JP7021571B2 - 太陽電池アレイ検査システム、パワーコンディショナ及び太陽電池アレイ検査方法 - Google Patents

太陽電池アレイ検査システム、パワーコンディショナ及び太陽電池アレイ検査方法 Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池アレイ検査システムとパワーコンディショナと太陽電池アレイ検査方法とに関する。
太陽光発電用の太陽電池アレイとしては、通常、互いに同数の太陽電池パネルを直列接続した複数のストリングを並列接続したものが使用されている。そのような構成の太陽電池アレイの施工時に、施工ミスにより、太陽電池パネルの直列接続数(以下、パネル数とも表記する)が設計値通りではないストリングが形成されてしまうことがある。また、設計自体の誤りにより、各ストリングのパネル数が一致していない太陽電池パネルが施工されてしまうこともある。
太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していないと、太陽電池アレイを構成している各太陽電池パネルの性能を十分に利用できない。しかしながら、施工された太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していなくても、パワーコンディショナは、正常に機能する。そして、太陽電池アレイ用の既存の検査技術は、基本的に、ストリング毎の電気的特性(I-Vカーブ、短絡電流等)を測定するもの(例えば、特許文献1、2参照)となっているため、既存の検査技術で太陽電池アレイを検査しても、検査者が熟練者でない場合には、上記のような施工/設計ミスが見出されないことがある。
特開2013-138133号公報 特開2014-222201号公報
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池アレイの構成が、所望のものとなっているか否かを検出できる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一観点に係る太陽電池アレイ検査システムは、複数のストリングを備えた太陽電池アレイのI-Vカーブを、各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測する計測部と、前記計測部により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索し、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する検査部と、を備える。
太陽電池アレイの各ストリングのパネル数(直列接続されている太陽電池パネルの数)が一致していない場合には、上記状態で計測された太陽電池アレイのI-Vカーブ上に変曲点が現れる。そのため、上記構成の太陽電池アレイ検査システムによって、太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性があることを検出できる。また、太陽電池アレイ検査システムのユーザ(太陽電池アレイの施工者等)は、検査部が出力する検査結果情報に基づき、太陽電池アレイの構成が所望のものとなっていないこと(太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性があること)を把握できる。従って、この太陽電池アレイ検査システムによれば、構成が不適切なものとなっている
状態で太陽電池アレイが使用され続けてしまうことを防止できる。
太陽電池アレイ検査システムの検査部は、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧が、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果のKv倍(Kvは整数)とみなせる場合には、パネル数がKvのストリングが存在している旨の情報を含む前記検査結果情報を出力しても良い。検査部は、前記I-Vカーブの各変曲点の電圧が、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果の整数倍とみなせ、且つ、各変曲点の電流が、前記太陽電池アレイの短絡電流の、前記太陽電池アレイのストリング数の設計値での除算結果の整数倍とみなせる場合には、各変曲点の原因となっているストリングの数をパネル数別に推定し、推定結果を示す情報を含む前記検査結果情報を出力しても良い。
また、太陽電池アレイ検査システムの検査部は、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧が、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果の整数倍とみなせない場合には、パネル数が最も多いストリングのパネル数が前記設計値通りとなっていないと推定し、当該推定結果を示す情報を含む前記検査結果情報を出力しても良い。
太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない場合、通常は、パネル(太陽電池パネル)間を接続し直す作業が行われることになる。太陽電池アレイ検査システムに、上記したような、太陽電池アレイの構成に関する情報を含む検査結果情報を出力する検査部を採用しておけば、作業者が、検査結果情報中の太陽電池アレイの構成に関する情報に基づき、接続のし直しが必要な箇所を推定できるため、太陽電池アレイの構成の変更作業の時間を短縮することが可能となる。
なお、本発明に係る太陽電池アレイ検査システムは、1個の筐体内に計測部と検査部とが収容された1台の装置であっても、計測部として機能する装置と検査部として機能する装置とを通信可能に接続した装置であっても良い。
また、本発明の他の観点に係る太陽電池アレイ検査システムは、複数のストリングを備えた太陽電池アレイのI-Vカーブを、各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測する計測部と、前記計測部により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索する探索部と、前記太陽電池アレイのストリング数の設計値と前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値と前記計測部による前記I-Vカーブの計測時における前記太陽電池アレイの開放電圧及び短絡電流とに基づき、前記太陽電池アレイの構成が設計通りのものである場合に前記太陽電池アレイのI-Vカーブ上に現れる各変曲点の位置を特定する特定部と、前記探索部により探索された各変曲点の位置と前記特定部により特定された各変曲点の位置とが一致しているか否かを判定し、判定結果を示す検査結果情報を出力する出力部と、を備える。
