(57)【要約】  複数の太陽電池モジュールを直列接続して成る太陽電池１と、太陽電池１が発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ３と、を備えた太陽光発電システムであって、天候状態が曇天であるか晴天であるかを判定する天候状態判定手段と、太陽電池ストリングの出力動作点を変化させる手段と、を有すると共に、天候状態が曇天であると判定し、かつ、太陽電池１の動作点を変化させたときの太陽電池１の出力電力または出力電流の微分特性に不連続点が生じている場合、太陽電池１が故障していることを検出する制御部７を備える。
2012081116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池モジュールを直列接続して成る太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、
天候状態が曇天であるか晴天であるかを判定する天候状態判定手段と、前記太陽電池ストリングの出力動作点を変化させる手段と、を有すると共に、前記天候状態が曇天であると判定し、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記太陽電池ストリングの出力電力または出力電流の微分特性に不連続点が生じている場合、前記太陽電池モジュールが故障していることを検出する検出手段を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記検出手段は、前記発電電力量が前記最大発電電力量の１／２の値を所定の時間継続して下回っている場合、前記天候状態が曇天であると判定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記検出手段は、前記天候状態が曇天のときにおける前記微分特性に不連続点が生じていないことを確認した後で、前記最大発電電力量と前記発電電力量とに基づいて前記天候状態が晴天であると判定し、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記微分特性に不連続点が生じている場合、前記太陽電池モジュールに影がかかっていることを検出する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記検出手段は、前記発電電力量が前記最大発電電力量の１／２の値を所定の時間継続して下回っていない場合、前記天候状態が晴天であると判定することを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記検出手段は、３０分から９０分の範囲にある時間を前記所定期間として前記最大発電電力量を計測することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記太陽電池ストリング付近に設置され日射データを出力する日射計を備え、
前記天候状態判定手段は、前記日射データに基づいて前記天候状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項７】
前記検出手段は、情報配信媒体からの情報であって気象情報を含む外部情報を入手して前記天候状態判定手段に出力する手段を備え、
前記天候状態判定手段は、前記外部情報に基づいて前記天候状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
前記検出手段は、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させる範囲を、前記パワーコンディショナの動作範囲内とすることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の太陽光発電システム。
【請求項９】
前記検出手段は、前記太陽電池モジュールが故障していることを検出した場合、故障を検出したことを報知し、または前記太陽電池モジュールに影がかかっていることを検出した場合、影がかかっていることを検出したことを報知することを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池アレイの故障を検出する機能を備えた太陽光発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電による分散型電源と商用電源を連系して電力を安定して供給可能な太陽光発電システムの開発が進められている。太陽光発電システムにて発電された電力を効率よく安定して利用していくためには、保守業者あるいは消費者が、太陽光発電システムの発電量の低下や、異常などによる発電停止を知る必要がある。そこで、一般的には、定期点検時に太陽光発電システムの性能検査が行われている。ただし、定期点検は、費用的にも１年に１度程度が限界であり、定期的な保守作業のみでは十分な効果が得られない。また、消費者が天候や周囲の環境まで加味して判断する事は困難である。すなわち、電力停止状態もしくは極端な出力低下が生じている場合以外は、発電電力の出力異常（発電量の低下）が発生したとしても、その原因が例えば日陰などの影響によるものなのか、あるいは太陽電池アレイの故障（異常）によるものなのかを消費者が判断することは容易ではない。【０００３】
