(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から入力した直流電力を交流電力に変換して出力する太陽光発電用インバータであって、
電力変換処理の制御に用いる電圧値および電流値を検出するセンサ手段と、
前記電圧値および前記電流値と、前記電圧値および前記電流値に設定された異常検出値とを比較して、前記太陽光発電用インバータの異常を検出する異常検出手段と、
前記電圧値および前記電流値、前記異常検出手段で検出された異常の状態を示す異常ステータスを記録可能な状態記録手段と、
前記異常検出手段で異常が検出された場合、前記異常ステータス、および、異常が検出された項目に該当する前記電圧値または前記電流値を、前記状態記録手段に記録する制御を行う記録制御手段と、
前記太陽電池からの前記直流電力を用いて生成された制御電源の電圧を検出する制御電圧検出手段と、
を備え、
前記記録制御手段は、前記制御電圧検出手段において前記制御電源の電圧が前記太陽光発電用インバータの動作を維持できない電圧まで低下したことが検出された場合、および、前記異常検出手段で異常が検出された場合、検出された時点までの前記太陽光発電用インバータの前記交流電力の総出力電力量を前記電圧値および前記電流値を用いて算出し、前記総出力電力量および前記総出力電力量の記録回数、前記異常ステータスを前記状態記録手段に記録する制御を行う、
太陽光発電用インバータ。
【請求項２】
前記センサ手段は、前記太陽光発電用インバータの内部温度を測定し、
前記記録制御手段は、前記異常検出手段で異常が検出された場合、さらに、前記内部温度を前記状態記録手段に記録する制御を行う、
請求項１に記載の太陽光発電用インバータ。
【請求項３】
前記記録制御手段は、前記異常検出手段で異常が検出された場合、さらに、前記異常が検出された項目に該当しない前記電圧値または前記電流値を前記状態記録手段に記録する制御を行う、
請求項１または２に記載の太陽光発電用インバータ。
【請求項４】
太陽電池から入力した直流電力を交流電力に変換して出力する太陽光発電用インバータであって、
電力変換処理の制御に用いる電圧値および電流値を検出するセンサ手段と、
前記電圧値および前記電流値と、前記電圧値および前記電流値に設定された異常検出値とを比較して、前記太陽光発電用インバータの異常を検出する異常検出手段と、
前記太陽電池からの前記直流電力を用いて生成された制御電源の電圧を検出する制御電圧検出手段と、
前記太陽光発電用インバータの前記交流電力の総出力電力量および前記総出力電力量の記録回数、前記異常検出手段で検出された異常の状態を示す異常ステータスを記録可能な状態記録手段と、
前記制御電圧検出手段において前記制御電源の電圧が前記太陽光発電用インバータの動作を維持できない電圧まで低下したことが検出された場合、および、前記異常検出手段で異常が検出された場合、検出された時点までの前記総出力電力量を前記電圧値および前記電流値を用いて算出し、前記総出力電力量および前記総出力電力量の記録回数、前記異常ステータスを前記状態記録手段に記録する制御を行う記録制御手段と、
を備える太陽光発電用インバータ。
【請求項５】
前記記録制御手段は、前記交流電力の出力が規定された時間継続した場合のみ、前記総出力電力量および前記記録回数を前記状態記録手段に記録する制御を行う、
請求項１から４のいずれか１つに記載の太陽光発電用インバータ。
【請求項６】
前記記録制御手段は、前記状態記録手段に前記太陽光発電用インバータの運転開始日の情報を設定する、
請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽光発電用インバータ。
【請求項７】
さらに、
前記太陽光発電用インバータが前記交流電力を出力している総運転時間を計測する運転時間計測手段、
を備え、
前記記録制御手段は、さらに、前記運転時間計測手段で計測された前記総運転時間を前記状態記録手段に記録する制御を行う、
請求項１から６のいずれか１つに記載の太陽光発電用インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電用インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システム用のＰＶ（Photo  Voltaic）インバータにおいて、外的ストレス、寿命、製品トラブルによる故障、または保護機能の誤動作が起こった場合、原因を究明して適切な対策を講じる必要がある。下記特許文献１では、ＰＶインバータが、故障した場合または保護機能が動作した場合に、故障内容または保護動作についての異常検出項目を表示および記録する技術が開示されている。ＰＶインバータは、異常状態のモード判定を行い、エラーコードの情報をメモリ部に記録する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、ＰＶインバータの故障原因を究明する際、製品がどの様な環境下で使用された結果、例えば、太陽電池入力の電圧が異常であった、または、雷サージが印加された、または、連系している系統電圧が異常になったことによって不具合が発生したかを把握できない場合が多い。