに内在する容量に蓄積された電荷を放電させてから、測定のための負荷部２０へ電流の流し込みを行うようにしてもよい。そうすることで測定を精度よく行うことができる。

制御部４０は、制御部４０内の記憶部に格納された電圧および電流のそれぞれのデータに基づいて、表示部５０に、電流電圧特性グラフ（ＩＶ特性特性グラフ）を、図６（Ａ）に示すように表示する。
図６（Ａ）に示すように、表示部５０では、連系ストリング電圧Ｖ_STから負荷部２０への引き込み電流を増加させ、太陽光発電装置Ｓの出力電圧を低下させたときの電流をグラフにして表示しているので、測定者が一目で特性を把握することができる。

測定者が、測定した電圧および電流を他のパーソナルコンピュータへ持って行き、処理したい場合には、表示部５０に表示された「データ保存」ボタンＢ１を押下する。この押下によりタッチパネルとした入力部６０から「データ保存」ボタンＢ１が押下された旨の通知が制御部４０へ通知される。そして、制御部４０が、外部メモリ装着部７０に装着されたメモリ媒体にデータを書き込むことで、データが格納されたメモリ媒体を持ち出せることができる。メモリ媒体に書き込まれるデータは、例えば、テキスト形式、またはテキスト形式でもＣＳＶ形式としたり、バイナリ形式したりすることができる。

このようにして、太陽光発電装置Ｓからの電流を負荷部２０へ引き込ませ、制御部４０が、負荷部２０に流れる電流をパワーコンディショナーＰが動作する電圧範囲に含まれる間だけ増加させるので、パワーコンディショナーＰを停止することなく、太陽光発電装置Ｓの出力の測定を測定部３０により行うことができる。従って、発電出力測定装置１０は、太陽光発電装置Ｓの発電ロスを抑えることができる。

また、測定時間を短時間とし、短絡電流Ｉ_SCが測定されるまで、負荷部２０への流し込み電流を増加させることにより、図６（Ｂ）に示すグラフのように、幅広い電流電圧特性を測定することができる。また、短絡電流Ｉ_SCを測定することにより、太陽光発電装置Ｓの短絡電流Ｉ_SC時における特性の変化を容易に確認することができる。例えば、短絡電流Ｉ_SC時では、太陽光発電パネルの特性劣化に起因する異常を検出することができる。
制御部４０は、測定された短絡電流Ｉ_SCと、制御部４０内に設定された太陽光発電装置Ｓの特性劣化の閾値とを比較して、測定された短絡電流Ｉ_SCが閾値より小さい場合に、表示部５０に「太陽光発電装置の特性が劣化しています」等のメッセージを表示させることができる。このとき、電流値が段々に小さくなるように、閾値を段階的に数種類設け、太陽光発電装置Ｓの劣化の度合いをレベルで表示するようにしてもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発電出力測定装置を図面に基づいて説明する。なお、図７においては図１と、図８においては図２と、同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図７に示す本実施の形態２に係る発電出力測定装置１１は、１台の太陽光発電パネルを直列接続したものを１ストリングとして、複数のストリングを並列接続した太陽光発電装置Ｓ０の出力を、それぞれ測定する機能を備えている。
それぞれのストリングＳ１〜Ｓ４は、ダイオードＤを介在させて接続され、パワーコンディショナーＰに接続されている。

図８に示すように、発電出力測定装置１１は、ストリングＳ１〜Ｓ４とダイオードＤとの接続線に、接続される。発電出力測定装置１１に、負荷部２０と測定部３０とが、それぞれにストリングＳ１〜Ｓ４に対応させて設けられている。
制御部４１は、図９の波形にて示すように、負荷部２０への電流の流し込みを、負荷部２０の全部に、かつ同時に負荷部２０の直流電源部２２に指示する。制御部４１による測定は、図４に示すフローチャートと同様に行うことができる。電流が増加するごとに、すべての測定部３０により電圧および電流を測定して、制御部４１が制御部４１内の記憶部に格納する。
このように、一度に全部の負荷部２０に対して制御部４１が指示を出力し、ストリングＳ１〜Ｓ４の電圧および電流を測定することで、同じ発電環境の元で測定することができる。

