(57)【要約】【課題】太陽光発電設備の運用中にシステムを停止することなく太陽光発電モジュール単位での発電効率の劣化を詳細に把握できるようにする。【解決手段】複数の太陽光発電モジュール６０を直列接続してストリングを構成した太陽光発電設備をモニタするためのモニタシステムであって、各太陽光発電モジュール６０に対応して接続される複数のモジュール測定端末１０から各太陽光発電モジュール６０ごとの測定値を取得し、該測定値を基にして太陽光発電モジュール６０ごとの発電効率値を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽光発電モジュールを直列接続してストリングを構成した太陽光発電設備をモニタするためのモニタシステムであって、
各太陽光発電モジュールに対応して接続される複数のモジュール測定端末から太陽光発電モジュールごとの測定値を取得し、この測定値を基にして太陽光発電モジュールごとの発電効率値を算出する
ことを特徴とする太陽光発電設備のモニタシステム。
【請求項２】
請求項１において、
前記モジュール測定端末は、太陽光発電モジュールごとの電圧値を測定し、この電圧値を基にして太陽光発電モジュールごとの発電効率値を算出する
ことを特徴とする太陽光発電設備のモニタシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記発電効率値の初期値を記憶するとともに、その後に算出された発電効率値を前記初期値と比較することで太陽光発電モジュールの発電効率の低下を検出する
ことを特徴とする太陽光発電設備のモニタシステム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項において、
太陽光発電モジュールごとの温度を測定する温度センサを備え、
前記温度センサの測定結果を太陽光発電モジュールごとの発電効率値の算出に使用する
ことを特徴とする太陽光発電設備のモニタシステム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項において、
前記モジュール測定端末は、太陽光発電モジュールの正極側のケーブルをクランプする正極側接続部と、太陽光発電モジュールの負極側のケーブルをクランプする負極側接続部を備える
ことを特徴とする太陽光発電設備のモニタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電設備のモニタシステムに関し、特に、太陽光発電設備の運用時の太陽光発電モジュールの発電効率及び発電不良を太陽光発電モジュール単位で確認できるモニタシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な太陽光発電設備は、複数の太陽光発電モジュール（ＰＶ：太陽光発電用パネル）を複数直列に接続してストリングを形成し、このストリング（アレー）を例えば建物の屋根等に取り付けている。太陽光発電モジュールは太陽エネルギーを電力に変換する光起電セルを備えており、太陽光発電モジュールによって合成された電力は、例えば建物の配電盤を介して流れるＡＣ電力に合流し、建物内に給電される。
【０００３】
こうした太陽光発電設備には、一般的に発電量の監視機能が付加されており、太陽光発電設備の総発電量又はストリング（アレー）単位の総発電量を常時監視できるように構成されている。また、発電量を監視することで、パネルの汚れやセルの不良などにより発電効率の低下などの不具合を検出できるようにしたシステムも知られている。例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールの出力異常のあるストリングを検出する太陽光発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１８５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した従来のシステムでは、監視対象が太陽光発電設備の総発電量又はストリング単位の総発電量であるため、太陽光発電モジュール単位での性能劣化や不良に起因する不具合を正確に把握することはできなかった。従来のシステムにおいて太陽光発電モジュール単位での発電効率を把握しようとすると、日照量や気温等の不確定要素を考慮しつつ総発電量から推測するしかなく、太陽光発電モジュール単位での性能劣化を早期に発見することは困難であった。
【０００６】
例えば、１０枚の太陽光発電モジュールで構成されたストリングの場合、その中の１枚の発電効率が仮に５０％に低下したときでも、出力では５％の効率低下としか認識されないために、良否又は劣化の判断がしにくいという問題があった。
【０００７】