このような問題を解決する手段として、下記特許文献１に示される従来技術では、太陽電池アレイとは別の基準となる太陽電池モジュールを設け、この基準モジュールの出力特性モデルを抽出し、発電システムの出力特性をこの出力特性モデルと比較する事により、太陽電池アレイの異常を診断する手法が提案されている。【０００４】
また、他の手法として、下記特許文献２に示される従来技術では、所定の日照時刻における情報（各標準出力電力値、緯度、経度、季節情報、時刻及び気温など）を予め記憶すると共に、複数日に渡って日照時刻毎に実際の出力電力値を測定して天候を決定し、決定した天候をアレイ間で比較する事により、太陽電池アレイの出力の正常・異常を診断する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−６４６５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来の技術では、比較対象用のパイロットモジュールを設置しなければならないため太陽電池モジュールの設置スペースが制約される可能性があると共に、特に都市部など狭小な屋根等においては必ずしもパイロットモジュールを設置できるとは限らないという問題点があった。【０００７】
他方、上記特許文献２に示される従来の技術では、太陽電池モジュールの設置地域毎に所定の日照時刻における各種情報（各標準出力電力値、緯度、経度、季節情報、時刻気温など）を予め記憶しておく必要があるため、これらの多くのデータを取得した後でなければ太陽電池アレイの正否を診断することができないという課題があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池アレイの故障を容易に検出することが可能な太陽光発電システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の太陽電池モジュールを直列接続して成る太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、天候状態が曇天であるか晴天であるかを判定する天候状態判定手段と、前記太陽電池ストリングの出力動作点を変化させる手段と、を有すると共に、前記天候状態が曇天であると判定し、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記太陽電池ストリングの出力電力または出力電流の微分特性に不連続点が生じている場合、前記太陽電池モジュールが故障していることを検出する検出手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、現在から所定期間前までに計測された太陽電池の最大発電電力量と所定期間が経過した後に計測された発電電力量とに基づいて天候状態が曇天であると判定し、かつ、太陽電池の動作点を変化させたときの太陽電池の出力電力または出力電流の微分特性を求めるようにしたので、太陽電池アレイの故障を容易に検出することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。
【図２】図２は、図１に示される太陽電池の内部構成と、太陽電池が正常なときの電流の経路と、を説明するための図である。
【図３】図３は、太陽電池の一部（太陽電池モジュール）が故障した、あるいは太陽電池の一部に影がかかって発電しなくなったときに流れる電流の経路を説明するための図である。
【図４】図４は、太陽電池が正常なときの太陽電池アレイの出力特性（Ｐ−Ｖ特性）を示す図である。
【図５】図５は、太陽電池モジュールに影がかかっている状態の太陽電池、あるいは太陽電池モジュールが故障している状態の太陽電池を含む太陽電池アレイの出力特性（Ｐ−Ｖ特性）を示す図である。
【図６】図６は、太陽電池が正常なときの太陽電池アレイの出力特性（出力電力微分特性）を説明するための図である。
【図７】図７は、太陽電池モジュールに影がかかっている状態の太陽電池、あるいは太陽電池モジュールが故障している状態の太陽電池を含む太陽電池アレイの出力特性（出力電力微分特性）を説明するための図である。
【図８】図８は、１日における太陽電池の一の発電電力量の推移を示す図である。