また、制御部４１は、図１０の波形にて示すように、負荷部２０への電流の流し込みを、負荷部２０のそれぞれに、かつ順番に負荷部２０の直流電源部２２に指示する。制御部４１による測定は、図４に示すフローチャートと同様に行うことができる。電流が増加するごとに、すべての測定部３０により電圧および電流を測定して、制御部４１が制御部４１内の記憶部に格納する。このように順序を決めてストリングＳ１〜Ｓ４を測定することもできる。ストリングＳ１〜Ｓ４を順番に測定することで、制御部４１のＣＰＵが高速に動作するものでなくても、電圧および電流を測定することができる。なお、ストリングＳ１〜Ｓ４を順番に測定する間隔はできるだけ短い方が、ストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの発電環境の変化を抑えるためにも望ましい。例えば、測定間隔は１μＳから１Ｓまでが望ましい。

制御部４１は、制御部４１内の記憶部に格納された電圧および電流のそれぞれのデータに基づいて、ストリングＳ１〜Ｓ４の電流電圧特性グラフを、表示部５０に表示する。
図１１に示す表示部５０では、連系ストリング電圧Ｖ_STから負荷部２０への引き込み電流を増加させ、太陽光発電装置Ｓの出力電圧を低下させたときの電流をグラフにして表示しているので、測定者が一目で特性を把握することができる。

また、ストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの電流電圧特性グラフが重ね合わせて表示されることで、同じ発電環境での比較ができるので、相対的な評価が可能である。例えば、図１１では、ストリングＳ４が他のストリングより電流出力が低下していることが判る。このように、特定のストリングのみの発電状態が悪化しているときには、そのストリングの太陽光発電パネルに、樹木の影が落ちた、内部インピーダンスが上昇しているなどのなんらかの障害が発生していることが推定できる。従って、日照計などの環境測定器が不要である。

更に、制御部４１は、表示部５０に電流電圧特性グラフにより、測定者に視覚的に判定させるだけでなく、それぞれのストリングＳ１〜Ｓ４の測定された電圧と電流とに基づいて、相対的な評価を自動的に行うこともできる。
例えば、制御部４１は、測定開始から測定終了までの間の所定電圧における電流、または所定電流における電圧を、所定間隔ごとに、ストリングＳ１〜Ｓ４で比較する。この比較は、最大値と最小値との差が閾値以上であるか否かを判定したり、平均値と最小値の差が閾値以上であるか否かを判定したり、測定開始から測定終了までの積算電力の差が閾値以上であるか否かを判定したりすることができる。
制御部４１は、これらの差が閾値以上と判定した場合に、異常として表示部５０に表示して、比較したそれぞれの数値をストリングに対応させて表示する。そうすることで、負荷部２０に電流に引き込まないときの電圧（連系ストリング電圧Ｖ_STまたは後述する開放電圧Ｖ_OC）と、負荷部２０を短絡状態とした短絡電流Ｉ_SCのポイント的な判定ではなく、幅広い電圧範囲および／または電流範囲で、相対的な良否判定を、自動的に行うことができる。

このように、複数のストリングであっても、パワーコンディショナーＰを停止させることなく、各ストリングの出力を測定することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る発電出力測定装置を図面に基づいて説明する。なお、図１２においては図７と、図１３においては図８と、同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図１２に示す本実施の形態３に係る発電出力測定装置１２は、実施の形態２と同様に、４つのストリングＳ１〜Ｓ４を、それぞれ測定する機能を備えている。発電出力測定装置１２は、図１３に示すように、並列接続されたストリングＳ１〜Ｓ４に対応させた負荷部２０と、負荷部２０との接続を切り替える切替部８０と、切替部８０により接続が切り替えられた負荷部２０の電圧および電流を測定する測定部３０とを備えている。

