(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池からの出力電力の電力値又は電流値を取得するステップと、
日射量を取得するステップと、
前記電力値又は電流値と、前記日射量との相関係数を算出するステップと、
前記相関係数が所定の閾値より小さい場合に前記太陽電池が異常であると判定するステップと
を含む、太陽電池の異常検出方法。
【請求項２】
所定の時間内の前記日射量の変化に応じて、前記所定の閾値の補正を行うステップを更に含む、請求項１に記載の太陽電池の異常検出方法。
【請求項３】
前記補正後の前記所定の閾値は、前記所定の閾値の初期値Ｔｈinit、補正係数Ｋ、１＜Ｎ＜３を満たす実数Ｎを用いて、
Ｔｈinit−Ｋ／（日射量最大値―日射量最小値）N
で表される、請求項２に記載の太陽電池の異常検出方法。
【請求項４】
太陽電池の異常を検出するための電力管理装置であって、
前記太陽電池からの出力電力の電力値又は電流値と、日射量とを取得し、
前記電力値又は電流値と、前記日射量との相関係数を算出し、
前記相関係数が所定の閾値より小さい場合に前記太陽電池が異常であると判定することを特徴とする、電力管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の異常検出方法、及び電力管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギの１つである太陽光発電システムの需要が高まり、１ＭＷを超えるメガソーラーシステムも構築されるようになってきた。このような大規模なシステムでは、何らかの要因でシステムが停止した場合に需要者に与える影響が大きいため、小さな異常が発生した段階で発見して対処することが望ましい。そこで、従来よりも精度が高い太陽電池の異常検出手法の導入が求められている。
【０００３】
従来の太陽光発電システムの異常検出手法には、例えばパワーコンディショナからの発電量、発電状態、機器エラー等の情報を取得し、それらの情報に基づいて太陽光発電システムの異常を検出して表示するものがある。この手法では、発電量の大幅な低下又は各機器の故障等の大きな異常を検出することができるものの、大規模なシステム内の小さな異常を発見して対処することができない。このため、システムを安定的に稼動させるために必要な修理対応を迅速に行うことができない可能性がある。
【０００４】
特許文献１には、パワーコンディショナからの発電量、発電状態、エラー等の情報の他に、日射量、気温等の気象観測データ及び時刻情報等を組み合わせて異常検出を行う、太陽光異常診断システムが開示されている。このシステムは、検出された日射量に基づいて算出された理論発電量と、電力量検出器が計測した発電量との比率を算出し、当該比率に基づいて異常診断を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の太陽光異常診断システムでは、理論発電量と、計測した発電量との上記比率等に基づいて異常診断を行うが、異常と判定するための上記比率の閾値の設定が難しい。正常な状態を異常として検出しないためには、上記閾値をある程度下げておく必要があるが、これでは小さな異常を見逃す可能性がある。しかし、背景技術で述べたように、システムを安定的に稼動させるためには、小さな異常を検出して対処していくことが必要であり、このためには太陽電池やシステムの特性に応じた詳細な設定を余儀なくされるという問題があった。
【０００７】
かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、太陽光発電システムの小さな異常を正確に検出する手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る太陽電池の異常検出方法は、太陽電池からの出力電力の電力値又は電流値を取得するステップと、日射量を取得するステップと、前記電力値又は電流値と、前記日射量との相関係数を算出するステップと、前記相関係数が所定の閾値より小さい場合に前記太陽電池が異常であると判定するステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、所定の時間内の前記日射量の変化に応じて、前記所定の閾値の補正を行うステップを更に含むことが好ましい。
【００１０】
また、前記補正後の前記所定の閾値は、前記所定の閾値の初期値Ｔｈinit、補正係数Ｋ、１＜Ｎ＜３を満たす実数Ｎを用いて、
Ｔｈinit−Ｋ／（日射量最大値―日射量最小値）N
で表されることが好ましい。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力管理装置は、太陽電池の異常を検出するための電力管理装置であって、前記太陽電池からの出力電力の電力値又は電流値と、日射量とを取得し、前記電力値又は電流値と、前記日射量との相関係数を算出し、前記相関係数が所定の閾値より小さい場合に前記太陽電池が異常であると判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る太陽電池の異常検出方法及び電力管理装置によれば、太陽光発電システムの小さな異常を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電力管理装置を含む太陽光発電システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力管理装置による異常判定フローを示す図である。