そのため、異常検出項目だけでは解析時の情報が不足して原因の究明が困難である、という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常検出時の状況を把握して解析性を向上可能な太陽光発電用インバータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池から入力した直流電力を交流電力に変換して出力する太陽光発電用インバータであって、電力変換処理の制御に用いる電圧値および電流値を検出するセンサ手段と、前記電圧値および前記電流値と、前記電圧値および前記電流値に設定された異常検出値とを比較して、前記太陽光発電用インバータの異常を検出する異常検出手段と、前記電圧値および前記電流値、前記異常検出手段で検出された異常の状態を示す異常ステータスを記録可能な状態記録手段と、前記異常検出手段で異常が検出された場合、前記異常ステータス、および、異常が検出された項目に該当する前記電圧値または前記電流値を、前記状態記録手段に記録する制御を行う記録制御手段と、前記太陽電池からの前記直流電力を用いて生成された制御電源の電圧を検出する制御電圧検出手段と、を備え、前記記録制御手段は、前記制御電圧検出手段において前記制御電源の電圧が前記太陽光発電用インバータの動作を維持できない電圧まで低下したことが検出された場合、および、前記異常検出手段で異常が検出された場合、検出された時点までの前記太陽光発電用インバータの前記交流電力の総出力電力量を前記電圧値および前記電流値を用いて算出し、前記総出力電力量および前記総出力電力量の記録回数、前記異常ステータスを前記状態記録手段に記録する制御を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、異常検出時の状況を把握して解析性を向上できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１の太陽光発電システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、異常検出部の構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１で状態記録部に記録した情報を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２で状態記録部に記録した情報を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態３で状態記録部に記録した情報を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態３で状態記録部に記録した情報を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態４で状態記録部に記録した情報を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる太陽光発電用インバータ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。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態の太陽光発電システムの構成例を示す図である。太陽光発電システムは、太陽電池１と、太陽光発電用インバータ２と、系統３と、を備える。以降の説明において、太陽光発電用インバータ２をＰＶインバータ２と称する。太陽電池１は、太陽光により発電した直流電力をＰＶインバータ２に出力する。ＰＶインバータ２は、太陽電池１から入力した直流電力を交流電力に変換し、系統３または図示しない家電機器の負荷に出力する。系統３は、商用電力系統であり、ＰＶインバータ２からの交流電力を入力することができる。
【００１１】
ＰＶインバータ２の構成について説明する。ＰＶインバータ２は、電力変換部４と、センサ部５と、制御電源生成部６と、制御部７と、を備える。電力変換部４は、直流電力を交流電力に変換する処理を行う。なお、電力変換部４での電力変換処理は従来同様であり、一般的な構成および動作のため、詳細な説明については省略する。センサ部５は、電力変換部４の各処理時点での電圧値などを検出する。制御電源生成部６は、太陽電池１から入力した直流電力を用いて制御部７を駆動する制御電源を生成する。制御部７は、制御電源生成部６から制御電源を受け、ＰＶインバータ２の動作を制御する。また、制御部７は、センサ部５で検出された各処理時点での電圧値などを用いてＰＶインバータ２が異常状態にあるかどうかを判定し、異常状態と判定した場合に、ＰＶインバータ２の動作状態を記録する。
【００１２】