【図９】図９は、１日における太陽電池の他の発電電力量の推移を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態にかかる太陽光発電システムにデータロガーおよび日射計を接続した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる太陽光発電システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成図である。太陽光発電システムは、主たる構成として、複数の太陽電池（太陽電池ストリング）１から成る太陽電池アレイ２２（以下単に「アレイ２２」と称する）と、太陽電池１とパワーコンディショナ３の間に介在し各太陽電池１の出力を並列に接続する接続箱２と、太陽電池１から発電電力の総和を交流電力に変換するパワーコンディショナ３とを有して構成されている。パワーコンディショナ３は、コンバータ回路４と、インバータ回路６と、出力リレー４４と、制御部（検出手段）７とを有して構成されている。なお、直流入力端である入力端５０には、接続箱２が接続され、交流出力端である出力端５１には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電力を供給する系統８が接続されている。
【００１４】
太陽電池１は、日射量に応じて直流電力を発生し、太陽電池１からの直流電力（発電電力）は、接続箱２で集電されてパワーコンディショナ３に取り込まれる。コンバータ回路４は、リアクトル４１とスイッチング素子５とダイオード４２とで構成され、太陽電池１からの電力量を制御して入力電圧を一定の直流電圧に変換する。より詳細には、リアクトル４１に流れる電流は、スイッチング素子５のオン時間とオフ時間とのデューティ比によって制御され、リアクトル４１に蓄えられたエネルギーは、ダイオード４２を介してコンデンサ４３に充電される。コンデンサ４３に蓄積された直流電圧は、インバータ部６によって系統電圧に同期した交流電圧に変換されて系統に出力される。出力リレー４４は、インバータ６の出力端とパワーコンディショナ３の出力端５１との間に介在し、インバータ６の出力を系統８に伝達するか否かの切り換え動作を実行する。
【００１５】
ここで、制御部７の機能に関して説明する。制御部７は、下記（１）〜（３）に示される機能を有している。（１）天候が曇りであるか晴れであるかを判定する機能（天候状態判定手段）。（２）天候が曇りであると判定された後に、太陽電池１の動作点（出力動作点と称する場合もある）を変化させることによって太陽電池１の出力特性の傾き(出力電力または出力電流の微分特性)に不連続点がある事を検出する機能（出力動作点を変化させる手段）。（３）天候が晴天であると判定された後に、太陽電池１の動作点を変化させることによって太陽電池１の微分特性に不連続点がある事を検出する機能（太陽電池モジュールに影がかかっていることを検出する手段）。
【００１６】
（２）および（３）の機能に共通する動作（太陽電池１の動作点の変化）に関して補足をする。制御部７は、コンバータ回路４の入力端で検出された電圧および電流より入力電力を算出し、この入力電力が最大となるようにスイッチング素子５のゲート信号のデューティ制御を行う。この機能は、最大電力点追従(ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking)機能とも呼ばれるものである。太陽電池１の特性は、太陽電池１の出力電圧（開放電圧）がＶｍａｘから最大電力点までは出力電力が次第に増加し、最大電力点を越えて電圧が下がると、出力電力が最大電力点から次第に減少する。従って、太陽電池１から最大電力を取り出すためには、太陽電池１の実際の動作点（動作電流×動作電圧）を最大電力点（最適動作電流×最適動作電圧）で動作させることが重要である。ＭＰＰＴ機能は、この最大電力点で動作するように出力電圧、出力電流を追従制御するものであり、例えば、太陽電池１の出力電圧を変化させ、その変化前後の発電電力が大きくなるような電圧の増減極性を選定して、最大電力点まで動作点を移動させる。本発明の実施の形態にかかる制御部７は、太陽電池１の動作点を変化させることによって、出力電力または出力電流の微分特性に不連続点が生じているか否かを検出して、太陽電池１の一部が故障していること、あるいは太陽電池１の一部に影がかかっていることを検出可能に構成されている。
【００１７】
次に、図２および図３を用いて、太陽電池１の内部構成と、太陽電池１に流れる電流の経路に関して説明する。
【００１８】
図２は、図１に示される太陽電池１の内部構成と、太陽電池１が正常なときの電流の経路と、を説明するための図である。また図３は、太陽電池１の一部（太陽電池モジュール３０）が故障した、あるいは太陽電池１の一部に影がかかって発電しなくなったときに流れる電流の経路を説明するための図である。
【００１９】
図２および図３に示される太陽電池１は、直列に接続された複数の太陽電池モジュール３０（以下単に「モジュール３０」と称する）で構成されている。各モジュール３０は、例えば、６つのセル９を直列に接続して成り、太陽電池１は、１８枚のセル９で構成されている。
【００２０】
