WO2015079733A1 - 太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置 - Google Patents

太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015079733A1
WO2015079733A1 PCT/JP2014/068209 JP2014068209W WO2015079733A1 WO 2015079733 A1 WO2015079733 A1 WO 2015079733A1 JP 2014068209 W JP2014068209 W JP 2014068209W WO 2015079733 A1 WO2015079733 A1 WO 2015079733A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
abnormality
cell string
potential
midpoint
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/068209
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
高木　祐一
伊藤　敦
Original Assignee
ネクストエナジー・アンド・リソース株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ネクストエナジー・アンド・リソース株式会社 filed Critical ネクストエナジー・アンド・リソース株式会社
Publication of WO2015079733A1 publication Critical patent/WO2015079733A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar power generation device, and more particularly, to a solar cell string abnormality detection method and an abnormality detection device for detecting abnormalities such as inability to generate power and generation failure of each solar cell string.
  • a solar power generation device converts DC power generated by each of a plurality of sets of solar cell strings into AC power by a power conditioner and supplies the AC power to the load side.
  • Each of the solar cell strings has a configuration in which a plurality of solar cell modules (solar panels) are connected in series between a positive terminal and a negative terminal.
  • Each solar cell module is provided with a bypass circuit composed of a bypass diode. Even when some of the solar cell modules fail, the series circuit of the solar cell modules is maintained through the bypass circuit.
  • abnormalities such as power generation failure, inability to generate power, and ground faults may occur in the solar cell module due to deterioration over time. In that case, it is necessary to repair and replace the solar cell module. It is difficult to detect the occurrence of abnormality in the solar cell module simply by monitoring the DC voltage and DC current on the input side of the power conditioner. Therefore, each terminal current and terminal voltage of the solar cell string are monitored, and a failure or abnormality is detected for each solar cell string.
  • the current value of each solar cell string is measured, or the power value is calculated by measuring the current value and the voltage value, and the measured current value or the calculated power value is calculated for a certain period. It accumulates over the whole, and the occurrence of power generation failure or the like of each solar cell string is detected based on the calculated accumulated value.
  • the positive terminal current and the negative terminal current are measured in each of the solar cell strings, and whether or not a ground fault has occurred in the solar cell string is detected based on the difference between these currents. ing.
  • the terminal current of the solar cell string in which an abnormality has occurred is compared with the terminal current of a solar cell string that is normally generating power to determine whether there is an abnormality.
  • Each solar cell string is connected in parallel to a power conditioner, and maximum power point tracking (MPPT) control is performed by the power conditioner. Therefore, the terminal current value of the solar cell string in which an abnormality has occurred is only slightly reduced as compared with the terminal current value of a normal solar cell string. For this reason, as proposed in Patent Document 1, it is necessary to integrate the current value over a certain period and detect the occurrence of abnormality based on the integrated value.
  • each terminal voltage of a solar cell module is monitored in each solar cell string, those abnormalities can be detected reliably.
  • monitoring the terminal voltage of each solar cell module causes a significant increase in manufacturing cost, and is not practical.
  • the conventional ground fault detection method for solar cell strings is based on the difference between the terminal currents on both sides of each solar cell string, as described in Patent Document 2.
  • the ground fault state of the solar cell string there may be no difference between the terminal current values. In this case, there is a problem that it is not possible to detect that a ground fault has occurred.
  • an object of the present invention is to provide an abnormality detection method and an abnormality detection device capable of accurately detecting an abnormality in a solar cell string with an inexpensive configuration, and a solar power generation apparatus including the abnormality detection device. Is to provide.
  • the present invention provides an abnormality detection method for a solar cell string including a plurality of solar cell modules connected in series between a positive terminal and a negative terminal.
  • the midpoint potential which is the potential at the midpoint position between the positive terminal and the negative terminal, is monitored, and based on the midpoint potential, whether or not an abnormality has occurred in any of the solar cell modules It is characterized by detecting.
  • the midpoint potential of the solar cell string is determined by the power generation characteristics of each solar cell module constituting the solar cell string. For example, when the power generation characteristics of the solar cell modules are the same, the midpoint potential is 0 volts.
  • the bypass diode of the abnormality occurrence part is turned on, and the voltage across the two Only becomes lower than the voltage across the other solar cell modules.
  • the midpoint potential of the solar cell string shifts to the side where the abnormal solar cell module is connected. For example, when the solar cell module in an abnormal state is located between the midpoint position and the positive terminal of the solar cell string, the midpoint potential shifts to the positive side. Therefore, the abnormality of the solar cell module can be detected based on the midpoint potential.
  • the variation rate of the midpoint potential is larger than the variation rate of the terminal current value of the solar cell string, so the S / N ratio is high, and the abnormality of the solar cell module can be detected with high accuracy.
  • the midpoint potential can be measured at a lower cost than when the terminal current is measured.
  • an abnormal state can be detected in a shorter time than when terminal currents are integrated over a certain period.
  • the midpoint potential shifts to the polarity side where the abnormal solar cell module is located. Therefore, when the shift direction of the midpoint potential is the positive side, it can be seen that an abnormality has occurred in any of the solar cell modules arranged between the midpoint position and the positive side terminal in the solar cell string. In the opposite case, it can be seen that an abnormality has occurred in any of the solar cell modules arranged between the midpoint position and the negative terminal. Compared to simply detecting the presence or absence of an abnormality in the solar cell string, it is convenient because the solar cell module in which an abnormality has occurred can be identified more easily and quickly.
