JP2014011428A - 故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な装置構成で太陽電池モジュールに内蔵されたバイパスダイオードの故障を高確度に検出すること。
【解決手段】故障検知装置５は、太陽電池セルと太陽電池セルに並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池ストリング１３０を対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知装置であって、太陽電池ストリング１３０の正極に対して負極を基準にした規定値の逆電圧を印加する電圧源回路５１と、電圧源回路５１による逆電圧の印加時に太陽電池ストリング１３０の負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部５２と、電流測定部５２によって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する制御／判定部５３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池に付属するバイパスダイオードの故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法に関する。

一般的に、太陽光を利用して発電を行う太陽電池モジュールにおいては、例えば特性のバラツキや日射強度の変動等の影響によって太陽電池に逆電圧が印加されることがあり、この逆電圧が高まると、太陽電池が発熱ひいては破損する虞がある。そのため、従来の太陽電池モジュールとしては、バイパスダイオードを太陽電池に並列に接続し、太陽電池に過剰な逆電圧が印加されるのを抑制するものが知られている。

このような太陽電池モジュールにおいては、例えば下記特許文献１に記載されているように、バイパスダイオードのオープンモード(開放モードとも称される)故障を検出する故障検知装置が開発されている。特許文献１に記載された検査装置では、太陽電池を遮蔽板により遮光すると共に、この遮蔽板に一体化された感熱紙により太陽電池における遮光部分の温度を検出する。そして、太陽電池の遮蔽部分にホットスポット熱（異常発熱）の発生を検出した場合、バイパスダイオードに電流が流れていないと判断し、これにより、バイパスダイオードがオープンモード故障していると判定する。

また、下記特許文献２には、太陽電池モジュールの電気特性を基にバイパスダイオードの故障を発見する技術が開示されている。詳細には、この診断方法では、太陽電池ストリングのブロッキングダイオードを除いた測定対象部位に充電したコンデンサを接続して放電させ、放電時に測定対象部位の電圧及び電流を測定し、その結果得られるＩ−Ｖ特性の変化に基づいて測定対象部位の故障を診断する。

特開２００１−０２４２０４号公報 特開２０１１−６６３２０号公報

しかしながら、特許文献１による診断方法では、バイパスダイオードのオープンモード故障を検出するために太陽電池を遮光する必要があるが、通常、太陽電池は屋根等の高所に設置されることから、遮光する作業が煩雑であり、安全性および費用の観点から日常的な点検に適さないという問題がある。また、当該技術を適用した場合、以下の理由により、バイパスダイオードが故障しているか否かの判定が困難である。すなわち、バイパスダイオードがオープンモード故障をしていない場合であっても、太陽電池を遮光した際に太陽電池にある程度の逆電圧が印加され、太陽電池の発熱が観測される場合がある。その発熱の程度は、その時の日射強度、遮光状態、太陽電池の電流密度、太陽電池の放熱状態、太陽電池のシャント抵抗成分に依存するため、一概に予測することができず、正常な範囲の発熱とバイパスダイオードの故障に起因する発熱とを区別することは極めて困難である。したがって、バイパスダイオードのオープンモード故障を確度良く検出できない虞がある。

また、特許文献２による診断方法では、測定対象部位に不良が無い場合にはコンデンサの電圧に応じた大きな電流が瞬時的に測定対象部位に流れるため、電流測定装置を故障させる可能性があり、測定時の安全性の面でも好ましくない。測定対象部位での大電流を低減するためにコンデンサの静電容量を小さくすることも考えられるが、この場合はＩ−Ｖ特性の計測時間が長くとれないため、Ｉ−Ｖ特性の正確な測定が困難となり、故障診断の確度が低下する場合があった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な装置構成で太陽電池モジュールに内蔵されたバイパスダイオードの故障を正確かつ簡易に検出することが可能な故障検知装置、故障検知システム及び故障検知方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る故障検知装置は、太陽光を利用して発電を行う太陽電池と太陽電池に並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知装置であって、太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、電圧源による逆電圧の印加時に太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、電流測定部によって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定部と、を備える。