各モジュール３０の正極にはバイパスダイオード１０（以下単に「ダイオード１０」と称する）のカソードが接続され、モジュール３０の負極にはアノードが接続される。モジュール３０が故障した場合や、モジュール３０に影がかかって発電しなくなった場合には、故障あるいは影１１がかかった部位が開放状態（発電しない状態）となる。一つのモジュール３０が開放状態になった場合、この開放状態のモジュール３０を含む太陽電池１全体が開放状態になってしまうが、ダイオード１０を各モジュール３０に並列接続することで、太陽電池１全体が開放状態になることを回避できる。なお、モジュール３０が正常に発電している場合、モジュール３０の起電力がバイパスダイオード１０に逆バイアス電圧として印加されるため、ダイオード１０の遮断状態が保たれる。
【００２１】
太陽電池１が正常である場合、太陽電池１に流れる電流は、図２に示される矢印のように、３つのモジュール３０、すなわち直列に接続された全てのセル９を通流する。
【００２２】
他方、図３に示すように、例えば、一番右側のモジュール３０に影１１がかかり、このモジュール３０が発電しない状態となった場合、太陽電池１に流れる電流は、このモジュール３０を流れずにダイオード１０にバイパスされる。ここでは、モジュール３０に影１１がかかった場合に関して説明したが、モジュール３０が故障した場合も同様に、太陽電池１に流れる電流は、故障箇所のあるセルブロック（モジュール３０）を流れずに、ダイオード１０にバイパスされる。
【００２３】
このように、モジュール３０が故障している、あるいはモジュール３０に影１１がかかっているときの太陽電池１の開放電圧は、正常時の太陽電池１の開放電圧に比べて低下する。ただし、単に開放電圧を測定しただけでは、開放電圧の低下要因が影１１によるものか故障によるものかを判定することが困難である。本実施の形態にかかる太陽光発電システムは、特別な装置を用いることなく、開放電圧の低下要因が影１１によるものか故障によるものかを判別可能に構成されている。以下、図４〜９を用いて具体的に説明する。
【００２４】
まず、図４および図５を用いて、太陽電池１から得られる出力特性（Ｐ−Ｖ特性）に関して説明する。
【００２５】
図４は、太陽電池１が正常なときの太陽電池アレイ２２の出力特性（Ｐ−Ｖ特性）を示す図であり、図５は、太陽電池モジュール３０に影１１がかかっている状態の太陽電池１、あるいは太陽電池モジュール３０が故障している状態の太陽電池１を含むアレイ２２の出力特性（Ｐ−Ｖ特性）を示す図である。Ｐ−Ｖ特性は、太陽電池１の出力電圧あるいは開放電圧（Ｖｓ）と、太陽電池１から取り出せる電力（Ｐｓ）との関係を示すものであり、太陽電池１には、出力電力が最大となる点（同図の“白丸”で示す点）が存在する。この白丸の部分が上述した「最大電力点」である。
【００２６】
図４には、正常な太陽電池１から得られるＰ−Ｖ特性１２と、２系統の太陽電池１から得られるＰ−Ｖ特性１４とが示されている。このＰ−Ｖ特性１４は、例えば、図１に示される太陽電池１が何れも正常なときにおけるアレイ２２全体出力の総和である。
【００２７】
他方、図５には、正常な太陽電池１（一の太陽電池１）から得られるＰ−Ｖ特性１２と、モジュール３０に影１１がかかっている、あるいはモジュール３０が故障している太陽電池１（他の太陽電池１）から得られるＰ−Ｖ特性１３と、２系統の太陽電池１（一の太陽電池１および他の太陽電池１）から得られるＰ−Ｖ特性１４と、が示されている。
【００２８】
図５に示されるＰ−Ｖ特性１４は、例えば、図１に示される太陽電池１の何れか一方のみが正常なときにおけるアレイ２２全体の出力電力である。図３で説明したように、モジュール３０が故障あるいはモジュール３０に影１１がかかったとき、他の太陽電池１を流れる電流がバイパスされるため、他の太陽電池１の開放電圧（Ｐ−Ｖ特性１３）は、一の太陽電池１の開放電圧（Ｐ−Ｖ特性１２）に比べて低い値となる。すなわち、一の太陽電池１の最大開放電圧は、他の太陽電池１の最大開放電圧よりも高い値となる。その結果、図５に示されるＰ−Ｖ特性１４は、変曲点を有することとなる。なお、変曲点とは、平面上の曲線で曲がる方向が変わる点である。
【００２９】
次に、図６および図７を用いて、図５に示したＰ−Ｖ特性１４の変曲点と制御部７の動作とを関連付けて説明する。
【００３０】
図６は、太陽電池１が正常なときの太陽電池アレイ２２の出力特性（出力電力微分特性１７）を説明するための図であり、図７は、太陽電池モジュール３０に影１１がかかっている状態の太陽電池１、あるいは太陽電池モジュール３０が故障している状態の太陽電池１を含む太陽電池アレイ２２の出力特性（出力電力微分特性１７）を説明するための図である。
【００３１】
図６には上から順に、太陽電池１が正常なときのアレイ２２のＩ−Ｖ特性１５と、このアレイ２２のＰ−Ｖ特性１６と、このアレイ２２の出力電力微分特性１７（以下「微分特性１７」と称する場合もある）とが示されている。図６に示されるＰ−Ｖ特性１６は、図４に示されるＰ−Ｖ特性１４に相当する。このように、正常なアレイ２２の出力特性は、Ｉ−Ｖ特性１５およびＰ−Ｖ特性１６の様になり、また正常なアレイ２２の微分特性１７は、連続的な曲線となる（同様に、図示しない出力電流の微分特性も連続となる）。
【００３２】
