(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の状態を、無線通信を用いてモジュール単位で常時監視できる技術を提供する。【解決手段】各状態検知装置14は、DC/DCコンバータ20と、無線子機30と、電圧測定センサ22と、電流測定センサ24を有している。DC/DCコンバータ20は、太陽電池モジュール12からの出力電力の一部を変換して、無線子機30等に電源供給する。一部の無線子機30のメモリには、無線親機のIDが接続先として設定され、残りの無線子機30のメモリには、他の無線子機30のIDが接続先として設定され、各無線子機30が、各センサから出力された測定データを定期的に自己の接続先に送出すると共に、他の無線子機30から自己のIDを指定した計測データを受信した際に、これを自己の接続先に転送することにより、各無線子機30から送出された計測データが、最終的に無線親機に到達する。無線親機は、これをパソコンに出力する。【選択図】図２
2014020861.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と、
各太陽電池モジュールに取り付けられた複数の状態検知装置と、
データ解析装置と、
このデータ解析装置に接続された無線親機とを備え、
上記の各状態検知装置は、DC/DCコンバータと、無線子機と、電圧測定センサと、電流測定センサを少なくとも有しており、
上記DC/DCコンバータは、太陽電池モジュールから出力された電力の一部を変換して、状態検知装置内の各素子に電源供給する機能を備え、
一部の無線子機のメモリには、電波到達範囲内に配置される上記無線親機のIDが接続先として設定されると共に、残りの無線子機のメモリには、電波到達範囲内に配置される他の無線子機のIDが接続先として設定されており、各無線子機が、上記電圧測定センサ及び電流測定センサから出力された測定データを定期的に自己の接続先に宛てて送出する処理と、他の無線子機から自己のIDを指定した計測データを受信した際に、これを自己の接続先に宛てて転送する処理を実行することにより、各状態検知装置の無線子機から送出された計測データが、最終的に上記無線親機に到達する伝送経路が形成されており、
上記無線親機は、各無線子機から送出された計測データを、上記データ解析装置に出力することを特徴とする太陽電池モジュール監視システム。
【請求項２】
他の無線子機のIDが接続先として設定された上記の各無線子機のメモリには、複数の無線子機のIDが接続先として設定されており、
各無線子機は、計測データを送出する前に生存照会信号を一の接続先に宛てて送出し、当該接続先の無線子機から応答があった場合には計測データを当該無線子機に宛てて送出し、
当該接続先の無線子機から応答がない場合には、生存照会信号を他の接続先に宛てて送出し、当該接続先の無線子機から応答があることを確認した上で、計測データを当該無線子機に宛てて送出することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール監視システム。
【請求項３】
上記状態検知装置が、上記無線子機から一定間隔で出力されるパルス信号が途絶えた際に、無線子機にリセット信号を出力するウォッチドッグタイマを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池モジュール監視システムに係り、特に、太陽光発電施設内に多数配置された個々の太陽電池モジュールの状態を、無線経由でリアルタイムに監視する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策として二酸化炭素の削減が求められる中、化石燃料を使わない自然エネルギーの一つとして、太陽光発電が脚光を浴びている。
この太陽光発電は、住宅の屋根やビルの屋上等に太陽電池を設置し、太陽光を直流電気に変換することによって行われる。また最近では、原発事故の発生や全量固定買取制度の導入などが追い風となり、広大な敷地内に膨大な数の太陽電池を設置した、メガワットクラスの大規模太陽光発電施設（メガソーラー）の建設が急拡大している。
【０００３】
規模の大小を問わず、太陽光発電施設において高い発電効率を維持するためには、太陽電池の状態を管理することが極めて重要であり、例えば、太陽電池モジュールの一部に不具合が発生した場合には、これと直列に接続された他のモジュールにも影響が及ぶため、件のモジュールを速やかに交換する必要がある。また、風によって飛来した障害物で太陽電池モジュールの一部が覆われた場合には、該当箇所が激しく発熱してモジュールが破壊される危険性が生じるため、即座にこれを除去することが求められる。
ところが、太陽電池モジュールは人目に付きにくい高所に設置されることが多く、目視や赤外線カメラによる状態確認を頻繁に行うことは困難であるため、実際には年に数回程度の定期点検を実施するのが関の山であった。
【０００４】
これに対し、非特許文献１に示す遠隔監視システムを導入し、太陽電池から出力される電流値や電圧値を常時監視するようにすれば、太陽電池の不具合を早期に発見することが可能となる。