  • the abnormality detection device of the present invention that detects an abnormality of the solar cell string using the above method is a potential at a midpoint position between the positive terminal and the negative terminal of the solar cell string.
  • a detection unit that detects a point potential; and a determination unit that determines whether or not an abnormality has occurred in any of the solar cell modules based on the midpoint potential detected by the detection unit. It is characterized by.
  • the solar power generation device of the present invention includes a plurality of sets of solar cell strings, a power conditioner that converts each generated power of the solar cell strings connected in parallel to AC power, and each of the solar cell strings. It has the abnormality detection apparatus of the said structure which detects whether abnormality has generate
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows the whole structure of the solar power generation device to which this invention is applied.
  • (A) And (b) is explanatory drawing which shows the change of the midpoint electric potential when abnormality generate
  • (A) And (b) is explanatory drawing for demonstrating the predominance of the abnormality detection method using a midpoint potential. It is explanatory drawing which shows the shift direction of the midpoint electric potential with respect to an abnormality generation position.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of the photovoltaic power generation apparatus according to the present embodiment.
  • Each of the solar cell strings 2 (m) is provided with a power conditioner 5 connected in parallel to the DC input port side via a box 4 and a controller 6 mainly composed of a computer.
  • the DC power generated by the solar cell string 2 (m) is supplied to the power conditioner 5 through the connection box 4, and after being changed to AC power, is output from the AC output port to the load side.
  • Each of the solar cell strings 2 (m) detects a midpoint potential V (m) that is a potential at the midpoint position 8 (m) between the positive terminal 2a (m) and the negative terminal 2b (m).
  • a detecting unit 9 (m) is attached.
  • the controller 6 includes a control unit 6a, a storage unit 6b, and the like, and is supplied with a midpoint potential V (m) and the like via the I / O port 6c.
  • peripheral devices such as the operation input unit 11 and the display unit 12 are connected via the I / O ports 6d and 6e.
  • the controller 6 functions as an abnormality detection device that monitors whether or not an abnormality has occurred in each solar cell string 2 (m) based on the midpoint potential V (m) detected by each detection unit 9 (m). .
  • the detector 9 (m) detects a potential difference between the midpoint position 8 (m) and the circuit ground potential (GND potential). In many non-insulated power conditioners, the GND potential is close to zero.
  • the inter-terminal potential V 0 on the DC input side of the power conditioner 5 is determined by the overall power generation characteristics and incident light conditions of the solar cell array 3.
  • the potential is symmetric with respect to the GND potential.
  • V 0 600 V
  • the positive terminal side is +300 V
  • the negative terminal side is ⁇ 300 V with respect to the GND potential.
  • the midpoint potential V (m) of each solar cell string 2 (m) is different from the inter-terminal potential V 0 of the power conditioner 5, and the solar cell string 2 (m) Each is an independent value.
  • FIG. 2A is an explanatory diagram showing a shift of the midpoint potential V (m) when an abnormality occurs in the solar cell string
  • FIG. 2B is a voltage distribution in the solar cell module where the abnormality occurs. It is explanatory drawing which shows a state. With reference to these figures, the shift of the midpoint potential V (m) of the solar cell string 2 (m) where abnormality has occurred will be described based on the midpoint potential V (m).
  • the value of the inter-terminal potential V 0 on the input side of the power conditioner 5 is a normal solar cell string 2 (1), 2 (3) to 2 (m) and a solar cell string in which an abnormality has occurred. Since 2 (2) is connected in parallel, there is no significant change. Also, no significant changes are observed in the midpoint potentials V (1) and V (3) to V (m) of the normal solar cell strings 2 (1) and 2 (3) to 2 (m). In contrast, the value of the midpoint potential V (2) of the solar cell string 2 (2) where the abnormality has occurred is greatly shifted.
  • each of the solar cells 13 is composed of a plurality of circuit blocks called clusters that are separated by a bypass diode Di. Since the both-end potential of the cluster 14 in which an abnormality has occurred is short-circuited via the bypass diode Di, it becomes extremely lower than the both-end potential of a normal cluster. For example, if the both-end potential of each cluster is 10V, the both-end voltage of the cluster 14 where the abnormality has occurred decreases to about 1V. This voltage drop appears almost as it is at the midpoint potential V (2).
  • each of the normal solar cell modules 7 (2,1) and 7 (2,3) to 7 (2, n) in the solar cell string 2 (2) where the abnormality has occurred is connected to the normal solar cell string 2 (1 ) Since the voltage is common to 2 (3) to 2 (m), the terminal voltage increases, but the terminal voltage of the solar cell string 2 (2) itself in which the abnormality occurs is not significantly changed. .
  • the midpoint potential V (2) is largely shifted due to a short circuit of the bypass diode Di.
  • the solar cell module 7 (2, 2) in which an abnormality has occurred is located on the positive terminal 2a (2) side with the midpoint position 8 (2) as a boundary.
  • the midpoint potential V (2) is largely shifted to the positive side in response to the change in the voltage across the cluster 14 in the solar cell module 7 (2, 2) where the abnormality has occurred.
  • the shift amount of the midpoint potential V (m) is generally about several volts, and the occurrence of abnormality can be easily determined.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram showing an example of an IV characteristic curve when the solar cell module is irradiated with light.
  • a characteristic curve C1 shows an IV characteristic curve during light irradiation in a normal solar cell module.