【図３】日射量と、太陽電池ストリング電流値の関係を示す図（実施例１）である。
【図４】日射量と、太陽電池ストリング電流値の関係を示す図（実施例２）である。
【図５】日射量と、太陽電池ストリング電流値の関係を示す図（実施例３）である。
【図６】日射量と、太陽電池ストリング電流値の関係を示す図（実施例４）である。
【図７】日射量と、太陽電池ストリング電流値の関係を示す図（実施例５）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る電力管理装置を含む太陽光発電システムのブロック図である。なお、図１において、太い実線は電力が流れる経路を示し、細い破線は制御信号または通信される情報の流れを表す。
【００１６】
図１に示す太陽光発電システム１００は、電力管理装置１と、太陽電池２と、電力制御装置３と、日射計４と、負荷５とを備える。
【００１７】
電力管理装置１は、太陽電池２からの発電電力と、日射計４からの日射量情報とに基づいて、太陽電池２の異常を検出するためのものである。電力管理装置１は、ハードウエアで構成してもよいし、ＣＰＵによりプログラムを実行させることにより機能を実現してもよい。なお、異常検出方法の詳細については後述する。
【００１８】
電力管理装置１は、例えば有線又は無線ＬＡＮ（Local Area Network）によって、電力制御装置３、日射計４等と接続されている。電力管理装置１は、これらの機器と所定の通信プロトコルにより通信可能である。通信プロトコルとしては、例えばＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅ（登録商標）などを用いることができる。電力管理装置１は、ＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅによる通信によって、他の機能ブロックの動作状態の情報を取得することができるし、他の機能ブロックを制御することもできる。なお、ＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅはあくまで一例であって、他の通信プロトコルであってもよい。
【００１９】
太陽電池２は、太陽光のエネルギを直流の電力に変換するものである。太陽電池２は、例えば光電変換セルを有する発電部がマトリクス状に接続され、入射光量に応じた電流を出力するように構成される。太陽電池２は、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、又はＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等、光電変換可能なものであればその種類は制限されない。
【００２０】
電力制御装置３は、太陽電池２で発電された電力の変換を行い、負荷５に供給する。電力制御装置３は、直流電力を直流のまま昇圧又は降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータと、直流電力を１００Ｖまたは２００Ｖの交流電力に変換するためのインバータとを備える。電力制御装置３は、電力管理装置１と通信し、太陽電池２の出力電流値及び運転状態等に関する各種情報を送受信する。
【００２１】
なお、上記のＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽電池２からの発電電力に対してＭＰＰＴ（最大電力点追従：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行い、且つ所定の電圧まで昇圧又は降圧を行う、太陽電池発電に適したＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００２２】
日射計４は、熱電素子又は光電素子を用いて太陽の放射エネルギを計測して電気信号に変換するものである。本実施形態において、日射計４は、例えば日射量の計測結果を無線ＬＡＮにより電力管理装置１に送信可能な計測器とすることができる。また、日射計４の電流出力を直接有線で電力管理装置１に接続し、電力管理装置１内で電流計測を行う構成としてもよい。
【００２３】
負荷５は、家庭で使用される単相交流１００Ｖまたは２００Ｖで動作する負荷である。負荷５の例としては、冷蔵庫、非常用電灯、給湯システムまたは家庭用ネットワークサーバなどの停電を極力回避すべき電気製品の他、ドライヤー、家庭用ゲーム機または音楽鑑賞用オーディオシステムなどの家庭用一般負荷などが挙げられる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、接続する負荷５として日本国内で使用可能な電気機器を想定して記載したが、日本国外で使用可能な電気機器の使用も考慮して適宜変更をなし得る。例えば、交流２２０〜２４０Ｖを出力可能なインバータを配置し、アジア、オセアニアおよびヨーロッパ地域で使用可能な電気機器を接続可能に構成することも可能である。また、業務用の冷蔵庫、エアコン、または工場でのモータ駆動等には三相３線２００Ｖがよく用いられるため、三相２００Ｖに変換するためのインバータを配置してもよい。