すなわち、太陽電池アレイを、パネル数の異なるストリングを組み合わせて構成することもある。上記太陽電池アレイ検査システムによれば、そのような太陽電池アレイの構成が、所望のもの(設計通りのもの)となっているか否かを、ユーザ(太陽電池アレイの施工者等)に知らせることが出来る。
また、本発明の一観点に係るパワーコンディショナは、それぞれ、ストリングを接続するための複数の接続端子と、前記複数の接続端子のそれぞれからの入力を、接続端子毎に設けられたブロッキングダイオードを介して並列接続して出力する接続回路と、前記接続回路の出力に基づき、前記複数の接続端子に接続された複数のストリングにより構成された太陽電池アレイのI-Vカーブを計測する計測部と、前記計測部により計測された前記
I-Vカーブから変曲点を探索し、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する検査部と、を備える。
すなわち、このパワーコンディショナも、太陽電池アレイの構成が所望のものとなっていないこと(太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性があること)を検出できる構成を有している。従って、このパワーコンディショナによっても、構成が不適切なものとなっている状態で太陽電池アレイが使用され続けてしまうことを防止することできる。
また、本発明の一観点に係る太陽電池アレイ検査方法では、1台以上のコンピュータが、太陽電池アレイのI-Vカーブであって、前記太陽電池アレイの各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測されたI-Vカーブから変曲点を探索する探索ステップと、前記探索ステップにより前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が探索された場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する出力ステップと、を実行する。
従って、この太陽電池アレイ検査方法によっても、太陽電池アレイの構成が所望のものとなっていないこと(太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性があること)を検出できる。また、その結果として、構成が不適切なものとなっている状態で太陽電池アレイが使用され続けてしまうことを防止することが可能となる。
本発明によれば、太陽電池アレイの構成が、所望のものとなっているか否かを検出することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムの概略構成及び使用形態の説明図である。 図2は、第1実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムの検査装置が実行する構成検査処理の流れ図である。 図3は、構成検査処理中で実行される構成判定処理の流れ図である。 図4Aは、太陽電池アレイの構成例の説明図である。 図4Bは、太陽電池アレイの他の構成例の説明図である。 図4Cは、太陽電池アレイのさらに別の構成例の説明図である。 図5Aは、太陽電池アレイの構成が図4Aに示したものである場合にPCSによって計測されるI-Vカーブの説明図である。 図5Bは、太陽電池アレイの構成が図4Bに示したものである場合にPCSによって計測されるI-Vカーブの説明図である。 図5Cは、太陽電池アレイの構成が図4Cに示したものである場合にPCSによって計測されるI-Vカーブの説明図である。 図6は、本発明の第2実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムの検査装置が実行する第2構成検査処理の流れ図である。 図7は、太陽電池アレイ検査システムの変形例の説明図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
《第1実施形態》
図1に、本発明の第1実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムの概略構成及び使用
形態を示す。
本実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムは、パワーコンディショナ(PCS)10と検査装置20とにより構成された、太陽電池アレイ30の構成の検査機能を有するシステムである。
PCS10は、ストリング31を接続するための複数(図では、4つ)の接続端子を備え、それらの接続端子に接続された複数のストリング31(つまり、太陽電池アレイ30)からの電力を系統40及び/又は負荷45に供給する装置である。なお、ストリング31とは、太陽電池パネル32を複数個(複数枚)直列接続したユニットのことである。
図1に示してあるように、PCS10は、接続回路16と電力変換部11と制御部12とを備える。接続回路16は、各接続端子からの入力を、接続端子毎に設けられたブロッキングダイオード(逆流防止ダイオード)15を介して並列接続して出力する回路である。すなわち、PCS10は、接続箱と同機能の接続回路16を備えている。
電力変換部11は、接続回路16からの直流電力(つまり、太陽電池アレイ30の発電電力)を交流電力に変換するためのユニットである。電力変換部11は、DC/DCコンバータとDC/ACインバータとにより構成されており、PCS10内には、電力変換部11の入力電流DCIを検出するための電流センサ21、及び、電力変換部11の入力電圧DCVを検出するための電圧センサ22が設けられている。PCS10内は、センサ21、22以外のセンサ(図示略)も設けられている。
制御部12は、プロセッサ(CPU、マイクロコントローラ等)、ゲートドライバ、検査装置20(詳細は後述)と通信を行うための通信インターフェース回路等から構成されたユニットである。制御部12には、電流センサ21及び電圧センサ22を含む各種センサの出力が入力されており、制御部12は、各種センサからの情報に基づき、通常処理やI-Vカーブ計測処理を行う。
制御部12が行う通常処理は、太陽電池アレイ30から最大電力が取り出されて所望の交流に変換されるように、電力変換部11を制御する処理である。
