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太陽電池アレイの診断装置、パワーコンディショナ、太陽電池アレイの診断方法、及びプログラム コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P130009866
掲載日 2013年8月13日
出願番号 特願2011-204872
公開番号 特開2013-065797
登録番号 特許第5888724号
出願日 平成23年9月20日(2011.9.20)
公開日 平成25年4月11日(2013.4.11)
登録日 平成28年2月26日(2016.2.26)
発明者
  • 平田 陽一
出願人
  • 学校法人東京理科大学
発明の名称 太陽電池アレイの診断装置、パワーコンディショナ、太陽電池アレイの診断方法、及びプログラム コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】低コストかつ簡易な構成で、長期の実使用状態においても、太陽照射時の発電を妨げることなく太陽電池アレイの電気特性を診断する。
【解決手段】太陽電池アレイ12の出力が予め定めた閾値以下のときに、入力コンデンサ26を太陽電池の開放電圧まで充電し、SW2をオフして、SW3i以外のSW3を中立接点c、SW3iを接点aに切り替え、入力コンデンサ26に可変直流電源40を直列接続して合計電圧をi列目の太陽電池モジュールストリング16に印加し、過渡現象の電圧及び電流を測定し、電圧依存領域のI-V特性を取得する。SW3iを接点b1に切り替えて、入力コンデンサ26を一旦放電させ、SW3iを接点b2に切り替え、入力コンデンサ26の充電時の過渡現象の電流及び電圧を測定し、電流依存領域のI-V特性を取得する。両領域のI-V特性を結合し、直列抵抗R、分路抵抗Rsh等を推算し、太陽電池アレイの故障状態を診断する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


太陽光発電システムは、クリーンで安全なエネルギーとして注目を集めつつあるが、他の新エネルギーと同様、その初期投資が高価である点が欠点となっている。一般的に太陽電池の寿命は20年といわれており、その寿命を元に経済価値が見積られている。しかし、使用開始からの早い時期に太陽電池に故障が生じ、かつそのままの状態で放置した場合には、長期にわたって大きな電力損失を招き、初期投資の回収がままならなくなる恐れがある。そのため、迅速なシステムの保守及び点検が重要になる。特に、複数の太陽電池モジュールが直並列に接続された太陽電池アレイにおいて、1つの太陽電池モジュールに故障が生じた場合には、故障した太陽電池モジュールを含む太陽電池アレイの並列方向または直列方向の他の故障していない太陽電池モジュールも発電に寄与できなくなる。現状では、1モジュールの大型化もあり、1モジュールに含まれる複数のセルを2から3クラスタに分けて、各クラスタにバイパスダイオードを並列に接続し、断線箇所などを迂回することで、1セルの故障が1モジュール全体に影響しない構造になっている。すなわち、故障箇所が含まれる1クラスタのみが発電しなくなる構造で、それだけ出力低下が抑えられている。



従来からの保守及び点検方法として、測定した太陽電池の電流-電圧特性を定められた基準状態の日射強度、セル温度、及び太陽光スペクトル分布等の環境因子に可能な範囲で換算することで、太陽電池出力の状態を分析することが行われている。この分析は、ある程度、日射条件の良い時に行われることが望ましい。しかし、この方法で既に設置された発電システムの太陽電池アレイを診断する場合、運転を一旦停止して、人により計測器を用いて測定しなければならない欠点があった。また、非常に多くの因子による影響が出力に含まれるため、10%程度以下の低下では因子が特定しにくい。そこで、発電の行われていない時間帯、例えば夜などに、太陽電池モジュールストリング毎に電圧を印加して、電流-電圧特性(I-V特性)を定期的に自動取得することで、初期状態との違いから太陽電池アレイの状態を早期に診断し、故障を発見する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の技術によれば、システムの運転を停止することなく、また人による労力を要することなく、定期的かつ自動的にI-V特性を取得することができる。

産業上の利用分野


本発明は、太陽電池アレイの診断装置、パワーコンディショナ、太陽電池アレイの診断方法、及びプログラムに係り、特に、長期実使用状態における太陽電池アレイの電気特性を診断することができる太陽電池アレイの診断装置、パワーコンディショナ、太陽電池アレイの診断方法、及びプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
太陽電池アレイに並列接続されるコンデンサを、該太陽電池アレイの測定対象部位からの電流で充電するための第1配線と、
付加直流電源を備え、前記コンデンサの放電時の電圧と前記付加直流電源の電圧との合計電圧を、該太陽電池アレイの測定対象部位に印加するための第2配線と、
前記太陽電池アレイの出力が予め定めた閾値以下のときに、前記第1配線を選択して、前記コンデンサの充電時の前記測定対象部位の電圧及び電流を測定すると共に、前記第2配線を選択して、前記合計電圧を印加したときの前記測定対象部位の電圧及び電流を測定する測定手段と、
前記測定手段により前記第1配線選択時に測定した電圧及び電流から得られる電流-電圧特性と、前記第2配線選択時に測定した電圧及び電流から得られる電流-電圧特性とを結合した結合電流-電圧特性の変化に基づいて、前記測定対象部位の電気特性を診断する診断手段と、
を含む太陽電池アレイの診断装置。

【請求項2】
前記測定手段は、前記コンデンサの充電特性または放電特性、及び前記太陽電池アレイの電気特性に応じて、前記第1配線と前記第2配線とを切り替える請求項1記載の太陽電池アレイの診断装置。

【請求項3】
前記診断手段は、前記結合電流-電圧特性の所定の直線領域の傾きの変化、前記結合電流-電圧特性の所定の曲線領域の形状変化、及び前記結合電流-電圧特性の形状変化の少なくとも1つに基づいて、前記測定対象部位の電気特性を診断する請求項1または請求項2記載の太陽電池アレイの診断装置。

【請求項4】
前記太陽電池アレイは、複数のセルを接続した太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池モジュールストリングを複数個並列に接続して構成され、
前記測定対象部位を、1つもしくは複数の太陽電池モジュールストリング、または1つもしくは複数の太陽電池モジュールとした
請求項1~請求項3のいずれか1項記載の太陽電池アレイの診断装置。

【請求項5】
請求項1~請求項4のいずれか1項記載の太陽電池アレイの診断装置を含むパワーコンディショナ。

【請求項6】
前記コンデンサは、前記太陽電池アレイの発電時に用いられる入力コンデンサであり、前記測定手段は、前記太陽電池アレイの発電時に出力電力を調整する際に用いられる電流センサ及び電圧センサを含む請求項5記載のパワーコンディショナ。

【請求項7】
太陽電池アレイの出力が予め定めた閾値以下のときに、前記太陽電池アレイに並列接続されるコンデンサを、該太陽電池アレイの測定対象部位からの電流で充電する時の前記測定対象部位の電圧及び電流を測定し、
前記コンデンサの放電時の電圧と付加直流電源の電圧との合計電圧を、前記太陽電池アレイの測定対象部位に印加して、前記合計電圧を印加したときの前記測定対象部位の電圧及び電流を測定し、
前記コンデンサの充電時に測定した電圧及び電流から得られる電流-電圧特性と、前記合計電圧印加時に測定した電圧及び電流から得られる電流-電圧特性とを結合した結合電流-電圧特性を作成し、
作成した前記結合電流-電圧特性の変化に基づいて、前記測定対象部位の電気特性を診断する
太陽電池アレイの診断方法。

【請求項8】
コンピュータを、請求項1~請求項4のいずれか1項記載の太陽電池アレイの診断装置を構成する各手段として機能させるための太陽電池アレイの診断プログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011204872thum.jpg
出願権利状態 登録
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