(57)【要約】【課題】太陽光発電セルにおける発電能力低下の検出を可能にする診断装置および太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電部における出力電圧または出力電流を制御する制御部２３と、太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電セルごとの発熱状況を検出する検出部２１と、制御部２３が太陽光発電部における発電される電力が最大となる電圧よりも低い電圧である検出用電圧に出力電圧を制御した際、または、発電効率が最大となる電流よりも高い電流である検出用電流に出力電流を制御した際に、他の部分よりも発熱量が大きい太陽光発電セルを選択する選択部２４と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電部における出力電圧または出力電流を制御する制御部と、
前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電セルごとの発熱状況を検出する検出部と、
前記制御部が前記太陽光発電部における発電される電力が最大となる電圧よりも低い電圧である検出用電圧に前記出力電圧を制御した際、または、前記発電される電力が最大となる電流よりも高い電流である検出用電流に前記出力電流を制御した際に、他の部分よりも発熱量が大きい前記太陽光発電セルを選択する選択部と、
が設けられていることを特徴とする診断装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記太陽光発電部における複数の前記太陽光発電セルごとの発熱状態を画像として取得する撮像装置であることを特徴とする請求項１記載の診断装置。
【請求項３】
前記選択部は、前記撮像装置により取得された画像を分析することにより、他と比較して発熱量が大きい前記太陽光発電セルを選択することを特徴とする請求項２記載の診断装置。
【請求項４】
複数の太陽光発電セルから構成された太陽光発電部と、
前記太陽光発電部における出力電流および出力電圧を制御するパワーコンディショナと、
請求項１から３のいずれかに記載の診断装置と、
が設けられていることを特徴とする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、太陽光発電システムにおける発電能力低下の検出に用いて好適な診断装置および太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムにおいて、発電能力の低下を検出する種々の技術が提案されている。例えば、特別な計測装置を用いることなく太陽光発電パネルや、太陽光発電パネルを複数組み合わせた太陽光発電ストリングにおける出力性能を正確に診断する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０５９１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光発電システムにおける発電能力の低下は、太陽光発電パネル単位や、太陽光発電ストリング単位で発生している場合もあるが、太陽光発電パネルを構成する太陽光発電セルの単位で発生している場合もある。上述の特許文献１に記載された診断技術では、太陽光発電パネル単位や、太陽光発電ストリング単位で発生している発電能力の低下を診断することはできても、太陽光発電セルの単位で発生している発電能力の低下の診断はできないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽光発電セルにおける発電能力低下の検出を可能にする診断装置および太陽光発電システム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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る診断装置は、太陽光発電部における出力電圧または出力電流を制御する制御部と、前記太陽光発電部を構成する複数の太陽光発電セルごとの発熱状況を検出する検出部と、前記制御部が前記太陽光発電部における発電される電力が最大となる電圧よりも低い電圧である検出用電圧に前記出力電圧を制御した際、または、前記発電される電力が最大となる電流よりも高い電流である検出用電流に前記出力電流を制御した際に、他の部分よりも発熱量が大きい前記太陽光発電セルを選択する選択部と、が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る太陽光発電システムは、複数の太陽光発電セルから構成された太陽光発電部と、前記太陽光発電部における出力電流および出力電圧を制御するパワーコンディショナと、本発明の第１の態様に係る診断装置と、が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る診断装置、および、第２の態様に係る太陽光発電システムによれば、出力電圧を検出用電圧に制御することにより、または、出力電流を検出用電流に制御することにより、太陽光発電部を構成する他の太陽光発電セルと比較して発電能力が低下している太陽光発電セルを選択することが可能となる。つまり、太陽光発電部における出力電圧を検出用電圧に低下させることにより、または、出力電流を検出用電流に増加させることにより、発電能力が他と比較して低下している太陽光発電セルは、比較して発電能力が低下していない他の太陽光発電セルよりも発熱量が大きくなる。選択部により他の太陽光発電セルよりも発熱量が大きな太陽光発電セルを選択することにより、発電能力が低下している太陽光発電セルを選択することが可能となる。