【００２５】
次に、本実施形態に係る電力管理装置１の具体的な制御例について図２を用いて説明する。
【００２６】
図２において、電力管理装置１は、電力制御装置３から、太陽電池２の出力電流値を取得する（ステップＳ１０１）。この太陽電池２の出力電流値の取得は、例えば、電力制御装置３が太陽電池２からの電流値を計測し、電力管理装置１がＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅ等の通信により電力制御装置３から取得することができる。また、電力管理装置１は、太陽電池２から直接通信により出力電流値を取得してもよい。
【００２７】
また、電力管理装置１は、日射計４から、日射量情報を取得する（ステップＳ１０２）。この日射量情報の取得は、ステップＳ１０１における太陽電池２の出力電流値の取得と概ね同じ時刻に行われることが好ましい。なお、本実施形態では、電力管理装置１が日射計４から日射量を取得するように構成したが、この態様には限定されない。例えば、電力管理装置１がインターネット経由で太陽電池２の設置地域の日射量情報を取得するように構成してもよい。
【００２８】
次に電力管理装置１は、ステップＳ１０１及びＳ１０２で取得した日射量ｘi（１≦ｉ≦ｎ）と、太陽電池２の出力電流値ｙi（１≦ｉ≦ｎ）との相関係数Ｒを以下の数式（１）乃至（４）により算出する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
【数１】
0006408280.tif 000002
【００３０】
【数２】
0006408280.tif 000003
【００３１】
【数３】
0006408280.tif 000004
【００３２】
【数４】
0006408280.tif 000005
【００３３】
電力管理装置１は、ステップＳ１０３により算出した相関係数Ｒが所定の閾値以上であれば、太陽光発電システム１００が正常であると判定し、所定の閾値未満であれば、異常が発生していると判定する。
【００３４】
次に、電力管理装置１は、太陽電池２の出力電力が異常であるか否かを判定する閾値の補正を行う（ステップＳ１０４）。本実施形態において、例えば南中時など、日射量の変化が小さい場合には、日射量と太陽電池２の出力電流値との相関が見えづらくなるため、太陽電池２が正常であっても相関係数が小さく算出される傾向がある。そこで、日射量の変化が小さい場合には、上記閾値が小さくなるように補正を行う。補正後の閾値Ｔｈcorは、例えば、閾値初期値Ｔｈinit、補正係数Ｋ、１＜Ｎ＜３を満たす実数Ｎを用いて、以下の数式（５）により算出する。
【００３５】
【数５】
0006408280.tif 000006
ここで、数式（５）における日射量最大値及び日射量最小値は、過去の所定時間内の日射量の最大値及び最小値である。
【００３６】
なお、ステップＳ１０４の閾値の補正は、判定する時間帯等によっては行わないようにしてもよい。
【００３７】
電力管理装置１は、ステップ１０３により算出した相関係数と、ステップＳ１０４により算出した補正後の閾値（ステップＳ１０４を行わない時は閾値初期値）との比較を行う（ステップＳ１０５）。電力管理装置１は、相関係数の方が閾値よりも小さいと判定すると、太陽電池２に異常が発生していると判定し（ステップＳ１０６），例えば電力管理装置１内の表示部に、太陽電池２に異常が発生している旨の表示を行う。
【００３８】
電力管理装置１は、ステップＳ１０６において異常判定に付随する処理を行った後、又はステップＳ１０５において相関係数が閾値以上であると判定すると、処理を終了する。
【００３９】
なお、本実施形態において、電力管理装置１は、電力制御装置３から太陽電池２の出力電流値を取得するように構成したが、この態様には限定されない。電力管理装置１は、太陽電池２の出力電力値を取得して、日射量との相関係数を算出してもよい。
【００４０】
このように、本実施形態によれば、日射量と、太陽電池２からの出力電流値又は出力電力値とに基づいて相関係数を算出し、相関係数の算出結果と所定の閾値とを比較して太陽電池２の異常検出を行うように構成した。これにより、異常検出のための閾値の設定が容易になり、太陽電池２の特性に応じた閾値の詳細な設定を行うことが不要となる。
【００４１】
また、本実施形態では、所定時間内の日射量の変化量に応じて、異常判定のための閾値を補正するように構成した。これにより、日射量の変化がほとんどなく相関係数が低下し易い状態であっても、相関係数と比較する閾値を下げるように補正するので、正常動作時に異常判定がなされることがない。
【００４２】
また、本実施形態では、所定の閾値は、閾値の初期値Ｔｈinit、補正係数Ｋ、１＜Ｎ＜３を満たす実数Ｎを用いて
Ｔｈinit−Ｋ／（日射量最大値―日射量最小値）N
で表される補正を行い、日射量の変化の少なさの度合いに応じて閾値を下げるように構成した。これにより、日射量の変化がほとんどなく相関係数が低下し易い状態であっても、正常動作時に異常判定がなされることがない。
