JP6756505B2

JP6756505B2 - 太陽光発電システムの監視制御システム、ストリング監視制御装置、及び監視制御方法

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Publication number: JP6756505B2
Application number: JP2016072878A
Authority: JP
Inventors: 明史小杉
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017184581A

Description

本発明は、太陽光発電システムの監視制御システム、ストリング監視制御装置、及び監視制御方法に関する。

特許文献１には、複数の太陽電池ストリングにおける発電効率の低下を抑制しつつ逆流による太陽電池ストリングの故障を防止することを目的として構成された電力制御装置について記載されている。電力制御装置は、複数の太陽電池ストリングによって発電される直流電力を電力変換装置に出力し、電力線に並列に接続されている複数の太陽電池ストリングの各々と電力線との間において、太陽電池ストリングから入力される直流電力を電力線に出力する出力状態と当該直流電力を電力線に出力しない停止状態とを切り替える切替器と、電力線を介して電力変換装置に出力される直流電力の出力電力値を検出する出力検出器と、出力電力値に基づいて、複数の太陽電池ストリングの各々に接続される切替器のうち一の切替器を出力状態に制御し、他の切替器を停止状態に制御する制御回路と、を備える。

特許文献２には、電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと通信部とを含む太陽光発電システムにおいて、通信部が、複数の太陽光発電モジュールの夫々の開閉整合部と接続し、夫々の出力端の電圧の値により開閉ユニットを導通または遮断させることで、太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させることが記載されている。

特許文献３には、太陽光発電に関する電力制御システムについて記載されている。電力制御システムは、ストリング状に直列接続された太陽電池モジュールと、ストリング電流を決定する電流決定装置と、決定された電流値にて各モジュールが最大電力を出力できるように出力電圧を制御する各モジュールに付加された電圧制御装置とを備える。

特許文献４には、太陽電池ストリングにおける異常検出の検出精度を向上することを目的として構成された異常検出システムについて記載されている。異常検出システムは、ストリングの少なくとも一部を介して伝送された信号の信号レベルを、ストリングの複数の位置で検出可能な信号レベル検出部と、信号レベル検出部により検出された信号レベルに基づいて、ストリングにおける異常を検出する異常検出部と、を備える。

特許文献５には、太陽電池ストリングを複数本備えた太陽光発電プラントの異常を検知する異常検知システムについて記載されている。異常検知システムは、太陽電池ストリングごとに設置される検知機を有し、検知機は、当検知機が設置された太陽電池ストリングの複数個の太陽電池のうち少なくとも１つから電力を供給され、所定の通信範囲内で互いに無線通信可能な通信部を備え、複数個の検知機は、ある１つの検知機の通信範囲内に他の検知機が少なくとも１つ存在し、全ての検知機が互いに無線通信可能なネットワークを自己編成する。

特開２０１３−２６５１６号公報特開２０１３−２５２０４６号公報特開２０１４−１７０３３１号公報特開２０１５−１３５６０１号公報特開２０１５−１６２４６９号公報

昨今、再生可能エネルギーの急速な普及に伴い、電力の受け入れ先である電力系統側の需給バランスの確保が喫緊の課題となっている。とくに天候により出力が大きく変動する太陽光発電システムは電力系統を不安定化させる要因となりやすく、出力抑制に関する規定の整備も進められている。

ところで、太陽光発電システムにおいて出力抑制を実施する方法としては、例えば、パワーコンディショナ（以下、ＰＣＳ（Power Conditioning System）と称する。）を停止する方法があるが、ＰＣＳを停止させる際は現場に電気主任技術者を派遣する必要があり、また出力抑制解除後にＰＣＳを再起動させる際も同様に電気主任技術者を現場に派遣する必要があり、対応の迅速性やコスト的な観点から、発電事業を推進していく上でのボトルネックとなりかねない。

またＰＣＳを停止させるとそのＰＣＳに接続している総ての太陽電池モジュールについて売電が停止することとなり、出力抑制で要求される制限値以上に出力を抑制してしまう場合がある。また電力系統に電力が回収されない場合、太陽電池モジュールによって発電された電力は熱エネルギーとなって太陽電池モジュールにダメージを与えるが、ＰＣＳを単位として電力の回収を停止させた場合は多くの太陽電池モジュールがその影響を受ける可能性がある。

本発明は、こうした背景に鑑みてなされたものであり、ストリングを単位として出力抑制を実施することが可能な、太陽光発電システムの監視制御システム、ストリング監視制御装置、及び監視制御方法を提供することを目的としている。

本発明のうちの一つは、太陽光発電システムの監視制御システムであって、電流ラインを介して電気的に直列接続された複数の太陽電池モジュールを有する複数のストリングの夫々に配置され、無線通信ネットワークを介して通信を行う第１無線通信装置、前記ストリングの発電状況を示す情報である監視情報が設定されたデータである監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して送信する監視情報データ送信部、前記電流ラインを開閉する開閉器、前記無線通信ネットワークを介して送られてくる開閉指示データに応じて前記開閉器の開閉制御を行う開閉制御部、を備える、複数のストリング監視制御装置と、前記第１無線通信装置の夫々と前記無線通信ネットワークを介して通信する、第２無線通信装置と、前記第２無線通信装置を介して送られてくる前記監視情報データに設定されている前記監視情報を出力する監視情報出力部、及び、前記開閉指示データを前記第２無線通信装置を介して前記ストリング監視制御装置に送信する開閉指示データ送信部、を備える、情報処理装置と、を含み、前記ストリング監視制御装置は、前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器を備え、前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信し、前記監視情報出力部は、前記監視情報データに設定されている前記開放電圧を出力する。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。