なお、ＰＶアナライザ等による負荷性能テスト等を行えば個々の太陽光発電モジュールの状況を把握することはできる。しかし、頻繁に負荷性能テストを行うことは保守費用負担を増大させることとなる。また、負荷性能テストを行うにはシステムを停止しなければならないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、太陽光発電設備の運用中にシステムを停止することなく太陽光発電モジュール単位での発電効率の劣化を詳細に把握できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の解決手段によって、上記課題を解決する。
（請求項１）
請求項１に記載の太陽光発電設備のモニタシステムは、複数の太陽光発電モジュールを直列接続してストリングを構成した太陽光発電設備をモニタするためのモニタシステムであって、各太陽光発電モジュールに対応して接続される複数のモジュール測定端末から各太陽光発電モジュールごとの測定値を取得し、この測定値を基にして太陽光発電モジュールごとの発電効率値を算出することを特徴とする。
【００１０】
（請求項２）
請求項２に記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴点に加え、前記モジュール測定端末は、太陽光発電モジュールごとの電圧値を測定し、この電圧値を基にして太陽光発電モジュールごとの発電効率値を算出することを特徴とする。
【００１１】
（請求項３）
請求項３に記載の発明は、上記した請求項１又は２記載の発明の特徴点に加え、前記発電効率値の初期値を記憶するとともに、その後に算出された発電効率値を前記初期値と比較することで太陽光発電モジュールの発電効率の低下を検出することを特徴とする。
【００１２】
（請求項４）
請求項４に記載の発明は、上記した請求項１〜３のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、太陽光発電モジュールごとの温度を測定する温度センサを備え、前記温度センサの測定結果を太陽光発電モジュールごとの発電効率値の算出に使用することを特徴とする。
【００１３】
（請求項５）
請求項５に記載の発明は、上記した請求項１〜４のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、前記モジュール測定端末は、太陽光発電モジュールの正極側のケーブルをクランプする正極側接続部と、太陽光発電モジュールの負極側のケーブルをクランプする負極側接続部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、各太陽光発電モジュールに対応して接続される複数のモジュール測定端末から太陽光発電モジュールごとの測定値を取得し、この測定値を基にして太陽光発電モジュールごとの発電効率値を算出するため、太陽光発電モジュール単位での発電効率の劣化を詳細に把握することができる。
すなわち、太陽光発電モジュールのメンテナンスの必要性をいち早く確実に把握できるので、保守等の効率や製品保証に関わる迅速な対応が可能となる。しかも、発電効率の把握にはシステムを停止する必要もない。
【００１５】
また、請求項２の発明によれば、前記モジュール測定端末は太陽光発電モジュールごとの電圧値を測定するように構成されているので、直列接続したアレー内に含まれる太陽光発電モジュールごとの電圧値を個別に測定することができ、この電圧値を基に正確な発電効率を把握することができる。
【００１６】
また、請求項３の発明によれば、前記発電効率値の初期値を記憶するとともに、その後に算出された発電効率値を前記初期値と比較することで太陽光発電モジュールの発電効率の低下を検出するように形成されている。すなわち、太陽光発電モジュールごとに異なる発電効率値の初期値が記憶され、この初期値を基に発電効率の低下が判断されるため、太陽光発電モジュールの初期性能個体差に影響されずに性能劣化を判断することができる。また、モジュール測定端末の絶対精度に精密さが求められないため、設備コストを最小限に押さえることができる。
【００１７】
また、請求項４の発明によれば、太陽光発電モジュールごとの温度を測定する温度センサを備え、前記温度センサの測定結果を太陽光発電モジュールごとの発電効率値の算出に使用する。すなわち、出力に影響を与える太陽光発電モジュールの温度を太陽光発電モジュール毎に測定して発電効率値の算出に使用するため、正確に太陽光発電モジュールの発電効率を把握することができる。例えば、設置場所の違いにより太陽光発電モジュールの温度に差があっても、その温度差を考慮して発電効率値が算出されるので、温度が高いことに起因して出力が低くなっている（たとえば本実施形態の例では、温度が１度上がるごとに出力が０．４％程度低下する）太陽光発電モジュールについて発電効率が低下していると誤認されることがない。
【００１８】