【００４３】
最後に、実際に太陽電池２から得られた出力電流値と、日射量情報とに基づいて、太陽電池２の異常判定を行う例について説明する。
【００４４】
（実施例１）
図３は、ある日の午前９時３０分から９時５５分までの間、５分おきに日射量及び太陽電池２からの出力電流値を取得して異常判定を行った例を示す。なお、実施例１では、図２のステップＳ１０４の閾値の補正は行っていない。図３（ａ）は、日射量と出力電流値の取得結果を示し、図３（ｂ）は、その結果をグラフ化したものである。日射量と出力電流値は、図３（ｂ）から分かるようにほぼ線形の関係を有し、両者の相関係数は０．９９５と非常に高い値となっている。仮に、異常判定の閾値を０．５に設定すると、この太陽電池２の動作は正常と判定される。
【００４５】
なお、相関係数の算出は、過去の６回分の計測値を基に算出している。後述する他の実施例においても同様である。相関係数の算出に用いる計測データの数が多すぎると、異常発生が相関係数の変動に反映されるのに時間を要してしまう。一方、計測データの数が少なすぎると、相関係数にばらつきが発生して異常検出の精度が低下することから、本実施例では６回分の計測値を用いている。
【００４６】
（実施例２）
図４は、ある日の午前９時２５分から１０時０５分までの間、５分おきに日射量及び太陽電池２からの出力電流値を取得して異常判定を行った例を示す。なお、実施例２でも、図２のステップＳ１０４の閾値の補正は行っていない。図４（ａ）は、日射量と出力電流値の取得結果を示し、図４（ｂ）は、その結果をグラフ化したものである。日射量と出力電流値は、図４（ｂ）から分かるように、ある時刻（９時５０分）まではほぼ線形の関係を有しているが、それ以降は日射量に対する太陽電池２からの出力電流値が低下していることが分かる。両者の相関係数は９時５０分では０．９９５と非常に高い値となっているものの、９時５５分には０．０１５まで低下している。仮に、異常判定の閾値を０．５に設定すると、この太陽電池２の動作は９時５５分に異常が発生したものと判定される。このように、相関係数を用いて異常判定を行うことにより、異常が発生した直後にその異常を検出することができる。
【００４７】
図４の例では、９時５５分における太陽電池２からの出力電流値は正常値の約９０％程度であり、電流値の低下は僅か１０％程度である。従来の異常判定方法では、異常検出のための閾値を低めに設定した場合に、図４の例では異常と判定されないことがあった。本実施形態では、相関係数を算出し、その結果を所定の閾値と比較するため、より正確に異常検出を行うことができる。
【００４８】
（実施例３）
図５は、ある日の午後１２時０５分から１２時３０分までの間、５分おきに日射量及び太陽電池２からの出力電流値を取得して異常判定を行った例を示す。なお、この実施例３でも、図２のステップＳ１０４の閾値の補正は行っていない。図５（ａ）は、日射量と出力電流値の取得結果を示し、図５（ｂ）は、その結果をグラフ化したものである。図５（ｂ）から分かるように、上記時間帯における日射量の変化は殆どなく、その結果、太陽電池２の出力に異常が無いにも関わらず相関係数は０．３６２と非常に低い値となっている。そのため、仮に、異常判定の閾値を０．５に設定すると、この太陽電池２の動作は正常に動作しているにも関わらず、異常が発生したものと判定されてしまう。
【００４９】
（実施例４）
図６は、図５の日射量及び太陽電池２からの出力電流値の取得データに対して、図２のステップＳ１０４の閾値の補正を行った場合の実施例である。補正条件は、数式（５）において、Ｋ＝０．０００２、Ｎ＝２とした。また、閾値初期値は０．５である。実施例３では、日射量の変化が少ないために相関係数が０．３６２と低くなり、閾値初期値０．５未満となったため異常と判定された。しかし、実施例４では、数式（５）に上記条件を適用して閾値の補正を行った結果、補正後の閾値が−１．５となり、相関係数≧閾値が成立するため、正常と判定される。
【００５０】
（実施例５）
図７は、図４の日射量及び太陽電池２からの出力電流値の取得データに対して、図２のステップＳ１０４の閾値の補正を行った場合の実施例である。実施例５では、日射量の変化が実施例４と比較して大きいため、補正前後の閾値の差分が小さく、図４に示す実施例２と同一の判定結果が得られている。このように、日射量に一定の変化がみられる場合には、ステップＳ１０４で閾値の補正を行っても、閾値の補正量は僅かであるため、異常判定結果に大きな影響を与えない。
【００５１】
本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  電力管理装置
２  太陽電池
３  電力制御装置
４  日射計
５  負荷
１００  太陽光発電システム
【図１】
0006408280.tif 000007
【図２】
0006408280.tif 000008
【図３】
0006408280.tif 000009
【図４】
0006408280.tif 000010
【図５】
0006408280.tif 000011
【図６】
0006408280.tif 000012
【図７】
0006408280.tif 000013