本発明によれば、太陽光発電システムにおいてストリングを単位として出力抑制を実施することができる。

実施形態として示す太陽光発電システム１の概略的な構成を示す単線結線図である。図２はマルチホップネットワークを介して通信するＳＣＵ１０とＭＵ２０の関係を概念的に示した図である。ＳＣＵ１０のハードウェア構成を示す図である。ＳＣＵ１０の第１無線通信装置１０４のハードウェア構成を示す図である。ＳＣＵ１０のストリング６への取り付け方法（結線方法）を示す図である。サーバ装置３０のハードウェア構成を示す図である。ＭＵ２０のハードウェア構成を示す図である。第２無線通信装置２０２のハードウェア構成を示す図である。ＳＣＵ１０の第１無線通信装置１０４が備える機能及び第１無線通信装置１０４が記憶するデータを示す図である。ＭＵ２０の第２無線通信装置２０２が備える機能及び第２無線通信装置２０２が記憶するデータを示す図である。サーバ装置３０が備える機能及びサーバ装置３０が記憶するデータを示す図である。ＳＣＵ配置管理表３４３の一例である。ストリング監視機能を説明する図である。監視情報データ１４００のデータ構造を示す図である。開閉制御機能を説明する図である。開閉指示データ１６００のデータ構造を示す図である。開放電圧を説明する図（Ｉ−Ｖ曲線）である。開閉指示画面１５００を示す図である。動作電圧が開放電圧よりも低い場合におけるＩ−Ｖ曲線の一例である。サーバ装置３０が、ＰＶ５に異常が生じている旨を示す情報を出力装置３０５に出力している様子を示す図である。動作電圧が開放電圧よりも高い場合におけるＩ−Ｖ曲線の一例である。サーバ装置３０が、ストリング６に異常が生じている旨を示す情報を出力装置３０５に出力している様子を示す図である。ストリング監視処理Ｓ２３００を説明するフローチャートである。開閉器制御処理Ｓ２４００を説明するフローチャートである。

以下、図面を適宜参照しつつ実施形態について説明する。

図１に一実施形態として示す太陽光発電システム１の概略的な構成を示している。同図に示すように、太陽光発電システム１は、エンクロージャ２、パワーコンディショナ（以下、ＰＣＳ３（ＰＣＳ:Power Conditioning System）と称する。）、接続箱４、複数のストリング６、ＳＣＵ１０、ＭＵ２０、ネットワーク機器２５、及びサーバ装置３０を含む。ＰＣＳ３は、電力系統７に接続している。尚、ＰＣＳ３は負荷設備等に接続していてもよい。エンクロージャ２は空調設備を備えていてもよい。

ストリング６は、電流ライン８によって電気的に直列に接続された複数の太陽電池モジュール（太陽電池パネルとも称される。以下、ＰＶ５（PV: PhotoVoltaics）と称する。）を含む。ＰＶ５は、その受光面を上方に向けて平面的に配列され、その表面側が樹脂や強化ガラス等で保護された複数の太陽電池セルを有する。尚、同図では、同じストリング６に所属するＰＶ５が横一列に配置されているが、ＰＶ５の配置はこの形態に限られない。例えば、設置効率の向上等を目的として、ＰＶ５を縦横にマトリクス状に配置してもよい。

接続箱４には複数のストリング６が電気的に並列に接続している。接続箱４は、各ストリング６から供給される直流電流をＰＣＳ３に供給する。接続箱４には、ストリング６ごとに設けられる直流ブレーカ（又はヒューズ）が収容されており、ストリング６は、これら直流ブレーカの上位（電力系統７側）において集線されてＰＣＳ３に接続されている。接続箱４は、逆流防止素子（ブロッキングダイオード）や避雷器等を備えていてもよい。

各ストリング６には、各ストリング６を一意に識別する識別子（以下、ストリングＩＤと称する。）が付与されている。本実施形態では、ストリングＩＤとして、各ＰＣＳ３を識別する識別子であるＰＣＳＩＤ、各接続箱４を識別する識別子である接続箱ＩＤ、及び同じ接続箱４に接続しているストリング６を識別する識別子であるストリングサブＩＤを組み合わせた体系を用いることとする。例えば、ＰＣＳＩＤが「１」のＰＣＳ３に接続する、接続箱ＩＤが「２」の接続箱４に接続する、ストリングサブＩＤが「２」のストリング６のストリングＩＤは「１−２−２」となる。

ＰＣＳ３は、接続箱４から供給される電力を直流から交流に変換するインバータを備える。ＰＣＳ３から出力される電力は電力系統７に供給される。ＰＣＳ３は、例えば、連系設備、変圧設備、太陽電池アレイの最大出力追従制御機能、系統保護機能等を更に備えていてもよい。

同図に示すように、各ストリング６には、夫々、無線通信機能を備えた装置である監視装置（以下、ＳＣＵ１０（String (Sensor) Control Unit）（ストリング監視制御装置）と称する。）が設けられている。ＳＣＵ１０は、自身が設けられているストリング６（以下、当該ストリング６と称する。）の電流ライン８を流れる電流値（当該ストリング６が接続箱４に供給する電流の電流値）や電流ライン８の正側ライン８１と負側ライン８２との間の電圧値等を計測し、その計測値をストリング６の発電情報を示す情報（以下、監視情報と称する。）として設定したデータ（パケット）である監視情報データを、無線通信機能を備えた装置であるＭＵ２０（MU: Management Unit）（管理装置）に送信する。ＳＣＵ１０は、サーバ装置３０からの指示（後述する開閉指示データ１６００）に従って電流ライン８の開閉を制御する機能を備える。この機能の詳細については後述する。同図において、ＳＣＵ１０は、ＰＶ５と接続箱４との間に配置されているが、ＳＣＵ１０は隣接する２つのＰＶ５の間に配置してもよい。要するにＳＣＵ１０は電流ライン８の電圧や電流を測定できる箇所にＰＶ５と並列に接続されていればよい。

