(57)【要約】  太陽電池ストリングの故障を適切に診断可能な技術を提供することを目的とする。太陽電池ストリングの故障診断方法及び故障診断装置は、インピーダンス測定器と、解析部と、判定部とを備える。解析部は、太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、インピーダンス測定器で測定された第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、太陽電池ストリングのインダクタンスを求める。判定部は、解析部で求めたインダクタンスに基づいて、太陽電池ストリングの故障の診断を行う。
2017212757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
（ａ）インピーダンス測定器が、前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
（ｂ）前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記工程（ａ）で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う工程と
を備える、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）で求めた前記インダクタンスと、前記太陽光発電部が電気的に直列接続された前記太陽電池モジュールの数と予め対応付けられたインダクタンスとに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無及び断線箇所を検出する工程を含む、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
（ｄ）インピーダンス測定器が、前記出力ケーブルの一端と他端との間の第２インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
（ｅ）前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス及び周波数を含む関係式と、前記工程（ｄ）で測定された前記第２インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのキャパシタンスを求める工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）で求めた前記キャパシタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無を検出する工程と
を備える、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【請求項４】
それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断装置であって、
前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定するインピーダンス測定器と、
前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記インピーダンス測定器で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める解析部と、
前記解析部で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う判定部と
を備える、太陽電池ストリングの故障診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池ストリングの故障診断装置であって、
前記判定部は、
前記解析部で求めた前記インダクタンスと、前記太陽光発電部が電気的に直列接続された前記太陽電池モジュールの数と予め対応付けられたインダクタンスとに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無及び断線箇所を検出する、太陽電池ストリングの故障診断装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の太陽電池ストリングの故障診断装置であって、
前記インピーダンス測定器は、
前記出力ケーブルの一端と他端との間の第２インピーダンスの周波数特性を測定し、
前記解析部は、
前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス及び周波数を含む関係式と、前記インピーダンス測定器で測定された前記第２のインピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのキャパシタンスを求め、
前記判定部は、
前記解析部で求めた前記キャパシタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無を検出する、太陽電池ストリングの故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の太陽電池モジュールを備える太陽電池ストリングの故障診断方法、及び、当該太陽電池ストリングの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は、火力発電及び原子力発電の代替エネルギー源として大いに期待されており、近年、太陽電池の生産量は飛躍的に増加している。太陽電池には、単結晶もしくは多結晶のシリコン基板を用いて太陽電池セルを形成する結晶系太陽電池、またはガラス基板上にシリコンの薄膜を堆積して太陽電池セルを形成する薄膜太陽電池が用いられている。太陽光発電システムにおける太陽電池の設置単位は、太陽電池モジュールである。複数の上記太陽電池セルを、目的に合わせて直列または並列に接続してパネル化し、外枠であるフレーム及び端子ボックスを備えつけることで、太陽電池モジュールが構成される。【０００３】
さらに、太陽電池セルに関して複数の太陽電池モジュールを直列に接続し、これらの太陽電池モジュールのフレームを共通の金属製架台に固定することによって、太陽電池ストリングが構成される。なお、以下の説明においては、「太陽電池モジュール」及び「太陽電池ストリング」をそれぞれ略して「モジュール」及び「ストリング」と記すこともある。【０００４】
この太陽電池ストリングと、送電ケーブル、接続箱、及びパワーコンディショナなどとを組み合わせて太陽光発電システムが構成される。このようなシステムは、一般の家庭用発電用途に留まらず、太陽電池ストリングがアレイ状に配置されたシステムが、１ＭＷ以上の発電量を持つ大規模な太陽光発電所に使用されている。【０００５】
上述の太陽電池モジュールは、機械的に動作する部分がなく、その寿命は一般に２０年以上と言われている。しかしながら、実際には、様々な原因により、運転開始から数年足らずで不具合が発生した事例が報告されている。不具合の原因としては、太陽電池セル内の発電層の劣化もしくは電極部の腐食による抵抗増大、太陽電池セルを保護するために太陽電池セルの周囲を囲むように充填された封止材の光透過率の低下、絶縁劣化、太陽電池モジュール内の配線抵抗増大、または、太陽電池モジュールを固定している金属製架台の接地不良など、が知られている。これらの不具合により、太陽電池モジュールの出力低下が起こり、最終的には動作不良に至る場合がある。【０００６】
太陽光発電システムの信頼度を高め、さらなる普及を図るためにも、太陽電池モジュールやストリングの故障の有無を随時検知できる診断技術が求められている。現状では、太陽電池ストリングの故障状態を確認する方法として、ストリング全体の発電電流や電圧を計測し、その発電量をモニタリングする方法が一般的である。しかしながら、太陽電池の発電量は、計測時の日射量または気象条件などの外的要因によって大きく変化するため、太陽電池ストリングの発電量をモニタリングするだけでは、ストリングが正常に動作しているかどうかを判断することは難しい。また、上記のようなストリングの発電量モニタリングでは、ストリングの発電量に異常が発生していても、ストリング内の故障モジュールや断線箇所を特定することはできない。このため、これらの故障個所を発見するためには、太陽電池モジュールを１枚ずつ取り外して確認するしか方法がなく、多大な時間と労力を要していた。【０００７】