【非特許文献１】太陽光発電／インテリジェントモニタリングシステムインターネットURL：http://www.onamba.co.jp/pdf/monitor_catalog.pdf検索日：２０１２年４月２７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この従来の監視システムの場合、各太陽電池パネルとデータ収集装置（データロガー）との間を有線で接続することが前提であるため、配線の手間やコスト、スペースが嵩むという問題があった。
また、複数枚の太陽電池モジュールを直列に接続した「ストリング」単位で出力電流・電圧を監視するものであるため、太陽電池をモジュール単位できめ細かく監視することは不可能であった。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題を解決するために案出されたものであり、太陽電池の状態をモジュール単位で常時監視できると共に、無線通信を用いて各モジュールに関するデータを収集可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した太陽電池モジュール監視システムは、複数の太陽電池モジュールと、各太陽電池モジュールに取り付けられた複数の状態検知装置と、データ解析装置と、このデータ解析装置に接続された無線親機とを備え、上記の各状態検知装置は、DC/DCコンバータと、無線子機と、電圧測定センサと、電流測定センサを少なくとも有しており、上記DC/DCコンバータは、太陽電池モジュールから出力された電力の一部を変換して、状態検知装置内の各素子に電源供給する機能を備え、一部の無線子機のメモリには、電波到達範囲内に配置される上記無線親機のIDが接続先として設定されると共に、残りの無線子機のメモリには、電波到達範囲内に配置される他の無線子機のIDが接続先として設定されており、各無線子機が、上記電圧測定センサ及び電流測定センサから出力された測定データを定期的に自己の接続先に宛てて送出する処理と、他の無線子機から自己のIDを指定した計測データを受信した際に、これを自己の接続先に宛てて転送する処理を実行することにより、各状態検知装置の無線子機から送出された計測データが、最終的に上記無線親機に到達する伝送経路が形成されており、上記無線親機は、各無線子機から送出された計測データを、上記データ解析装置に出力することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載した太陽電池モジュール監視システムは、請求項１のシステムであって、さらに、他の無線子機のIDが接続先として設定された上記の各無線子機のメモリには、複数の無線子機のIDが接続先として設定されており、各無線子機は、計測データを送出する前に生存照会信号を一の接続先に宛てて送出し、当該接続先の無線子機から応答があった場合には計測データを当該無線子機に宛てて送出し、当該接続先の無線子機から応答がない場合には、生存照会信号を他の接続先に宛てて送出し、当該接続先の無線子機から応答があることを確認した上で、計測データを当該無線子機に宛てて送出することを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載した太陽電池モジュール監視システムは、請求項１または２のシステムであって、さらに上記状態検知装置が、上記無線子機から一定間隔で出力されるパルス信号が途絶えた際に、無線子機にリセット信号を出力するウォッチドッグタイマを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した太陽電池モジュール監視システムにあっては、複数の無線子機を数珠繋ぎ状に配置した伝送経路（ネットワーク）が形成され、この伝送経路を経由して太陽電池に係るデータがデータ解析装置に取り込まれる仕組みであるため、データ収集用の配線が不要となる。
また、太陽電池モジュールから出力された電力の一部が、状態検知装置内のDC/CDコンバータを介して低電圧の直流電流に変換され、状態検知装置内の各素子に電源供給される仕組みを備えるため、駆動用の電源ケーブルを引き回す必要もない。
このため、状態検知装置をモジュール単位で多数設置することが容易となり、太陽電池をきめ細かく監視することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載した遠隔監視システムの場合、各無線子機に複数の接続先が登録されており、一つの接続先が動作不良の場合には他の接続先に迂回する機能を備えているため、計測データをデータ解析装置により確実に到達させることが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載した遠隔監視システムの場合、状態検知装置にウォッチドッグタイマが内蔵されているため、太陽電池モジュールからの電源供給が一時的に途絶えて無線子機内のCPUが停止した場合であっても、電源供給が復活した時点で即座に無線子機にリセット信号を出力して、CPUをリセット可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、この発明に係る太陽電池モジュール監視システム10の全体構成を示す概略図であり、複数の太陽電池モジュール12と、各太陽電池モジュール12に取り付けられた状態検知装置14と、データ解析装置として機能するパソコン16と、パソコン16にUSB接続された無線親機18とを備えている。
