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太陽電池の異常状態検出方法およびその装置、並びに、当該装置を有する太陽光発電システム コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P130008956
整理番号 2012024-KI
掲載日 2013年4月3日
出願番号 特願2013-033614
公開番号 特開2014-165277
出願日 平成25年2月22日(2013.2.22)
公開日 平成26年9月8日(2014.9.8)
発明者
  • 板子 一隆
  • 工藤 嗣友
出願人
  • 学校法人幾徳学園
発明の名称 太陽電池の異常状態検出方法およびその装置、並びに、当該装置を有する太陽光発電システム コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】太陽電池(PV)モジュール内の太陽電池セルの欠陥、ホットスポット現象などを有効に検出する。
【解決手段】PVモジュール10の端子を短絡する短絡用スイッチング素子11と、電流計12と、制御・検出装置14とを有し、制御・検出装置14は、前記PVモジュールの検査時、所定の光が前記PVモジュールに照射される状態で、前記短絡用スイッチング素子を動作して、前記PVモジュールの両端を短絡または短絡状態にし、その時の電流検出手段の読みを、公称短絡電流ISCとして入力し、前記PVモジュールを構成する複数の太陽電池セルの1個を遮光させ、その時の電流検出手段の読みを、遮光時短絡電流Ixとして入力し、電流比=遮光時短絡電流Ix/公称短絡電流ISCを計算し、前記電流比が、他の電流比に対して、大きい場合、または、所定の値により大きい場合、そのPVモジュールに欠陥があると判別する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要



太陽光発電の進展に伴い、長期間運転する太陽光発電システムにおける、PVパネルを構成している各PVモジュールの異常検出(または、故障検出)、可能ならば、さらに、各PVモジュールを構成している各PVセルの異常検出(または、故障検出)が望まれている。

さらに、可能ならば、そのような太陽光発電システムの運用中に、上述した、PVパネルを構成している各PVモジュールの異常検出(または、故障検出)、可能ならば、さらに、各PVモジュールを構成している各PVセルの異常検出(または、故障検出)が望まれている。





太陽電池、たとえば、PVモジュールの異常状態としては、PVモジュールまたは各PVモジュールを構成しているPVセルの特性劣化状態、故障状態がある。

また、PVモジュールの異常状態としては、PVモジュールに落ち葉、塵芥などが付着したことに起因するPVモジュールからの一時的な発電量の低下現象がある。

さらに、PVモジュールの異常状態としては、PVモジュールが日陰になることによる、PVモジュールの発電量の低下現象がある。

また、PVモジュールの異常状態としては、PVモジュールの一部が日陰(影)になると、ホットスポット現象が起こることがある。





ホットスポット現象とは、PVモジュールの一部に影がかかり、影がかかったPVセルの出力電圧が低下するため、バイパスダイオードの働きで、影がかかっていない出力のある他のPVセル群の出力電圧によって、影がかかっているPVセルが逆バイアスされ、そのセル内部の局所的な発熱により高温になる現象をいう。





図1を参照して、ホットスポット現象を詳述する。

図1は太陽電池(PV)モジュールに部分的な影ができたときの電流経路を示す。

部分影にあるPVモジュール101は電流が制限されるため、並列に接続されたバイパスダイオードに電流が流れ、PVモジュール101に直列に接続された影がない部分のPVモジュール102の太陽電池(PV)セル群の出力電圧によって、影がかかっているPVモジュール101は逆バイアスされる。





また、上述したPVモジュールの一部が日陰になった場合のほか、PVモジュールを構成している一部のPVセルの不良によっても、その部分で逆バイアスが発生し、ホットスポット現象が発生する可能性がある。





通常、PVセルは、その構造から数百V程度の耐圧があるので、逆バイアスがかかっても問題はない。しかしながら、PVセルに欠陥があると、その暗状態でのI-V特性において、通常のダイオード特性のように逆方向リーク電流が微小ではなく、殆どの場合、大きな逆電流方向の電流が流れる。このPVセルの欠陥を事前に検出してそのPVセルを排除することができれば、ホットスポット現象を軽減することができる。





また、メガソーラーなどの大容量の太陽光発電システムにおいては、故障を避けるために発電量を犠牲にしてバイパスダイオードを取り付けない場合がある。この場合、影がかかったストリングのPVモジュールの電力は殆どゼロになってしまい、大幅に出力電力が低下するという問題がある。





以上から、太陽光発電システムにおいて、上述した故障(または異常)のPVセルを迅速に、可能ならば、未然に、検出することが望まれている。





特開2012-169447号公報(特許文献1)は、最大電力動作点を追跡制御(MPPT制御)するパワーコンディショナ(電力調整装置)を有する太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナを制御してPVパネルの出力電流を0Aから、出力電圧を0Vまで変化させて、この変化における出力電流と出力電圧の変化状態から、PVパネル全体の状態を検出する発明を開示している。

しかしながら、この発明では、各PVモジュールごとの異常を検出することができない。さらに、太陽光発電システムの運用への障害となる。





特開2012-94751号公報(特許文献2)は、落ち葉の付着やタブ線の断線などに起因して発電量が低下しているPVモジュールごとに、低消費電力で、特定する方法として、各PVモジュールごとに、バイパスダイオードと並列に、抵抗器と、発光ダイオードを直列に接続した発電状態監視手段を設けた太陽光発電システムを開示している。この太陽光発電システムにおいては、PVモジュールが正常に発電している時は、発電状態監視手段が順方向にバイアスされて発光ダイオードを発光させ、他方、PVモジュールが発電不能時は発電状態監視手段が逆方向にバイアスされて発光ダイオードが消灯する。したがって、各PVモジュールごとの発電状態監視手段の発光ダイオードの点灯/消灯状態を監視すると、太陽光発電システムの運転中でも、各PVモジュールの状態を監視することができる。