或いは、本発明の他の側面に係る故障検知方法は、太陽光を利用して発電を行う太陽電池と太陽電池に並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、電流測定ステップによって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、を備える。

かかる故障検知装置、或いは故障検知方法によれば、少なくとも１つのバイパスダイオードを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールに対して規定値の逆電圧が印加され、その時に太陽電池モジュールの負極から正極に流れる電流値が測定され、その電流値を基にバイパスダイオードの故障が検出される。すなわち、バイパスダイオードが正常であれば大きな電流が太陽電池モジュール内のバイパスダイオードの順方向に流れ、バイパスダイオードがオープンモード故障していれば太陽電池モジュール内をわずかな電流しか流れない。従って、上述した故障検知装置、或いは故障検知方法によれば、その電流値の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオードの故障の有無を高確度に判定することができる。これにより、コンデンサを利用した故障検知方法のようにＩ−Ｖ特性のトレースの必要が無いため、簡易な装置構成で正確にバイパスダイオードの故障を検知することができる。

上述した故障検知装置においては、判定部は、太陽電池モジュールに対して逆電圧の規定値として第１の値の電圧が印加された状態において測定された電流値が、第１の閾値よりも小さい場合にバイパスダイオードの故障を検知する、ことが好適である。こうすれば、測定した電流値と閾値とを比較することで簡易な処理や回路構成でバイパスダイオードの故障を検知することができる。

またさらに、判定部は、太陽電池モジュールに対して規定値の逆電圧が印加された状態において測定された電流値が第２の閾値以上となった場合に、太陽電池モジュールへの逆電圧の印加を停止させる、ことも好適である。かかる判定部を備えれば、故障検査時に太陽電池モジュールに高電圧を印加することによる太陽電池モジュールの故障を防止することができる。すなわち、太陽電池モジュールに短絡電流よりも大きな定電流を流すと、太陽電池モジュールにおいて発電時に発生する電圧に対して逆方向の高電圧を発生させる恐れがあるが、太陽電池モジュールの電流値が第２の閾値以上となった場合に電流の供給を停止することで、このような高電圧の発生を防止することができる。

或いは、本発明の他の側面に係る故障検知システムは、太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知システムであって、太陽電池ストリングと負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチング部と、スイッチング部により解列状態に切り替えられた太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、電圧源による逆電圧の印加時に検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、電流測定部によって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定部と、を備える。

或いは、本発明の他の側面に係る故障検知方法は、太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、太陽電池ストリングと負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチングステップと、スイッチングステップにより解列状態に切り替えられた太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、電流測定ステップによって測定された電流値に基づいてバイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、を備える。

かかる故障検知システム、或いは故障検知方法によれば、少なくとも１つのバイパスダイオードを具備し、負荷に対して解列状態にスイッチングされた太陽電池ストリングに対して規定値の逆電圧が印加され、その時に太陽電池ストリングの負極から正極に流れる電流値が測定され、その電流値を基にバイパスダイオードの故障が検出される。すなわち、バイパスダイオードが正常であれば大きな電流が太陽電池ストリング内のバイパスダイオードの順方向に流れ、バイパスダイオードがオープンモード故障していれば太陽電池ストリング内をわずかな電流しか流れない。従って、上述した故障検知システム、或いは故障検知方法によれば、その電流値の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオードの故障の有無を高確度に判定することができる。これにより、コンデンサを利用した故障検知方法のようにＩ−Ｖ特性のトレースの必要が無いため、簡易な装置構成で正確にバイパスダイオードの故障を検知することができる。