このような状況に対し、近年になって例えば特許文献１などのように、太陽電池ストリングの対地容量（Ｃｇ）を測定することにより、ストリング内の故障モジュールや断線位置を特定することができる新たな故障診断法が提案されている。具体的には、太陽電池ストリングの負極の出力ケーブルを開放し、正極の出力ケーブルをＬＣＲメータの正極の測定端子と接続する。次に、ＬＣＲメータの負極の測定端子を直接アースに接地する、または、太陽電池ストリングを固定している金属製架台と接続する。その接続状態で、太陽電池ストリングの対地容量を１００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の低周波数で測定する。【０００８】
太陽光が存在する明状態では、太陽電池モジュールは発電状態にあるため、発電層のｐｎ接合はオン状態、つまりショート状態となり、太陽電池ストリングは各モジュールの直列抵抗（Ｒｓ）が直列に接続された回路と等価となる。このような明状態では、ＬＣＲメータを用いて太陽電池ストリングとアースとの間の対地容量を測定することができる。この対地容量の値はモジュールの枚数に比例して増加する。このため、太陽電池ストリング内に断線が発生していれば、対地容量の値からＬＣＲメータから断線位置までのモジュールの枚数を求めることによって、断線位置を特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０９１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の技術において、太陽電池ストリングの対地容量（Ｃｇ）の測定に上述のＬＣＲメータにより用いられる測定信号の周波数は、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚという低周波数の範囲である。この低周波数の範囲においては、周波数と太陽電池モジュールの接合容量とで決まるインピーダンスが比較的大きいことから、多数のモジュールを超えて測定信号を伝送させることが困難であり、少数のモジュール単位でしか故障の診断を行うことができないという問題がある。しかも、特許文献１の技術では、接合部がオン状態となる日中に、診断される太陽電池ストリングを発電システムから切り離して、対地容量を測定する必要があるので、太陽光発電システム全体の発電量が低下するという問題がある。【００１１】
また、太陽電池ストリングの対地容量は、太陽電池モジュールの配線部と金属製フレームと間の静電容量であり、対地容量の値は、それらの間で封止されているＥＶＡ（Ethylene-Vinyl Acetate）等の高分子材料の誘電率に比例する。このＥＶＡ等の封止剤は、長期間の屋外での使用により、紫外線の暴露またはモジュール端部からの水分侵入により、その分子構造に何らかの変化が生じて材料特性が変質する結果、誘電率が徐々に変化することが知られている。例えば、薄膜シリコン太陽電池モジュールの対地容量の経時変化を調べた結果、約１７０日間の屋外暴露後に対地容量の値は初期値の１５％程度減少していた。このように、封止剤の誘電率の経時変化によって対地容量が経時変化することから、特許文献１の技術では、実際には太陽電池ストリングが故障していないにもかかわらず、誤って故障していると判定してしまうという問題がある。【００１２】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、太陽電池ストリングの故障を適切に診断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】
【００１３】
本発明の第１局面に係る太陽電池ストリングの故障診断方法は、それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断方法であって、（ａ）インピーダンス測定器が、前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、（ｂ）前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記工程（ａ）で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う工程とを備える。【００１４】
本発明の第２局面に係る太陽電池ストリングの故障診断装置は、それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断装置であって、前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定するインピーダンス測定器と、前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記インピーダンス測定器で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める解析部と、前記解析部で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う判定部とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽電池ストリングのインダクタンスを求め、求めたインダクタンスに基づいて、太陽電池ストリングの故障の診断を行う。このような構成によれば、太陽電池ストリングの故障を適切に診断することができる。【００１６】
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る太陽電池ストリング及びその故障診断装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１に係る接続箱内部の概略構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る故障診断装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る太陽電池ストリングの等価回路モデルを示す回路図である。
【図５】第１インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図６】第１インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図７】第１インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図８】第１インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図９】太陽電池ストリングのインダタンスと太陽電池モジュール数との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係る太陽電池モジュールの等価回路モデルを示す回路図である。
【図１１】実施の形態１に係る太陽電池モジュール及びその故障診断装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図１２】インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図１３】インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図１４】実施の形態１に係る太陽電池ストリングの等価回路モデルを示す回路図である。
【図１５】実施の形態２に係る太陽電池ストリングの概略構成を模式的に示す図である。
【図１６】実施の形態２に係る故障診断装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】実施の形態２に係る太陽電池ストリングの等価回路モデルを示す回路図である。