  • a point A1 on the characteristic curve C1 indicates a maximum power point (MPP) by the power conditioner 5, and a point A2 indicates an operating point of a normal solar cell module in the solar cell string where an abnormality has occurred.
  • the characteristic curve C2 indicates the IV characteristic curve of the solar cell module in which the abnormality has occurred
  • the point B on the characteristic curve C2 indicates the operating point of the solar cell module in which the abnormality has occurred. This operating point has an extremely small voltage value compared to the operating point of a normal solar cell module.
  • the voltage difference ⁇ V between the operating point A2 and the operating point B is observed as the voltage shift amount of the midpoint potential V (m).
  • the ratio of the current shift amount represented by the current difference ⁇ I between the operating point A2 and the operating point B is extremely small as compared with the ratio of the voltage shift amount, and decreases as the number of solar cell strings arranged in the array increases. Therefore, the method for detecting a solar cell string including a solar cell module in which an abnormality has occurred based on the shift amount of the midpoint potential V (m) is a method for detecting an abnormality based on the shift amount of the terminal current of the solar cell string. In comparison, the sensitivity to occurrence of abnormality is high, and abnormality can be detected with high accuracy.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram illustrating an example of a change in the IV characteristic curve accompanying an increase or decrease in the amount of incident light.
  • the characteristic curves C1 and C2 are for a normal solar cell module and a solar cell module in which an abnormality has occurred, as in the case of FIG.
  • the characteristic curve C1a is for a normal solar cell module when the amount of incident light decreases
  • the characteristic curve C2a is for a solar cell module in which an abnormality occurs when the amount of incident light decreases.
  • a voltage shift amount ⁇ Ia that is substantially proportional to the change in the amount of incident light occurs, and the operating point current changes greatly.
  • the shift amount ⁇ Va of the midpoint potential V (m) hardly changes from the shift amount ⁇ V when the incident light amount is large, and the abnormality determination can be accurately performed without being influenced by the increase or decrease of the incident light amount.
  • the solar cell module in which the abnormality has occurred which side is connected to the midpoint position can also be detected.
  • the value of the midpoint potential V (m) is the solar cell module 7 (m, n) determined by the power generation characteristics. If each solar cell module 7 (m, n) has the same characteristics, the midpoint potential V (m) is almost 0V.
  • an abnormality has occurred in the solar cell module on the negative terminal 2b (m) side, for example, the solar cell module 7 (m, 9) with respect to the midpoint position 8 (m).
  • the midpoint potential V (m) shifts to the negative side with respect to the reference midpoint potential.
  • the solar cell module on the positive side terminal 2a (m) side with respect to the midpoint position 8 (m) for example, the solar cell module 7 (m, 2). If an abnormality occurs, the midpoint potential V (m) is shifted to the positive side. Therefore, when an abnormality is detected in a solar cell string in which a large number of solar cell modules are arranged, it is possible to identify a solar cell module in which an abnormality has occurred more efficiently than in the past.
  • the midpoint potential V (m) varies according to the control operation of the power conditioner 5, does not necessarily match the GND potential, and always varies.
  • the solar cell string 2 (m) when the wiring portion between the solar cell modules 7 (m, 5) and 7 (m, 6) is grounded to the GND potential, an offset or fluctuation of the midpoint potential V (m) is caused. I can't see it. Therefore, when the state where the midpoint potential V (m) does not change with a constant value continues, it can be determined that a ground fault to the GND potential has occurred.
  • the conventional ground fault detection method generally monitors the leakage current that is the difference between the positive terminal current and the negative terminal current in the solar cell string 2 (m), and based on this, the occurrence of the ground fault is monitored. The presence or absence is determined.
  • the solar cell string 2 (m) has a ground fault to the GND potential at the midpoint position 8 (m)
  • the leakage current is substantially zero, and thus the occurrence of a ground fault at such a GND potential level is detected. Can not.
  • the controller 6 has the midpoint potential V (m) of each solar cell string 2 (m) obtained from each detection unit 9 (m). Is monitoring. Further, the controller 6 functions as a determination unit that determines that an abnormality has occurred when the midpoint potential V (m) is largely shifted in the positive direction or the negative direction from the value in the normal state.