図７には上から順に、モジュール３０に影１１がかかっている、あるいはモジュール３０が故障しているアレイ２２のＩ−Ｖ特性１５と、このアレイ２２のＰ−Ｖ特性１６と、このアレイ２２の微分特性１７とが示されている。図７に示されるＰ−Ｖ特性１６は、図５に示されるＰ−Ｖ特性１４に相当する。モジュール３０に影１１がかかっている、あるいはモジュール３０が故障した場合、図５で説明した通り、アレイ２２のＩ−Ｖ特性１５およびＰ−Ｖ特性１６には変曲点が表れる。その結果、微分特性１７は、変曲点において不連続となる（同様に、図示しない出力電流の微分特性も不連続となる）。
【００３３】
制御部７は、微分特性１７に不連続点が存在しない場合にはアレイ２２が正常であると判定し、微分特性１７に不連続点が存在する場合には、モジュール３０に影１１がかかっている、あるいはモジュール３０が故障していると判定するように構成されている。
【００３４】
これらの判定動作に関して補足すると、曇天時の太陽電池１は散乱光によって発電をするため、曇天時における制御部７の判定動作は、影１１の影響を無視する事ができる。従って、曇天時に太陽電池１に流れる電流がバイパスされた場合、アレイ２２が故障していると考えることができる。他方、晴天時は、直射日光による発電が主となる。従って、アレイ２２が故障していないことを予め確認した後であり、かつ、晴天であると判定された後に、太陽電池１に流れる電流がバイパスされた場合、モジュール３０に影１１がかかっていると考えることができる。
【００３５】
次に、太陽電池１に流れる電流がバイパスされたことを検出する方法に関して説明する。
【００３６】
制御部７は、図１において説明したようにＭＰＰＴ機能を有している。この機能によれば、出力動作点を変化させることができると共に、出力電力を検出する事も可能である。制御部７は、例えば、晴天であるか曇天であるかを判断する機能（後述する）によって曇天と判断したとき、コンバータ回路４内部のスイッチング素子５を、例えば１００ｍｓｅｃでスイッチングして、太陽電池１の出力動作点を変化させて太陽電池１の出力電力を検出する（出力電流の特性でも可）。さらに、制御部７は、そのときの太陽電池１の出力電力変化を微分する。制御部７は、このようにして微分特性１７の不連続点の有無を検出する。そして、天候が曇天であり、かつ、微分特性１７に不連続点が存在する場合、アレイ２２が故障していると判定される。
【００３７】
なお、太陽電池１の出力動作点を変化させる範囲は、例えばパワーコンディショナ３の動作範囲内とすることが望ましい。故障検出のために太陽電池１の出力動作点を変化させる際、出力特性の全領域で特性を検出すると太陽電池電圧が低くなってしまう（最小で０：短絡）。この場合、パワーコンディショナ３の動作電圧範囲を下回ってしまうため、再起動するまでの時間がかかってしまい、パワーコンディショナ３が再起動するまでの間、系統８に発電電力を供給することができない。そこで、制御部７は、パワーコンディショナ３が確実に動作する範囲として、ＭＰＰＴ範囲内で出力動作点を変化させる。このように出力動作点を変化させる範囲を限定することによって、変化させる時間を短くする事ができ、最大電力点で動作する時間を長くすることができる。
【００３８】
次に、晴天であるか曇天であるかを判定する機能に関して説明する。
【００３９】
図８は、１日における太陽電池１の一の発電電力量の推移を示す図であり、例えば晴天日において日射が継続しているために太陽電池１が十分に発電しているときの発電電力量を示すものである。
【００４０】
図９は、１日における太陽電池１の他の発電電力量の推移を示す図であり、日射が変化しているときの発電電力量を示すものである。例えば、雲等の影響によって日射が低下して太陽電池１が十分に発電できない状態１８となり、発電電力量が低下する（この時を曇りと考える）。すなわち、雲などが影１１となり日射が低下した場合、太陽電池１が散乱日射で発電を行うこととなるため、発電電力量は一時的に小さくなる。その後、日射が回復し太陽電池が十分に発電している状態１９となった場合、発電電力量は増加する（この時を晴れと考える）。このように、雲等の影響によってモジュール３０に影１１がかかったときの発電電力量は、晴天時の発電電力量よりも低い値となる。
【００４１】
本実施の形態にかかる制御部７は、現在から過去のある時点までの所定期間（Ｔ１）に計測された太陽電池１の最大発電電力量と、所定期間（Ｔ１）が経過した後に計測された発電電力量とに基づいて天候状態が曇天であるか晴天であるかを判定する。
【００４２】
より詳細には、制御部７は、所定期間（Ｔ１）に計測された太陽電池１の中で最大のもの（最大発電電力量）を記憶すると共に、所定期間（Ｔ１）が経過した後に計測された発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間（Ｔ２）継続して下回っている場合、制御部７は天候状態が曇天であると判定する。換言すると、所定期間（Ｔ１）が経過した後に計測された発電電力量が所定の時間（Ｔ２）中に最大発電電力量の１／２の値を一時的に超えた場合には曇天であるとは判定されない。他方、所定期間（Ｔ１）が経過した後に計測された発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間（Ｔ２）継続して下回っていない場合、制御部７は天候状態が晴天であると判定する。なお、所定の時間（Ｔ２）は、現在から将来のある時点までの時間である。また、最大発電電力量と発電電力量は、例えば、最大発電電力量の単位がＷｓであれば、発電電力量も同じ単位であるものとする。