制御部４２は、図１４に示すように、切替部８０に測定部３０の接続を切り替えることで、ストリングＳ１〜Ｓ４の選択を指示すると共に、負荷部２０への電流の流し込みを、負荷部２０のそれぞれに、かつ順番に負荷部２０の直流電源部２２に指示する。

制御部４２による測定は、図４に示すフローチャートと同様に行うことができる。電流が増加するごとに、制御部４２は、切替部８０によるストリングＳ１〜Ｓ４の選択に対応させて、測定部３０による電圧および電流の測定した結果を、制御部４２内の記憶部に格納する。
ストリングＳ１〜Ｓ４の選択を、切替部８０による負荷部２０と測定部３０との接続の切り替えで行うことで、測定部３０をストリングの数に対応させて設ける必要がなく、測定部３０を兼用させることができる。また、測定に時間間隔が空くため、制御部４２のＣＰＵが高速に動作するものでなくても、電圧および電流を測定することができる。
このようにして測定された電圧および電流は、実施の形態２と同様に、図１１に示す表示内容を表示部５０に、ストリングＳ１〜Ｓ４の電流電圧特性グラフとして表示することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る発電出力測定装置を図面に基づいて説明する。なお、図１５においては図７と、図１６においては図８と、同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図１５に示す本実施の形態３に係る発電出力測定装置１３は、実施の形態２と同様に、４つのストリングＳ１〜Ｓ４を、それぞれ測定する機能を備えている。発電出力測定装置１２は、図１６に示すように、並列接続されたストリングＳ１〜Ｓ４との負荷部２０との接続を切り替える切替部８１を備えている。

制御部４３は、図１７に示すように、切替部８１にストリングＳ１〜Ｓ４を順次選択する指示を出力すると共に、負荷部２０への電流の流し込みを、所定間隔ごとに、負荷部２０の直流電源部２２に指示する。

制御部４３による測定は、図４に示すフローチャートと同様に行うことができる。電流が増加するごとに、制御部４３は、切替部８１によるストリングＳ１〜Ｓ４の選択に対応させて、測定部３０による電圧および電流の測定の結果を、制御部４１内の記憶部に格納する。
ストリングＳ１〜Ｓ４の選択を、切替部８１によるストリングＳ１〜Ｓ４と負荷部２０との接続の切り替えで行うことで、負荷部２０および測定部３０を、ストリングの数に対応させて設ける必要がなく、兼用させることができる。また、測定に時間間隔が空くため、制御部４２のＣＰＵが高速に動作するものでなくても、電圧および電流を測定することができる。
このようにして測定された電圧および電流は、実施の形態２と同様に、図１１に示す表示内容を表示部５０に、ストリングＳ１〜Ｓ４の電流電圧特性グラフとして表示することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る発電出力測定装置を図面に基づいて説明する。なお、図１８においては図７と、図１９においては図２と、同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図１８に示す本実施の形態５に係る発電出力測定装置１４は、４つのストリングＳ１〜Ｓ４を、それぞれ手動により測定する機能を備えている。手動によりストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの電圧および電流を測定するために、発電出力測定装置１４は、図１９に示すように、負荷部２０の端子ＩＮ＋，ＩＮ−となり、それぞれのストリングＳ１〜Ｓ４の出力端子に接触するためのプローブ２０ａ，２０ｂと、１回の測定の終了を操作者に通知する報知部９０とを備えている。

報知部９０は、音や光、表示などにより操作者に測定完了を通知するものである。本実施の形態５では、プローブ２０ａ，２０ｂを両手に持ち、発電出力測定装置１４から離れていても、操作完了が認識できるように、報知部９０をブザーとしているが、光により通知する場合には、ＬＥＤとしたり回転灯としたりすることができ、表示により通知する場合には、表示部５０に表示したり、別体としたモニタに表示させたりすることができる。