ＭＵ２０は、受信した監視情報データに設定されている監視情報を、太陽光発電システム１の監視や制御を行っている監視所等に設置された情報処理装置であるサーバ装置３０に転送する。またＭＵ２０は、サーバ装置３０から送られてくる開閉指示データ１６００をＳＣＵ１０に転送する。

ネットワーク機器２５は、ＭＵ２０を通信ネットワーク５０に接続する、有線方式又は無線方式の中継装置であり、例えば、スイッチングハブ、ルータ等である。通信ネットワーク５０は、例えば、インターネット、専用線等であり、サーバ装置３０とネットワーク機器２５とを通信可能に接続する。尚、ネットワーク機器２５として、例えば、日照計などの発電所監視装置や監視カメラ等を通信ネットワーク５０に接続する目的で設置されている機器を利用してもよい。サーバ装置３０は、太陽光発電システム１に併設されていてもよく、その場合、サーバ装置３０は、例えば、ネットワーク機器２５に接続されてエンクロージャ２内に設けられていてもよい。

ＳＣＵ１０及びＭＵ２０は、マルチホップ方式の無線通信ネットワーク（以下、マルチホップネットワークと称する。）を構成する。マルチホップネットワークにおける通信は、例えば、２．４ＧＨｚ帯や９２０ＭＨｚ帯等の周波数帯の電波を利用し、ＩＥＥＥ８０２．１５．４等の無線通信規格に準拠して行われる。尚、上記周波数帯や無線通信規格は、電波の到達距離や隣接して配置されるＳＣＵ１０間の距離等に応じて適宜最適なものを選択してよい。マルチホップネットワークは、例えば、ＭＵ２０をルートとしてＳＣＵ１０が階層的に接続するツリー型、複数のＳＣＵ１０がＭＵ２０に直接接続するスター型等、接続形態は必ずしも限定されない。

図２はマルチホップネットワークを介して通信するＳＣＵ１０とＭＵ２０の関係を概念的に示したものである。各ストリング６の各ＳＣＵ１０は、マルチホップネットワークを介して、他のＳＣＵ１０やＭＵ２０と少ない消費電力で安定して無線通信を行うことができる。

ＭＵ２０及び各ＳＣＵ１０には、マルチホップネットワークにおいて夫々を一意に識別する識別子である監視装置ＩＤが付与されている。監視装置ＩＤは、例えば、ＳＣＵ１０ごとに固有に付与される物理アドレスであり、例えば、ＭＡＣアドレスである。ＭＵ２０及び各ＳＣＵ１０は、夫々、自身に付与されている監視装置ＩＤを記憶している。

［ＳＣＵ］
図３にＳＣＵ１０のハードウェア構成（ブロック図）を示している。同図に示すように、ＳＣＵ１０は、電圧検出器１０１、電流検出器１０２、Ａ／Ｄコンバータ（以下、ＡＤＣ１０３と称する。）、開閉器１１０、開閉制御回路１０７、及び第１無線通信装置１０４を備える。ＳＣＵ１０の駆動電力は、ストリング６の電流ライン８（正側ライン８１及び負側ライン８２）から供給される。ＳＣＵ１０は非常用の補助電源を備えていてもよい。

電圧検出器１０１は、電流ライン８の正側ライン８１と負側ライン８２との間の電圧値を計測する素子（又は回路）、及び計測した電圧値（アナログ信号）を増幅してＡＤＣ１０３に出力する回路等を含む。

電流検出器１０２は、ストリング６の電流ライン８を流れる電流を検出する素子(又は回路）（例えば、負側ライン８２に挿入されるシャント抵抗）、及び計測した電流値（アナログ信号）を増幅してＡＤＣ１０３に出力する回路等を含む。

ＡＤＣ１０３は、電圧検出器１０１及び電流検出器１０２の夫々から入力される計測値（電圧値、電流値）（アナログ信号）をデジタル信号に変換して第１無線通信装置１０４に出力する。

開閉器１１０は、電流ライン８の負側ライン８２に介在させて設けられる。開閉器１１０は、開閉制御回路１０７からの制御信号に応じて負側ライン８２を開閉する（開：負側ライン８２が導通していない状態，閉：負側ライン８２が導通している状態）。開閉器１１０は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やパワートランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成される。

開閉制御回路１０７は、第１無線通信装置１０４からの制御指示に応じて開閉器１１０を制御する。開閉制御回路１０７は、例えば、フォトカプラ等の絶縁回路、ゲートドライブ用の電流バッファ等を備えていてもよい。

図４に第１無線通信装置１０４のハードウェア構成を示している。第１無線通信装置１０４は、マルチホップネットワークを介してＭＵ２０や他のＳＣＵ１０と通信する。同図に示すように、第１無線通信装置１０４は、プロセッサ１０４１、メモリ１０４２、計時装置１０４３、及び無線通信回路１０４４を備える。プロセッサ１０４１は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。メモリ１０４２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）等である。プロセッサ１０４１及びメモリ１０４２は、第１無線通信装置１０４に情報処理装置としての機能を実現する。メモリ１０４２には、ファームウェア等のプログラムやデータが格納される。計時装置１０４３は、ＲＴＣ（Real Time Clock）等を用いて構成され、時刻情報を出力する。無線通信回路１０４４は、高周波増幅回路、変復調回路（周波数変換回路、フィルタ回路、発振回路、直交復調回路、直交変調回路等）、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ等を含む。