【００４３】
具体的に説明すると、所定期間（Ｔ１）を６０分、所定の時間（Ｔ２）を５分と仮定する。このとき、発電電力量が６０分以内に計測された最大発電電力量の１／２の値を５分継続して下回っている場合、制御部７は曇天と判定する。そして、制御部７は、曇天と判断した後に、上述したように出力動作点を変化させて微分特性１７の不連続点の有無を検出することで、アレイ２２の故障判定を行う。
【００４４】
一方、発電電力量が６０分以内に計測された最大発電電力量の１／２の値を５分継続して下回っていない場合、制御部７は晴天と判定する。換言すると、５分の間に、発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を一時的に超えた場合でも、制御部７は晴天と判定する。さらに、制御部７は、アレイ２２の故障が無い状態において、出力動作点を変化させて微分特性１７の不連続点の有無を検出することで、影１１による影響の有無を判定する。
【００４５】
「最大発電電力量の１／２」の天候を判定するための閾値とした理由は、以下の通りである。快晴日の全天日射量が1.25cal/cm2/min(1977/4/20)に対し、散乱日射量は0.3cal/cm2/minである。すなわち、散乱日射量は、快晴日の全天日射量の１／４程度である。従って、「最大発電電力量の１／２」にすれば、十分曇っていると判断できる（太陽エネルギー利用ハンドブック(日本太陽エネルギー学会1985/3/31初版発行)より）。
【００４６】
なお、上記説明では所定期間（Ｔ１）を６０分としたが、これに限定されるものではなく、所定期間（Ｔ１）は３０〜９０分であってもよい。晴天日に日射が十分に安定している場合、所定期間（Ｔ１）が３０分〜９０分の範囲であれば日射の変化が少ないため、天候を精度よく判定することが可能である。また、上記説明では、所定期間Ｔ２を５分としたが、所定期間Ｔ２は５分未満であってもよい。この場合、天候の判定精度が若干低下するものの、制御部７は、後述する日射計２１などからの日射データを用いることなく、曇天であるか晴天であるかを判定することは可能である。
【００４７】
このように、本実施の形態にかかる制御部７は、発電電力量と最大発電電力量とを比較することによって、晴天または曇天を判定する機能を有している。従来技術では、比較対象用のパイロットモジュールを設置し、あるいは、所定の日照時刻における標準出力電力値などの情報を太陽電池アレイの設置場所毎に予め記憶しておく必要があった。本実施の形態にかかる太陽光発電システムは、パイロットモジュールが不要であり、かつ、標準出力電力値などを予め記憶する必要がないため、アレイ２２の設置場所が制約されることなく、また標準出力電力値などの情報を長時間かけて取得しなくとも、アレイ２２の一部が故障したこと、あるいはアレイ２２の一部に影１１がかかったことを検出可能である。
【００４８】
次に、動作を説明する。アレイ２２からの発電電力量は、制御部７によって計測される。制御部７は、所定期間（Ｔ１）における最大発電電力量を記憶し、所定の時間（Ｔ２）における発電電力量とこの最大発電電力量とを比較する。
【００４９】
発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間（Ｔ２）継続して下回っている場合、制御部７は曇天と判定する。そして、制御部７は、曇天と判断した後に出力動作点を変化させて、微分特性１７の不連続点がある場合にはアレイ２２が故障していると判定し、微分特性１７の不連続点がない場合にはアレイ２２が故障していない判定する。
【００５０】
続いて、制御部７は、曇天時において微分特性に不連続点がないことを検出した後に、天候状態が晴天であると判定し、かつ、微分特性に不連続点が生じている場合、モジュール３０に影１１がかかっていると判定する。
【００５１】
この動作を具体例で説明すると、例えば、ある日の午前中が曇天であり、午後が晴天であるような場合、まず午前中に微分特性に不連続点がないことを確認する。この動作によってモジュール３０は正常であることが確認される。そして、その日の午後において、発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間（Ｔ２）継続して下回っていない場合、制御部７は、晴天と判定する。そして、制御部７は、晴天と判断した後に出力動作点を変化させる。このとき、制御部７は、微分特性１７の不連続点がある場合にはモジュール３０に影１１がかかっていると判定する。午前中まで正常であったモジュール３０がその日の午後に異常になることは非常に希なことである。従って、上記のように、モジュール３０が正常であることを確認した直後であれば、モジュール３０に影１１がかかっているか否かを判別可能である。