ここで、発電出力測定装置１４の動作および使用状態を図２０に基づいて説明する。なお、発電出力測定装置１４には、予めストリングＳ１〜Ｓ４の４つのストリングを測定することが入力部６０により設定されているものとする。

まず、操作者は、プローブ２０ａ，２０ｂを測定対象であるストリングＳ１〜Ｓ４のいずれかに接続する（ステップＳ１１０）。例えば、操作者がストリングＳ１に接続すると、制御部４４は、ストリングＳ１の連系ストリング電圧Ｖ_STを測定する。連系ストリング電圧Ｖ_STは、負荷部２０による電流の引き込みなしに、図３の抵抗２６の電圧を測定部３０により測定することで得られる。このときの電圧が所定電圧、例えば１０Ｖ以上であれば、プローブ２０ａ，２０ｂがストリングに接触していると判断して測定を開始する（ステップＳ１２０）。連系ストリング電圧Ｖ_STが所定電圧未満であれば、プローブ２０ａ，２０ｂがストリングに接触していないと判断して、電圧が検出されるまでステップＳ１２０を繰り返して待機する。

測定が開始されれば、以下、図４に示すフローチャートのステップＳ２０からステップＳ６０と同様に、制御部４４はステップＳ１３０からステップＳ１７０までを実行して、負荷部２０に流れる電流に応じたストリングの電圧および電流を測定する。

そして、ストリングＳ１の電圧および電流の測定が終了すると、制御部４４は報知部９０によりストリングＳ１の測定終了を通知する（ステップＳ１８０）。操作者は、報知部９０により測定終了が通知されるので、プローブ２０ａ，２０ｂをストリングＳ１から外し、次のストリングＳ２へ移すタイミングを得ることができる。

制御部４４は、制御部４４内の記憶部に格納された電圧および電流のそれぞれのデータに基づいて、電流電圧特性グラフを、表示部５０に表示する（ステップＳ１９０）。２回目（次のストリング）の測定であれば、制御部４４は、グラフを重ね合わせて表示する。例えば、図１１に示す表示部５０のグラフのように表示させることができる。

制御部４４は、予め設定された測定対象のストリングの測定が完了したか否かの判定を行う（ステップＳ２００）。全部のストリングの測定が完了していなければ、ステップＳ１１０へ戻り、測定を繰り返す。全部のストリングの測定が完了していれば、処理を終了する。

このように、実施の形態２〜４と異なり、本実施の形態５に係る発電出力測定装置１４では、複数のストリングの測定を手動で行っているが、測定部３０により測定された電圧が所定電圧以上であることを契機に、負荷部２０に流れる電流を増加させて、測定部３０により電圧と電流を測定し、測定部３０による測定が終了したことを報知部９０により報知するので、パワーコンディショナーＰを停止させることなく、複数のストリングの測定を手動でも確実に行うことができる。また両手がプローブ２０ａ，２０ｂで塞がっていてもスムーズに測定することができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る発電出力測定装置を図面に基づいて説明する。なお、図２１においては、図７と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図２１に示すように、発電出力測定装置１５は、実施の形態２〜５に係る発電出力測定装置１１〜１４を装置本体１６として、この装置本体１６に、接続装置１７を加えたものである。

接続装置１７は、各ストリングとパワーコンディショナーＰとを接続したり開放としたりするスイッチの一例である過電流検出可能なブレーカ１７１〜１７４と、ストリングＳ１〜Ｓ４の各接続線に装置本体１６を接続するための端子盤１７５とを備えている。

ブレーカ１７１〜１７４により、ストリングＳ１〜Ｓ４とパワーコンディショナーＰとの接続を切断して、ストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの単体の測定を行うことができるので、装置本体１６は、負荷部２０に電流を流し込まない状態から、負荷部２０にて端子ＩＮ＋，ＩＮ−間を短絡とした状態までの電圧および電流を測定することができる。