本発明によれば、簡易な装置構成で太陽電池モジュールに内蔵されたバイパスダイオードの故障を高確度に検出することができる。

本発明の第１実施形態に係る故障検知システムを含む太陽光発電システムを示す構成図である。 図１の太陽光発電システムに含まれる太陽電池ストリングの詳細構成を示す図である。 図２の太陽電池セル１４０の等価回路を示す図である。 図２の太陽電池ストリングの電流−電圧特性を示すグラフである。 図２の太陽電池ストリングの電流−電圧特性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明による故障検知装置、故障検知システム、及び故障検知方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの構成図であり、図２は、図１の太陽光発電システムに含まれる太陽電池ストリングの詳細構成を示す図である。図１に示す太陽光発電システム１は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムであり、例えば屋根等の高所に設置され、２００Ｖ以上の出力電圧を有する系統連系型のものとされている。太陽光発電システム１は、太陽電池アレイ１００とパワーコンディショナ１１０とを具備している。
なお系統連系型システムに限定する必要はなく、電力系統から独立（自立）した独立型システムであっても良い。

太陽電池アレイ１００は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、直流出力としてパワーコンディショナ１１０へ供給する。図２に示すように、太陽電池アレイ１００は、太陽電池モジュール１２０が複数直列接続されてなる太陽電池ストリング１３０を、少なくとも１つ備えている。ここでは、３つの太陽電池ストリング１３０が互いに並列接続されて太陽電池アレイ１００が構成されている。これらの太陽電池ストリング１３０は、パワーコンディショナ１１０に対し、後述する故障検知システム２のスイッチ群を介して接続されている。

パワーコンディショナ１１０は、太陽電池アレイ１００から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の負荷装置に繋がる電力系統（例えば商用電力系統）へ供給する。このパワーコンディショナ１１０は、太陽電池アレイ１００の最大出力が得られるよう太陽電池アレイ１００の動作電圧を制御する動作電圧制御機能と、電力系統の異常が検知された場合に安全にシステム停止する等の系統保護機能と、を有している。なお、パワーコンディショナ１１０は、絶縁トランスを有するトランス絶縁型であってもよいし、トランスレス（非絶縁）型であってもよい。

太陽電池モジュール１２０は、パネル状に構成されており、図２に示すように、互いに直列接続された複数（ここでは、６つ）の太陽電池セル１４０を備えている。また、太陽電池モジュール１２０は、複数の直列接続された太陽電池セル１４０に並列に接続されたバイパスダイオード１５０を含んでいる。すなわち、バイパスダイオード１５０のアノード端子が太陽電池モジュール１２０の負極側に接続され、バイパスダイオードのカソード端子が太陽電池モジュールの正極側に接続されている。なお、太陽電池モジュール１２０は、複数の太陽電池セル１４０とそれらに並列接続されたバイパスダイオード１５０からなる太陽電池クラスタを複数有していてもよい。

複数の太陽電池セル１４０は、太陽光を利用して発電を行うものであり、マトリクス状に並置された状態でアルミフレームに固定されていると共に、その受光面側が強化ガラスで覆われている。太陽電池セル１４０としては、例えば０．５Ｖの出力電圧の結晶系太陽電池セルが用いられている。

バイパスダイオード１５０は、複数の太陽電池セル１４０に並列接続されている。バイパスダイオード１５０としては、順方向電圧を小さくし且つ逆回復時間を短縮化するために、例えばショットキーバリアダイオードが用いられている。このバイパスダイオード１５０は、太陽電池モジュール１２０に逆電圧が印加されたときに電流が流れるよう設けられており、その順方向が太陽電池モジュール１２０内における太陽電池セル１４０の等価寄生ダイオードの順方向に対し逆方向とされている。具体的には、バイパスダイオード１５０のカソード側は、太陽電池モジュール１２０を直列接続する電路上において、太陽電池モジュール１２０の正極側に接続されている。また、バイパスダイオード１５０のアノード側は、電路上において太陽電池モジュール１２０の負極側に接続されている。