【００５２】
ここまでは、制御部７が計測した発電電力量を用いて晴天または曇天を判定する態様を説明したが、外部からの情報に基づいて晴天または曇天を判定するように構成してもよい。以下、図１０を用いて、外部からの天候情報を取り込む場合の太陽光発電システムの態様を説明する。
【００５３】
図１０は、本発明の実施の形態にかかる太陽光発電システムにデータロガー２０および日射計２１を接続した状態を示す図である。図１０に示されるように、パワーコンディショナ３にはデータロガー２０が接続され、データロガー２０には、アレイ２２付近に設置された日射計２１が接続されている。制御部７内の天候状態判定手段は、データロガー２０を介して日射計２１からの日射データを収集することで、晴天または曇天の判断を行う。晴天または曇天の判断以降の制御部７の動作は、上述同様であるため説明を割愛する。
【００５４】
他の態様としては、例えばデータロガー２０をＬＡＮに接続することによって、パワーコンディショナ３がインターネットから得られた外部情報（気象情報を含む）に基づいて晴天または曇天の判断を行うように構成してもよい。すなわち、制御部７は、気象情報を含む外部情報を入手し、この外部情報を制御部７内の天候状態判定手段に出力する手段を備え、天候状態判定手段は、外部情報に基づいて天候状態を判定するように構成されている。このように構成すれば、アレイ２２の一部が故障したこと、あるいはアレイ２２の一部に影１１がかかったことを制御部７が検出した際に、制御部７からの故障情報を外部に報知（エラー報知）することができる。そのため、ユーザーがアレイ２２の不具合を即座に知ることができ、不具合を解消すべく対応をとることが可能となる。上記説明では、気象情報を得る手段の一例としてインターネットを例示したが、これに限定されるものではなく、気象情報を得ることが可能な情報配信媒体あればどのような媒体でもよい。
【００５５】
なお、エラー報知の方法としては、パワーコンディショナ３、接続箱、または表示装置等に、エラー表示やアラーム音等によって報知したり、データロガー２０を経由してインターネットサイトで表示したり、Ｅメールでエラー内容を送付するなどの手法が考えられる。このように、エンドユーザー、施工業者、メンテナンス管理会社、または製品販売会社等必要な人が情報を入手できる手段であれば方法は問わない。
【００５６】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる太陽光発電システムは、現在から所定期間（Ｔ１）前までに計測された太陽電池１の最大発電電力量と所定期間（Ｔ１）が経過した後に計測された発電電力量とに基づいて天候状態が曇天であると判定し、かつ、太陽電池１の動作点を変化させたときの太陽電池１の出力電力または出力電流の微分特性を求めるようにしたので、従来用いられていたパイロットモジュールが不要であり、かつ、標準出力電力値などを予め記憶する必要がない。その結果、アレイ２２の設置場所が制約されることなく、また標準出力電力値などの情報を長時間かけて取得することなく、アレイ２２の一部が故障していること、あるいはアレイ２２の一部に影がかかっていることを検出可能である。
【００５７】
なお、本実施の形態にかかる太陽光発電システムでは、出力動作点を変化させて電力検出する機能を制御部７に持たせたが、昇圧機能内蔵の接続箱、あるいは、太陽電池モジュール内や太陽電池モジュールに付加する外部接続機器等を用いてこれらの機能を実現するようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施の形態に示した太陽光発電システムは、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明は、太陽光発電システムに適用可能であり、特に、太陽電池アレイの故障を容易に検出することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  太陽電池（太陽電池ストリング）
２  接続箱
３  パワーコンディショナ
４  コンバータ回路
５  スイッチング素子
６  インバータ回路
７  制御部（検出手段）
８  系統
９  セル
１０  バイパスダイオード
１１  影
１２、１３、１４、１６  Ｐ−Ｖ特性
１５  Ｉ−Ｖ特性
１７  出力電力微分特性
１８  雲等の影響によって日射が低下して太陽電池が十分に発電できない状態
１９  日射が回復し太陽電池が十分に発電している状態
２０  データロガー
２１  日射計
２２  太陽電池アレイ
３０  太陽電池モジュール
４０、４３  コンデンサ
４１  リアクトル
４２  ダイオード
４４  出力リレー
５０  入力端