  • the S / N ratio of abnormality detection is very high, and it is always accurate without being affected by fluctuations in the amount of incident light. Anomaly detection can be performed. Further, it is possible to detect an abnormality at a lower cost than in the case of current detection. Furthermore, there is an advantage that the occurrence of ground fault to the GND potential can be detected together with the abnormality detection.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

　太陽光発電装置（１）のコントローラ（６）は、各太陽電池ストリング（２（ｍ））の中点電位（Ｖ（ｍ））を監視し、中点電位（Ｖ（ｍ））に基づき、太陽電池モジュール（７（ｍ，ｎ））の異常発生を検出する。直列接続されている複数枚の太陽電池モジュールのうちの一つに異常が発生すると、その両端電圧だけが他の太陽電池モジュールの両端電圧よりも低くなる。当該太陽電池ストリングの中点電位（Ｖ（ｍ））は、異常が発生した太陽電池モジュールが接続されている極性の側に大きくシフトする。端子電流を監視する場合よりも、精度良く、太陽電池モジュールの異常を検出できる。

Description

太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置
　本発明は太陽光発電装置に関し、特に、太陽電池ストリングのそれぞれの発電不能、発電不良等の異常を検出する太陽電池ストリングの異常検出方法および異常検出装置に関する。
　太陽光発電装置は、一般に、複数組の太陽電池ストリングのそれぞれが発電した直流電力を、パワーコンディショナによって交流電力に変換して、負荷側に供給している。太陽電池ストリングのそれぞれは、正側端子と負側端子の間に複数枚の太陽電池モジュール（ソーラーパネル）が直列に接続された構成となっている。各太陽電池モジュールにはバイパス用のダイオードから構成されたバイパス回路が付設されている。一部の太陽電池モジュールが故障した場合等においてもバイパス回路を介して太陽電池モジュールの直列回路が維持される。
　多数枚の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置において、経年劣化等によって、太陽電池モジュールに発電不良、発電不能、地絡などの異常が発生することがある。その場合には、太陽電池モジュールの修理、交換が必要になる。太陽電池モジュールの異常発生の検出は、パワーコンディショナの入力側のＤＣ電圧、ＤＣ電流を監視するだけでは困難である。そのために、太陽電池ストリングのそれぞれの端子電流、端子電圧を監視し、太陽電池ストリング毎に故障、異常を検出している。
　特許文献１に記載の監視装置では、各太陽電池ストリングの電流値を測定し、または電流値と電圧値を測定して電力値を算出し、測定した電流値または算出した電力値を一定期間に亘って積算し、算出された積算値に基づき各太陽電池ストリングの発電不良等の発生を検出している。特許文献２に記載の監視装置では、太陽電池ストリングのそれぞれにおいて正側端子電流および負側端子電流を測定し、これらの電流差に基づき太陽電池ストリングに地絡が発生したか否かを検出している。
特開２０１１－７７４７７号公報 特開２０１１－７１３４６号公報
　各太陽電池ストリングの端子電流を監視する場合、異常が発生した太陽電池ストリングの端子電流と正常に発電している太陽電池ストリングの端子電流とを比較して異常の有無が判断される。各太陽電池ストリングはパワーコンディショナに並列接続され、パワーコンディショナによって最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御が行われる。したがって、異常が発生している太陽電池ストリングの端子電流値は、正常な太陽電池ストリングの端子電流値と比較して僅かな減少が見られるのみである。このため、特許文献１において提案されているように、一定期間に亘って電流値を積算し、積算値に基づき異常の発生を検出する必要がある。
　勿論、各太陽電池ストリングにおいて、太陽電池モジュールのそれぞれの端子電圧を監視すれば、それらの異常を確実に検出できる。しかし、多数枚の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置の場合には、各太陽電池モジュールの端子電圧を監視することは製造コストの大幅な上昇を招くので、実用的でない。
　一方、従来の太陽電池ストリングの地絡検出方法は、特許文献２に記載されているように、各太陽電池ストリングの両側の端子電流の差に基づくものである。しかし、太陽電池ストリングの地絡の状態によっては、端子電流値の間に差が生じないこともある。この場合には地絡状態に陥ったことを検出できないという問題がある。
　本発明の課題は、このような点に鑑みて、廉価な構成により精度良く太陽電池ストリングの異常を検出可能な異常検出方法および異常検出装置、ならびに、当該異常検出装置を備えた太陽光発電装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明は、正側端子と負側端子の間に直列に接続された複数枚の太陽電池モジュールを備えた太陽電池ストリングの異常検出方法において、前記太陽電池ストリングの前記正側端子と前記負側端子の間の中点位置の電位である中点電位を監視し、前記中点電位に基づき、前記太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したか否かを検出することを特徴としている。
　太陽電池ストリングの中点電位は、当該太陽電池ストリングを構成している各太陽電池モジュールの発電特性によって決まる。例えば、各太陽電池モジュールの発電特性が同一の場合には、中点電位は０ボルトになる。太陽電池ストリングにおいて、直列接続されている複数枚の太陽電池モジュールのうちの一つに異常（発電不良、発電不能等）が発生すると、当該異常発生部分のバイパスダイオードがオンして、その両端電圧だけが他の太陽電池モジュールの両端電圧よりも低くなる。この結果、当該太陽電池ストリングの中点電位は、異常状態の太陽電池モジュールが接続されている側にシフトする。例えば、異常状態の太陽電池モジュールが中点位置と太陽電池ストリングの正側端子の間に位置している場合には、中点電位は正側にシフトする。よって、中点電位に基づき太陽電池モジュールの異常を検出できる。
