JP6507382B2 - 太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電システムに関するものである。

太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイを構成する構成単位（太陽電池ストリングやサブアレイなどを意味し、以下、太陽電池ユニットという）ごとに電気的パラメータ（電流、電圧、電力など）を測定し、これらを相互に比較し、例えば、比較対象とした何れかの電気的パラメータで２０％程度の出力低下がみられた場合、その電気的パラメータが検出された太陽電池ユニットに異常があることを判定し、警報を出す技術が開示されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１の技術では、比較対象となる各太陽電池ユニットの電気的パラメータが、それぞれ随時変動を生じる値であるため、異常判定を正確に行うことができない場合がある、という問題があった。

特許２８７４１５６号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、太陽電池アレイを構成する太陽電池ストリングやサブアレイの電気的パラメータ（電流、電圧、電力など）を測定し、これらの測定値に基づいて太陽電池ストリングやサブアレイの異常判定を行う手段を備えた太陽光発電システムにおいて、従来の技術に比べて、判定精度の向上を実現する技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、複数の太陽電池ユニットと、これらの太陽電池ユニットで発電された直流電力を集電して交流電力として出力するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムであって、該パワーコンディショナの出力値を検出する第１検出部と、前記の各太陽電池ユニットの出力値を検出する第２検出部と、該第１検出部と第２検出部で検出した各検出値に基づいて、前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段を備え、前記異常判定手段は、前記第１検出部で検出された第１出力値が、前記パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第１出力判定部と、前記第２検出部で検出された第２出力値が、各太陽電池ユニットの出力がピークとなる最大出力の合計として定義される全太陽電池ユニットの最大出力と前記パワーコンディショナの定格出力から決定される各太陽電池ユニットの基準となる出力値から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第２出力判定部と、前記第１出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第２出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有し、前記異常判定手段は、前記第１出力値が、所定時間継続して前記安定出力範囲内にある安定区間内において、所定時間毎にサンプリングされる各太陽電池ユニットの第２出力値の平均を求め、この平均値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて前記異常を判定することを特徴とするものである。

本発明では、複数の太陽電池ユニットと、これらの太陽電池ユニットで発電された直流電力を集電して交流電力として出力するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、該パワーコンディショナの出力値を検出する第１検出部と、前記の各太陽電池ユニットの出力値を検出する第２検出部と、該第１検出部と第２検出部で検出した各検出値に基づいて、前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段を備え、該異常判定手段は、前記第１検出部で検出された第１出力値が、前記パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第１出力判定部と、前記第２検出部で検出された第２出力値が、各太陽電池ユニットの出力がピークとなる最大出力の合計として定義される全太陽電池ユニットの最大出力と前記パワーコンディショナの定格出力から決定される各太陽電池ユニットの基準となる出力値から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第２出力判定部と、前記第１出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第２出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有する構成を採用し、パワーコンディショナの定格出力や各太陽電池ユニットの定格出力、といった変動しない値を基準として、異常判定を行っているため、それぞれ随時変動を生じる電気的パラメータを相互に比較して異常判定を行う従来の技術に比べて、判定精度の向上を実現することができる。

また、前記異常判定手段は、前記第１出力値が、所定時間継続して前記安定出力範囲内にあったことを条件として、前記異常の判定を行なうとともに、各太陽電池ユニットの複数の出力値を抽出して平均値を算出して第２出力値とし、その平均値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて前記異常を判定する構成とすることにより、更なる判定精度の向上を実現することができる。

本発明の太陽光発電システムの全体構成概略図である。 接続箱の内部の構成概略図である。 異常判定手段の構成概略図である。 実施例１のフロー図である。 実施例１を説明するグラフである。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

本実施形態の太陽光発電システムは、図１に示ように、
複数の太陽電池ユニット１と、
各太陽電池ユニット１で発生した直流電流を集める集電箱２と、
各太陽電池ユニット１と集電箱２を接続する複数の接続箱３と、
各太陽電池ユニット１で発生して集電箱２に集められた直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ４と、
高圧の発電電圧を１００Ｖや２００Ｖに変圧するキュービクル５で構成されている。