【図１８】第２インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図１９】第２インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図２０】第２インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【図２１】第２インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池ストリング及びその故障を診断する故障診断装置の概略構成を模式的に示す図である。なお、下記のような太陽電池ストリング６が並列に接続されることによって太陽光発電システムは構成される。
【００１９】
＜太陽電池ストリング＞
太陽電池ストリング６は、複数の太陽電池モジュール１２を備える。複数の太陽電池モジュール１２のそれぞれは、太陽光発電部１２ａと、端子ボックス１２ｂ，１２ｃと、フレーム１２ｄとを備える。
【００２０】
太陽光発電部１２ａは、受けた太陽光に応じて発電する。太陽光発電部１２ａには、例えば、直列または並列に接続された太陽電池セルが適用される。なお、太陽電池セルは、ＰＮ接合を利用した半導体からなる太陽電池セルであればよく、例えば、太陽電池セルには、単結晶のシリコン基板などからなる結晶系の太陽電池セル、または、ガラス基板及びシリコンの薄膜などからなる薄膜の太陽電池セルなどが適用される。
【００２１】
正極の端子ボックス１２ｂ及び負極の端子ボックス１２ｃは、太陽電池モジュール１２の裏面側に配設され、太陽光発電部１２ａの発電電力を取り出す。正極の端子ボックス１２ｂは正極の出力ケーブル１３ａと電気的に接続され、負極の端子ボックス１２ｃは負極の出力ケーブル１３ｂと電気的に接続されている。これにより、端子ボックス１２ｂ，１２ｃで取り出された発電電力は、出力ケーブル１３ａ，１３ｂによって太陽電池モジュール１２の外部に出力される。
【００２２】
フレーム１２ｄは、金属製フレームなどの導電性のフレームであり、太陽電池モジュール１２の外周部に配設される。フレーム１２ｄは、通常、太陽光発電部１２ａ、端子ボックス１２ｂ，１２ｃ及び出力ケーブル１３ａ，１３ｂと電気的に絶縁されている。
【００２３】
ここで、太陽電池ストリング６では、複数の太陽電池モジュール１２の複数の太陽光発電部１２ａが出力ケーブル１３ａ，１３ｂによって電気的に直列接続されている。そのような直列接続として、本実施の形態１では、隣接する任意の二つの太陽電池モジュール１２のうち、一方の太陽電池モジュール１２の負極の出力ケーブル１３ｂと、他方の太陽電池モジュール１２の正極の出力ケーブル１３ａとが接続されている。この結果、一端に位置する太陽電池モジュール１２の出力ケーブル１３ａと、他端に位置する太陽電池モジュール１２の出力ケーブル１３ｂとが、直列接続に用いられない出力ケーブルとなる。以下の説明では、直列接続に用いられない出力ケーブル１３ａ及び出力ケーブル１３ｂを、それぞれ「端側出力ケーブル１３ａ」及び「端側出力ケーブル１３ｂ」と記すこともある。
【００２４】
太陽電池ストリング６では、複数の太陽電池モジュール１２の複数のフレーム１２ｄは電気的に共通接続される。このような共通接続として、本実施の形態１では、隣接する任意の二つの太陽電池モジュール１２のうち、一方の太陽電池モジュール１２のフレーム１２ｄと、他方の太陽電池モジュール１２のフレーム１２ｄとが、配線であるアース線２５によって電気的に接続されている。なお、フレーム１２ｄ同士の接続はこのような直列接続に限ったものではなく、例えば、太陽電池モジュール１２が、金属製の架台に固定されて屋外設置されている場合には、アース線２５の代わりに、当該架台によって、フレーム１２ｄの電気的な接続が行われてもよい。
【００２５】
＜故障診断装置＞
本実施の形態１に係る故障診断装置は、インピーダンス測定器１と、解析部２と、判定部３とを備える。なお、解析部２及び判定部３は、例えば図示しないコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）などが、コンピュータの図示しない半導体メモリなどの記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、当該ＣＰＵの機能として実現される。また、解析部２及び判定部３だけでなく、インピーダンス測定器１の制御や測定データの保存、転送等の制御なども、ＣＰＵの機能として実現されてもよいし、測定から診断結果の出力までの一連の動作が自動で行われてもよい。
【００２６】
次に、故障診断装置の各構成要素について説明する前に、太陽電池ストリング６と故障診断装置との間に設けられた構成などについて説明する。
【００２７】
インピーダンス測定器１は、同軸ケーブル１７及び接続箱１５を順に介して接続ケーブル１４Ｌ，１４Ｒ及びアース線２３と接続されている。端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂにそれぞれ設けられたコネクタ２６，２７は、接続ケーブル１４Ｌ，１４Ｒと接続されたり、接続ケーブル１４Ｌ，１４Ｒから切り離されたりすることが可能となっている。同様に、太陽電池ストリング６のアース線２５に設けられたコネクタ２８，２９は、アース線２３と接続されたり、アース線２３から切り離されたりすることが可能となっている。
【００２８】
図２は、本実施の形態１に係る接続箱１５内部の概略構成を示す図である。
【００２９】
接続箱１５は、接続ケーブル１４Ｌ，１４Ｒ、アース線２３及び同軸ケーブル１７と接続されている。
【００３０】
同軸ケーブル１７は、中心導体１８と、絶縁性の誘電体１９と、外部導体２０とを備える。中心導体１８は、図１のインピーダンス測定器１の測定端子と接続されており、外部導体２０は、当該インピーダンス測定器１のグランド（ＧＮＤ）端子と接続されている。そして、中心導体１８と外部導体２０とは、誘電体１９によって電気的に絶縁されている。
【００３１】
接続箱１５内には、接続ケーブル１４Ｌと中心導体１８との間に接続されたＤＣカット用のブロッキングキャパシタ２１と、接続ケーブル１４Ｒと外部導体２０との間に接続されたスイッチ２２ａと、アース線２３と外部導体２０との間に接続された共振点調整用のインダクタ２４及びスイッチ２２ｂとが設けられている。
【００３２】
ここで、共振点調整用のインダクタ２４及びスイッチ２２ｂは、直接に接続されて共振点調整回路を構成している。共振点調整用のインダクタ２４の値は、計測すべき第１インピーダンスの共振周波数が、インピーダンス測定器１の測定周波数領域内に入るように選定されればよい。なお、共振点調整用のインダクタ２４とスイッチ２２ｂとの位置関係は、図２の位置関係と逆であってもよい。
【００３３】
また、スイッチ２２ａ，２２ｂは、手動のトグルスイッチでもよいし、ゲート信号で駆動されるダイオードスイッチまたはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）のようなスイッチング素子でもよい。
【００３４】
以上の構成において、図１のコネクタ２６が接続ケーブル１４Ｌと接続されると、端側出力ケーブル１３ａは、接続ケーブル１４Ｌ、接続箱１５内のＤＣカット用のブロッキングキャパシタ２１、及び、同軸ケーブル１７の中心導体１８を経て、インピーダンス測定器１の測定端子と電気的に接続される。
【００３５】
図１のコネクタ２７が接続ケーブル１４Ｒと接続され、かつ接続箱１５内のスイッチ２２ａがオンである場合には、端側出力ケーブル１３ｂは、接続ケーブル１４Ｒ、接続箱１５内のスイッチ２２ａ、及び、同軸ケーブル１７の外部導体２０を経て、インピーダンス測定器１のグランド端子と電気的に接続される。一方、接続箱１５内のスイッチ２２ａがオフである場合には、端側出力ケーブル１３ｂとインピーダンス測定器１のグランド端子との接続は解除され、端側出力ケーブル１３ｂは、グランド端子と電気的に絶縁される。
【００３６】
図１のコネクタ２８，２９のいずれか一方がアース線２３と接続され、かつ接続箱１５内のスイッチ２２ｂがオンである場合には、太陽電池ストリング６のフレーム１２ｄは、アース線２５、アース線２３、接続箱１５内の共振点調整用のインダクタ２４、接続箱１５内のスイッチ２２ｂ、及び、同軸ケーブル１７の外部導体２０を経て、インピーダンス測定器１のグランド端子と電気的に接続される。一方、接続箱１５内のスイッチ２２ｂがオフである場合には、フレーム１２ｄとインピーダンス測定器１のグランド端子との接続は解除され、フレーム１２ｄは、グランド端子と電気的に絶縁される。