センサ部５は、太陽電池１から入力した直流電力の入力電圧値を検出する入力電圧検出部５１と、電力変換部４での電力変換処理中の母線電圧値を検出する母線電圧検出部５２と、電力変換部４から出力する交流電力の出力電圧値および出力電流値を検出する出力電圧電流検出部５３と、ＰＶインバータ２の内部温度を検出する温度検出部５４と、を備える。入力電圧値、母線電圧値、出力電圧値および出力電流値は、いずれも直流電力を目標の交流電力に変換する際の電力変換部４の制御に必要な情報である。なお、図１に示すセンサ部５では、電力変換部４の３つの処理時点で電圧を検出し、１つの処理時点で電流を検出しているが、一例であり、さらに他の処理時点の電圧および電流を検出してもよい。
【００１３】
制御部７は、センサ部５で検出された各電圧値および出力電流値と、あらかじめ設定した異常検出値とを比較してＰＶインバータ２の動作の異常を検出する異常検出部７１と、センサ部５で検出された各電圧値および出力電流値、また、異常検出部７１で検出された異常の状態を示す異常ステータスの情報を記録可能な不揮発性メモリである状態記録部７２と、状態記録部７２に異常ステータス、および異常ステータスに対応する項目の電圧値または出力電流値を状態記録部７２に記録する制御を行う記録制御部７３と、制御電源生成部６で生成された制御電源の電圧を検出する制御電圧検出部７４と、ＰＶインバータ２の運転時間を計測する運転時間計測部７５と、を備える。
【００１４】
つづいて、ＰＶインバータ２での異常検出動作について説明する。センサ部５は、各検出部で検出した各電圧値、出力電流値および内部温度の情報を制御部７へ出力する。
【００１５】
制御部７では、異常検出部７１が、センサ部５から入力した各電圧値および出力電流値と、各電圧値および出力電流値に対して設定した異常検出値とを比較してＰＶインバータ２の動作の異常を検出する。具体的に、入力電圧値Ｖｓを例にして説明する。ＰＶインバータ２の最大入力電圧が３５０Ｖの場合、異常検出部７１では、入力電圧値Ｖｓに対して異常検出値である異常検出電圧値Ｖｓｒｅｆ＝３５０Ｖを設定する。異常検出部７１は、センサ部５から入力した入力電圧値Ｖｓと異常検出電圧値Ｖｓｒｅｆ＝３５０Ｖとを比較する。図２は、異常検出部７１の構成例を示す図である。異常検出部７１は、入力電圧値Ｖｓと異常検出電圧値Ｖｓｒｅｆとを比較して、例えば、異常検出電圧値Ｖｓｒｅｆの方が大きい場合は正常を示すＨｉを出力し、入力電圧値Ｖｓの方が大きい場合は異常を検出したのでＬｏを出力する。なお、出力するＨｉおよびＬｏは一例であって、他の方法を用いてもよい。
【００１６】
具体的に、ＰＶインバータ２に、誤って低温時に３５０Ｖを超える出力電圧の太陽電池１を接続し、３５０Ｖを超える入力電圧値Ｖｓを検出した場合を想定する。一般に、太陽電池１の電圧は温度依存性を有しており、低温時に電圧が高くなる。ＰＶインバータ２は、常温では問題無く動作しているが、冬季の早朝に−１０℃以下の低温になったことで太陽電池１からの入力電圧値が３６０Ｖになったとする。
【００１７】
ＰＶインバータ２では、センサ部５の入力電圧検出部５１が入力電圧値Ｖｓ＝３６０Ｖを検出し、入力電圧値Ｖｓ＝３６０Ｖの情報を制御部７へ出力する。制御部７の異常検出部７１は、入力電圧値Ｖｓ＝３６０Ｖと異常検出電圧値Ｖｓｒｅｆ＝３５０Ｖとを比較し、入力電圧値Ｖｓ＝３６０Ｖが異常検出電圧値Ｖｓｒｅｆ＝３５０Ｖを超えているため異常を検出し、異常ステータスを示すエラーコード、例えば、Ｅ−０１を図示しない表示部を通してユーザーに対して表示し、ＰＶインバータ２の動作を停止する制御を行う。
【００１８】
ユーザーは、前回動作時までは太陽電池１およびＰＶインバータ２は正常に動作していたため、太陽電池１の電圧が高いことが把握できないと、ＰＶインバータ２が故障したと誤解する可能性がある。また、太陽電池１およびＰＶインバータ２を解析した場合に、常温時に太陽電池１の電圧を測定しても、常温では３５０Ｖを超えないことから、問題ないと判断される可能性がある。
【００１９】
そのため、本実施の形態では、ＰＶインバータ２の制御部７において、記録制御部７３が、異常検出部７１で異常が検出された場合、Ｅ−０１の異常ステータスとともに、比較結果により異常が検出された入力電圧値Ｖｓ＝３６０Ｖ、および異常が検出されたときの内部温度Ｔａ＝−１０℃の各情報を状態記録部７２に記録する制御を行う。
【００２０】