　太陽電池モジュールに異常が発生した場合の中点電位の変動率は、太陽電池ストリングの端子電流値の変動率に比べて大きいのでＳ／Ｎ比が高く、太陽電池モジュールの異常を精度良く検出できる。また、端子電流を測定する場合に比べて、中点電位の測定は低いコストで行うことができる。さらに、一定期間に亘って端子電流を積算する場合に比べてより短時間で異常状態を検出できる。
　上記のように、中点電位は、異常が発生した太陽電池モジュールが位置している極性の側にシフトする。したがって、中点電位のシフト方向が正側の場合には、太陽電池ストリングにおける中点位置と正側端子の間に配列されている太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したことが分かる。逆の場合には、中点位置と負側端子の間に配列されている太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したことが分かる。単に、太陽電池ストリングの異常の有無を検出する場合に比べて、異常が発生している太陽電池モジュールをより簡単かつ迅速に特定することが可能になるので便利である。
　さらに、太陽電池ストリングにおける中点位置において地絡が発生し、しかも、地絡の電位が回路接地電位レベルの場合には、中点電位にはオフセットや変動がみられなくなる。したがって、中点電位に基づき、太陽電池ストリングの中点位置において、回路接地電位に対する地絡が発生したことを検出することができる。このような地絡が発生し、しかる後に太陽電池ストリングの別の位置において地絡が発生する２点地絡の場合等においては、２点地絡間に接続されている太陽電池モジュールのそれぞれに過剰電流が継続して流れ、これらの部位が発熱して火災を引き起こすおそれがある。本発明によれば、このような弊害を未然に防止できる。
　次に、上記の方法を用いて太陽電池ストリングの異常を検出する本発明の異常検出装置は、前記太陽電池ストリングの前記正側端子と前記負側端子の間の中点位置の電位である中点電位を検出する検出部と、前記検出部によって検出される前記中点電位に基づき、前記太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したか否かを判別する判別部とを有していることを特徴としている。
　また、本発明の太陽光発電装置は、複数組の太陽電池ストリングと、並列接続された前記太陽電池ストリングのそれぞれの発電電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、前記太陽電池ストリングのそれぞれに異常が発生したか否かを検出する上記構成の異常検出装置とを有していることを特徴としている。
本発明を適用した太陽光発電装置の全体構成を示す概略構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、太陽電池ストリングに異常が発生した場合の中点電位の変化を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、中点電位を用いた異常検出方法の優位性を説明するための説明図である。 異常発生位置に対する中点電位のシフト方向を示す説明図である。
　以下に、図面を参照して、本発明を適用した太陽光発電装置の実施の形態を説明する。
　図１は本実施の形態に係る太陽光発電装置の全体構成を示す概略構成図である。太陽光発電装置１の基本構成は一般的なものであり、１組あるいは複数組の太陽電池ストリング２（ｍ）（ｍ＝１，２，３・・・）を備えた太陽電池アレイ３、接続箱４を介して太陽電池ストリング２（ｍ）のそれぞれが直流入力ポートの側に並列に接続されているパワーコンディショナ５、および、コンピューターを中心に構成されるコントローラ６を備えている。
　各太陽電池ストリング２（ｍ）は、その正側端子２ａ（ｍ）および負側端子２ｂ（ｍ）の間に直列接続された複数枚の太陽電池モジュール７（ｍ，ｎ）（ｎ＝２，３，４・・・）を備えている。太陽電池ストリング２（ｍ）で発電された直流電力は、接続箱４を介してパワーコンディショナ５に供給され、ここで交流電力に変化された後に、交流出力ポートから負荷側に出力される。太陽電池ストリング２（ｍ）のそれぞれには、正側端子２ａ（ｍ）と負側端子２ｂ（ｍ）の間の中点位置８（ｍ）の電位である中点電位Ｖ（ｍ）を検出する検出部９（ｍ）が付設されている。
　コントローラ６は、制御部６ａ、記憶部６ｂ等を備え、Ｉ／Ｏポート６ｃを介して中点電位Ｖ（ｍ）等が供給される。また、Ｉ／Ｏポート６ｄ、６ｅを介して操作入力部１１および表示部１２等の周辺機器が接続されている。コントローラ６には、各検出部９（ｍ）によって検出される中点電位Ｖ（ｍ）に基づき各太陽電池ストリング２（ｍ）に異常が発生したか否かを監視する異常検出装置として機能する。
　図示の太陽電池ストリング２（ｍ）は、一例として、１０枚の太陽電池モジュール７（ｍ，１）～７（ｍ，１０）が直列接続されている。この場合、一方の端子、例えば正側端子２ａ（ｍ）から数えて第５番目の太陽電池モジュール７（ｍ，５）と第６番目の太陽電池モジュール７（ｍ，６）の間の接続点が中点位置８（ｍ）である。検出部９（ｍ）は、この中点位置８（ｍ）と回路接地電位（ＧＮＤ電位）との間の電位差を検出する。多くの非絶縁パワーコンディショナでは、ＧＮＤ電位はほぼ零に近い値になる。
　ここで、パワーコンディショナ５の直流入力側の端子間電位Ｖ0は、太陽電池アレイ３の全体の発電特性と入射光条件で決まる。多くの場合、ＧＮＤ電位に対して対称な電位となる。例えば、Ｖ0が６００Ｖの場合には、ＧＮＤ電位に対して、正側端子の側が＋３００Ｖ、負側端子の側が－３００Ｖになる。これに対して、各太陽電池ストリング２（ｍ）の中点電位Ｖ（ｍ）は、パワーコンディショナ５の端子間電位Ｖ0とは異なる値であり、また、太陽電池ストリング２（ｍ）のそれぞれについて独立の値となる。
　図２（ａ）は太陽電池ストリングに異常が発生した場合の中点電位Ｖ（ｍ）のシフトを示す説明図であり、図２（ｂ）は異常が発生した太陽電池モジュール内での電圧分布状態を示す説明図である。これらの図を参照して、中点電位Ｖ（ｍ）に基づき、異常が発生した太陽電池ストリング２（ｍ）の中点電位Ｖ（ｍ）のシフトについて説明する。
　まず、図２（ａ）に示すように、２番目の太陽電池ストリング２（２）（ｍ＝２）において、その正側端子２ａ（２）から数えて２番目の太陽電池モジュール７（２，２）（ｎ＝２）に異常（発電不良）が発生したものとする。この場合には、パワーコンディショナ５の入力側の端子間電位Ｖ0の値には、正常な太陽電池ストリング２（１）、２（３）～２（ｍ）と異常が発生した太陽電池ストリング２（２）とが並列接続されているので、大きな変化がみられない。また、正常な太陽電池ストリング２（１）、２（３）～２（ｍ）の中点電位Ｖ（１）、Ｖ（３）～Ｖ（ｍ）にも大きな変化はみられない。これに対して、異常が発生している太陽電池ストリング２（２）の中点電位Ｖ（２）の値は大きくシフトする。