【００３７】
次に、故障診断装置が備えるインピーダンス測定器１、解析部２及び判定部３について説明する。
【００３８】
インピーダンス測定器１は、出力ケーブル１３ａ，１３ｂの一端である端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂのいずれか一方と、電気的に共通接続された複数のフレーム１２ｄとの間の第１インピーダンスの周波数特性、つまり第１インピーダンスの周波数依存性を測定する。
【００３９】
ここで、測定周波数を実質的に掃引することによって共振点を決定することが可能であることから、本実施の形態１では、インピーダンス測定器１は、高周波の測定信号を用いて、第１インピーダンスの周波数特性を測定する。なお、測定周波数を実質的に掃引するとは、例えば、周波数を連続的に掃引する動作、または一定間隔で離散的に掃引する動作を指す。このようなインピーダンス測定器１としては、例えば、ネットワークアナライザ、インピーダンスアナライザ、もしくは、コンビネーションアナライザなどが適用されてもよいし、周波数可変の高周波発信器、電流センサ、電圧センサ、Ａ／Ｄ変換器または演算装置を組み合わせたものが適用されてもよい。
【００４０】
なお図１の例では、インピーダンス測定器１の筐体が、３Ｐタイプのコンセントまたはアース線により接地されていることを想定しているが、インピーダンス測定器１の筐体は、必ずしも接地される必要はなく、電気的に浮いていてもよい。また、図１に示す太陽電池ストリング６のアース線２５は、スイッチ２２ｂがオンの場合にアース線２３によりインピーダンス測定器１の筐体を介して接地されるが、別のアース線を用いて別途接地してもよい。インピーダンス測定器１の筐体及び太陽電池ストリング６の接地の有無は、本実施の形態１に係る太陽電池モジュールの診断の結果に実質的に影響を与えるものではない。
【００４１】
インピーダンス測定器１による第１インピーダンスの周波数特性の測定は、例えば、太陽電池モジュール１２の太陽光発電部１２ａが発電しない夜間の時間帯など、太陽電池モジュール１２が暗状態である時間に実施される。ここで、第１インピーダンスの周波数特性の測定の最中に、太陽電池モジュール１２の受光面に偶発的に光が入射すると、太陽電池モジュール１２内の太陽光発電部１２ａが発電し、端子ボックス１２ｂと端子ボックス１２ｃとの間に、例えば数１０〜数１００Ｖ程度までの比較的大きな直流電圧が発生してしまうことになる。
【００４２】
この過電圧からインピーダンス測定器１を保護するため、本実施の形態１では、上述したＤＣカット用のブロッキングキャパシタ２１が、太陽電池ストリング６とインピーダンス測定器１の測定端子との間に設けられている。一方、インピーダンス測定器１の測定端子から太陽電池ストリング６に供給される測定信号の周波数は、上述したように比較的高いので、測定信号はブロッキングキャパシタ２１を容易に通過することができ、太陽電池ストリング６にまで伝送される。
【００４３】
次に、故障診断装置の構成要素のうち解析部２及び判定部３について説明する。ただし、解析部２及び判定部３の詳細については後述し、ここでは簡単に説明する。解析部２は、太陽電池ストリング６の予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、インピーダンス測定器１で測定された第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、太陽電池ストリング６のインダクタンスを求める。判定部３は、解析部２で求めたインダクタンスに基づいて、太陽電池ストリング６の故障の診断を行う。
【００４４】
＜故障診断＞
図３は、本実施の形態１に係る故障診断装置が太陽電池ストリング６の故障の診断を行う際の動作を示すフローチャートである。なお、診断される太陽電池ストリング６は、通常の太陽電池ストリングと同様に、同一仕様の太陽電池モジュールが周期的に配列して構成されているものとする。また、ステップＳ１は、例えば夜間など太陽光発電システムが停止されても支障がない時間に行われるものとする。
【００４５】
まず、ステップＳ１を行う前段階として、作業者などは、コネクタ２６，２７を操作して、診断すべき太陽電池ストリング６の端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂを太陽光発電システムから切り離し、図１の接続ケーブル１４Ｌ，１４Ｒにそれぞれ接続する。ただし、出力ケーブル１３ｂは、図１の接続ケーブル１４Ｒに接続されずに、開放されていてもよい。また、作業者などは、コネクタ２８，２９を操作して、診断すべき太陽電池ストリング６のアース線２５を太陽光発電システムから切り離し、図１のアース線２３に接続する。ここでは、出力ケーブル１３ａに対応するコネクタ２８はアース線２３に接続され、出力ケーブル１３ｂに対応するコネクタ２９は解放されている。
【００４６】
ステップＳ１にて、インピーダンス測定器１は、太陽電池ストリング６の端側出力ケーブル１３ａと、電気的に共通接続された複数のフレーム１２ｄとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定する。つまり、インピーダンス測定器１は、接続箱１５から先のインピーダンスの周波数特性を測定する。
【００４７】
本実施の形態１では、インピーダンス測定器１としてネットワークアナライザを使用し、いわゆる１ポート反射法により測定する。具体的には、ネットワークアナライザであるインピーダンス測定器１から、例えば５Ｖ以下の微弱な正弦波の電圧を、測定信号として太陽電池ストリング６に入力して、その反射率ｒを測定する。ここで、第１インピーダンスＺは、ネットワークアナライザのインピーダンスＺ０及び反射率ｒを用いて次式（１）のように表される。
【００４８】
【数１】
2017212757.tif 000003
【００４９】
インピーダンスＺ０は既知であるから、インピーダンス測定器１は、測定した反射率ｒを上式（１）に適用することにより、第１インピーダンスＺを測定することができる。インピーダンス測定器１は、測定信号の周波数を、例えば１００〜２ＭＨｚの範囲で随時変更させながら、第１インピーダンスＺの測定を行う。このようにして、インピーダンス測定器１は、第１インピーダンスの周波数特性を測定する。
【００５０】
なお、上記測定系では、１ポート反射法を用いたが、もちろんこれに限ったものではない。また、上記測定系では、ネットワークアナライザは、ブロッキングキャパシタ２１などを介してインピーダンスを測定するように構成されているため、正確には、第１インピーダンスと、ブロッキングキャパシタ２１などのインピーダンスとの合成インピーダンスが測定されることになる。そこで、コネクタ２６，２７からインピーダンス測定器１側の部分に較正器を接続し、その場合に測定されるインピーダンスによって較正することが好ましい。
【００５１】
ステップＳ２にて、解析部２は、太陽電池ストリング６の予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、インピーダンス測定器１で測定された第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、太陽電池ストリング６のインダクタンスを求める。
【００５２】
図４は、図１の太陽電池ストリング６の等価回路モデルを示す回路図である。具体的には、図４には、複数の太陽電池モジュール１２が接続された太陽電池ストリング６を、１つの仮想の等価的な太陽電池モジュールとして簡易化した等価回路が示されている。なお、等価回路の説明においては、インダクタをインダクタンスと記すこともあり、キャパシタを容量またはキャパシタンスと記すこともある。
【００５３】
図４の等価回路では、コネクタ２６，２７の間に、インダクタンスＬｓ、抵抗Ｒｓ、及び、容量Ｃｅが直列に接続されている。ここで、インダクタンスＬｓは、電極配線、太陽電池モジュール１２のフレーム１２ｄ、及びアース線のインダクタンスである。抵抗Ｒｓは、電極配線、太陽電池モジュール１２のフレーム１２ｄ、及びアース線の抵抗である。容量Ｃｅは、主として太陽電池モジュール１２内の電極とフレーム１２ｄとの間の浮遊容量であり、ここでは回路定数である。