I-Vカーブ計測処理は、検査装置20からI-Vカーブ計測が指示されたときに、制御部12が実行する処理である。このI-Vカーブ計測処理時、制御部12は、電力変換部11の制御により動作点電圧(電力変換部11の入力電圧DCV)を変化させながら、電力変換部11の入力電圧DCV及び入力電流DCIを測定することで、太陽電池アレイ30のI-Vカーブを計測する。そして、制御部12は、計測したI-Vカーブ(DCV、DCIの測定結果)を検査装置20に提供してから、I-Vカーブ計測処理を終了する。
検査装置20は、構成検査処理(詳細は後述)を行えるように構成(プログラミング)したコンピュータである。この検査装置20は、一般的なコンピュータ(ノートパソコン、デスクトップパソコン等)を、構成検査処理を実行可能なようにプログラミングしたものであっても、太陽電池アレイ検査システムの構成要素として使用するために製造された装置であっても良い。また、検査装置20は、USBケーブル等のケーブルでPCS10と接続されるものであっても、通信ネットワーク(インターネット等)を介してPCS10と接続されるものであっても良い。
以下、検査装置20が実行する構成検査処理の内容を説明する。なお、以下の説明では、ストリング31を構成している太陽電池パネル32の数(直列接続されている太陽電池
パネル32の数)のことを、パネル数と表記する。また、太陽電池パネル32のことを、単に、パネルとも表記する。
図2に、構成検査処理の流れ図を示し、図3に、構成検査処理のステップS105で実行される構成判定処理の流れ図を示す。
構成検査処理(図2)は、検査装置20が備える入力装置(キーボード等)に対して所定の操作がなされたときに、検査装置20(検査装置20内のプロセッサ)が実行する処理である。
図示してあるように、構成検査処理を開始した検査装置20は、まず、PCS10(制御部12)にI-Vカーブ計測を指示する(ステップS101)。そして、検査装置20は、その指示に従って、制御部12が実行したI-Vカーブ計測処理の処理結果(つまり、I-Vカーブの計測結果)を、PCS10から取得する(ステップS101)。
I-Vカーブの計測結果を得た検査装置20は、変曲点探索処理(ステップS102)を行う。この変曲点探索処理は、PCS10によって計測されたI-Vカーブから変曲点を探索し、探索された各変曲点の電圧及び電流を記憶する処理である。なお、変曲点とは、I-Vカーブ上の、曲がる方向が変化している点のことである。
検査装置20が行う変曲点探索処理は、I-Vカーブを二階微分したdI/dV-Vカーブを生成し、生成したdI/dV-Vカーブの“dI”値が予め設定されている閾値以上となっている点を探索し、探索した各点の電圧、電流を、変曲点の電圧、電流とする処理である。ただし、変曲点探索処理は、他のアルゴリズムにより変曲点を探索する処理であっても良い。
変曲点探索処理を終えた検査装置20は、変曲点探索処理にて変曲点が探索されたか否か、すなわち、太陽電池アレイ30のI-Vカーブに変曲点があるか否かを判断する(ステップS103)。
このステップS103の判断は、太陽電池アレイ30の構成に問題があるか否かを判定するために行われているものである。なお、太陽電池アレイ30の構成に問題がないとは、太陽電池アレイ30の各(全)ストリング31のパネル数が一致しているということである。
ここで、図4A~図4C及び図5A~図5Cを用いて、変曲点の有無により太陽電池アレイ30の構成に問題があるか否かを判定できる理由を説明しておくことにする。なお、図4A~図4Cは、太陽電池アレイ30の構成例の説明図である。図5A~図5Cは、それぞれ、太陽電池アレイ30の構成が図4A~図4Cに示したものである場合にPCS10によって計測されるI-Vカーブの説明図である。また、図4A~図4C及び以下の説明において、I-Vカーブ計測系17とは、PCS10内の、接続回路16の出力に基づき太陽電池アレイ30のI-Vカーブを計測する部分(制御部12、電力変換部11内のDC/DCコンバータ、電流センサ21、電圧センサ22を主要構成要素とした部分)のことである。
施工されるべき太陽電池アレイ30が、それぞれ、5つの太陽電池パネル32を直列接続した3つのストリング31(以下、ストリング#1~#3と表記する)からなるものである場合を考える。
この場合、施工ミスがなければ、図4Aに示したように、同構成のストリング#1~#
3の出力がPCS10に入力されることになる。そして、同構成のストリング#1~#3のI-Vカーブは、各ストリングの日照条件がほぼ同一である場合には、ほぼ同形状のものとなる。従って、太陽電池アレイ30が上記設計通りに施工されている場合には、図5Aに模式的に示したように、1個のストリングのI-Vカーブの電流方向に3倍した、変曲点がないI-Vカーブが計測されることなる。
一方、太陽電池アレイ30が設計通りのものとなっていない場合には、I-Vカーブ計測系17によって、変曲点があるI-Vカーブが計測されることになる。
具体的には、例えば、施工ミスにより太陽電池アレイ30の構成が図4Bに示したものとなっている場合を考える。この場合、図5Bに示してあるように、パネル数が等しいストリング#1、#3のI-Vカーブは、同形状のものとなる。また、ストリング#1、#3よりもパネル数が少ないストリング#2の開放電圧Voc2は、ストリング#1、3の開放電圧Voc0よりも低くなる。そして、I-Vカーブ計測系17には、同電圧における各ストリングの電流の総和が接続回路16から入力される。従って、太陽電池アレイ30の構成が図4Bに示したものとなっている場合、図5Bに模式的に示してあるように、ストリング#2の出力電流が“0”となる電圧Voc2の点が変曲点IP1となっているI-Vカーブが計測される。
また、施工ミス又は設計ミスにより、太陽電池アレイ30の構成が図4Cに示したものとなっている場合にも、変曲点があるI-Vカーブが計測される。すなわち、この太陽電池アレイ30(図4C)では、“ストリング#1のパネル数>ストリング#3のパネル数>ストリング#2のパネル数”が成立している。そのため、図5Cに示してあるように、ストリング#1~#3の開放電圧Voc1~Voc3について、Voc1>Voc3>Voc2が成立することになる。そして、I-Vカーブ計測系17には、同電圧における各ストリングの電流の総和が入力されている。従って、I-Vカーブ計測系17によって、電圧Voc2の点と、電圧Voc3の点とが、それぞれ、変曲点IP1、IP2となっているI-Vカーブが計測されることになる。
図2に戻って、構成検査処理の説明を続ける。