【０００９】
上記発明の第１の態様において前記検出部は、前記太陽光発電部における複数の前記太陽光発電セルごとの発熱状態を画像として取得する撮像装置である構成が好ましい。
このように発熱状態を画像として取得する撮像装置を検出部として用いることにより、発熱量が大きい太陽光発電セルの選択を行いやすくなる。例えば、検出部として複数の太陽光発電セルのそれぞれに温度を測定するセンサを設ける場合と比較すると、検出部の数や設置する箇所が少なくなる。そのため、発熱量が大きい太陽光発電セルの選択を行うために必要な設備投資額が少なくなるともに設置に要する手間が少なくなる。
【００１０】
さらに、検出部を設けるための制約も少なくなるため、既存の太陽光発電部に対して後付けで検出部を設けやすくなる。また、検出部は固定して配置されるものであってもよいし、太陽光発電部の周囲を移動可能な移動体に設けられたものであってもよい。
【００１１】
上記構成において前記選択部は、前記撮像装置により取得された画像を分析することにより、他と比較して発熱量が大きい前記太陽光発電セルを選択することが好ましい。
このように画像分析を用いることにより、他と比較して発熱量が大きい太陽光発電セルの選択状況を把握しやすくなる。例えば、太陽光発電部における選択された太陽光発電セルの相対的な位置を把握しやすくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の診断装置および太陽光発電システムによれば、出力電圧を検出用電圧に制御した際に、他の太陽光発電セルよりも発熱量が大きな太陽光発電セルを選択することにより、太陽光発電セルにおける発電能力の低下が検出することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る太陽光発電システムの構成を説明する摸式図である。
【図２】図１の診断装置の構成を説明するブロック図である。
【図３】図３（a）は、ＭＰＰＴ動作点となる電圧Ｖｍａｘと検出用電圧Ｖ１との関係を説明するグラフであり、図３（a）は、電圧Ｖｍａｘと検出用電圧Ｖ１との関係、および、電流Ａｍａｘと検出用電流Ａ１との関係を説明するグラフである。
【図４】発電能力の低下を検出、診断する制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】発熱量が大きい太陽光発電セルが選択された状態を示す画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の一実施形態に係る太陽光発電システム１および診断装置２０について、図１から図５を参照しながら説明する。本実施形態の太陽光発電システム１は、図１に示すように、太陽光発電部１０と、パワーコンディショナ１５（以後「ＰＣＳ１５」とも表記する。）と、診断装置２０と、を主に備えている。
【００１５】
太陽光発電部１０は、太陽光が入射されることにより発電を行うものである。太陽光発電部１０は、太陽光発電アレイ、太陽光発電ストリング、太陽光発電モジュール、太陽光発電セル１１の階層状の構成を有したものである。
【００１６】
太陽光発電セル１１は、太陽光発電部１０における最小の単位の発電素子である。この複数の太陽光発電セル１１から太陽光発電モジュールが形成され、複数の太陽光発電モジュールから太陽光発電ストリングが形成される。複数の太陽光発電ストリングから太陽光発電アレイが形成される。
【００１７】
なお、太陽光発電部１０としては、公知のものを用いることができ、太陽光発電セル１１の構造などの形式や、発電原理などを限定するものではない。さらに太陽光発電アレイなどの配置位置や、配置姿勢などについても限定するものではない。
【００１８】
ＰＣＳ１５は、太陽光発電部１０が発電して出力する際の出力電流および出力電圧を制御するものである。ＰＣＳ１５は、後述する制御部２３から出力される制御信号に基づいて出力電流および出力電圧の少なくとも一方を制御可能なものである。
【００１９】
本実施形態では、１つのＰＣＳ１５が、３つの太陽光発電部１０の制御に用いられている例に適用して説明するが、３つよりも少ない太陽光発電部１０の制御に用いられてもよいし、３つよりも多くの太陽光発電部１０の制御に用いられてもよい。また、ＰＣＳ１５としては、公知のものを用いることができ、その形式や方式などを限定するものではない。
【００２０】
診断装置２０は、太陽光発電部１０における発電能力の低下を診断、検出するものである。診断装置２０は、太陽光発電部１０における最小の単位の発電素子である太陽光発電セル１１単位で、発電能力の低下を診断、検出が可能なものである。
【００２１】
診断装置２０は、図２に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するサーバなどの情報処理装置と、検出部２１とから主に構成されているものである。上述のＲＯＭ等の記憶装置に記憶されているプログラムは、図２に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースを協働させて、少なくとも入出力部２２、制御部２３、選択部２４、および、記憶部２５として機能させるものである。