【００５４】
さて、図４の等価回路のインピーダンスＺｓｔは、次式（２）のように表される。
【００５５】
【数２】
2017212757.tif 000004
【００５６】
式（２）のうちｆは周波数であり、ｊは虚数である。解析部２は、インピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式である式（２）と、インピーダンス測定器１で測定された第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、太陽電池ストリング６のインダクタンスを求める。ここで、インピーダンス測定器１で測定された第１インピーダンスの周波数特性は、複数組の第１インピーダンス及び周波数を含んでいる。そこで、解析部２は、インピーダンス測定器１で測定された複数組の第１インピーダンス及び周波数を、式（２）のインピーダンスＺｓｔ及び周波数ｆに代入することにより、未知数のパラメータ（Ｒｓ、Ｌｓ、Ｃｅ）である太陽電池ストリング６の抵抗、インダクタンス、回路定数を求める。
【００５７】
なお本実施の形態１では、インピーダンス測定器１で測定された第１インピーダンス及び周波数の組は比較的多い。そこで本実施の形態１では、解析部２は、式（２）により示されるグラフに、複数組の第１インピーダンス及び周波数を複数の座標としてプロットし、最小二乗法を用いて、パラメータ（Ｒｓ、Ｌｓ、Ｃｅ）を求める。以下、求められた結果について説明する。
【００５８】
図５及び図６は、太陽電池ストリング６を構成する太陽電池モジュール１２が１〜５個である場合について、インピーダンス測定器１によって測定された第１インピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。図５では第１インピーダンスの強度を縦軸にとり、図６では第１インピーダンスの位相を縦軸にとり、いずれも周波数を横軸にとっている。
【００５９】
ディップ部が共振点であり、太陽電池モジュール１２の数であるモジュール数が増加すると、共振周波数が減少していく傾向が見られる。図５及び図６のような曲線を示す第１インピーダンス及び周波数のデータを、式（２）に当てはめ、パラメータ（Ｒｓ，Ｌｓ，Ｃｅ）の値を決定する。ここでは、パラメータ（Ｒｓ，Ｌｓ，Ｃｅ）の値を求める方法として、第１インピーダンスの対数値の最小二乗法を用いて決定したが、例えば共振点を良く再現できるのであれば他の方法であってもよい。
【００６０】
図７及び図８は、太陽電池モジュール１２の数が２個である場合について、第１インピーダンスの測定値のグラフと、測定値を当てはめてパラメータ（Ｒｓ，Ｌｓ，Ｃｅ）が決定された式（２）のグラフとを、図５及び図６と同様に示す図である。図７及び図８のいずれも、測定値のグラフは破線で示され、パラメータが決定された式（２）により示されるグラフは実線で示されている。図７及び図８に示すように、式（２）により示されるグラフは、測定値のグラフとピーク位置で良く一致している。
【００６１】
図３のステップＳ３にて、判定部３は、解析部２で求めたインダクタンスＬｓに基づいて、太陽電池ストリング６の故障の診断を行う。本実施の形態１では、判定部３は、解析部２で求めたインダクタンスＬｓと、太陽光発電部１２ａが電気的に直列接続された太陽電池モジュール１２の数と予め対応付けられたインダクタンスとに基づいて、太陽電池ストリング６の断線の有無及び断線箇所を検出する。なお、以下、太陽電池モジュールの数を、「太陽電池モジュール数」と記すこともある。
【００６２】
図９は、太陽電池ストリング６のインダタンスと、太陽電池ストリング６の太陽電池モジュール数との関係の一例を示す図である。図９では、測定値及びステップＳ２で求めた計算値がプロットされている。
【００６３】
図９に示すように、太陽電池モジュール数が増加すればインダクタンスも増加する。このため、太陽電池モジュール数とインダクタンスとの測定結果の関係を予め求めておけば、太陽電池ストリング６の断線の有無と断線の位置を求めることができる。
【００６４】
具体的には、太陽電池ストリングを構成しているモジュールと同仕様の直列接続された太陽電池モジュールの数と、インダクタンスとを予め対応付けて測定し、その測定結果から図９のようなグラフを予め作成しておく。そして、判定部３は、当該グラフを用いて、診断される太陽電池ストリングについてステップＳ２で求めたインダクタンスＬｓに対応する太陽電池モジュール数Ｎｒを求める。例えば、判定部３は、図９のようなグラフの複数のインダクタンスのうち、ステップＳ２で求めたインダクタンスＬｓに最も近いインダクタンスに対応する太陽電池モジュール数を、太陽電池モジュール数Ｎｒとして求める。
【００６５】
太陽電池モジュール数Ｎｒが、診断される太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュール数Ｎより小さい場合には、判定部３は、当該太陽電池ストリングに断線が存在すると判定する。またこの場合に、判定部３は、正極側から数えてＮｒ番目のモジュールと（Ｎｒ＋１）番目のモジュールとの間、または、（Ｎｒ＋１）番目のモジュール内で断線が発生していると判定する。
【００６６】
以上により、図３の動作が終了する。ただし、上述の例では図１のように、太陽電池ストリングの正極側にインピーダンス測定器１を接続して測定している場合には、太陽電池ストリングの負極側の端側出力ケーブル１３ｂに断線が存在しても、インダクタンスＬｓには変化が生じない。また、負極側の端の太陽電池モジュール内に断線が存在しても、インダクタンスＬｓの計測誤差を考慮すると、当該断線について正しい判定結果が得られ難い場合がある。
【００６７】
そこで、インピーダンス測定器１を正極側に接続した状態だけでなく、インピーダンス測定器１を負極側に接続した状態についても、上述の動作を実施することが好ましい。すなわち、コネクタ２６，２７を操作して、診断すべき太陽電池ストリング６の端側出力ケーブル１３ｂを図１の接続ケーブル１４Ｌに接続し、端側出力ケーブル１３ａを図１の接続ケーブル１４Ｒに接続するか、開放する。それとともに、出力ケーブル１３ｂに対応するコネクタ２９をアース線２３に接続し、出力ケーブル１３ａに対応するコネクタ２８を解放する。以上の接続状態において、図３の動作を再度行う。負極側からの診断においても、太陽電池モジュール数ＮとインダクタンスＬｓとの関係は上述と同様であるため、このような動作を行なえば、負極側の端側出力ケーブル１３ｂにおける断線、及び、負極側の端の太陽電池モジュール１２内の断線を判定することができる。
【００６８】
＜太陽電池モジュール数とインダクタンスとの関係を求める別例＞
図９では、太陽電池モジュール数とインダクタンスとの測定結果の関係がプロットされている。ここで、第１インピーダンスの周波数特性は、太陽電池ストリング６の等価回路から計算することができる。そして、太陽電池ストリングの等価回路は、個々の太陽電池モジュールの等価回路に基づいて決定することができる。このため、図９のような、太陽電池モジュール数とインダクタンスとの測定結果の関係は、１つの太陽電池モジュールの等価回路が決定できれば、計算によって求めることも可能である。以下、ステップＳ３の判定で用いる、図９のような、太陽電池モジュール数とインダクタンスとの測定結果の関係を、計算によって求める方法について説明する。
【００６９】
図１０は、暗状態における太陽電池モジュールの等価回路モデルを示す回路図である。図１０の等価回路では、端子３０ａと端子３０ｂとの間に、インダクタンスＬｍｃと、インダクタンスＬｍｓと、抵抗Ｒｍｓと、容量Ｃｍｄ及び抵抗Ｒｍｓｈの並列接続体とが直列に接続されている。そして、インダクタンスＬｍｃとインダクタンスＬｍｓとの間の接続点と、設置端子３１との間に、抵抗Ｒｍｇと、容量Ｃｍｅとが直列に接続されている。
【００７０】
ここで、端子３０ａは図１の出力ケーブル１３ａに対応し、端子３０ｂは図１の出力ケーブル１３ｂに対応し、設置端子３１は図１のアース線２５に対応する。
【００７１】
インダクタンスＬｍｃは、太陽電池セルの外部の電極配線のインダクタンスであり、抵抗Ｒｍｇは、アースを通じて接続箱１５まで経路の抵抗であり、容量Ｃｍｅは、太陽電池セル内の電極配線の一部がフレーム１２ｄの近傍を通過するように構成されていることによって、電極配線とフレーム１２ｄとの間に発生する浮遊容量である。