上記したように、太陽電池アレイ30のI-Vカーブに変曲点がない場合には、太陽電池アレイ30の構成に問題がないと判断することが出来る(図4A、図5A参照)。そのため、検査装置20は、I-Vカーブに変曲点がなかった場合(ステップS103;NO)には、太陽電池アレイ30の構成に問題がない旨の検査結果情報を出力する(ステップS104)。本実施形態に係る検査装置20が、ステップS104にて行う処理は、検査結果情報をディスプレイの画面上に表示する処理である。ただし、ステップS104の処理は、ユーザに検査結果情報を通知できる他の処理、例えば、検査結果情報を音声出力する処理や、検査結果情報を印刷する処理であっても良い。
一方、太陽電池アレイ30のI-Vカーブに変曲点があった場合(ステップS103;YES)、検査装置20は、構成判定処理(ステップS105)を行う。
以下、構成判定処理(図3)について説明する。なお、図3の流れ図及び以下の説明において、Voc、Iscとは、太陽電池アレイ30の開放電圧、短絡電流(いずれも、I-Vカーブの計測結果に含まれる値)のことである。最大パネル数とは、太陽電池アレイ30の全ストリング31のパネル数の中の、最も大きなパネル数のことであり、パネル数異常ストリングとは、パネル数が最大パネル数よりも少ないストリング31のことである。また、Vn、In(nは、自然数)とは、それぞれ、変曲点探索処理で探索された変曲点IPnの電圧、電流のことである。変曲点の識別番号nは、変曲点の電圧の昇順に付けられているものとする。
図3に示してあるように、構成判定処理を開始した検査装置20は、まず、設計値取得処理(ステップS201)を行う。この設計値取得処理は、入力装置に対する操作を通じて、ユーザから、太陽電池アレイ30の各ストリング31のパネル数の設計値である直列数Ns及び太陽電池アレイ30のストリング31の数の設計値である並列数Npとを取得する処理である。
設計値取得処理を終えた検査装置20は、以下の演算により、電圧Vuと電流Iuとを算出する(ステップS202)。
Vu=Voc/Ns
Iu=Isc/Np
上記演算式から明らかなように、ステップS202の処理は、1パネル分の出力電圧(開放電圧)、1ストリング分の出力電流(短絡電流)を、それぞれ、Vu、Iuとして算出するための処理である。ただし、ステップS202の処理で算出されるVu値は、最大パネル数が直列数Nsと一致していない場合(図4C参照)には1パネル分の出力電圧とは異なる値(電圧)となる。また、ステップS202の処理で算出されるIu値は、太陽電池アレイ30のストリング数が並列数Npと一致していない場合には、1ストリング分の出力電流とは異なる値となる。
ステップS202の処理を終えた検査装置20は、変曲点を識別(選択)するための変数nに“1”をセットする(ステップS203)。そして、検査装置20は、変曲点IPnの原因となっている各パネル数異常ストリングの数及びパネル数を特定するための処理であるステップS204~S208の処理を開始する。
ステップS204~S208の処理は、基本的には、その実行毎に(変曲点別に)、パネル数異常ストリングを新たに見出したこと(発見済みのパネル数異常ストリングとは、パネル数が異なるパネル数異常ストリングが存在していること)を示す情報が、処理結果として検査装置20内に記憶される処理である。ただし、ステップS204~S208の処理は、変曲点の電圧及び電流から、太陽電池アレイ30の構成に関する他の情報(パネル数異常ストリングの数、パネル数等)を推定できる場合には、当該他の情報の推定結果も処理結果として記憶される処理となっている。
具体的には、或る変曲点IPnに対するステップS204~S208の処理を開始した検査装置20は、まず、Vn(n=1の場合は、V1)が、Vuの整数倍とみなせるか否かを判断する(ステップS204)。このステップS204では、例えば、Vn/VuとVn/Vuに最も近い整数値との間の差が予め定められている電圧比範囲内に入っているか否かで、VnがVuの整数倍とみなせるか否かが判断される。
そして、検査装置20は、VnがVuの整数倍とみなせなかった場合(ステップS204;NO)には、パネル数異常ストリングを新たに見出したこと、及び、最大パネル数が直列数Nsと一致していないことを、変曲点IPnについての処理結果として記憶する(ステップS205)。
すなわち、1つのストリングの開放電圧は、1パネル分の出力電圧の整数倍(パネル数倍)となるため、Vuが1パネル分の出力電圧を示している場合には、VnがVuの整数倍となる。ただし、最大パネル数が直列数Nsと一致していない場合にステップS202の処理で算出されるVu値は、1パネル分の出力電圧を示していない。従って、VnがVuの整数倍となっていない場合、最大パネル数が直列数Nsと一致していないと判定することが出来る。
一方、VnがVuの整数倍となっている場合には、VnのVuに対する整数倍率Kvが、変曲点IPnの原因となっているパネル数異常ストリング(以下、注目ストリングと表記する)のパネル数を示していることになる。そのため、VnがVuの整数倍とみなせた場合(ステップS204;YES)には、パネル数がKvであるパネル数異常ストリングを新たに見出したことが処理結果として記憶される(ステップS207,S208)。ただし、変曲点IPnの電流Inから、注目ストリング(変曲点IPnの原因となっている、パネル数=Kvのパネル数異常ストリング)の総数を判定(推定)できる場合がある。
そのため、構成判定処理では、VnがVuの整数倍とみなせた場合(ステップS204;YES)、上記総数を判定できるか否かを判断するために、InがIuの整数倍とみなせるか否かが判断される(ステップS206)。このステップS206では、例えば、In/IuとIn/Iuに最も近い整数値との間の差が予め定められている電流比範囲内に入っているか否かで、InがIuの整数倍とみなせるか否かが判断される。
そして、InがIuの整数倍とみなせた場合(ステップS206;NO)には、パネル数がKvであるパネル数異常ストリングを新たに見出したことが、変曲点IPnについての処理結果として記憶される(ステップS208)。このステップS208にて、検査装置20は、ストリング数推定処理も行う。
ストリング数推定処理は、変曲点IPnの電流In等から、注目ストリング(変曲点IPnの原因となっている、パネル数がKvであるパネル数異常ストリング)の数を推定する処理である。このストリング数推定処理時、検査装置20は、以下の手順で注目ストリングの数を推定する。
ストリング数推定処理を開始した検査装置20は、まず、並列数Npから、InのIuに対する整数倍率Kiを減算した値Mを算出する。次いで、検査装置20は、n=1であるか否かを判断する。そして、検査装置20は、n=1であった場合には、M値を、注目ストリングの数(総数)の推定結果とする。そして、検査装置20は、当該推定結果も、変曲点IPnについての処理結果として記憶してから、ストリング数推定処理及びステップS208の処理を終了する。