　この点について、図２（ｂ）を参照して説明する。異常が発生した太陽電池ストリング２（２）の太陽電池モジュール７（２，２）において、直列接続されている複数の太陽電池セル１３のうちの一つにおいて異常が発生して、１個のバイパスダイオードＤｉがオンになったものとする。各太陽電池セル１３のそれぞれは、バイパスダイオードＤｉによって区切られたクラスタと呼ばれる複数の回路ブロックから構成される。異常が発生したクラスタ１４の両端電位は、バイパスダイオードＤｉを介して短絡するので、正常なクラスタの両端電位に比べて極端に低くなる。例えば、各クラスタの両端電位が１０Ｖであるとすると、異常が発生したクラスタ１４の両端電圧は１Ｖ程度に低下する。この電圧低下が、中点電位Ｖ（２）に略そのまま表れる。
　すなわち、異常が発生した太陽電池ストリング２（２）における正常な各太陽電池モジュール７（２，１）、７（２，３）～７（２，ｎ）は、正常な太陽電池ストリング２（１）、２（３）～２（ｍ）と電圧共通であるので、それらの端子電圧が増加するものの、当該異常が発生した太陽電池ストリング２（２）自体の端子電圧に大きな変化はみられない。これに対して、異常が発生した太陽電池ストリング２（２）においては、バイパスダイオードＤｉの短絡により、その中点電位Ｖ（２）が大きくシフトする。図示の例では、中点位置８（２）を境として、異常が発生した太陽電池モジュール７（２，２）が正側端子２ａ（２）の側に位置している。よって、当該中点電位Ｖ（２）は、異常が発生した太陽電池モジュール７（２，２）におけるクラスタ１４の両端電圧の変化に対応して、正側に大きくシフトする。この中点電位Ｖ（ｍ）のシフト量は一般に数Ｖ程度であり、容易に、異常の発生を判別することができる。
　ここで、図３を参照して、中点電位Ｖ（ｍ）の感度について説明する。図３（ａ）は太陽電池モジュールの光照射時のＩ－Ｖ特性曲線の例を示す説明図である。特性曲線Ｃ１は正常な太陽電池モジュールにおける光照射時のＩ－Ｖ特性曲線を示す。特性曲線Ｃ１上の点Ａ１はパワーコンディショナ５による最大電力点（ＭＰＰ）を示し、点Ａ２は異常が発生した太陽電池ストリング中の正常な太陽電池モジュールの動作点を示す。これに対して、特性曲線Ｃ２は異常が発生した太陽電池モジュールのＩ－Ｖ特性曲線を示し、特性曲線Ｃ２上の点Ｂは異常が発生した太陽電池モジュールの動作点を示す。この動作点は、正常な太陽電池モジュールの動作点に比べて極端に電圧値が小さくなる。
　異常が発生した太陽電池ストリングにおいては、動作点Ａ２と動作点Ｂの電圧差ΔＶが中点電位Ｖ（ｍ）の電圧シフト量として観測される。動作点Ａ２と動作点Ｂの電流差ΔＩによって表される電流シフト量の割合は電圧シフト量の割合に比べて極めて小さく、太陽電池ストリングの配列接続数が多くなるほど小さくなる。したがって、中点電位Ｖ（ｍ）のシフト量に基づき、異常が発生した太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングを検出する方法は、太陽電池ストリングの端子電流のシフト量に基づき異常を検出する方法に比べて、異常発生に対する感度が高く、精度良く異常を検出可能である。
　図３（ｂ）は入射光量の増減に伴うＩ－Ｖ特性曲線の変化の例を示す説明図である。特性曲線Ｃ１、Ｃ２は図３（ａ）の場合と同様に、正常な太陽電池モジュールおよび異常が発生した太陽電池モジュールについてのものである。特性曲線Ｃ１ａは入射光量が減少した場合における正常な太陽電池モジュールについてのものであり、特性曲線Ｃ２ａは入射光量が減少した場合における異常が発生している太陽電池モジュールについてのものである。
　異常が発生している太陽電池モジュールを含む太陽電池ストリングにおいて、正常な太陽電池モジュールの動作点Ａ２は入射光量が減少して動作点Ａ３にシフトし、異常が発生している太陽電池モジュールの動作点Ｂは動作点Ｂ１にシフトする。このように、入射光量の変化にほぼ比例した電圧シフト量ΔＩａが生じ、動作点電流が大きく変化してしまう。これに対して、入射光量が大きく変化しても、動作点Ａ２、Ａ３の間の電圧変化量、動作点Ｂ、Ｂ１の間の電圧変化量は極わずかである。よって、中点電位Ｖ（ｍ）のシフト量ΔＶａは入射光量が多い場合のシフト量ΔＶから殆ど変化せず、入射光量の増減に左右されずに、精度良く異常判定を行うことができる。
　また、中点電位Ｖ（ｍ）を用いて太陽電池ストリングの異常判定を行う場合には、先に述べたように、異常が発生した太陽電池ストリングにおいて、異常が発生している太陽電池モジュールが中点位置に対していずれの側に接続されているのかも検出可能である。図４（ａ）に示すように、太陽電池ストリング２（ｍ）において、中点電位Ｖ（ｍ）の値は、当該太陽電池ストリング２（ｍ）を構成している太陽電池モジュール７（ｍ，ｎ）の発電特性によって定まる。各太陽電池モジュール７（ｍ，ｎ）が同一特性であれば、中点電位Ｖ（ｍ）はほぼ０Ｖになる。
　図４（ｂ）に示すように、中点位置８（ｍ）に対して、負側端子２ｂ（ｍ）の側の太陽電池モジュール、例えば太陽電池モジュール７（ｍ，９）に異常が発生した場合には、中点電位Ｖ（ｍ）は基準となる中点電位に対して負側にシフトする。これに対して、図４（ｃ）に示すように、中点位置８（ｍ）に対して、正側端子２ａ（ｍ）の側の太陽電池モジュール、例えば太陽電池モジュール７（ｍ，２）に異常が発生した場合には、中点電位Ｖ（ｍ）は逆に正側にシフトする。よって、多数枚の太陽電池モジュールが配列されている太陽電池ストリングの異常が検出された場合に、異常が発生している太陽電池モジュールの特定を従来に比べて効率良く行うことが可能である。
　次に、中点電位Ｖ（ｍ）を用いて太陽電池ストリング２（ｍ）の異常を検出する方法では、通常は検出することができないＧＮＤ電位への地絡の有無も検出できるという利点がある。このような地絡を検出できると、太陽電池ストリングの火災原因となる２点地絡の発生を防止することが可能になる。
　具体的に説明すると、中点電位Ｖ（ｍ）はパワーコンディショナ５の制御動作に応じて変動し、ＧＮＤ電位とは必ずしも一致せず、また、常に変動している。太陽電池ストリング２（ｍ）において、太陽電池モジュール７（ｍ，５）、７（ｍ，６）の間の配線部分がＧＮＤ電位に地絡すると、中点電位Ｖ（ｍ）のオフセットや変動が見られなくなる。よって、中点電位Ｖ（ｍ）が一定値のまま変動しない状態が継続する場合には、ＧＮＤ電位への地絡が発生したものと判断することができる。