【００２２】
検出部２１は、太陽光発電部１０を構成する複数の太陽光発電セル１１ごとの発熱状況を検出するものである。本実施形態では、検出部２１が複数の太陽光発電セル１１ごとの発熱状態を画像として取得する撮像装置である例に適用して説明する。具体的には発熱状態に応じて太陽光発電セル１１から放射される赤外線を画像として取得する赤外線カメラである例に適用して説明する。
【００２３】
検出部２１は、上方から太陽光発電部１０を撮像可能な位置に配置されることが好ましい。例えば、太陽光発電部１０の近傍に設けられたＰＣＳ１５などが収納される建物の上部や、直立して設置された棒状の支柱の上部に設けられてもよい。または、太陽光発電部１０の上方を飛行する無線操縦される飛翔体（例えば、ヘリコプターや、ドローンなど）に検出部２１が設けられてもよい。
【００２４】
入出力部２２は、検出部２１から出力される発熱状態を表す画像信号が入力されるものであり、かつ、ＰＣＳ１５に対して出力電圧および出力電流の少なくとも一方の制御を行う制御信号を出力するものである。本実施形態では、出力電圧の制御を行う例に適用して説明を行う。
【００２５】
制御部２３は、ＰＣＳ１５に出力する制御信号を生成するものである。当該制御信号には、出力電圧および出力電流の少なくとも一方の制御を行う制御信号も含まれる。具体的には、発電能力の低下を検出する際に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、太陽光発電部１０において発電される電力が最大（ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）動作点）となる電圧Ｖｍａｘよりも低い電圧である検出用電圧Ｖ１に出力電圧を制御する制御信号、および、発電される電力が最大となる電流Ａｍａｘよりも大きい電流である検出用電流Ａ１に出力電流を制御する制御信号の少なくとも一方も含まれる。本実施形態では、検出用電圧Ｖ１に出力電圧を制御する制御信号が含まれる例に適用して説明する。
【００２６】
選択部２４は、太陽光発電部１０を構成する太陽光発電セル１１のうち、他の部分よりも発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌを選択するものである。本実施形態では、赤外線カメラである検出部２１により取得された画像を分析することにより、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌを選択する例に適用して説明する。
【００２７】
記憶部２５は、検出部２１から入力された画像の情報や、選択部２４における画像分析に必要なパラメータや、選択された発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌに関する情報など、種々の情報を記憶するものである。
【００２８】
次に、上記の構成からなる太陽光発電システム１の診断装置２０による発電能力の低下を検出、診断する制御について説明する。診断装置２０は、予め定められた所定の間隔を空けたタイミングで発電能力の低下を検出、診断する制御を行ってもよいし、太陽光発電システム１の管理者の指示に従って所望のタイミングで発電能力の低下を検出、診断する制御を行ってもよい。
【００２９】
制御が開始されると、図４に示すように、診断装置２０は、出力電圧を検出用電圧Ｖ１に制御する処理を行う（Ｓ１１）。具体的には、診断装置２０の制御部２３は、検出用電圧Ｖ１に出力電圧を制御する制御信号を生成する処理を行う。生成された制御信号は、入出力部２２からＰＣＳ１５へ出力される。ＰＣＳ１５は、入力された制御信号に基づいて出力電圧を検出用電圧Ｖ１に制御する。
【００３０】
次に診断装置２０は、複数の太陽光発電セル１１ごとの発熱状況を示す画像情報を取得する処理を行う（Ｓ１３）。具体的には、検出部２１から複数の太陽光発電セル１１ごとの発熱状態を示す画像情報が取得される。
【００３１】
取得する画像情報は、出力電圧を検出用電圧Ｖ１に制御したことによる太陽光発電セル１１の発熱状況の変動が落ち着くまでの時間が空けられた後に取得されたものであることが好ましい。
【００３２】
例えば、検出部２１は常に画像情報を入出力部２２へ出力しており、選択部２４による選択に用いられる画像情報として、発熱状況の変動が落ち着くまでの時間が空けられた後に取得された画像情報を抽出してもよい。
【００３３】
または、発熱状況の変動が落ち着くまでの時間が空けられた後に、制御部２３から画像情報の取得を停止している検出部２１に制御信号を出力し、制御信号を受けた検出部２１が画像情報を取得してもよい。
【００３４】
画像情報を取得すると、診断装置２０の選択部２４は、他の部分よりも発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌを選択する処理を行う（Ｓ１５）。具体的には、画像情報を分析することにより、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌを選択する処理を行う。なお、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌを選択する画像分析方法としては、公知の方法を用いることができその演算内容を限定するものではない。