図３は、本実施の形態で状態記録部７２に記録した情報を示す図である。状態記録部７２には、記録Ｎｏ．と、異常ステータスと、センサ１の検出結果である入力電圧値Ｖｓと、センサ２の検出結果である内部温度Ｔａと、が記録されている。具体的に、記録Ｎｏ．１において、異常ステータスＥ−０１、入力電圧値Ｖｓ＝３６０Ｖ、および内部温度Ｔａ＝−１０℃の情報が記録されている。これにより、サービス対応時において、低温でＰＶインバータ２の入力電圧値Ｖｓが高くなったことが確認でき、太陽電池１の異常と判断することが可能となる。なお、ここでは、入力電圧検出部５１をセンサ１とし、温度検出部５４をセンサ２とする。また、記録制御部７３では、内部温度Ｔａの情報については、検出された異常内容によっては状態記録部７２に記録しない場合もある。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＶインバータ２では、内部で異常が検出された場合に、検出された異常を示す異常ステータスとともに、検出された異常項目についての検出値に加えてセンサ部５での他の検出値の情報を記録することとした。これにより、サービス対応時において、異常検出時のＰＶインバータ２の状況を把握することができ、解析性を向上することができる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１では、制御部７の記録制御部７３が、異常検出部７１で入力電圧の異常を検出した場合、入力電圧値Ｖｓ、内部温度Ｔａの情報を状態記録部７２に記録していたが、記録する情報はこれに限定するものではない。
【００２３】
ＰＶインバータ２のセンサ部５では、電力変換部４での電力変換制御および異常検出用に図示しない様々なセンサを内蔵している。ＰＶインバータ２では、制御部７の記録制御部７３が、どのセンサで検出した異常に対しても、各検出値を状態記録部７２に記録する。例えば、母線電圧検出部５２で検出された母線電圧値、出力電圧電流検出部５３で検出された出力電圧値および出力電流値の他、図示しないセンサによる入力電流値、地絡電流の情報である。記録制御部７３は、異常に該当せず、異常に直接関係が無いと思われる検出値も合わせて状態記録部７２に記録する。
【００２４】
図４は、本実施の形態で状態記録部７２に記録した情報を示す図である。状態記録部７２には、実施の形態１で説明した記録Ｎｏ．と、異常ステータスと、入力電圧値Ｖｓと、内部温度Ｔａと、の他に、センサ２の検出結果である入力電流値Ｉｓの情報が追加されている。なお、ここでは、入力電圧検出部５１をセンサ１とし、温度検出部５４をセンサ１０とする。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＶインバータ２では、異常ステータスに示す異常と直接関係が無いと思われる他の検出値も合わせて状態記録部７２に記録することとした。これにより、実施の形態１と比較して、より製品の状態が把握でき、解析性を向上することができる。
【００２６】
実施の形態３．
ＰＶインバータ２への入力電力は、太陽電池１で発電した直流電力のため、太陽電池１への日射の影響を受けて変化する。ＰＶインバータ２では、朝晩の日射が不安定な場合は運転と停止を繰り返すことで、日中の日射が安定している場合とは挙動が異なる。ＰＶインバータ２において、どの様な時間帯で異常が発生したかを知ることができれば、解析性を向上することができる。すなわち、異常原因の究明には、異常を検出した時刻を記録することが望ましい。
【００２７】
ＰＶインバータ２の制御部７に時計機能を有すると仮定した場合、日中は制御電源生成部６が太陽電池１から直流電力を入力して制御電源を生成することができ、制御部７は時計機能を維持できる。一方で、日射の無い夜間は制御電源生成部６で制御電源を生成できず、制御部７では通電が無くなり時計機能を維持できず、時間を計測できない。
【００２８】
制御部７において時計機能を維持するためには、時計用電池を内蔵する、または、常時または制御電源生成部６が制御電源を生成できない夜間の期間は系統３側から制御電源の供給を行うことが必要である。しかしながら、時計用電池を内蔵すると、コストアップおよび時計用電池を配置するスペースの確保が問題となる。また、系統３側から制御電源を供給すると、回路追加によるコストアップおよび待機消費電力の悪化が問題となる。
【００２９】
そのため、本実施の形態では、ＰＶインバータ２の制御部７において、制御電圧検出部７４が、太陽電池１からの直流電力を用いて制御電源生成部６が生成した制御電源の電圧を検出し、制御電源の電圧が制御部７を駆動できない、すなわち、ＰＶインバータ２の動作を維持できない電圧まで低下したことを検出した場合、記録制御部７３が、制御電源の電圧の低下を検出した時点までにＰＶインバータ２が発電動作をしていた総運転時間、およびＰＶインバータ２が発電して出力した総出力電力量の情報を状態記録部７２に記録する。また、ＰＶインバータ２では、異常検出部７１で異常を検出した場合においても、記録制御部７３が、異常ステータスとともに、異常発生時点までの総運転時間および総出力電力量の情報を状態記録部７２に記録する。
【００３０】
ＰＶインバータ２が発電動作をしていた運転時間については、制御部７の運転時間計測部７５が計測する。運転時間計測部７５は、制御電源生成部６が太陽電池１からの直流電力を用いて制御電源を生成していた日中の期間については運転時間を計測することができる。また、総出力電力量については、記録制御部７３が、センサ部５の出力電圧電流検出部５３で検出された出力電圧値および出力電流値を用いて出力電力量を算出し、累積加算して求めることができる。