【００７２】
インダクタンスＬｍｓは、モジュール内部の直列のインダクタンスであり、抵抗Ｒｍｓは、モジュール内部の電極及び太陽電池セルの直列抵抗であり、容量Ｃｍｄは、モジュールを構成する全太陽電池セルの接合容量を直列接続させた実効容量であり、抵抗Ｒｍｓｈは、モジュールを構成する全太陽電池セルの並列抵抗を直列接続させた実効抵抗である。
【００７３】
図１１に示すように、１つの太陽電池モジュール１２のみのインピーダンスが、図１の太陽電池ストリング６の測定と同様に測定される。そして、その測定値に、図１０の等価回路を当てはめることにより、これらのパラメータが決定される。ここで測定される１つの太陽電池モジュールは、診断される太陽電池ストリングが備える太陽電池モジュールと同じ仕様のものであることが好ましく、診断される太陽電池ストリングの中の１枚の太陽電池モジュールであることがより好ましい。
【００７４】
以下、図１０の等価回路のパラメータを決定する方法について説明する。
【００７５】
接続箱１５のスイッチ２２ｂがオフにされ、スイッチ２２ａがオンにされた状態で、インピーダンス測定器１が、太陽電池モジュール１２の正極と負極との間のインピーダンスの周波数特性を測定する。例えば、上述と同様に、インピーダンス測定器１にネットワークアナライザを用い、１ポート反射法によって、太陽電池モジュール１２のインピーダンスの周波数特性を測定する。この測定によって得られるインピーダンスは、図１０の等価回路においては、端子３０ａと端子３０ｂの間のインピーダンスに相当する。
【００７６】
ここで、図１０の等価回路の端子３０ａと端子３０ｂとの間のインピーダンスＺＰＶ１は、次式（３）のように表される。
【００７７】
【数３】
2017212757.tif 000005
【００７８】
故障判定装置の例えば解析部２は、インピーダンス測定器１で測定された複数組のインピーダンス及び周波数を、式（３）のインピーダンスＺＰＶ１及び周波数ｆに当てはめることにより、未知数のパラメータ（Ｌｍｃ＋Ｌｍｓ、Ｒｍｓ、Ｃｍｄ、Ｒｍｓｈ）を求める。
【００７９】
図１２及び図１３は、１つの太陽電池モジュール１２について、インピーダンスの測定値のグラフと、測定値を当てはめてパラメータが決定された式（３）のグラフとを、図７及び図８と同様に示す図である。このときに得られたパラメータ値としてはＬｍｃ＋Ｌｍｓ＝５．２μＨ，Ｒｍｓ＝１．１Ω、Ｒｍｓｈ＝１１ｋΩ、Ｃｍｄ＝０．１４μＦであった。
【００８０】
ここまでの段階で、合成インダクタンスＬｍｃ＋Ｌｍｓの値は分かるが、インダクタンスＬｍｃの値、及び、インダクタンスＬｍｓの値が不明である。また、抵抗Ｒｍｇの値、及び、容量Ｃｍｅの値も不明である。
【００８１】
そこで次に、接続箱１５のスイッチ２２ａがオフにされ、スイッチ２２ｂがオンにされた状態で、インピーダンス測定器１が、接続ケーブル１４Ｌから設置端子３１に戻る回路のインピーダンスの周波数特性を測定する。この測定によって得られるインピーダンスは、図１０の等価回路においては、端子３０ａと設置端子３１との間のインピーダンスに相当する。
【００８２】
ここで、図１０の等価回路の端子３０ａと設置端子３１との間のインピーダンスＺＰＶ２は、次式（４）のように表される。
【００８３】
【数４】
2017212757.tif 000006
【００８４】
故障判定装置は、インピーダンス測定器１で測定された複数組のインピーダンス及び周波数を、式（４）のインピーダンスＺＰＶ２及び周波数ｆに当てはめることにより、未知数のパラメータ（Ｌｍｃ、Ｒｍｇ、Ｃｍｅ）を求める。このときに得られたパラメータ値としては、Ｌｍｃ＝１．０μＨ、Ｒｍｇ＝１．０Ω、Ｃｍｅ＝１．１ｎＦであった。
【００８５】
上記の２つの測定から、合成インダクタンスＬｍｃ＋Ｌｍｓの値、及び、インダクタンスＬｍｃの値がもとまるので、インダクタンスＬｍｓの値が求まる。上述の例では、合成インダクタンスＬｍｃ＋Ｌｍｓ＝５．２μＨ、及び、Ｌｍｓ＝４．２μＨが得られているので、インダクタンスＬｍｓ＝１．０μＨ（＝５．２−４．２）が得られることになる。以上により、図６の太陽電池モジュールの等価回路のパラメータが決定される。
【００８６】
図１４は、パラメータが決定された図１０の太陽電池モジュールの等価回路９０を、Ｎ個接続して作成した太陽電池ストリングの等価回路である。なお、端子９１は図１のコネクタ２６に対応し、端子９２は図１のコネクタ２７に対応し、端子９３は図１のコネクタ２８に対応する。故障判定装置は、図１４の等価回路を変形することによって得られる図４の等価回路のインダクタンスを、パラメータ（Ｌｍｃ、Ｌｍｓ、Ｒｍｓ、Ｃｍｄ、Ｒｍｓｈ、Ｃｍｅ、Ｒｍｇ）に基づいて求める。そして、故障判定装置は、求めたインダクタンスとＮ個の等価回路９０とから、図４の等価回路のパラメータの１つであるインダクタンスを求め、太陽電池モジュール数と、求めたインダクタンスとの関係とから、図９のようなグラフを求める。
【００８７】
＜実施の形態１のまとめ＞
以上のような本実施の形態１に係る太陽電池ストリングの故障診断装置によれば、太陽電池ストリングのインダクタンスを求め、求めたインダクタンスに基づいて、太陽電池ストリングの故障の診断を行う。このような構成によれば、測定信号に高周波の信号を用いることができるので、多くの太陽電池モジュールの故障を診断することができる。また、夜間に故障診断を行うことができるので、故障診断のために太陽光発電システム全体の太陽光発電の発電量が低減してしまうことを抑制することができる。さらに、封止剤の劣化の影響を受けないので、故障診断の精度を高めることができる。
【００８８】
また、本実施の形態１によれば、求めたインダクタンスと、太陽電池モジュールの数と予め対応付けられたインダクタンスとに基づいて、太陽電池ストリングの断線の有無及び断線箇所を検出する。これにより、故障診断に必要な時間及び労力を低減することができる。
【００８９】
なお上述したように、出力ケーブル１３ａ，１３ｂの一端である端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂのいずれか一方がインピーダンス測定器１の測定端子に電気的に接続され、フレーム１２ｄがインダクタ２４を介してインピーダンス測定器１のグランド端子に電気的に接続されれば、本実施の形態１における太陽電池ストリング６の故障診断は可能である。このため、例えば出力ケーブル１３ａ，１３ｂの他端である端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂの他方は、インピーダンス測定器１のグランド端子と接続される必要はないし、接続箱１５は必須ではない。ただし、端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂの他方と、インピーダンス測定器１のグランド端子とを接続する構成によれば、後述する実施の形態２のように非周期的な構成を有する太陽電池ストリングの故障診断を行うことができる。また、接続箱１５を備える構成によれば、故障診断を行う際の配線の接続を容易化することが可能となる。
【００９０】
＜実施の形態２＞
図１５は、本発明の実施の形態２に係る故障診断装置で診断される太陽電池ストリングの概略構成を模式的に示す図である。以下、本実施の形態で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００９１】
実施の形態１に係る故障診断装置の故障診断対象としては、図１に示したように、太陽電池ストリング６が、周期的に配列された複数の太陽電池モジュール１２を備える場合を前提としている。しかしながら、図１５に示すように、途中に他の多くの配線よりも長いまたは短い特定の配線が介在することにより、太陽電池ストリング６が、太陽電池ストリング６が、非周期的に配列された複数の太陽電池モジュール１２を備えることもある。実施の形態１に係る故障診断装置では、図１５に示す太陽電池ストリング６の特定の配線によるインダクタンスが不明である場合に、太陽電池ストリング６の太陽電池モジュール数ＮとインダクタンスＬｓとの関係を予め決定することができず、その結果として、故障診断ができない場合がある。これに対して、本実施の形態２に係る故障診断装置では、図１５のような太陽電池ストリング６の故障を診断可能となっている。