図５にＳＣＵ１０のストリング６への取り付け方法（ＳＣＵ１０の端子と電流ライン８（正側ライン８１、負側ライン８２）との結線方法）を示している。同図に示す「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」等の符号は図３に示した符号と対応しており、ＳＣＵ１０の端子と電流ライン８（正側ライン８１、負側ライン８２）との結線関係（同じ符号の線同士が結線される）を示す。この例では、ＳＣＵ１０は、同図において左から２番目のＰＶ５から駆動電力の供給を受けるように結線されているが、ＳＣＵ１０は、同じストリング６を構成しているいずれのＰＶ５に接続してもよい。

［サーバ装置］
図６にサーバ装置３０のハードウェア構成を示している。サーバ装置３０は、プロセッサ３０１、メモリ３０２、記憶装置３０３、入力装置３０４、出力装置３０５、及び通信装置３０６を備える。プロセッサ３０１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等である。記憶装置３０３は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等である。入力装置３０４は、ユーザから操作入力を受け付けるユーザインタフェースであり、例えば、操作入力装置（キーボード、マウス、タッチパネル等）、音声入力装置（マイクロフォン等）等である。出力装置３０５は、情報をユーザに提供するユーザインタフェースであり、例えば、表示装置（液晶モニタ等）、音声出力装置（スピーカ等）等である。本実施形態では、出力装置３０５は表示装置であるものとする。通信装置３０６は、通信ネットワーク５０に接続するための通信するインタフェースであり、例えば、無線ＬＡＮアダプタ、ＮＩＣ（Network Interface Card）等である。

［ＭＵ］
図７にＭＵ２０のハードウェア構成を示している。ＭＵ２０は、通信装置２０１及び第２無線通信装置２０２を備える。

通信装置２０１は、通信ネットワーク５０に接続するための通信するインタフェースであり、例えば、無線ＬＡＮアダプタ、ＮＩＣ等である。通信装置２０１は、ネットワーク機器２５を介して通信ネットワーク５０に接続し、第２無線通信装置２０２がＳＣＵ１０から受信した情報をサーバ装置３０に転送する。また通信装置２０１は、サーバ装置３０から受信した情報を第２無線通信装置２０２に転送する。

図８に第２無線通信装置２０２のハードウェア構成を示している。第２無線通信装置２０２は、プロセッサ２０２１、メモリ２０２２、計時装置２０２３、及び無線通信回路２０２４を含む。プロセッサ２０２１は、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等である。メモリ２０２２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等である。プロセッサ２０２１及びメモリ２０２２は、第２無線通信装置２０２に情報処理装置としての機能を実現する。計時装置２０２３は、ＲＴＣ等を用いて構成され、時刻情報を出力する。無線通信回路２０２４は、高周波増幅回路、変復調回路（周波数変換回路、フィルタ回路、発振回路、直交復調回路、直交変調回路等）、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータ等を含む。

第２無線通信装置２０２は、マルチホップネットワークを介してＳＣＵ１０と通信する。第２無線通信装置２０２は、マルチホップネットワークを介してＳＣＵ１０から受信した情報を通信装置２０１に転送する。また第２無線通信装置２０２は、通信装置２０１から受信した情報を、マルチホップネットワークを介してＳＣＵ１０に転送する。

［ソフトウェア（機能）構成］
図９にＳＣＵ１０の第１無線通信装置１０４が備える機能並びに第１無線通信装置１０４が記憶するデータを示している。第１無線通信装置１０４は、マルチホップ通信部１１１、監視情報データ送信部１１２、及び開閉制御部１１３の各機能を備える。これらの機能は、例えば、第１無線通信装置１０４のプロセッサ１０４１が、メモリ１０４２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。これらの機能は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアにより実現してもよい。

マルチホップ通信部１１１は、マルチホップネットワークを介して、他のＳＣＵ１０やＭＵ２０との間で通信を行う。マルチホップ通信部１１１は、例えば、上記通信における、経路制御機能、アクセス制御機能、チャネル推定／割当機能、誤り制御機能、フロー制御機能、輻輳制御機能、ＱｏＳ管理機能等を含む。マルチホップ通信部１１１は、マルチホップネットワークを介して自身以外を宛先とするパケットを受信すると、例えば、経路制御機能により経路選択を行い、受信したパケットを、選択した経路上の他のＳＣＵ１０やＭＵ２０に転送する。

監視情報データ送信部１１２は、ＡＤＣ１０３から入力される自身の計測値を、監視情報として、マルチホップネットワークを介してＭＵ２０に送信する。

開閉制御部１１３は、サーバ装置３０から送られてくる開閉指示データ１６００に応じて開閉制御回路１０７を制御し、開閉器１１０の開閉を制御する。

図１０にＭＵ２０の第２無線通信装置２０２が備える機能及び第２無線通信装置２０２が記憶するデータを示している。同図に示すように、第２無線通信装置２０２は、マルチホップ通信部２１１及びサーバ装置通信部２１２を備える。これらの機能は、例えば、ＭＵ２０の第２無線通信装置２０２のプロセッサ２０２１が、メモリ２０４２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。これらの機能は、例えば、ＡＳＩＣ等のハードウェアによって実現してもよい。