　ここで、従来における地絡の検出方法は、一般に、太陽電池ストリング２（ｍ）における正側端子電流と負側端子電流の差であるリーク電流をモニターし、これに基づき、地絡の発生の有無を判別している。太陽電池ストリング２（ｍ）が、中点位置８（ｍ）においてＧＮＤ電位に地絡した場合には、リーク電流は実質的に零となるので、このようなＧＮＤ電位レベルの地絡発生を検出できない。このようなＧＮＤ電位レベルの地絡状態を放置した場合において、太陽電池ストリング２（ｍ）における別の配線部分において地絡が発生して２点地絡状態に陥ると、２点の地絡間の太陽電池モジュールに大きな電流が流れて、過剰発熱、ひいては火災を引き起こす危険性がある。中点電位Ｖ（ｍ）をモニターすることにより、このような２点地絡の発生を未然に防止できる。
　以上説明したように、本実施の形態に係る太陽光発電装置１では、そのコントローラ６が、各検出部９（ｍ）から得られる各太陽電池ストリング２（ｍ）の中点電位Ｖ（ｍ）を監視している。また、コントローラ６は、中点電位Ｖ（ｍ）が正常状態における値から正方向あるいは負方向に大きくシフトした場合には、異常が発生したものと判定する判定部として機能する。従来のように太陽電池ストリングの端子電流等をモニターして異常を検出する方法に比べて、異常検出のＳ／Ｎ比が非常に高く、入射光量の変動にも影響されずに、常に精度良く異常検出を行うことができる。また、電流検出の場合に比べて廉価に異常検出を行うことができる。さらには、異常検出と共に、ＧＮＤ電位への地絡発生も検出できるという利点がある。

Claims (5)

  1. 　正側端子と負側端子の間に直列に接続された複数枚の太陽電池モジュールを備えた太陽電池ストリングの異常検出方法であって、
    　前記太陽電池ストリングの前記正側端子と前記負側端子の間の中点位置の電位である中点電位を監視し、
    　前記中点電位に基づき、前記太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したことを検出する、
    太陽電池ストリングの異常検出方法。
  2. 　前記中点電位が予め定めた基準中点電位に対して正側にシフトした場合には、前記太陽電池ストリングにおける前記正側端子から前記中点位置までの間に配列されている前記太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したと判断し、
    　前記中点電位が前記基準中点電位に対して負側にシフトした場合には、前記太陽電池ストリングにおける前記負側端子から前記中点位置までの間に配列されている前記太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したと判断する、
    請求項１に記載の太陽電池ストリングの異常検出方法。
  3. 　前記中点電位に基づき、前記太陽電池ストリングの前記中点位置において、回路接地電位に対する地絡が発生したことを検出する、
    請求項１または２に記載の太陽電池ストリングの異常検出方法。
  4. 　請求項１ないし３のうちのいずれか一つの項に記載の方法を用いて太陽電池ストリングの異常を検出する異常検出装置であって、
    　前記太陽電池ストリングの前記正側端子と前記負側端子の間の中点位置の電位である中点電位を検出する検出部と、
    　前記検出部によって検出される前記中点電位に基づき、前記太陽電池モジュールのいずれかに異常が発生したか否かを判別する判別部と、
    を有している太陽電池ストリングの異常検出装置。
  5. 　複数組の太陽電池ストリングと、
    　並列接続された前記太陽電池ストリングのそれぞれの発電電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、
    　前記太陽電池ストリングのそれぞれの異常を検出する異常検出装置とを有し、
    　前記異常検出装置は、請求項４に記載の異常検出装置である太陽光発電装置。
PCT/JP2014/068209 2013-11-26 2014-07-08 太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置 WO2015079733A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013243995A JP6470490B2 (ja) 2013-11-26 2013-11-26 太陽電池ストリングの発電不良検出方法、発電不良検出装置および太陽光発電装置
JP2013-243995 2013-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015079733A1 true WO2015079733A1 (ja) 2015-06-04

Family

ID=53198691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/068209 WO2015079733A1 (ja) 2013-11-26 2014-07-08 太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6470490B2 (ja)
WO (1) WO2015079733A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101642680B1 (ko) * 2015-11-10 2016-07-26 (주)대은 태양광 발전 모니터링 시스템
KR101642681B1 (ko) * 2015-11-10 2016-07-26 (주)대은 센서의 선택적 제어를 이용하는 태양광발전 진단 시스템
KR101664953B1 (ko) * 2015-11-10 2016-10-11 (주)대은 태양광 모듈 진단시스템
KR101664954B1 (ko) * 2015-12-16 2016-10-11 (주)대은 센싱 데이터를 줄인 태양광 발전 진단장치
KR101743640B1 (ko) * 2016-02-29 2017-06-05 (주)대은 태양광 발전 자가 진단장치
KR101642683B1 (ko) * 2016-02-29 2016-07-26 송기택 태양광 모듈의 선택적인 센싱을 이용한 태양광 발전 진단장치
KR101642682B1 (ko) * 2016-02-29 2016-07-26 (주)대은 단계별 태양광 발전 진단장치
JP6621000B2 (ja) * 2018-05-18 2019-12-18 株式会社ミライト 太陽電池モジュールの劣化判別方法及び劣化判別装置