パソコン16には、計測データ解析用のアプリケーションプログラムがセットアップされている。
【００１４】
太陽電池モジュール12は、複数の太陽電池セルをマトリクス状に配置させ、樹脂や強化ガラス等で補強してパッケージ化したものであり、これらを金属フレームよりなる架台に所定角度で取り付けることにより、メガソーラー発電所の敷地内等に多数設置される。
状態検知装置14の本体部分は、直に風雨に曝されないようにするため、実際には太陽電池モジュール12の背面側に配置されている。
【００１５】
図２は、状態検知装置14の内部構造を示すブロック図であり、DC/DCコンバータ20と、電圧測定センサ22と、電流測定センサ24と、照度測定センサ26と、温度測定センサ28と、ウォッチドッグタイマ29と、無線子機30を備えている。
【００１６】
DC/DCコンバータ20は、太陽電池モジュール12の出力ケーブル31から７〜７０Ｖの直流電圧を一部取り出して３．３Ｖの直流電圧に変換し、無線子機30や電圧測定センサ22、電流測定センサ24、照度測定センサ26、温度測定センサ28、ウォッチドッグタイマ29に電源供給するものである。
【００１７】
電圧測定センサ22は、太陽電池モジュール12の出力電圧値を常時計測し、計測結果を無線子機30に出力する。
また、電流測定センサ24は、太陽電池モジュール12の出力電流値を常時計測し、計測結果を無線子機30に出力する。
照度測定センサ26は、太陽電池モジュール12の表面の照度を常時計測し、計測結果を無線子機30に出力する。このため、照度測定センサ26は太陽電池モジュール12の受光面近傍に配置され、ケーブルを介して無線子機30の入力端子に接続されている。
温度測定センサ28は、状態検知装置14内の温度を常時計測し、計測結果を無線子機30に出力する。
【００１８】
無線子機30は、例えば、短距離無線通信規格の一つであるZigBee規格に準拠したXBee無線通信モジュールよりなる。このXBee無線通信モジュールは、比較的安価で消費電力が少ないという特徴を備えている。
上記した無線親機18も、同様の規格に準拠した無線通信モジュールよりなる。
上記無線通信モジュールは、アンテナ32と、電波の送受信用回路と、メモリとCPUを有しており、メモリ内の制御プログラムに従ってCPUが演算処理を実行することにより、制御部が構成される。この制御部によって、後述の転送処理等が実行される。
【００１９】
ウォッチドッグタイマ29は、無線子機30のCPUから一定の間隔で出力されるパルス信号を常時監視しており、予め設定された時間を経過しても次のパルス信号が届かない場合には、即座にリセット信号を無線子機30のリセット回路に出力し、CPUをリセットさせる機能を備えている。
【００２０】
上記の各無線子機30には、ユニークなID（シリアル番号）が予め割り振られており、それぞれのメモリ内に記録されている。
また、各無線子機30のIDと、太陽電池モジュール12との対応テーブルが、パソコン16のアプリケーションプログラム内に記憶されている。
このため、パソコン16のアプリケーションプログラムは、上記の対応テーブルを参照することにより、無線子機30のIDから対応の太陽電池モジュール12を特定することができる。
【００２１】
各無線子機30のメモリには、接続先となるべき無線子機30のIDが予め設定されている。この接続先無線子機30のIDは、プライマリとセカンダリ等、原則として複数設定されている。
ただし、後述する伝送経路の先端に位置する無線子機30の場合、接続先としては無線親機18のIDが設定されている。
なお、接続先となる無線子機30や無線親機18は、当然ながら接続元となる各無線子機30の、電波到達範囲内に配置されている必要がある。
【００２２】
各無線子機30は、定期的（例えば１分毎）に、各センサから出力された計測値に自己のID及び日時を付加した計測データを、アンテナ32から送出する機能を備えている。
この際、まず無線子機30は、プライマリの接続先となる無線子機のIDを指定した生存照会信号を送出し、当該無線子機30から所定時間内に応答が返ってくることを事前に確認した上で、当該接続先無線子機30のIDを指定した計測データを送出する。
【００２３】
この計測データを受信した接続先の無線子機30は、自己のIDと日時を付加した上で、自己の接続先となる一つの無線子機30に宛てて、この計測データを転送する。
この場合も、当該無線子機30は、プライマリの接続先となる無線子機30に宛てて生存照会信号を送出し、所定時間内に応答が返ってくることを確認した後、当該接続先の無線子機30に宛てて計測データを転送する。
【００２４】
図３に示すように、各無線子機30の連携（計測データの中継処理）によって、複数の伝送経路が構成される。
例えば、伝送経路Ａに属する無線子機30A2は、一つ後ろの無線子機30A3からの計測データを受け取ると、これを一つ先の無線子機30A1に転送する。
【００２５】