また、請求項５の発明によれば、前記モジュール測定端末は、太陽光発電モジュールの正極側のケーブルをクランプする正極側接続部と、太陽光発電モジュールの負極側のケーブルをクランプする負極側接続部と、を備えている。すなわち、太陽光発電モジュールの２本のケーブルの中途部をクランプすることでモジュール測定端末を設置することができるので、太陽光発電モジュールの性能への影響を最小限としつつも低コストで施行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】太陽光発電設備の配線概略図である。
【図２】太陽光発電設備の回路図である。
【図３】（ａ）太陽光発電モジュールの裏面にモジュール測定端末を取り付けた様子を示す図、（ｂ）モジュール測定端末の平面図である。
【図４】モジュール測定端末の接続を示すブロック図である。
【図５】マスタ測定端末の接続を示すブロック図である。
【図６】発電効率値の計算式である。
【図７】発電効率をモニタする表示画面の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る太陽光発電設備であり、複数の太陽光発電モジュール６０を直列に接続して複数（本実施形態では３本）のストリング５０を構成し、この複数のストリング５０を並列に接続して各ストリングをアレー要素として構成したものである。
図１においては、各ストリング５０に９つの太陽光発電モジュール６０が含まれるように構成されている。このように接続された太陽光発電モジュール６０が発電した直流電力は、接続ボックス６５内で合成されて出力されるようになっており、例えば建物の配電盤を介して流れるＡＣ電力に合流し、建物内に給電されるようになっている。
【００２１】
この太陽光発電設備をモニタするモニタシステムは、図１及び図２に示すように、モジュール測定端末１０と、マスタ測定端末２０と、温度センサ３０と、環境情報測定装置４０とを備える。
【００２２】
（モジュール測定端末１０）
モジュール測定端末１０は、各太陽光発電モジュール６０に対応して設けられるものであり、各太陽光発電モジュール６０の電圧等を測定するために設けられる。
このモジュール測定端末１０は、図３に示すように、箱状の本体１０ａと、この本体１０ａの一側面に設けられた筒状の正極側接続部１０ｂと、本体１０ａの他側面に設けられた負極側接続部１０ｃとを備える。
本体１０ａの内部には、ＣＰＵを中心に構成された制御装置が格納されている。また、正極側接続部１０ｂ及び負極側接続部１０ｃの内部には、太陽光発電モジュール６０のケーブルと接続するピン電極が内蔵されている。これらのピン電極は、制御装置に接続されている。
【００２３】
モジュール測定端末１０は、太陽光発電モジュール６０の裏面のケーブル接続部６３から延出するケーブルに接続される。詳しくは、図３（ａ）に示すように、正極側ケーブル６１を正極側接続部１０ｂでクランプし、太陽光発電モジュール６０の負極側ケーブル６２を負極側接続部１０ｃでクランプすることで、各太陽光発電モジュール６０の裏面に取り付けられる。なお、正極側接続部１０ｂ及び負極側接続部１０ｃは軸方向に分割可能となっており、分割片でケーブルを挟み込むことでケーブルをクランプできるようになっている。
【００２４】
このように正極側接続部１０ｂ及び負極側接続部１０ｃでケーブルをクランプすることで、正極側接続部１０ｂ及び負極側接続部１０ｃの内部に配置されたピン電極がケーブルと電気的に接続され、モジュール測定端末１０による電圧及び電流の計測が可能となる。
【００２５】
（マスタ測定端末２０）
マスタ測定端末２０は、ストリング５０ごとに対応して設けられるものであり、ストリング５０全体の電流値を計測するものである。このマスタ測定端末２０は、特に図示しないが、モジュール測定端末１０と同様にケーブルの正極側と負極側とをクランプする接続部を備えており、この接続部がケーブルをクランプすることで、電圧及び電流の計測が可能となっている。このマスタ測定端末２０は、接続ボックス６５内においてケーブルに接続されている。
【００２６】
（温度センサ３０）
温度センサ３０は、太陽光発電モジュール６０ごとの温度を測定するものであり、図１等に示すように、太陽光発電モジュール６０の背面に設置されてモジュール測定端末１０に接続される。
【００２７】
（環境情報測定装置４０）
環境情報測定装置４０は、太陽光発電設備の作動環境を監視するためのものであり、本実施形態においては、日照情報等を測定する日照計、設置場所における気温を計測する温度計を備える。この環境情報測定装置４０は、図１に示すように、太陽光発電設備全体で１つだけ設けられており、最も近いマスタ測定端末２０に接続されている。この環境情報測定装置４０によって計測された測定値、すなわち、日照計及び温度計によって計測された日照情報及び気温情報は、マスタ測定端末２０を介して管理センターに送信される。
【００２８】
（モジュール測定端末１０の制御）
モジュール測定端末１０の制御装置は、図４に示すように、電圧測定部１１、電流測定部１２、温度測定部１３、通信制御部１４の各機能を備える。
電圧測定部１１は、電圧計を備えて構成され、正極側接続部１０ｂ及び負極側接続部１０ｃの接点を利用して太陽光発電モジュール６０ごとの電圧値を測定するものである。