しかしながら、この発明は、照射される太陽光の強度と比較して発電状態監視手段の発光ダイオードの発光量には限度があり、太陽電池モジュールに太陽光が照射され、そして、太陽光の反射もある、屋外で、各PVモジュールごとに設けられた発電状態監視手段の発光ダイオードの点灯/消灯状態を肉眼で識別することは難しい。





特開2010-245410号公報(特許文献3)は、PVモジュール全体に光が当たっている場合のPVモジュールの基準のI-V特性を測定しておき、所望のセルだけを影で覆った場合のPVモジュールの部分影のI-V特性を測定し、基準のI-V特性と部分影のI-V特性とを対比して、部分影の状態を検出する発明を開示している。

しかしながら、この発明は、太陽光発電システムに組み込まれた各PVモジュールごとに基準のI-V特性を測定するという作業を必要とする。

さらに、この発明では、部分影起因する異常状態しか検出することができない。





特開2009-141056号(特許文献4)は、赤外線カメラなどのサーモグラフィ、撮像技術を利用して、PVモジュールのホットスポットの部分の検出を行い、その修復することを開示している。

しかしながら、この方法は、太陽光の強度が強い時、赤外線カメラでホットスポットを識別することには限界がある。また、人手がかかる。

産業上の利用分野



本発明は、太陽電池(PV)パネルを構成する太陽電池(PV)モジュールの異常検出、好ましくは、太陽電池(PV)パネルを構成している太陽電池(PV)セルの異常を検出する方法と装置に関する。

また本発明は、そのような装置を有する太陽光発電システムに関する。





本明細書において、太陽電池(PV)セル、太陽電池(PV)モジュール、太陽電池(PV)パネルを総称して、あるいは、これらを区別しない場合、単に、太陽電池という。

特許請求の範囲 【請求項1】
太陽電池(PV)モジュールの端子を短絡する短絡用スイッチング素子と、
前記短絡用スイッチング素子に接続された、電流検出手段と、
制御・検出装置と
を有し、
前記制御・検出装置は、
前記PVモジュールの検査時、
所定の光が前記PVモジュールに照射される状態で、前記短絡用スイッチング素子を動作して、前記PVモジュールの両端を短絡または短絡状態にし、その時の電流検出手段の読みを、公称短絡電流ISCとして入力し、
前記PVモジュールを構成する複数の太陽電池セルの1個を遮光させ、その時の電流検出手段の読みを、遮光時短絡電流Ix として入力し、
電流比=遮光時短絡電流Ix/公称短絡電流ISCを計算し、
前記電流比が、他の電流比に対して、大きい場合、または、所定の値により大きい場合、そのPVモジュールに欠陥があると判別する、
太陽電池の異常状態検出装置。

【請求項2】
太陽電池(PV)モジュールの端子を短絡する短絡用スイッチング素子と、
前記短絡用スイッチング素子に接続された、逆方向電流検出手段と、
制御・検出装置と
を有し、
前記制御・検出装置は、
前記PVモジュールの検査時、
所定の光が前記PVモジュールに照射される状態で、前記短絡用スイッチング素子を動作して、前記PVモジュールの両端を短絡または短絡状態にし、前記PVモジュールを構成する複数の太陽電池セルの1個を遮光させ、その時の逆方向電流検出手段の読みを入力し、
入力した電流値が逆方向であるとき、そのPVモジュールに欠陥があると判別する、 太陽電池の異常状態検出装置。

【請求項3】
太陽電池(PV)モジュールの端子を短絡する短絡用スイッチング素子と、前記短絡用スイッチング素子に接続された、電流検出手段とを有する太陽光発電システムにおいて、 前記PVモジュールの検査時、
所定の光が前記PVモジュールに照射される状態で、前記短絡用スイッチング素子を動作して、前記PVモジュールの両端を短絡または短絡状態にし、その時の電流検出手段の読みを、公称短絡電流ISCとして入力し、
前記PVモジュールを構成する複数の太陽電池セルの1個を遮光させ、その時の電流検出手段の読みを、遮光時短絡電流Ixとして入力し、
電流比=遮光時短絡電流Ix/公称短絡電流ISCを計算し、
前記電流比が、他の電流比に対して、大きい場合、または、所定の値により大きい場合、そのPVモジュールに欠陥があると判別する、
太陽電池の異常状態検出方法。

【請求項4】
太陽電池(PV)モジュールの端子を短絡する短絡用スイッチング素子と、前記短絡用スイッチング素子に接続された、逆方向電流検出手段とを有する太陽光発電システムにおいて、
前記PVモジュールの検査時、
所定の光が前記PVモジュールに照射される状態で、前記短絡用スイッチング素子を動作して、前記PVモジュールの両端を短絡または短絡状態にし、前記PVモジュールを構成する複数の太陽電池セルの1個を遮光させ、その時の逆方向電流検出手段の読みを入力し、
入力した電流値が逆方向であるとき、そのPVモジュールに欠陥があると判別する、 太陽電池の異常状態検出方法。

【請求項5】
請求項1に記載の太陽電池の異常状態検出装置、または、請求項2に記載の太陽電池の異常状態検出装置を有する太陽光発電システム。

【請求項6】
当該太陽光発電システムは、最大電力動作点を追跡制御(MPPT制御)手段を有する、請求項5に記載の太陽光発電システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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