これに対し、伝送経路Ｂに含まれる無線子機30B2がプライマリの接続先である無線子機30B1に対して生存照会信号を送出したところ、当該無線子機30B1がダウンしており、所定時間内に応答が返ってこない場合、無線子機30B2は直ちにセカンダリの接続先である無線子機30C1に宛てた生存照会信号を送出し、これから応答があることを確認した上で、当該無線子機30C1に計測データを送出する。
【００２６】
あるいは、伝送経路Ｃに含まれる無線子機30C4がプライマリの接続先である無線子機30C3に対して生存照会信号を送出したところ、当該無線子機30C3がダウンしており、所定時間内に応答が返ってこない場合、無線子機30C4は直ちにセカンダリの接続先である無線子機30C2に宛てた生存照会信号を送出し、これから応答があることを確認した上で、当該無線子機30C2に計測データを送出する。
【００２７】
このように、ある伝送経路に障害が発生した場合、直ちに接続先が他の伝送経路上の無線子機30、あるいは同一伝送経路の前方に配置された無線子機30に切り替えられるため、各無線子機30から送出された計測データは、無線親機18までより確実に到達可能となる。
なお、障害対応能力を高めるため、各無線子機30のメモリ内には、接続先として３つ以上のIDを設定しておくことが望ましい。
【００２８】
因みに、図３中の無線子機30A1、30B1、30C1は、各伝送経路の先端に位置しているため、それぞれの接続先として無線親機18のIDが設定されている。
【００２９】
図４は、無線親機18を介してパソコン16に取り込まれた計測データの一例を示すものであり、無線子機のIDの他に、日時、電圧、電流、照度、温度、ルート１〜ルートｎのデータ項目を備えている。
このルート１〜ｎには、当該計測データが経由してきた各無線子機30のIDと日時が記録されている。
【００３０】
この計測データを、パソコン16に搭載されたアプリケーションプログラムが解析することにより、各太陽電池モジュール12の状態を正確に把握することが可能となる。
【００３１】
例えば、照度測定センサ26からは十分な値が得られているにもかかわらず、特定の太陽電池モジュール12の出力電圧及び出力電流が予め設定された基準値に達していない場合に、当該太陽電池モジュール12に何らかのトラブルが発生したものと判断し、画面上に警告メッセージや警告アイコンを表示させ、オペレータの注意を喚起することができる。
【００３２】
あるいは、特定の太陽電池モジュール12からの計測データが、所定の時刻になっても届かない場合には、状態検知装置14に何らかの障害が発生した可能性があるものとして、上記と同様の警告表示を発動させることもできる。
【００３３】
パソコン16のアプリケーションプログラムは、無線親機18から各状態検知装置14内の無線子機30に対して所定のコマンドを発行させることにより、無線子機30を省電力のスリープモードに移行させたり、データ転送モードに復帰させたりすることができる。この結果、非計測時における電力消費量を低減することが可能となる。
【００３４】
太陽電池モジュール12は、夜間や曇りなど日光が十分に照射されない環境では当然ながら発電できず、状態検知装置14内の各素子に対する電源供給も途絶えるため、無線子機30のCPUも動作を停止することとなる。
そして、日の出等によって太陽光の照射が再開されると、状態検知装置14内の各素子に対する電源供給も開始されることになるが、太陽電池モジュール12の発電特性として、電圧値が徐々に上昇していく傾向があるため、無線子機30内のCPUがうまく起動しない可能性が高い。
【００３５】
これに対し、このシステム10の場合には上記のようにウォッチドッグタイマ29を備えているため、太陽電池モジュール12からの十分な電源供給が開始された時点で、無線子機30のCPUを確実に動作させることができる。
すなわち、太陽電池モジュール12からの電源供給を受けて機能を回復したウォッチドッグタイマ29は、予め設定された時間を経過しても無線子機30のCPUから信号が出力されないことを検知すると、直ちにリセット信号を無線子機30のリセット回路に出力し、CPUをリセットさせる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明に係る太陽電池モジュール監視システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】状態検知装置の内部構造を示すブロック図である。
【図３】無線子機の連携による伝送経路を例示する模式図である。
【図４】計測データの構造を例示する図である。
【符号の説明】
【００３７】
10   太陽電池モジュール監視システム
12   太陽電池モジュール
14   状態検知装置
16   パソコン
18   無線親機
20   DC/DCコンバータ
22   電圧測定センサ
24   電流測定センサ
26   照度測定センサ
28   温度測定センサ
29    ウォッチドッグタイマ
30   無線子機
31   出力ケーブル
32   アンテナ
【図１】
2014020861.tif 000003
【図２】
2014020861.tif 000004
【図３】
2014020861.tif 000005
【図４】
2014020861.tif 000006