一方、n=1ではなかった場合、検査装置20は、M値から、パネル数異常ストリング数の過去の推定結果の総和を減算する。そして、検査装置20は、減算結果を、注目ストリングの数の推定結果として記憶してから、ストリング数推定処理及びステップS208の処理を終了する。
すなわち、変曲点IPnの電流Inは、注目ストリングよりもパネル数が多い各ストリングの電圧Vnにおける出力電流の和となる(図5B、図5C参照)。また、注目ストリングよりもパネル数が多い各ストリングの電圧Vnにおける出力電流は、ストリング数が並列数Npと一致している場合には、上記Iu値(=Voc/Np)で近似することが出来る。従って、InのIuに対する整数倍率Kiが、注目ストリングよりもパネル数が多いストリングの数を示すことになる。
n=1である場合における“注目ストリングよりもパネル数が多くないストリング”は、全て、注目ストリング(変曲点IPnの原因となっている、パネル数がKvであるパネル数異常ストリング)である。従って、n=1である場合には、並列数Npから、注目ストリングよりもパネル数が多いストリングの数Kiを減じた値M(=Np-Ki)を、今回の注目ストリングの数とすることが出来る。一方、n>1である場合、M値は、“注目ストリングの数+注目ストリングよりもパネル数が少ないストリングの数”を表している
。そして、注目ストリングよりもパネル数が少ないストリングの数は、変曲点IP1~IPm(m=n-1)に対して行われたストリング数推定処理で、変曲点別(パネル数別)に既に推定されている。従って、M値から、過去のストリング数の推定結果の総和を減算することで、今回の注目ストリングの数を算出することが出来る。
ただし、Iuが1ストリング分の電流を表していない場合には、上記手順のストリング数推定処理では注目ストリングの数を推定することが出来ない。そして、Iuが1ストリング分の電流を表していない場合には、InがIuの整数倍とはならない。
そのため、InがIuの整数倍とみなせなかった場合(ステップS206;NO)、検査装置20は、パネル数がKv個のパネル数異常ストリングを新たに見出したこと及びストリング数がNsと一致していないことを、変曲点IPnについての処理結果として記憶する(ステップS207)。
ステップS205、S207又はS208の処理を終えた検査装置20は、全変曲点に対する処理が完了したか否かを判断する(ステップS209)。そして、検査装置20は、未処理の変曲点が残っていた場合(ステップS209;NO)には、n値に“1”を加算(ステップS210)してから、ステップS204以降の処理を再び実行する。
また、検査装置20は、全変曲点に対する処理が完了した場合(ステップS209;Yes)には、ステップS205、S207又はS208の処理の処理結果に基づき、太陽電池アレイ30の現在の構成に関する情報を含む検査結果情報を生成して出力する(ステップS211)。なお、太陽電池アレイ30の現在の構成に関する情報とは、“ストリング数が直列数Nsと一致していない”、“パネル数がKvのストリングが1つ以上存在している”、“パネル数がKvのストリングがX個存在している”といったような、ステップS205、S207又はS208の処理の処理結果を示す情報のことである。
そして、ステップS211の処理を終えた検査装置20は、この構成判定処理(図3)及び構成検査処理(図2)を終了する。
以下、構成検査処理について、さらに具体的に説明する。
太陽電池アレイ30の構成が、図4Bに示したものである場合を考える。
既に説明したように、この太陽電池アレイ30のI-Vカーブは、1個の変曲点IP1が存在するものとなる(図5B参照)。従って、この太陽電池アレイ30に対して構成検査処理が行われると、構成判定処理(図3)が行われることになる。
太陽電池アレイ30(図4B)のI-Vカーブ計測時における開放電圧、短絡電流が、それぞれ、50V、30Aであると仮定すると、変曲点IP1の電圧V1、電流I1は、それぞれ、約40V、約20Aとなる。
具体的には、太陽電池アレイ30(図4B)の開放電圧が、50Vである場合には、1パネル分の出力電圧が10V(=50V/5)であることになる。太陽電池アレイ30(
図4B)には、パネル数が4となっている(5となっていない)ストリング#2が含まれるため、I-Vカーブ上の約40V(=10V×4)の電圧の点が変曲点IP1となる。また、太陽電池アレイ30(図4B)の短絡電流が30Aである場合には、1ストリング当たりの出力電流が10A(=30A/3)となる。そして、太陽電池アレイ30(図4B)には、パネル数が正常なストリングが2個含まれる。従って、上記変曲点IP1の電流I1は、約20A(=10A×2)となる。
また、太陽電池アレイ30(図4B)の開放電圧、短絡電流が、それぞれ、50V、30Aである場合には、直列数Ns=5、並列数Np=3であるため、ステップS202の処理時に、Vu、Iuとして、それぞれ、10V(=50V/5)、10A(=30A/3)が算出される。
V1が約40Vであり、Vuが10Vである場合には、V1がVuの整数倍となっているとみなすことが出来る。そのため、n=1という条件下で実行されるステップS204の判断にて、YES側への分岐が行われる。さらに、I1が約20Aであり、Iuが10Aであるため、ステップS206の判断においてもYES側への分岐が行われる。そして、Vn/Vu(=約40V/10V)に最も近い整数値Kvは、“4”であり、In/lu(=約20V/10A)に最も近い整数値Kiは、“2”であるため、ステップS208にて、パネル数が“4”のパネル数異常ストリングが“1”(=Np-Ki)個存在していることが処理結果として記憶されることになる。
太陽電池アレイ30(図4B)のI-Vカーブには、変曲点IP1以外の変曲点がない。そのため、ステップS209では、“YES”側への分岐が行われる。そして、ステップS211にて、太陽電池アレイ30の各ストリングのパネル数が一致しておらず、パネル数が“4”のストリングが“1”個存在している可能性がある旨がユーザに通知されて、構成判定処理及び構成検査処理が終了される。
また、直列数Ns=5、並列数Np=3であるにも拘わらず、図4Cに示した構成の太陽電池アレイ30が施工されてしまった場合を考える。この太陽電池アレイ30のI-Vカーブは、2個の変曲点IP1、IP2(図5C)が存在しているものとなる。従って、この太陽電池アレイ30に対して構成検査処理が行われると、構成判定処理が行われることになる。