マルチホップ通信部２１１は、マルチホップネットワークを介してＳＣＵ１０との間で通信を行う。マルチホップ通信部２１１は、例えば、上記通信における、経路制御機能、アクセス制御機能、チャネル推定／割当機能、誤り制御機能、フロー制御機能、輻輳制御機能、ＱｏＳ管理機能等を含む。サーバ装置通信部２１２は、通信装置２０１によってサーバ装置３０と通信する。

図１１にサーバ装置３０が備える機能及びサーバ装置３０が記憶するデータを示している。同図に示すように、サーバ装置３０は、ＭＵ通信部３１１、監視情報出力部３１２、開閉指示データ送信部３１３、開放電圧出力部３１４、及び警告処理部３１５を備える。これらの機能は、例えば、サーバ装置３０のプロセッサ３０１が、メモリ３０２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。これらの機能は、例えば、ＡＳＩＣ等のハードウェアによって実現してもよい。

同図に示すように、サーバ装置３０は、ＳＣＵ１０の物理アドレス（例えば、ＳＣＵ１０のＭＡＣアドレス）とストリングＩＤとの対応が管理されるＳＣＵ配置管理表３４３を記憶する。図１２にＳＣＵ配置管理表３４３の一例を示す。

ＭＵ通信部３１１は、通信装置３０６によりＭＵ２０と通信する。

監視情報出力部３１２は、ＭＵ通信部３１１がＭＵ２０から受信した監視情報を出力装置３０５に出力する。監視情報出力部３１２は、ＳＣＵ配置管理表３４３を参照し、ＭＵ２０から受信した監視情報に付帯する物理アドレスに対応するストリングＩＤを特定し、特定したストリングＩＤとともに、ＭＵ２０から受信した監視情報を出力装置３０５に出力する。

開閉指示データ送信部３１３は、ユーザから開閉制御の指示及び指示の対象となるストリング６の指定を受け付け、受け付けた指示の内容を設定した後述の開閉指示データ１６００を生成し、生成した開閉指示データ１６００を、指定されたストリング６に設けられているＳＣＵ１０に送信する。

開放電圧出力部３１４は、ＳＣＵ１０の開閉器１１０が開いているときの電圧検出器１０１の検出値（以下、開放電圧と称する。）を出力装置３０５に出力する。開放電圧の詳細については後述する。

［ストリング監視機能］
続いて、ＳＣＵ１０、ＭＵ２０、及びサーバ装置３０によって実現される、各ストリング６の状態を監視する機能（以下、ストリング監視機能と称する。）について説明する。

図１３に示すように、各ストリング６のＳＣＵ１０は、マルチホップネットワークを介して、所定時間間隔（例えば６０秒毎）で、ＭＵ２０に自身の計測値（電圧値及び電流値）を監視情報として設定したデータ（パケット）（以下、監視情報データ１４００と称する。）を送信する。

図１４に監視情報データ１４００のデータ構造を示している。同図に示すように、監視情報データ１４００は、ＭＵ２０の物理アドレスが設定される送信先アドレス１４１１、ＳＣＵ１０の物理アドレスが設定される送信元アドレス１４１２、監視情報１４１３、及びＳＣＵ１０が監視情報１４１３を取得した時刻である取得時刻１４１４等の情報を含む。

図１３に戻り、ＭＵ２０は、ＳＣＵ１０から監視情報データ１４００を受信すると、受信した監視情報データ１４００をサーバ装置３０に転送する。

サーバ装置３０は、監視情報データ１４００を受信すると、送信元アドレス１４１２をＳＣＵ配置管理表３４３と対照して送信元アドレス１４１２に対応するストリングＩＤを取得し、取得したストリングＩＤと監視情報データ１４００の監視情報１２１３とを対応させた情報を出力装置３０５に出力する。

例えば、監視所等で太陽光発電システム１の監視を行う者（以下、監視者と称する。）は、サーバ装置３０が出力装置３０５に出力する上記の情報を参照することで、太陽光発電システム１に存在する多数のストリング６の夫々の発電状況を効率よく監視することができる。

［開閉制御機能］
続いて、ＳＣＵ１０、ＭＵ２０、及びサーバ装置３０によって実現される、ストリング６の電流ライン８の開閉を制御する機能（以下、開閉制御機能と称する。）について説明する。

図１５に示すように、サーバ装置３０は、ストリング６の電流ライン８（開閉器１１０）の開閉の制御指示を受け付けるユーザインタフェースを有する画面（以下、開閉指示画面１５００と称する。）を出力装置３０５に出力する。ユーザは、入力装置３０４を介して、開閉指示画面１５００に設けられている開閉指示ボタン１５１１を操作することにより、ストリング６毎に開閉の制御指示を行うことができる。尚、開閉指示ボタン１５１１のボタン上の表示は、開閉器１１０が現在閉じているときは「開」となり、開閉器１１０が現在開いているときは「閉」となる。

サーバ装置３０は、あるストリング６について上記制御指示を受け付けると、開閉指示データ１６００を生成し、生成した開閉指示データ１６００を、通信ネットワーク５０及びマルチホップネットワークを介して該当のＳＣＵ１０に送信する。

図１６に開閉指示データ１６００のデータ構造を示す。同図に示すように、開閉指示データ１６００は、開閉制御の対象となるストリング６（以下、対象ストリング６とも称する。）のＳＣＵ１０の物理アドレスが設定される送信先アドレス１６１１、ＭＵ２０の物理アドレスが設定される送信元アドレス１６１２、開閉制御指示の内容（「閉から開」又は「開から閉」）が設定される開閉制御指示１６１３等の情報を含む。