JP6633242B1 (ja) * 2019-11-07 2020-01-22 株式会社ミライト 太陽電池モジュールの劣化判別方法及び劣化判別装置
KR102157639B1 (ko) * 2020-03-12 2020-09-18 주식회사 엘파워 태양광 발전 시스템의 화재 방지용 고장 진단 장치 및 그 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58148472A (ja) * 1982-02-26 1983-09-03 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の故障検出装置
JPS61144479U (ja) * 1985-02-28 1986-09-06
JP2000058079A (ja) * 1998-08-07 2000-02-25 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden System Gijutsu Kenkyu Kumiai 燃料電池の中性点接地装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001169561A (ja) * 1999-12-02 2001-06-22 Canon Inc 電力供給装置、制御装置およびその制御方法
JP2002359386A (ja) * 2001-05-31 2002-12-13 Canon Inc 太陽電池ストリング、太陽電池アレイ及び太陽光発電システム
JP2003098215A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Canon Inc 電力変換システムにおける地絡検出のための装置及び方法
JP5802076B2 (ja) * 2011-08-01 2015-10-28 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58148472A (ja) * 1982-02-26 1983-09-03 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の故障検出装置
JPS61144479U (ja) * 1985-02-28 1986-09-06
JP2000058079A (ja) * 1998-08-07 2000-02-25 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden System Gijutsu Kenkyu Kumiai 燃料電池の中性点接地装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015103699A (ja) 2015-06-04
JP6470490B2 (ja) 2019-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015079733A1 (ja) 太陽電池ストリングの異常検出方法、異常検出装置および太陽光発電装置
Dhimish et al. Fault detection algorithm for grid-connected photovoltaic plants
US9998071B2 (en) Failure diagnosis method and failure diagnosis system for photovoltaic system
JP5403608B2 (ja) 太陽電池アレイの診断方法、及びパワーコンディショナ
JP6113220B2 (ja) 太陽電池検査装置および太陽電池検査方法
US8744791B1 (en) Automatic generation and analysis of solar cell IV curves
US10340849B2 (en) Diagnosis system and diagnosis method for photovoltaic power generation system
WO2014007261A1 (ja) 故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法
US20120242320A1 (en) Automatic Generation And Analysis Of Solar Cell IV Curves
US11558011B2 (en) Method and device for recognising faults in a photovoltaic (PV) generator
JP2009021341A (ja) 太陽電池アレイ故障診断方法
JP6172530B2 (ja) 太陽光発電システムの異常診断方法
JP2014011428A (ja) 故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法
US20120229161A1 (en) Method For Detecting Underperforming Solar Wafers In A Solar Panel or Underperforming Solar Panel in a Solar Array
JP2015080399A (ja) 太陽電池モジュールの劣化判別方法
KR20210036044A (ko) 태양전지의 바이패스 다이오드 고장 진단 방법
JP2015198485A (ja) 異常検出装置、異常検出システム、及び異常検出方法
JP2011119579A (ja) 太陽光発電システム
JP6187853B2 (ja) 太陽電池動作点移動計測方法
JP6702168B2 (ja) 太陽光発電システムの検査装置および検査方法
CN111245364B (zh) 确定电气系统的校正的电流-电压特性曲线的方法
JP2014011430A (ja) 太陽電池検査用電流制御装置
JP6710583B2 (ja) 太陽電池検査装置および太陽電池検査方法
KR101279554B1 (ko) 불량 모듈을 바이패스 할 수 있는 태양전지 어레이 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템
KR102448187B1 (ko) I-v 곡선의 단위 벡터해석법을 이용한 pv 패널의 고장 감지 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14866653

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14866653

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1