I-Vカーブ計測時における太陽電池アレイ30(図4C)の開放電圧、短絡電流が、それぞれ、60V、30Aであると仮定すると、変曲点IP1の電圧V1、電流I1は、それぞれ、約40V、約10Aとなり、変曲点IP2の電圧V2、電流I2は、それぞれ、約50V、約20Aとなる。そして、直列数Ns=5、並列数Np=3であるため、ステップS202の処理では、Vu、Iuとして、それぞれ、12V(=60V/5)、10A(=30A/3)が算出される。
電圧V1(≒50V)を、電圧Vu(=12V)の整数倍とみなすことはできない。そのため、n=1という条件下で実行されるステップS204の判断では、NO側への分岐が行われる。そして、パネル数異常ストリングを新たに見出したこと、及び、最大パネル数が直列数Nsと一致していないことが、変曲点IP1についての処理結果として記憶される(ステップS205)。
その後、未処理の変曲点IP2が残っている(ステップS209;NO)ため、n=2という条件下でステップS204の判断が再度実行される。電圧V2(≒40V)も電圧Vu(=12V)の整数倍ではない。そのため、n=2という条件下におけるステップS204の判断でもNO側への分岐が行われて、ステップS205にて、パネル数異常ストリングを新たに見出したこと、及び、最大パネル数が直列数Nsと一致していないことが、変曲点IP2についての処理結果として記憶される。
変曲点IP2に対する処理が完了すると、未処理の変曲点がなくなる。そのため、2回実行されたステップS205の処理の処理結果に基づき、パネル数が互いに異なる2種類のパネル数異常ストリングが存在している可能性がある旨がユーザに通知される(ステップS211)。そして、構成判定処理(図3)及び構成判定処理(図2)が終了される。
以上、説明したように、本実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムは、太陽電池アレイ30の各ストリング31のパネル数が一致していない可能性があるか否かをユーザ(太陽電池アレイ30の施工者等)に通知することが出来る。また、太陽電池アレイ検査システムは、各ストリング31のパネル数が一致していない可能性がある場合には、ユーザに、太陽電池アレイ30の現在の構成に関する情報(“ストリング数が直列数Nsと一致していない”、“パネル数がKvのストリングが1つ以上存在している”等)も通知することが出来る。従って、ユーザ(太陽電池アレイ30の施工者等)は、現在の構成に関する情報に基づき、接続のし直しが必要な箇所を推定できる。そして、その結果として、太陽電池アレイ30の構成の変更作業の時間を短縮することが可能となる。
《第2実施形態》
以下、第1実施形態に係る太陽電池アレイ検査システム(図1)の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、第2実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムの構成及び動作を、第1実施形態の太陽電池アレイ検査システムと異なる部分を中心に説明する。
本実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムは、第1実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムの検査装置20を、構成検査処理(図2)の代わりに第2構成検査処理を行うようにプログラミングしたシステムである。
第2構成検査処理は、パネル数が異なる複数種類のストリング31を組み合わせた太陽電池アレイ30の構成が設計通りのものとなっているか否かを検査するための処理である。
以下、第2構成検査処理の内容を具体的に説明する。
第2構成検査処理は、図6に示した手順の処理である。
すなわち、入力装置に対して所定の操作がなされたため、第2構成検査処理を開始した検査装置20は、まず、設計情報取得処理(ステップS301)を行う。この設計情報取得処理は、入力装置に対する操作を通じて、ユーザから、太陽電池アレイ30のストリング31の総数及び各ストリング31のパネル数を示す設計情報を取得する処理である。なお、太陽電池アレイ30のストリング31の総数及び各ストリング31のパネル数を示す設計情報とは、“パネル数=aのストリングがb個、パネル数=cのストリングがd個”といったような情報のことである。
設計情報取得処理を終えた検査装置20は、PCS10(制御部12)にI-Vカーブ計測を指示する(ステップS302)。そして、検査装置20は、その指示に従って、制御部12が実行したI-Vカーブ計測処理の処理結果(つまり、I-Vカーブの計測結果)を、PCS10から取得する(ステップS302)。
I-Vカーブの計測結果を得た検査装置20は、構成検査処理(図2)のステップS102にて実行される変曲点探索処理と同内容の変曲点探索処理をステップS303にて行う。
変曲点探索処理を終えた検査装置20は、変曲点位置算出処理(ステップS304)を行う。
変曲点位置算出処理は、ユーザから取得した設計情報と、上記I-Vカーブ計測処理時の太陽電池アレイ30の開放電圧及び短絡電流(いずれも、I-Vカーブ計測処理の処理結果に含まれる情報)とに基づき、太陽電池アレイ30の構成が設計(設計情報)通りで
ある場合に太陽電池アレイ30のI-Vカーブ上に現れる各変曲点の位置(電圧、電流)を算出する処理である。本実施形態に係る検査装置20が行う変曲点位置算出処理は、1パネルの出力電圧(1個の太陽電池パネル32の出力電圧)が、開放電圧/最大パネル数であり、1ストリングの出力電流が、短絡電流/ストリング総数であると仮定して、各変曲点の位置を算出する処理である。ただし、変曲点位置算出処理は、各変曲点の位置を算出できる処理であれば、どのような内容(手順)の処理であっても良い。
変曲点位置算出処理を終えた検査装置20は、2処理(変曲点探索処理及び変曲点位置算出処理)により特定された各変曲点の位置が一致しているか否かを判断する(ステップS305)。より具体的には、このステップS305にて、検査装置20は、まず、変曲点探索処理により探索された変曲点の数が、変曲点位置算出処理により位置が算出された変曲点の数と一致しているか否かを判断する。そして、検査装置20は、両者が一致していなかった場合には、2処理により特定された各変曲点の位置が一致していないと判定して、ステップS305の処理(判断)を終了する。