対象ストリング６に設けられているＳＣＵ１０は、開閉指示データ１６００を受信すると、開閉制御指示１６１３の内容に応じて開閉器１１０を制御する。

監視所等における監視者は、開閉制御機能を利用することで、ストリング６毎に電流ライン８（開閉器１１０）の開閉を、ストリング６から遠隔した場所から制御することができる。またストリング６毎に電流ライン８（開閉器１１０）の開閉を行うことで、出力抑制の制限値に近い電力を制限することができ、無駄の少ない出力抑制を実施することができる。またＰＶ５の自己発熱による寿命低下等の悪影響が及ぶ範囲を最小限に留めることができる。

［開放電圧計測機能］
続いて、ＳＣＵ１０、ＭＵ２０、及びサーバ装置３０によって実現される、ストリング６毎の開放電圧を測定する機能（以下、開放電圧計測機能と称する。）について説明する。

電流ライン８が開いている状態（負側ライン８２が導通していない状態）のストリング６について前述したストリング監視機能によりＳＣＵ１０からサーバ装置３０に監視情報として送られてくる電圧値、即ち開放電圧は、ストリング６を構成しているＰＶ５の故障診断のための参照値（Reference Value）として利用することができる。

図１７は開放電圧を説明する図である。同図において、グラフの横軸は、ＳＣＵ１０が設けられているＰＶ５の出力端子間の電圧値であり、電流ライン８の電圧値としてＳＣＵ１０により計測される値である。またグラフの縦軸は、ＳＣＵ１０が設けられているＰＶ５を流れる電流値であり、電流ライン８の電流値としてＳＣＵ１０により計測される値である。

ＰＶ５の電圧値と電流値は、同図に示すような曲線（以下、Ｉ−Ｖ曲線と称する。）を描く。同図に示す最大電力点電圧は、電流ライン８の電圧値と電流ライン８の電流値との積が最大となる電圧値である。通常はＰＶ５の動作電圧はこの最大電力点電圧の近傍であることが好ましい。尚、一般的なシリコン結晶系のＰＶ５の最大電力点電圧は開放電圧の８０％程度である。以下では、一例として、開放電圧の７０％以上９０％未満の範囲を正常な動作電圧（以下、この範囲を正常範囲と称する。）とする。

開放電圧は、ＰＶ５の電流値が０（ゼロ）であるときの電流ライン８の電圧値であり、開放電圧は、電流ライン８（開閉器１１０）を開いているときにＳＣＵ１０が計測した電圧値として前述したストリング監視機能により計測することができる。尚、電流ライン８が開いた状態でも電流ライン８には微弱な漏れ電流が流れており、この漏れ電流により電流ライン８の電圧値（正側ライン８１と負側ライン８２との間の電圧値）を計測することができる。

サーバ装置３０は、ストリング６について前述したストリング監視機能によりＳＣＵ１０からサーバ装置３０に監視情報として送られてくる電圧値を開放電圧として記憶するとともに出力装置３０５に随時出力する。

図１８は、開閉指示画面１５００の一例である。同図に示すように、開閉指示画面１５００には、各ストリング６の開閉状態を示す情報１５１２や、サーバ装置３０が監視情報として取得した開放電圧１５１３が表示されている。

以上のように、太陽光発電システム１の監視者は、太陽光発電システム１の監視所等の遠隔した場所からＳＣＵ１０を制御してストリング６の電流ライン８を開くことで、ストリング監視機能の監視情報としてストリング６の開放電圧を取得することができる。

［警告出力機能］
サーバ装置３０は、開放電圧計測機能によって計測された開放電圧を、例えば、次のようにしてストリング６の故障診断に利用する。またサーバ装置３０は、必要な場合は警告を出力する。

図１９に示すように、サーバ装置３０は、ＰＶ５の動作電圧が開放電圧よりも低い場合（例えば、ＰＶ５の動作電圧が開放電圧の７０％未満である場合）、ＳＣＵ１０が設けられているＰＶ５に何らかの異常が生じている可能性が高いと診断する。この場合、サーバ装置３０は、例えば、図２０に示すように、ＳＣＵ１０が設けられているＰＶ５に異常が生じている旨を示す情報（符号１５１４，１５１５）を出力装置３０５に出力する。

また例えば、図２１に示すように、動作電圧が開放電圧よりも高い場合（例えば、動作電圧が開放電圧の９０％を超えている場合）、サーバ装置３０は、ＳＣＵ１０が設けられているＰＶ５とは異なる、当該ＰＶ５と同じストリング６に所属するいずれかの他のＰＶ５に異常が生じている可能性が高いと診断する。この場合、サーバ装置３０は、例えば、図２２に示すように、ストリング６に所属するＰＶ５に何らかの異常が生じている旨を示す情報（符号１５１４，１５１５）を出力装置３０５に出力する。尚、ストリング６に所属するＰＶ５のうちあるＰＶ５に異常が生じて当該ＰＶ５の電圧値が低下すると、当該ストリング６全体の電圧値を上昇させようとして、同じストリング６に所属する他のＰＶ５は自身の電圧を上昇させるように動作する。

ところで、以上に示した警告の出力に際しては、ＰＶ５の受光面が影になった場合等の影響を考慮し、例えば、サーバ装置３０が、所定の時間間隔毎（数時間毎等）に行った複数回の動作電圧の計測結果を総合的に判断してＰＶ５やストリング６の異常の有無を判定するようにしてもよい。