太陽電池ユニットとしては、太陽電池モジュールや、複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングや、複数の太陽電池ストリングを並列接続した太陽電池アレイを用いることができる。本実施形態では、太陽電池ユニット１として、太陽電池ストリング（以下、ストリング１という）を用い、並列させた２つの太陽電池ストリングを、１つの接続箱３に接続している。

キュービクル５の内部には、パワーコンディショナ４の電気的な出力値（電流もしくは電圧）を計測する第１検出部６を備えている。
なお、パワーコンディショナ４では、各ストリング１が最大出力を得られるように電力を調整する制御（最大出力追従制御）が行われる。第１検出部６はパワーコンディショナ４内に設けられていてもよい。
ただし、太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ４の定格出力が、太陽光発電システムの最大出力となり、ストリング１の合計出力がパワーコンディショナ４の定格出力よりも大きくなる場合、パワーコンディショナ４の定格出力以上の出力は行うことができず、パワーコンディショナ４を定格出力で出力させる際の各ストリング１の出力が、各ストリング１の定格出力となる。
ここで、各ストリング１の最大出力は、「最大出力＝最大出力動作電圧×最大出力動作電流」で求められる値であり、最大出力動作電圧とは、各ストリングの最大出力が得られる電圧を意味し、最大出力動作電流とは、各ストリングの最大出力が得られる電流を意味する。
各ストリングの出力電圧は、ＰＷＭ制御のＯＮデューティを変化させて調整することができる。

各接続箱３の内部には、図２に示すように、各ストリングの電気的な出力値（電流もしくは電圧）を計測する第２検出部７と、計測手段１３が設置され、所定時間（例えば、１０分）ごとに、各ストリングの電気的な平均出力値（電流もしくは電圧）のサンプリングを行っている。なお、第２検出部７は集電箱内に設けられていてもよい。

集電箱２の内部には、前記の第１検出部６および第２検出部７と通信線８で接続されて、各検出部６、７で検出した各検出値に果に基づいて、太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段９を備えている。

図３に示すように、異常判定手段９には、第１出力判定部１０と第２出力判定部１１と異常判定部１２を備えている。

第１出力判定部１０では、第１検出部６で検出された第１出力値が、パワーコンディショナ４の定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲（例えば、パワーコンディショナ４の定格出力の９０％）内にあるか否かの判定が行われ、第２出力判定部１１では、第２検出部７で検出された第２出力値が、各ストリング１の最大出力（＝パワーコンディショナが定格出力で出力する際のストリングの出力値）から所定範囲内に定めた正常出力範囲（例えば、ストリングの定格出力の９５％）内にあるか否かの判定が行われる。
本実施形態では、前記の第１出力値が、所定時間継続して前記の安定出力範囲内にあったことを条件として、異常判定部１２による判定作業が開始され、異常判定部１２では、第１出力値が、前記の安定出力範囲内にあり、かつ、第２出力値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常が判定される。

更に、異常判定部１２において、各太陽電池ユニットの複数の出力値を抽出して平均値を算出して第２出力値とし、その平均値が前記の正常出力範囲内にない場合にも、太陽光発電システムの異常を判定する機能を追加することもできる。

なお、本実施形態では、異常判定手段９を集電箱２の内部に設けているが、異常判定手段９の設置箇所は特に限定されず、例えば、パワーコンディショナ４やキュービクル５の内部、あるいは、専用の筐体内に設けることもできる。

以下、図４のフローによる実施例１、２により、本発明を詳細に説明する。なお、実施例の説明に用いる図４〜６において、下記の各用語は各々、次の技術事項を意味するものである。