【００９２】
＜故障診断＞
図１６は、本実施の形態１に係る故障診断装置が太陽電池ストリング６の故障の診断を行う際の動作を示すフローチャートである。なお、ステップＳ１１は、例えば夜間など太陽光発電システムが停止されても支障がない時間に行われるものとする。また、ステップＳ１１を前段階として、実施の形態１で説明した図３のステップＳ１の前段階と同様に各コネクタの接続などが行われているものとする。
【００９３】
ステップＳ１１にて、接続箱１５のスイッチ２２ｂがオフにされ、スイッチ２２ａがオンにされる。
【００９４】
ステップＳ１２にて、インピーダンス測定器１は、例えば実施の形態１と同様の測定方法を用いることによって、太陽電池ストリング６の端側出力ケーブル１３ａ，１３ｂの一方と他方との間の第２インピーダンスの周波数特性を測定する。
【００９５】
ステップＳ１３にて、解析部２は、太陽電池ストリング６の予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス及び周波数を含む関係式と、インピーダンス測定器１で測定された第２のインピーダンスの周波数特性とに基づいて、太陽電池ストリング６のキャパシタンスである容量を求める。
【００９６】
図１７は、図１５の太陽電池ストリング６の等価回路モデルを示す回路図である。図１７の等価回路は、図４の等価回路と同様に、複数の太陽電池モジュール１２が接続された太陽電池ストリング６を、１つの仮想の等価的な太陽電池モジュールとして簡易化した等価回路である。ただし、図１７の両端子は、出力ケーブル１３ａ，１３ｂに対応している。
【００９７】
太陽電池ストリング６を構成する太陽電池モジュール１２の数をＮとし、かつ、個々のモジュールの等価回路定数が等しいとすると、図１７の等価回路の各構成要素のパラメータ（Ｌｓ２、Ｒｓ、Ｒｓｈ、Ｃｄ）は、図１０のパラメータ（Ｌｍｃ、Ｌｍｓ、Ｒｍｓ、Ｒｍｓｈ、Ｃｍｄ）を用いて次式（５）〜（８）のように表される。
【００９８】
【数５】
2017212757.tif 000007
【００９９】
【数６】
2017212757.tif 000008
【０１００】
【数７】
2017212757.tif 000009
【０１０１】
【数８】
2017212757.tif 000010
【０１０２】
また、図１７の等価回路の両端子の間のインピーダンスＺｓｔ２は、次式（９）のように表される。
【０１０３】
【数９】
2017212757.tif 000011
【０１０４】
ここで、Ｃｄの物理単位は、式（８）に示すように容量Ｃｍｄと同じである。このため、式（９）の関係式は、太陽電池ストリング６の予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス及び周波数を含む関係式である。
【０１０５】
解析部２は、インピーダンス測定器１で測定された複数組の第２インピーダンス及び周波数を、式（９）のインピーダンスＺｓｔ２及び周波数ｆに当てはめることにより、未知数のパラメータ（Ｌｓ２、Ｒｓ、Ｒｓｈ、Ｃｄ）を求める。これにより、太陽電池ストリング６の容量Ｃｄが求まる。
【０１０６】
ステップＳ１４にて、判定部３は、解析部２で求めた容量Ｃｄに基づいて、太陽電池ストリング６の断線の有無を検出する。一般的に、断線が存在すると、容量Ｃｄの値が断線部の容量になるため、容量Ｃｄの値は上式（８）で予測される値よりもはるかに小さくなる。そこで、判定部３は、解析部２で求めた容量Ｃｄが、予め定められた閾値よりも低い場合に、太陽電池ストリング６に断線があると判定する。ここでは、配線の接続に断線があった場合の容量Ｃｄを調べると１ｎＦ程度であったことから、予め定められた閾値に２ｎＦを用いた。
【０１０７】
図１８、図１９、図２０及び図２１は、第２インピーダンスの測定値のグラフと、測定値を当てはめてパラメータが決定された式（９）のグラフとを、図７及び図８と同様に示す図である。なお、図１８及び図１９は、２つ目のモジュールと３つ目のモジュールとが長い出力ケーブルで接続された５つの太陽電池モジュール１２を備え、かつ、長い出力ケーブルに断線が無い太陽電池ストリング６についてのグラフである。一方、図２０及び図２１は、同様の５つの太陽電池モジュール１２を備え、かつ、長い出力ケーブルに断線がある太陽電池ストリング６についてのグラフである。
【０１０８】
図１８〜図２１に示すように、式（９）により示されるグラフは、測定値のグラフと低周波数側の共振点で良く一致している。なお、図１８及び図１９の場合、つまり断線がない場合に得られた容量Ｃｄは３２ｎＦであった。一方、図２０及び図２１の場合、つまり断線がある場合に得られた容量Ｃｄは１ｎＦであった。このため、上述のように構成された判定部３は、容量Ｃｄが２ｎＦ以上である図１８及び図１９の場合には断線がないと判定し、容量Ｃｄが１ｎＦより小さい図２０及び図２１の場合には断線があると判定する。
【０１０９】
＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態２に係る太陽電池ストリングの故障診断装置によれば、太陽電池ストリングのキャパシタンスを求め、求めたキャパシタンスに基づいて、太陽電池ストリングの故障の診断を行う。このような構成によれば、図１５のように長い配線などが存在することによって、非周期的に配列された複数の太陽電池モジュール１２を備える太陽電池ストリング６についても、断線の有無を検出することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態２で説明した診断方法で断線の有無が判定された後に、実施の形態１で説明した診断方法で断線の有無が判定されてもよい。例えば図１５の太陽電池ストリング６において、本実施の形態２で説明した方法で、左側の５つの太陽電池モジュール１２と、右側の５つの太陽電池モジュール１２との間の配線に断線の有無が判定されたとする。その後に、左側の５つの太陽電池モジュール１２を１つの単位として、正極側からコネクタ２６とコネクタ２８との間のインピーダンスを測定することにより、当該５つの太陽電池モジュール１２について故障の有無及び断線位置を判定することができる。それから、右側の５つの太陽電池モジュール１２を１つの単位として、負極側からコネクタ２７とコネクタ２９との間のインピーダンスを測定することにより、当該５つの太陽電池モジュール１２について断線の有無及び断線位置を判定することができる。
【０１１１】
このように、太陽電池ストリング６全体の複数の太陽電池モジュール１２が非周期的に配列された場合に、本実施の形態２に係る診断方法を用いて、多くの配線と長さが異なる特定の配線の断線の有無を判定する。その後に、複数の太陽電池モジュール１２を当該特定の配線で区分し、区分した単位の太陽電池モジュール１２について、実施の形態１に係る診断方法を行なえば、断線の有無及び断線位置を判定することが可能となる。
【０１１２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【０１１３】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１１４】
１  インピーダンス測定器、２  解析部、３  判定部、６  太陽電池ストリング、１２  太陽電池モジュール、１２ａ  太陽光発電部、１２ｄ  フレーム、１３ａ，１３ｂ  出力ケーブル。
【図１】
2017212757.tif 000012
【図２】
2017212757.tif 000013
【図３】
2017212757.tif 000014
【図４】
2017212757.tif 000015
【図５】
2017212757.tif 000016
【図６】
2017212757.tif 000017
【図７】
2017212757.tif 000018
【図８】
2017212757.tif 000019
【図９】
2017212757.tif 000020
【図１０】
2017212757.tif 000021
【図１１】
2017212757.tif 000022
【図１２】
2017212757.tif 000023
【図１３】
2017212757.tif 000024