一方、両者が一致していた場合、検査装置20は、各変曲点の位置誤差(電圧誤差及び電流誤差)が予め定められている位置誤差閾値以下であるか否かを判断する。ここで、各変曲点の位置誤差とは、変曲点探索処理により探索された変曲点を低電圧側から第1~第M探索変曲点と表記し、変曲点探索処理により位置が算出された変曲点を低電圧側から第1~第M算出変曲点と表記すると、第k(=1~M)探索変曲点の位置と第k算出変曲点の位置との間の誤差のことである。
そして、検査装置20は、各変曲点の位置誤差が位置誤差閾値以下であった場合には、2処理により特定された各変曲点の位置が一致していると判定してステップS305の処理を終了する。また、検査装置20は、位置誤差が位置誤差閾値以下となっていない変曲点が存在していた場合には、2処理により特定された各変曲点の位置が一致していない判定してステップS305の処理を終了する。
検査装置20は、2処理により特定された各変曲点の位置が一致していると判定した場合(ステップS305;YES)には、太陽電池アレイ30の構成に問題がない旨(太陽電池アレイ30の構成が設計通りのものとなっている旨)の検査結果情報を出力する(ステップS306)。また、検査装置20は、2処理により特定された各変曲点の位置が一致していないと判定した場合(ステップS305;NO)には、太陽電池アレイ30の構成に問題がある旨(太陽電池アレイ30の構成が設計通りのものとなっていない旨)の検査結果情報を出力する(ステップS307)。
そして、ステップS306又はS307の処理を終えた検査装置20は、この第2構成検査処理を終了する。
以上、説明したように、本実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムは、パネル数が異なる複数種類のストリング31を組み合わせた太陽電池アレイ30の構成が設計通りのものとなっているか否かをユーザ(太陽電池アレイ30の施工者等)に通知することが出来る。従って、本実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムによれば、構成が所望のものとなっていない状態で太陽電池アレイ30が使用され続けることをないようにすることが出来る。
《変形例》
上記した各実施形態に係る太陽電池アレイ検査システムは、様々な変形が可能なものである。例えば、太陽電池アレイ検査システムのPCS10を、接続回路16を内蔵していないPCSに変更しても良い。より具体的には、各実施形態に係る太陽電池アレイ検査シ
ステムを、図7に示したように、接続箱18を介して太陽電池アレイ30の各ストリング31の出力が入力されるPCS10bと検査装置20とで構成されるシステムに変形しても良い。
また、PCS10(10b)の制御部12に、検査装置20としての機能を付与しておいても良い。太陽電池アレイ検査システムを、I-Vカーブ計測専用の装置として実現しても良い。構成検査処理から幾つかの処理機能を取り除いておいても良い。また、I-Vカーブ上の変曲点の総数は、パネル数が互いに異なるストリング31の種類数(太陽電池アレイ10内のストリング31のパネル数別の種類数)を示しているので、構成検査処理を、ステップS105にて、上記種類数を含む検査結果情報を出力する処理に変形しても良い。
《付記》
(1) 複数のストリングを備えた太陽電池アレイのI-Vカーブを、各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測する計測部(17)と、
前記計測部(17)により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索し、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する検査部(20)と、
を備えることを特徴とする太陽電池アレイ検査システム。
(2) 複数のストリングを備えた太陽電池アレイのI-Vカーブを、各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測する計測部(17)と、
前記計測部(17)により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索する探索部(20)と、
前記太陽電池アレイのストリング数の設計値と前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値と前記計測部(17)による前記I-Vカーブの計測時における前記太陽電池アレイの開放電圧及び短絡電流とに基づき、前記太陽電池アレイの構成が設計通りのものである場合に前記太陽電池アレイのI-Vカーブ上に現れる各変曲点の位置を特定する特定部(20)と、
前記探索部(20)により探索された各変曲点の位置と前記特定部により特定された各変曲点の位置とが一致しているか否かを判定し、判定結果を示す検査結果情報を出力する出力部(20)と、
を備えることを特徴とする太陽電池アレイ検査システム。
(3) それぞれ、ストリングを接続するための複数の接続端子と、
前記複数の接続端子のそれぞれからの入力を、接続端子毎に設けられたブロッキングダイオードを介して並列接続して出力する接続回路(16)と、
前記接続回路の出力に基づき、前記複数の接続端子に接続された複数のストリングにより構成された太陽電池アレイのI-Vカーブを計測する計測部(17)と、
前記計測部(17)により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索し、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する検査部(12)と、
を備えることを特徴とするパワーコンディショナ(10)。
(4) 1台以上のコンピュータが、
太陽電池アレイのI-Vカーブであって、前記太陽電池アレイの各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測されたI-Vカーブから変曲点を探索する探索ステップ(S102)と、
前記探索ステップにより前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が探索された場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する出力ステップ(S105)と、
を実行することを特徴とする太陽電池アレイ検査方法。
10 パワーコンディショナ
11 電力変換部
12 制御部
15 ブロッキングダイオード
16 接続回路
18 接続箱
17 I-Vカーブ計測系
20 検査装置
21 電流センサ
22 電圧センサ
30 太陽電池アレイ
31 ストリング
32 太陽電池パネル
40 系統