＜処理説明＞
続いて、サーバ装置３０、ＭＵ２０、及びＳＣＵ１０において行われる処理について説明する。

［ストリング監視処理］
図２３は、前述したストリング監視機能に関して、サーバ装置３０、ＭＵ２０、及びＳＣＵ１０において行われる処理（以下、ストリング監視処理Ｓ２３００と称する。）を説明するフローチャートである。

同図に示すように、ＳＣＵ１０は、自身の計測値を設定した監視情報データ１４００を、マルチホップネットワークを介して所定時間毎にＭＵ２０に送信する（Ｓ２３１１）。

ＭＵ２０は、監視情報データ１４００を受信すると、受信した監視情報データ１４００を通信ネットワーク５０を介してサーバ装置３０に転送する（Ｓ２３２２）。

サーバ装置３０は、ＭＵ２０から監視情報データ１４００を受信すると（Ｓ２３３１）、監視情報データ１４００に設定されている送信元アドレス１４１２をＳＣＵ配置管理表３４３と対照し、送信元アドレス１４１２に対応するストリングＩＤを特定する（Ｓ２３３２）。そしてサーバ装置３０は、特定したストリングＩＤに対応づけて、監視情報データ１４００の監視情報１４１３を出力装置３０５に出力する（Ｓ２３３３）。

続いて、サーバ装置３０は、後述する開閉器制御処理Ｓ２４００において開放電圧を取得済みのストリング６については、前述した警告出力機能により、警告を出力するか否かを判定し、警告を出力すると判定した場合は警告を出力する（Ｓ２３３４）。

［開閉器制御処理］
図２４は、前述した開閉制御機能に関して、サーバ装置３０、ＭＵ２０、及びＳＣＵ１０において行われる処理（以下、開閉器制御処理Ｓ２４００と称する。）を説明するフローチャートである。

サーバ装置３０は、入力装置３０４を介して、開閉の制御指示及び当該制御指示の対象となるストリング６の指定をユーザから受け付けると、受け付けた指示の内容（開閉器１１０を開く旨、又は開閉器１１０を閉じる旨）を開閉制御指示１６１３として設定した開閉指示データ１６００を生成し、生成した開閉指示データ１６００を、通信ネットワーク５０を介して、指定されたストリング６に設けられているＳＣＵ１０を宛先として送信する（Ｓ２４１１）。

ＭＵ２０は、開閉指示データ１６００を受信すると、受信した開閉指示データ１６００を、マルチホップネットネットワークを介して、開閉指示データ１６００の送信先アドレス１６１１のＳＣＵ１０に転送する（Ｓ２４２１）。

ＳＣＵ１０は、開閉指示データ１６００を受信すると（Ｓ２４３１）、開閉指示データ１６００の開閉制御指示１６１３の内容に従い開閉器１１０を制御する（Ｓ２４３２）。またこのとき、ＳＣＵ１０は、開閉器１１０を制御した後に計測される電圧値（動作電圧又は開放電圧）を設定した監視情報データ１４００を、マルチホップネットワークを介してＭＵ２０に送信する（Ｓ２４３３）。

ＭＵ２０は、監視情報データ１４００を受信すると、受信した監視情報データ１４００を、通信ネットワーク５０を介してサーバ装置３０に転送する（Ｓ２４２２）。

サーバ装置３０は、監視情報データ１４００を受信すると、監視情報データ１４００に設定されている送信元アドレス１４１２をＳＣＵ配置管理表３４３と対照し、送信元アドレス１４１２に対応するストリングＩＤを特定し（Ｓ２４１３）、特定したストリングＩＤに対応づけて、監視情報データ１４００の監視情報１４１３（動作電圧又は開放電圧）を記憶するとともに、監視情報１４１３（動作電圧又は開放電圧）を出力装置３０５に出力する（Ｓ２４１４）。

＜効果＞
以上に説明したように、本実施形態の太陽光発電システム１によれば、ストリング６を単位として出力抑制を実施することができ、出力抑制の制限値に近い電力を制限することができる。そのため、無駄の少ない出力抑制を実施することができる。またＰＶ５の自己発熱による寿命低下等の悪影響が及ぶ範囲を最小限に留めることができる。また以上に説明した開閉器１１０を制御する仕組みは、ストリング６の監視のためのＳＣＵ１０やサーバ装置３０の構成を利用して容易に実現することができる。またストリング６の電流ライン８（開閉器１１０）を開いているときに電圧値を測定することで、遠隔した場所から容易にＰＶ５の開放電圧を取得することができ、取得した開放電圧を利用してＰＶ５やストリング６の故障診断を効率よく正確に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。上述した各部材の素材、形状、及び配置は、発明を実施するための形態に過ぎず、発明の趣旨を逸脱しない限り、様々な変更を行うことができる。

１太陽光発電システム、２エンクロージャ、３ＰＣＳ、４接続箱、５ＰＶ、６ストリング、８電流ライン、８１正側ライン、８２負側ライン、１０ＳＣＵ、１０１電圧検出器、１０２電流検出器、１０３ＡＤＣ、１０４第１無線通信装置、１１０開閉器、１０７開閉制御回路、１１１マルチホップ通信部、１１２監視情報データ送信部、１１３開閉制御部、２０ＭＵ、２０２第２無線通信装置、２１１マルチホップ通信部、２１２サーバ装置通信部、３０サーバ装置、３１１ＭＵ通信部、３１２監視情報出力部、３１３開閉指示データ送信部、３１４開放電圧出力部、３１５警告処理部、３４３ＳＣＵ配置管理表、１４００監視情報データ、１６００開閉指示データ