【００３５】
図５に示す画像は、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌが選択された状態を示す一例である。図５では、温度の低い太陽光発電セル１１は暗い色で表示され、温度の高い太陽光発電セル１１は明るい色で表示されている。暗い色から明るい色までの間は、所望の段階に分けられている。
【００３６】
本実施形態では、最も明るい段階の太陽光発電セル１１が、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌとして選択されている。選択された太陽光発電セル１１Ｌには、例えば輪郭線を強調する処理を施し、識別を容易にしてもよい。また、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌを選択する際の閾値は予め定めたものが用いられる。
【００３７】
ここで、他の太陽光発電セル１１よりも発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌとは、その内部における抵抗が、他の太陽光発電セル１１より高いものと考えられる。そのため、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌは、他の太陽光発電セル１１よりも発電効率が低下している太陽光発電セル１１と考えることができる。
【００３８】
また、出力電圧を検出用電圧Ｖ１に制御することは、出力電流を検出用電流Ａ１に制御することと同様と考えられる（図３（ｂ）参照。）。出力電圧を検出用電圧Ｖ１に制御している期間中は、複数の太陽光発電セル１１に流れる電流が検出用電流Ａ１となり、ＭＰＰＴ制御時の電流よりも大きくなる。そのため、発電効率が低下している太陽光発電セル１１Ｌと、発電効率が低下していない太陽光発電セル１１との発熱状況の差が大きくなる。つまり、発電効率が低下している太陽光発電セル１１Ｌの検出、診断が行いやすくなる。
【００３９】
診断装置２０は、選択された太陽光発電セル１１Ｌに関する情報を、診断装置２０に設けられた液晶ディスプレイなどの表示機器に表示させてもよいし、診断装置２０に情報が通信可能に接続された他のサーバなどの情報処理機器に出力してもよい。上述の処理が終了すると、診断装置２０は次の検出、診断を行うタイミングまで待機する。
【００４０】
上記の構成の太陽光発電システム１、および、診断装置２０によれば、出力電圧を検出用電圧Ｖ１に制御することにより、または、出力電流を検出用電流Ａ１に制御することにより、太陽光発電部１０を構成する他の太陽光発電セル１１と比較して発電能力が低下している太陽光発電セル１１Ｌを選択することが可能となる。つまり、太陽光発電部１０における出力電圧を検出用電圧Ｖ１に低下させることにより、または、出力電流を検出用電流Ａ１に増加させることにより、発電能力が他と比較して低下している太陽光発電セル１１Ｌは、比較して発電能力が低下していない他の太陽光発電セル１１よりも発熱量が大きくなる。つまり、他の太陽光発電セル１１よりも発熱量が大きな太陽光発電セル１１Ｌを選択することにより、発電能力が低下している太陽光発電セル１１Ｌを選択することが可能となる。
【００４１】
発熱状態を画像として取得する赤外線カメラなどの撮像装置を検出部２１として用いることにより、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌの選択を行いやすくなる。例えば、検出部２１として複数の太陽光発電セル１１のそれぞれに温度を測定するセンサを設ける場合と比較すると、検出部２１の数や設置する箇所が少なくなる。そのため、発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌの選択を行うために必要な設備投資額が少なくなるともに設置に要する手間が少なくなる。
【００４２】
さらに、検出部２１を設けるための制約も少なくなるため、既存の太陽光発電部に対して後付けで検出部２１を設けやすくなる。また、検出部２１は太陽光発電部１０の周囲の高所に固定して配置されるものであってもよいし、ドローンのような太陽光発電部１０の周囲を移動可能な移動体や飛翔体に設けられたものであってもよい。
【００４３】
発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌの選択に画像分析を用いることにより、他と比較して発熱量が大きい太陽光発電セル１１Ｌの選択状況を把握しやすくなる。例えば、太陽光発電部１０における選択された太陽光発電セル１１Ｌの相対的な位置を把握しやすくなる。
【符号の説明】
【００４４】
１…太陽光発電システム、１０…太陽光発電部、１１…太陽光発電セル、１５…パワーコンディショナ、２０…診断装置、２１…検出部、２３…制御部、２４…選択部、Ｖ１…検出用電圧、Ａ１…検出用電流
【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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