この測定について、装置本体１６が図８に示す発電出力測定装置１１である場合を例に説明する。
制御部４１は、まず、負荷部２０に電流を流し込まないときの端子間（ストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの端子ＩＮ＋，ＩＮ−の間）の電圧を開放電圧Ｖ_OCとして、負荷部２０の抵抗２６（図３参照）の電圧を測定部３０により測定する。

次に、制御部４１は、ストリングＳ１〜Ｓ４に対応する負荷部２０に徐々に電流を増加させ、測定部３０により、そのときの電圧および電流を測定する。そして、制御部４１は、負荷部２０のＦＥＴ２１のソース−ドレイン間が短絡状態となるまで直流電源部２２へ指示をして負荷部２０への電流の引き込みを増加させると測定を終了する。
制御部４１は、制御部４１内の記憶部に格納された電圧および電流のそれぞれのデータに基づいて、電流電圧特性グラフを表示部５０に表示することができる（図２２参照）。

このようにして、各ストリングとパワーコンディショナーＰとを切り離すことで、開放電圧Ｖ_OCと短絡電流Ｉ_SCが測定できるので、制御部４１はストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの極性因子ＦＦを算出して表示することができる。この極性因子ＦＦは、図２３に示すように、測定結果による最大電力Ｐ_MPPTを、開放電圧Ｖ_OCと短絡電流Ｉ_SCとを乗算して得られる計算上の最大電力Ｐ_maxで除算したものである。図２２においては、制御部４１は極性因子ＦＦを「ＦＦ値」として表示している。

また、開放電圧Ｖ_OCと短絡電流Ｉ_SCとを測定しているので、ストリングＳ１〜Ｓ４のそれぞれの開放電圧Ｖ_OC時と短絡電流Ｉ_SC時の特性の変化を容易に確認することができる。
短絡電流Ｉ_SC時の特性の変化では、前述したように、太陽光発電パネルの特性劣化に起因する異常を検出することができる。

また、開放電圧Ｖ_OC時の特性の変化は、ストリングを構成する太陽光発電パネルの断線等が考えられるため、このような場合に、制御部４１は、表示部５０に「太陽光発電装置の断線が発生しています」等のメッセージを表示させることができる。このとき、電圧値が段々に小さくなるように、段階的に閾値を数種類設け、太陽光発電装置Ｓの不具合の度合いをレベルで表示するようにしてもよい。

なお、本実施の形態６では、複数のストリングのそれぞれの電圧および電流を測定するために、装置本体１６を実施の形態２〜４に係る発電出力測定装置１１〜１５としたが、太陽光発電装置を、１台の太陽光発電パネルとしたり、太陽光発電パネルを直接接続した１つのストリングとしたりした場合には、装置本体１６を実施の形態１に係る発電出力測定装置１０とすることができる。

以上、本発明の実施の形態１〜６に係る発電出力測定装置について説明した。本実施の形態１〜６では、自然エネルギーを利用した発電装置として太陽光発電装置を例に説明したが、風力発電装置としてもよい。
また、実施の形態２〜５において、実施の形態１と同様に、パワーコンディショナーＰが動作することができる電圧範囲をパワーコンディショナーＰの停止電圧とするのではなく、測定部３０により測定された電圧が０Ｖとなるまで測定を続けることで、太陽光発電装置の出力を短絡させたときの短絡電流Ｉ_SCを測定することができる。短絡電流Ｉ_SCを測定することにより、それぞれのストリングＳ１〜Ｓ４の短絡電流Ｉ_SC時における特性の変化を容易に確認することができる。
更に、実施の形態２〜５において、実施の形態１と同様に、負荷部２０への電流の引き込みを２回にして、太陽光発電装置Ｓの太陽光発電パネルに内在する容量に蓄積された電荷を放電させてから、測定のための負荷部２０へ電流の流し込みを行うようにしてもよい。
また、実施の形態２と同様に、実施の形態３〜６においても、制御部は、測定開始から測定終了までの間の、所定電圧における電流、所定電流における電圧または電力を、ストリングＳ１〜Ｓ４で比較することで、それぞれのストリングＳ１〜Ｓ４の相対的な評価を自動的に行うこともできる。
更に、実施の形態５では、制御部４４は、測定終了を報知部９０により操作者に通知しているが、実施の形態１〜４，６においても、報知部９０を設け、制御部４０〜４３が報知部９０によりストリングごとの測定終了を通知するようにしてもよい。