Claims

電流ラインを介して電気的に直列接続された複数の太陽電池モジュールを有する複数のストリングの夫々に配置され、無線通信ネットワークを介して通信を行う第１無線通信装置、前記ストリングの発電状況を示す情報である監視情報が設定されたデータである監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して送信する監視情報データ送信部、前記電流ラインを開閉する開閉器、前記無線通信ネットワークを介して送られてくる開閉指示データに応じて前記開閉器の開閉制御を行う開閉制御部、を備える、複数のストリング監視制御装置と、
前記第１無線通信装置の夫々と前記無線通信ネットワークを介して通信する、第２無線通信装置と、
前記第２無線通信装置を介して送られてくる前記監視情報データに設定されている前記監視情報を出力する監視情報出力部、及び、前記開閉指示データを前記第２無線通信装置を介して前記ストリング監視制御装置に送信する開閉指示データ送信部、を備える、情報処理装置と、
を含み、
前記ストリング監視制御装置は、前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器を備え、
前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信し、
前記監視情報出力部は、前記監視情報データに設定されている前記開放電圧を出力する、
太陽光発電システムの監視制御システム。
前記ストリング監視制御装置は、前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器を備え、
前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を閉じている時に計測した前記電圧値である動作電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信し、
前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信し、
前記情報処理装置は、前記監視情報データに設定されている前記動作電圧と前記監視情報データに設定されている前記開放電圧との比が所定範囲を逸脱するか否かを判定し、前記比が前記所定範囲を逸脱する場合に警告を示す情報を出力する警告処理部を備える、
請求項１に記載の太陽光発電システムの監視制御システム。
前記警告処理部は、前記開放電圧に対する前記動作電圧の大きさの比が予め設定された下限値未満である場合、前記ストリング監視制御装置に異常がある旨を示す情報を出力する、
請求項２に記載の太陽光発電システムの監視制御システム。
前記警告処理部は、前記開放電圧に対する前記動作電圧の大きさの比が予め設定された上限値を超えている場合、前記ストリング監視制御装置が設けられている前記ストリングに異常がある旨を示す情報を出力する、
請求項２に記載の太陽光発電システムの監視制御システム。
前記無線通信ネットワークは、マルチホップ方式の無線通信ネットワークである、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽光発電システムの監視制御システム。
電流ラインを介して電気的に直列接続された複数の太陽電池モジュールを有するストリングに配置され、無線通信ネットワークを介して通信を行う第１無線通信装置、前記ストリングの発電状況を示す情報である監視情報が設定されたデータである監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して送信する監視情報データ送信部、前記電流ラインを開閉する開閉器、前記無線通信ネットワークを介して送られてくる開閉指示データに応じて前記開閉器の開閉制御を行う開閉制御部と、
前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器と、
を備え、
前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を前記無線通信ネットワークを介して送信する、
ストリング監視制御装置。
前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器を備え、
前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を閉じている時に計測した前記電圧値である動作電圧を前記無線通信ネットワークを介して情報処理装置に送信し、
前記監視情報データ送信部は、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信する、
請求項６に記載のストリング監視制御装置。
電流ラインを介して電気的に直列接続された複数の太陽電池モジュールを有する複数のストリングの夫々に配置され、無線通信ネットワークを介して通信を行う第１無線通信装置と前記電流ラインを開閉する開閉器とを備えるストリング監視制御装置が、前記ストリングの発電状況を示す情報である監視情報が設定されたデータである監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して送信し、前記無線通信ネットワークを介して送られてくる開閉指示データに応じて前記開閉器の開閉制御を行うステップ、
前記第１無線通信装置の夫々と前記無線通信ネットワークを介して通信する第２無線通信装置を備える情報処理装置が、前記第２無線通信装置を介して送られてくる前記監視情報データに設定されている前記監視情報を出力するステップ、
前記情報処理装置が、前記開閉指示データを前記第２無線通信装置を介して前記ストリング監視制御装置に送信するステップ、
前記ストリング監視制御装置が、前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器により、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信するステップ、
前記情報処理装置が、前記監視情報データに設定されている前記開放電圧を出力するステップ、
を含む、太陽光発電システムの監視制御方法。
前記ストリング監視制御装置は、前記電流ラインの正負ライン間の電圧値を計測する電圧検出器を備え、
前記ストリング監視制御装置が、前記開閉器を閉じている時に計測した前記電圧値である動作電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信するステップ、
前記ストリング監視制御装置が、前記開閉器を開いている時に計測した前記電圧値である開放電圧を設定した前記監視情報データを前記無線通信ネットワークを介して前記情報処理装置に送信するステップ、
前記情報処理装置が、前記監視情報データに設定されている前記動作電圧と前記監視情報データに設定されている前記開放電圧との比が所定範囲を逸脱するか否かを判定し、前記比が前記所定範囲を逸脱する場合に警告を示す情報を出力するステップ、
を更に含む、請求項８に記載の太陽光発電システムの監視制御方法。
前記情報処理装置が、前記開放電圧に対する前記動作電圧の大きさの比が予め設定された下限値未満である場合、前記ストリング監視制御装置に異常がある旨を示す情報を出力するステップ、
を更に含む、請求項９に記載の太陽光発電システムの監視制御方法。
前記情報処理装置が、前記開放電圧に対する前記動作電圧の大きさの比が予め設定された上限値を超えている場合、前記ストリング監視制御装置が設けられている前記ストリングに異常がある旨を示す情報を出力するステップ、
を更に含む、請求項９に記載の太陽光発電システムの監視制御方法。