【００２９】
電流測定部１２は、電流計を備えて構成され、正極側接続部１０ｂの接点を利用して太陽光発電モジュール６０ごとの電流値を測定するものである。なお、本実施形態においては、直列に接続されたストリング５０内の電流値をマスタ測定端末２０によって計測しているため、この電流測定部１２による測定値は使用していない。この電流測定部１２は、マスタ測定端末２０による電流値の測定を行わない場合や、モジュール測定端末１０が並列に接続されている場合に使用されるものであり、本実施形態の場合には省略してもよい。
【００３０】
温度測定部１３は、前記した温度センサ３０の検知結果を読み取るためのものである。
通信制御部１４は、無線通信（ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等）、シリアル通信（ＲＳ４８５等）、又はＰＶ電力ケーブルを利用した通信（ＡＣＬＣ（登録商標）等の高周波電力線データ伝送方式等）により、測定データをマスタ測定端末２０に送信するためのものである。なお、本実施形態においては、電圧測定部１１及び温度測定部１３（必要であれば電流測定部１２）によるデータの取得が一定間隔（例えば１０秒間隔）で実行されるように制御されており、取得された電圧値及び温度情報（必要であれば電流値）が通信制御部１４によってマスタ測定端末２０に送信される。
【００３１】
（マスタ測定端末２０の制御）
マスタ測定端末２０の制御装置は、図５に示すように、電圧測定部２１、電流測定部２２、受信制御部２３、通信制御部２４の各機能を備える。
電圧測定部２１は、電圧計を備えて構成され、ストリング５０ごとの電圧を測定するものである。
電流測定部２２は、電流計を備えて構成され、ストリング５０ごとの電流を測定するものである。
【００３２】
受信制御部２３は、モジュール測定端末１０からの測定データ（太陽光発電モジュール６０ごとの電圧値、温度など）及び環境情報測定装置４０からの測定データ（日照情報、気温など）を受信するためのものである。
通信制御部２４は、収集したデータをＬＡＮ経由でインターネット送信するものである。この通信制御部２４は、電圧測定部２１の測定データ、電流測定部２２の測定データ、モジュール測定端末１０から受信した測定データ、環境情報測定装置４０から受信した測定データなどを送信する。これらのデータは外部の管理センターに送信され、発電効率値の算出に使用される。
【００３３】
（管理センターにおける処理）
管理センターは、マスタ測定端末２０から送信されたデータを管理するとともに、このデータを基に監視端末等にモニタ情報を送信するものである。
この管理センターは、マスタ測定端末２０から送信されたデータを取得し、これを計測ログとして時系列に沿って記憶装置に記憶する。また、管理センターは、監視端末等からの出力要求を受け取ると、発電効率値及び発電効率の低下率を算出して監視端末等に出力する。
【００３４】
なお、発電効率値を算出する際には、直近の計測ログのうち、所定期間の値が平均化して使用される。例えば、直近の計測ログのうち過去５分間の移動平均を求めた上でこの移動平均が使用される。
図６は、発電効率値を算出するための計算式であり、この式に「環境情報測定装置４０が測定した日照量」、「温度センサ３０が測定した太陽光発電モジュール６０ごとの温度」、「モジュール測定端末１０が測定した太陽光発電モジュール６０ごとの電圧値」、「マスタ測定端末２０が測定した電流値」を平均化した値を代入し、発電効率値が算出される。
【００３５】
なお、本モニタシステムにおいては、発電効率の低下率を算出するために、太陽光発電設備を設置する際に発電効率値の初期値を設定する。すなわち、太陽光発電設備を設置した初期状態においてマスタ測定端末２０から送信されたデータを基に、上記した計算式により発電効率値の初期値が計算され、この初期値が管理センターに登録される。
【００３６】
この初期値は、その後に算出された発電効率値との比較に使用され、この比較によって太陽光発電モジュール６０ごとの発電効率の低下を検出する。具体的には、運転状態で算出された発電効率値を初期値で除算することで、初期値からの発電効率の低下率をパーセンテージで算出する。
【００３７】
算出された発電効率の低下率は、例えばタブレットやスマートフォンなどの監視端末に送信され、監視端末の画面に表示して確認できる。例えば図７に示すように、太陽光発電モジュール６０の実際の配置に対応するようにブロックで表示を行い、太陽光発電モジュール６０ごとの発電効率の低下率をパーセンテージで表示する。このとき、発電効率の低下率ごとに色わけして表示することで視認性を高めてもよい。
このように初期値からの発電効率の低下率を容易に確認可能とすることで、太陽光発電モジュール６０ごとの経年劣化を容易に把握することができる。
【００３８】