【００３１】
図５は、本実施の形態で状態記録部７２に記録した情報を示す図である。状態記録部７２には、記録Ｎｏ．と、総運転時間と、総出力電力量と、異常ステータスと、が記録されている。図５において、記録Ｎｏ．１から記録Ｎｏ．６は、制御電源の電圧がＰＶインバータ２の動作を維持できない電圧まで低下したことを検出した場合の記録であり、制御電源生成部６が太陽電池１からの直流電力を用いて制御電源を生成していた１日毎の記録である。記録Ｎｏ．７は異常を検出した場合の記録である。図５において、記録Ｎｏ．は記録回数の情報を示す。
【００３２】
図５では、記録Ｎｏ．７で異常ステータスが記録されているが、総運転時間と総出力電力量は、記録Ｎｏ．６すなわち前日の総運転時間と総出力電力量と変化がないことが分かる。図５に示す状態記録部７２の内容から、運転開始時に異常を検出したと把握することができる。図５に示す記録からでは、異常を検出した時の具体的な時刻は分からないが、制御電源投入後、すなわち、ＰＶインバータ２が動作を開始してからの時間が分かるため、不具合原因の特定が容易となる。なお、制御電源投入後、異常検出時までの時間が判断できればよいので、記録形式は総運転時間に限定するものではない。
【００３３】
図１に示す太陽光発電システムでは、雨天など日射が少ない日でも昼間の時間帯で発電は行われる。そのため、ＰＶインバータ２では、制御部７の状態記録部７２に記録された記録回数から、運転開始からの日数を推定することができる。
【００３４】
また、ＰＶインバータ２では、制御部７の記録制御部７３が、状態記録部７２にＰＶインバータ２を設置時に運転開始日の情報を入力してもよい。図６は、本実施の形態で状態記録部７２に記録した情報を示す図である。図５の情報に対して、運転開始日の情報を追加したものである。運転開始日の情報を追加することより、異常検出時の年月日を推定することが可能となる。サービス対応時において、季節要因による影響は無いか、不具合原因の特定が容易となる。
【００３５】
また、朝晩など日射が不安定な時間帯では、ＰＶインバータ２は、発電と運転停止を繰り返す。ＰＶインバータ２において、運転を停止、すなわち制御電源の電圧が低下する毎に図５または図６に示す記録を行うと、朝晩の日射が不安定な時間帯は１日に何回も記録されることとなり、運転日数の把握が困難となる。そのため、制御部７では、記録制御部７３が、規定された時間連続して運転を継続した場合、例えば、１０分連続して運転を継続した場合のみ、１日の運転記録を示す総運転時間および総出力電力量を記録する。これにより、運転開始からの日数を正確にカウントすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、図５および図６に示すように、総運転時間および総出力電力量の情報を記録する場合について説明したが、これに限定するものではない。総運転時間が記録されていれば、異常を検出したときの時間帯を推定することが可能である。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、異常検出項目の異常ステータスとともに、ＰＶインバータ２が運転開始してから異常を検出するまでの総運転時間および総運転時間中に太陽電池１が発電してＰＶインバータ２から出力した電力の総出力電力量を記録することとした。これにより、日射が不安定な時間帯に異常を検出したかどうかを想定でき、解析性を向上させることができる。また、初期運転時に運転開始日を設定することで、記録回数の情報から運転日時を想定することができ、解析性を向上させることができる。
【００３８】
実施の形態４．
実施の形態３では、異常ステータスの情報とともに、総運転時間および総出力電力量の情報を記録したが、さらに、実施の形態１，２で説明したセンサ部５で検出した値を合わせて記録することも可能である。
【００３９】
図７は、本実施の形態で状態記録部７２に記録した情報を示す図である。図６に示す情報に、さらに図４に示す情報を追加したものである。これにより、実施の形態１から３と比較して、さらに、不具合原因の特定が容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかる太陽光発電用インバータは、太陽光発電システムに有用であり、特に、太陽電池と接続する場合に適している。
【符号の説明】
【００４１】
１  太陽電池、２  太陽光発電用インバータ、３  系統、４  電力変換部、５  センサ部、６  制御電源生成部、７  制御部、５１  入力電圧検出部、５２  母線電圧検出部、５３  出力電圧電流検出部、５４  温度検出部、７１  異常検出部、７２  状態記録部、７３  記録制御部、７４  制御電圧検出部、７５  運転時間計測部。
【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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