本発明の発電出力測定装置は、自然エネルギーを利用した発電装置のメンテナンスに好適であり、特に、太陽光発電装置の出力を測定して検査する際には最適である。

１０〜１５発電出力測定装置
１６装置本体
１７接続装置
１７１〜１７４ブレーカ
１７５端子盤
２０負荷部
２０ａ，２０ｂプローブ
２１ＦＥＴ
２２直流電源部
２３ＯＰアンプ
２４抵抗
２５、２６抵抗
３０測定部
４０〜４４制御部
５０表示部
６０入力部
７０メモリ媒体装着部
８０，８１切替部
９０報知部
Ｓ，Ｓ０太陽光発電装置
Ｓ１〜Ｓ４ストリング
Ｐパワーコンディショナー
Ｌ負荷
Ｂ１「データ保存」ボタン

Claims

負荷へ電力を供給するパワーコンディショナーに接続された自然エネルギーを利用した複数の発電装置の出力を測定する発電出力測定装置であって、
前記発電装置から電流が流れる負荷部と、
前記負荷部における電圧と電流を測定する測定部と、
前記測定の終了を報知させるための報知部と、
前記測定部により測定された電圧と電流との関係を示すグラフを表示するための表示部と、
前記測定部により測定された電圧が、所定電圧以上であることを契機に、前記負荷部に流れる電流を増加させて、前記測定部により電圧と電流を測定し、前記測定部による測定が終了したときに前記報知部により報知させ、前記測定部により測定された電圧および電流の関係を示すグラフを、前記複数の発電装置に対応させて、前記表示部に重ね合わせて表示する制御部とを備え、
前記発電装置の出力端子に接触して、前記発電装置の電流を前記負荷部に流し込むためのプローブを備えたことを特徴とする発電出力測定装置。
前記制御部は、前記パワーコンディショナーが動作することができる電圧範囲に含まれる間、前記負荷部に流れる電流を増加させて、前記測定部により電圧と電流を測定する請求項１記載の発電出力測定装置。
負荷へ電力を供給するパワーコンディショナーに接続された自然エネルギーを利用した複数の発電装置の出力を測定する発電出力測定装置であって、
前記発電装置から電流が流れる負荷部と、
前記負荷部における電圧と電流を測定する測定部と、
前記測定の終了を報知させるための報知部と、
前記測定部により測定された電圧と電流との関係を示すグラフを表示するための表示部と、
前記測定部により測定された電圧が、所定電圧以上であることを契機に、前記負荷部に流れる電流を増加させて、前記測定部により電圧と電流を測定し、前記測定部による測定が終了したときに前記報知部により報知させ、前記測定部により測定された電圧および電流の関係を示すグラフを、前記複数の発電装置に対応させて、前記表示部に重ね合わせて表示する制御部とを備え、
前記制御部は、前記負荷部に流す電流の時間を、前記測定部により測定された電圧が、前記パワーコンディショナーが動作することができる電圧範囲に含まれるときから、前記パワーコンディショナーが停止電圧以下となった後に、前記パワーコンディショナーが停止するまでの時間未満とすることを特徴とする発電出力測定装置。
前記制御部は、測定開始から測定終了までの間の、所定電圧における電流、所定電流における電圧、または電力を、前記複数の発電装置の間で比較して、相対的な良否判定を行う請求項１から３のいずれかの項に記載の発電出力測定装置。