なお、監視端末における確認画面において、設定された条件によってアラートを表示してもよい。例えば、発電効率が所定のパーセンテージよりも低下した場合、特別なメッセージを画面に表示したり、警告音を出力してもよい。また、設定された条件によって予め設定したメールアドレスに自動的にアラートメールを送信してもよい。このような手法によれば、メンテナンスが必要な太陽光発電モジュール６０を見落とさないように使用者の注意を促すことができる。
【００３９】
また、図７の確認画面を切り替えることで、他の確認画面を表示してもよい。例えば、管理センターに蓄積された管理ログを基にした統計データをグラフ及び数値で解析表示したり、太陽光発電設備全体やストリング５０単位での発電量や発電効率について表示してもよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、各太陽光発電モジュール６０の電圧を測定するモジュール測定端末１０が各太陽光発電モジュール６０に対応して設けられているため、太陽光発電モジュール６０単位での発電効率の劣化を詳細に把握することができる。すなわち、太陽光発電モジュール６０のメンテナンスの必要性をいち早く確実に把握できるので、保守等の効率や製品保証に関わる迅速な対応が可能となる。さらに、発電効率の把握にはシステムを停止する必要もない。
【００４１】
また、モジュール測定端末１０は太陽光発電モジュール６０ごとの電圧値を測定するように構成されているので、直列接続したストリング５０内に含まれる太陽光発電モジュール６０ごとの電圧値を個別に測定することができ、この電圧値を基に正確な発電効率を把握することができる。
【００４２】
また、前記発電効率値の初期値を記憶するとともに、その後に算出された発電効率値を前記初期値と比較することで太陽光発電モジュール６０の発電効率の低下を検出するように形成されている。すなわち、太陽光発電モジュール６０ごとに異なる発電効率値の初期値が記憶され、この初期値を基に発電効率の低下が判断されるため、太陽光発電モジュール６０の初期性能個体差に影響されずに性能劣化を判断することができる。また、モジュール測定端末１０の絶対精度に精密さが求められないため、設備コストを最小限に押さえることができる。
【００４３】
また、太陽光発電モジュール６０ごとの温度を測定する温度センサ３０を備え、前記温度センサ３０の測定結果を太陽光発電モジュール６０ごとの発電効率値の算出に使用している。すなわち、出力に影響を与える太陽光発電モジュール６０の温度を太陽光発電モジュール６０毎に測定して発電効率値の算出に使用するため、正確に太陽光発電モジュール６０の発電効率を把握することができる。例えば、設置場所の違いにより太陽光発電モジュール６０の温度に差があっても、その温度差を考慮して発電効率値が算出されるので、温度が低いことに起因して出力が低くなっている太陽光発電モジュール６０について発電効率が低下していると誤認されることがない。
【００４４】
また、前記モジュール測定端末１０は、太陽光発電モジュール６０の正極側ケーブル６１をクランプする正極側接続部１０ｂと、太陽光発電モジュール６０の負極側ケーブル６２をクランプする負極側接続部１０ｃとを備え。すなわち、太陽光発電モジュール６０の２本のケーブルの中途部をクランプすることでモジュール測定端末１０を設置することができるので、太陽光発電モジュール６０の性能への影響を最小限としつつも低コストで施行することができる。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、太陽光発電モジュール６０ごとの温度を測定する温度センサ３０を備えているが、これに限らず、環境情報測定装置４０に温度センサ３０を設けてもよい。すなわち、一元的に環境情報測定装置４０において温度を計測することで、太陽光発電モジュール６０ごとに温度センサ３０を設けないようにしてもよい。このような態様によれば、精度は落ちるものの設備コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  モジュール測定端末
１０ａ  本体
１０ｂ  正極側接続部
１０ｃ  負極側接続部
１１  電圧測定部
１２  電流測定部
１３  温度測定部
１４  通信制御部
２０  マスタ測定端末
２１  電圧測定部
２２  電流測定部
２３  受信制御部
２４  通信制御部
３０  温度センサ
４０  環境情報測定装置
５０  ストリング
６０  太陽光発電モジュール
６１  正極側ケーブル
６２  負極側ケーブル
６３  ケーブル接続部
６５  接続ボックス
【図１】
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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２】
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【図７】
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