５１  出力端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月19日(2013.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池モジュールを直列接続して成る太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、
天候状態が曇天であるか晴天であるかを判定する天候状態判定手段と、前記太陽電池ストリングの出力動作点を変化させる手段と、を有すると共に、前記天候状態が曇天であると判定し、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記太陽電池ストリングの出力電力または出力電流の微分特性に不連続点が生じている場合、前記太陽電池モジュールが故障していることを検出する検出手段を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記天候状態判定手段は、前記太陽電池ストリングの発電電力量と最大発電電力量とに基づいて天候状態が曇天であるか晴天であるかを判定し、
前記検出手段は、前記天候状態判定手段による前記天候状態の判定が曇天のときにおける前記微分特性に不連続点が生じていないことを確認した後で、前記天候状態判定手段による前記天候状態の判定が晴天であり、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記微分特性に不連続点が生じている場合、前記太陽電池モジュールに影がかかっていることを検出する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記天候状態判定手段は、３０分から９０分の範囲にある時間を所定期間として前記最大発電電力量を計測することを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記太陽電池ストリング付近に設置され日射データを出力する日射計を備え、
前記天候状態判定手段は、前記日射データに基づいて前記天候状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記検出手段は、情報配信媒体からの情報であって気象情報を含む外部情報を入手して前記天候状態判定手段に出力する手段を備え、
前記天候状態判定手段は、前記外部情報に基づいて前記天候状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
複数の太陽電池モジュールを直列接続して成る太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、
前記太陽電池ストリングの出力動作点を変化させる手段を有し、発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間継続して下回っている場合で、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記太陽電池ストリングの出力電力または出力電流の微分特性に不連続点が生じている場合に、前記太陽電池モジュールが故障していることを検出する検出手段を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項７】
前記検出手段は、発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間継続して下回っている場合における前記微分特性に不連続点が生じていないことを確認した後で、発電電力量が最大発電電力量の１／２の値を所定の時間継続して下回っていない場合で、かつ、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させたときの前記微分特性に不連続点が生じている場合に、前記太陽電池モジュールに影がかかっていることを検出する手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
前記検出手段は、３０分から９０分の範囲にある時間を所定期間として前記最大発電電力量を計測することを特徴とする請求項６または７に記載の太陽光発電システム。
【請求項９】
前記検出手段は、前記太陽電池ストリングの動作点を変化させる範囲を、前記パワーコンディショナの動作範囲内とすることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記太陽電池モジュールが故障していることを検出した場合、故障を検出したことを報知し、または前記太陽電池モジュールに影がかかっていることを検出した場合、影がかかっていることを検出したことを報知することを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の太陽光発電システム。
【国際調査報告】
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