【図１４】
2017212757.tif 000025
【図１５】
2017212757.tif 000026
【図１６】
2017212757.tif 000027
【図１７】
2017212757.tif 000028
【図１８】
2017212757.tif 000029
【図１９】
2017212757.tif 000030
【図２０】
2017212757.tif 000031
【図２１】
2017212757.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月20日(2017.7.20)
【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】
それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
（ａ）インピーダンス測定器が、前記複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続する前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
（ｂ）前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記工程（ａ）で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う工程と
を備える、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）で求めた前記インダクタンスと、前記太陽光発電部が電気的に直列接続された前記太陽電池モジュールの数と予め対応付けられたインダクタンスとに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無及び断線箇所を検出する工程を含む、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
（ｄ）インピーダンス測定器が、前記複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続する前記出力ケーブルの一端と他端との間の第２インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、
（ｅ）前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス及び周波数を含む関係式と、前記工程（ｄ）で測定された前記第２インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのキャパシタンスを求める工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）で求めた前記キャパシタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無を検出する工程と
を備える、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【請求項４】
それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断装置であって、
前記複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続する前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定するインピーダンス測定器と、
前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記インピーダンス測定器で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める解析部と、
前記解析部で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う判定部と
を備える、太陽電池ストリングの故障診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池ストリングの故障診断装置であって、
前記判定部は、
前記解析部で求めた前記インダクタンスと、前記太陽光発電部が電気的に直列接続された前記太陽電池モジュールの数と予め対応付けられたインダクタンスとに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無及び断線箇所を検出する、太陽電池ストリングの故障診断装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の太陽電池ストリングの故障診断装置であって、
前記インピーダンス測定器は、
前記複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続する前記出力ケーブルの一端と他端との間の第２インピーダンスの周波数特性を測定し、
前記解析部は、
前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス及び周波数を含む関係式と、前記インピーダンス測定器で測定された前記第２のインピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのキャパシタンスを求め、
前記判定部は、
前記解析部で求めた前記キャパシタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの断線の有無を検出する、太陽電池ストリングの故障診断装置。
【請求項７】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の太陽電池ストリングの故障診断方法であって、
前記工程（ａ）は、前記太陽光発電部が暗状態である時間に行われる、太陽電池ストリングの故障診断方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第１局面に係る太陽電池ストリングの故障診断方法は、それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断方法であって、（ａ）インピーダンス測定器が、前記複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続する前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定する工程と、（ｂ）前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記工程（ａ）で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う工程とを備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第２局面に係る太陽電池ストリングの故障診断装置は、それぞれが、太陽光発電部と導電性のフレームとを有する複数の太陽電池モジュールを備え、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記太陽光発電部が出力ケーブルによって電気的に直列接続されるとともに、前記複数の太陽電池モジュールの複数の前記フレームが電気的に共通接続された太陽電池ストリングの故障診断装置であって、前記複数の太陽電池モジュールを電気的に直列接続する前記出力ケーブルの一端と、電気的に共通接続された前記複数のフレームとの間の第１インピーダンスの周波数特性を測定するインピーダンス測定器と、前記太陽電池ストリングの予め定められた等価回路におけるインピーダンス、インダクタンス及び周波数を含む関係式と、前記インピーダンス測定器で測定された前記第１インピーダンスの周波数特性とに基づいて、前記太陽電池ストリングのインダクタンスを求める解析部と、前記解析部で求めた前記インダクタンスに基づいて、前記太陽電池ストリングの故障の診断を行う判定部とを備える。
【国際調査報告】
2017212757.tif 000033
2017212757.tif 000034