45 負荷

Claims (8)

  1. 複数のストリングを備えた太陽電池アレイのI-Vカーブを、各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測する計測部と、
    前記計測部により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索し、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する検査部と、
    を備えることを特徴とする太陽電池アレイ検査システム。
  2. 前記検査部は、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記変曲点の探索結果に基づき、前記太陽電池アレイに含まれる、パネル数が互いに異なるストリングの種類数を推定し、推定した種類数を示す情報を含む前記検査結果情報を出力する、ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池アレイ検査システム。
  3. 前記検査部は、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧が、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果のKv倍(Kvは整数)である場合または、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧と、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果のKv倍(Kvは整数)との差が予め定められている電圧比範囲内に入っている場合には、パネル数がKvのストリングが存在している旨の情報を含む前記検査結果情報を出力する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池アレイ検査システム。
  4. 前記検査部は、前記I-Vカーブの各変曲点の電圧が、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果の整数倍でありまたは、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧と、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果のKv倍(Kvは整数)との差が予め定められている電圧比範囲内に入っている場合であって、且つ、各変曲点の電流が、前記太陽電池アレイの短絡電流の、前記太陽電池アレイのストリング数の設計値での除算結果の整数倍でありまたは、各変曲点の電流と、前記太陽電池アレイの短絡電流の、前記太陽電池アレイのストリング数の設計値での除算結果と該除算結果に最も近い整数値との間の差が予め定められている電流比範囲内に入っている場合には、各変曲点の
    原因となっているストリングの数をパネル数別に推定し、推定結果を示す情報を含む前記検査結果情報を出力する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池アレイ検査システム。
  5. 前記検査部は、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧が、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果の整数倍でなく、且つ、前記I-Vカーブの或る変曲点の電圧と、前記太陽電池アレイの開放電圧の、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値での除算結果の整数倍との差が予め定められている電圧比範囲内に入っていない場合には、パネル数が最も多いストリングのパネル数が前記設計値通りとなっていないと推定し、当該推定結果を示す情報を含む前記検査結果情報を出力する、
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の太陽電池アレイ検査システム。
  6. 前記太陽電池アレイのストリング数の設計値と前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数の設計値と前記計測部による前記I-Vカーブの計測時における前記太陽電池アレイの開放電圧及び短絡電流とに基づき、前記太陽電池アレイの構成が設計通りのものである場合における前記太陽電池アレイのI-Vカーブ上に現れる各変曲点の位置を特定する特定部と、
    前記探索された各変曲点の位置と前記特定部により特定された各変曲点の位置とが一致しているか否かを判定し、前記探索された各変曲点の位置と前記特定部により特定された各変曲点の位置とが一致していない場合に、前記検査結果情報を出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池アレイ検査システム。
  7. それぞれ、ストリングを接続するための複数の接続端子と、
    前記複数の接続端子のそれぞれからの入力を、接続端子毎に設けられたブロッキングダイオードを介して並列接続して出力する接続回路と、
    前記接続回路の出力に基づき、前記複数の接続端子に接続された複数のストリングにより構成された太陽電池アレイのI-Vカーブを計測する計測部と、
    前記計測部により計測された前記I-Vカーブから変曲点を探索し、前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が存在していた場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する検査部と、
    を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
  8. 1台以上のコンピュータが、
    太陽電池アレイのI-Vカーブであって、前記太陽電池アレイの各ストリングの出力がブロッキングダイオードを介して入力される状態で計測されたI-Vカーブから変曲点を探索する探索ステップと、
    前記探索ステップにより前記I-Vカーブに1つ以上の変曲点が探索された場合に、前記太陽電池アレイの各ストリングのパネル数が一致していない可能性がある旨を示す検査結果情報を出力する出力ステップと、
    を実行することを特徴とする太陽電池アレイ検査方法。
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