＜図４〜６の用語説明＞
「ＰＶ最大出力」・・・・全ストリングの最大出力
「ＳＴ最大出力」・・・・各ストリングの最大出力
「ＳＴ出力」・・・・・・各ストリングの出力
「ＰＣＳ定格出力」・・・パワーコンディショナの最大出力
「ＰＣＳ出力」・・・・・パワーコンディショナの出力
「ＳＴ定格出力」・・・・パワーコンディショナが最大出力する場合のストリングの出力
（ＰＣＳ定格出力≧ＰＶ最大出力の場合はＳＴ最大出力）
「安定出力」・・・・・・ＰＣＳ定格出力の所定割合以上となったＰＣＳ出力（例：９０％）
「安定区間」・・・・・・安定出力が所定時間（例：３０分）継続する区間

なお、前記のように、太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ４の定格出力が、太陽光発電システムの最大出力となり、ストリング１の合計出力がパワーコンディショナ４の定格出力よりも大きくなっても、パワーコンディショナ４の定格出力以上の出力は行うことができない。
下記の実施例１は、全ストリングの最大出力（各ストリング１の最大出力の合計値）が、パワーコンディショナの定格出力以下であって、各ストリング１の発電量を全て、パワーコンディショナ４で交流に変換して出力することができるケースの実施例である。

（実施例１）
本実施例では、図５（ａ）に示すように、パワーコンディショナの出力（ＰＣＳ出力）が安定出力（例：ＰＣＳ定格出力の９０％以上）となり、かつ、この安定出力が所定時間（例：３０分）継続して、「安定区間」が成立したところで異常判定が開始される。

各ストリングの出力（ＳＴ出力）は、図５（ｂ）に示すように、各接続箱３の内部に設けた第２検出部７によって、ストリング単位でサンプリングされ、サンプリングデータとして蓄積されている。

異常判定は、これらのサンプリングデータから、前記の「安定区間」に出力されたＳＴ出力の平均値を算出して第２出力値とし、この平均値と各ストリングの定格出力（ＳＴ定格出力）を比較して行われる。実施例１ではＰＣＳ定格出力＞ＰＶ最大出力の関係にあり、各ストリングが最大出力してもＰＣＳの定格出力内にあるため、各ストリングの異常判定を行うための基準値は、各ストリングの最大出力が基準値となる。前記したように、各ストリング１の最大出力は、「最大出力＝最大出力動作電圧×最大出力動作電流」で求められる。

本実施例では、各ストリングの正常出力範囲を、ＳＴ定格出力の９５％以上として定め、ＳＴ出力の平均値が前記の正常出力範囲を下回った場合は、そのストリングに対し異常判定を行う。

１ 太陽電池ユニット（ストリング）
２ 集電箱
３ 接続箱
４ パワーコンディショナ
５ キュービクル
６ 第１検出部
７ 第２検出部
８ 通信線
９ 異常判定手段
１０ 第１出力判定部
１１ 第２出力判定部
１２ 異常判定部
１３ 計測手段

Claims (1)

1. 複数の太陽電池ユニットと、
   これらの太陽電池ユニットで発電された直流電力を集電して交流電力として出力するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムであって、
   該パワーコンディショナの出力値を検出する第１検出部と、
   前記の各太陽電池ユニットの出力値を検出する第２検出部と、
   該第１検出部と第２検出部で検出した各検出値に基づいて、前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段を備え、
   前記異常判定手段は、
   前記第１検出部で検出された第１出力値が、前記パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第１出力判定部と、
   前記第２検出部で検出された第２出力値が、各太陽電池ユニットの出力がピークとなる最大出力の合計として定義される全太陽電池ユニットの最大出力と前記パワーコンディショナの定格出力から決定される各太陽電池ユニットの基準となる出力値から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第２出力判定部と、
   前記第１出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第２出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有し、
   前記異常判定手段は、前記第１出力値が、所定時間継続して前記安定出力範囲内にある安定区間内において、所定時間毎にサンプリングされる各太陽電池ユニットの第２出力値の平均を求め、この平均値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて前記異常を判定することを特徴とする太陽光発電システム。