図３には、太陽電池セル１４０の等価回路図を示している。同図に示すように、太陽電池セル１４０は、電流源１４１と、寄生ダイオード１４２と、シャント抵抗１４３との並列回路と等価と考えることができる。すなわち、太陽電池セル１４０は、日射強度に応じた電流をセル１４０の内部で負極から正極に向けて生成する電流源１４１と、セル１４０の内部の正極から負極に向けた方向を順方向とする寄生ダイオード１４２と、数百〜１ｋΩ（理想的には無限大Ω）の抵抗値を有するシャント抵抗１４３を含むものと等価である。この寄生ダイオード１４２の存在により、太陽電池セル１４０には、日射状態にかかわらず逆方向電流が生じている。また、太陽電池セル１４０に電流源１４１の生成する電流以上の電流を負極から正極に向けて生じさせた場合には、その電流は、シャント抵抗１４３を流れるか、寄生ダイオード１４２を降伏させて流れるかのいずれかとなる。

図１に戻って、太陽光発電システム１に含まれる故障検知システム２の構成を説明する。故障検知システム２は、パワーコンディショナ１１０等の負荷装置に対して解列状態に切り替えた太陽電池ストリング１３０を対象にして、太陽電池ストリング１３０に内蔵されたバイパスダイオード１５０の故障を検知するための装置群である。詳細には、故障検知システム２は、スイッチ群（スイッチング部）３，４、及び故障検知装置５によって構成されている。

スイッチ群３は、３つの太陽電池ストリング１３０とパワーコンディショナ１１０との接続をバイパスダイオード検査時に解列状態に切り替えるために設けられ、太陽電池ストリング１３０の数に対応した６つのスイッチング素子３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂによって構成されている。スイッチング素子３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂは、太陽電池ストリング１３０とパワーコンディショナ１１０との電気的接続を制御する開閉器である。スイッチング素子３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂとしては、電流を遮断するものであれば如何なる構成のものも用いることができ、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated GateBipolar Transistor）等の半導体スイッチ、機械式リレー等の電磁開閉器を用いることができる。このスイッチング素子３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂは、通常時（発電時）には閉状態とされ、太陽電池ストリング１３０及びパワーコンディショナ１１０を互いに接続させる一方、バイパスダイオード検査時には開状態とされ、これらを互いに解列状態にさせる。

具体的には、スイッチング素子３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、それぞれの太陽電池ストリング１３０の正極とパワーコンディショナ１１０の一方の入力端子との間をつなぐ電路上に設けられ、スイッチング素子３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂは、それぞれの太陽電池ストリング１３０の負極とパワーコンディショナ１１０の他方の入力端子との間をつなぐ電路上に設けられる。なお、スイッチ群３は、太陽電池ストリング１３０の正極及び負極につながる両方の電路上に設けられているが、いずれかの電路上のみに設けられてもよい。例えば、スイッチ群３は、スイッチング素子３１Ａ，３２Ａ，３３Ａのみから構成されていてもよい。このような構成でも、バイパスダイオード検査時に太陽電池ストリング１３０及びパワーコンディショナ１１０を互いに解列状態とすることができる。

また、スイッチ群４は、３つの太陽電池ストリング１３０と故障検知装置５との間をバイパスダイオード検査時に電気的に接続するために設けられ、太陽電池ストリング１３０の数に対応した６つのスイッチング素子４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂによって構成されている。スイッチング素子４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂは、太陽電池ストリング１３０と故障検知装置５との電気的接続を制御する開閉器であり、スイッチ群３と同様な半導体スイッチや電磁開閉器等を採用できる。このスイッチング素子４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂは、通常時（発電時）には開状態とされ、及び故障検知装置５を太陽電池ストリング１３０から電気的に切断させる一方、バイパスダイオード検査時には閉状態とされ、これらを互いに接続状態にさせる。

具体的には、スイッチング素子４１Ａ，４２Ａ，４３Ａは、それぞれの太陽電池ストリング１３０の正極と故障検知装置５の一方の接続端子との間をつなぐ電路上に設けられ、スイッチング素子４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂは、それぞれの太陽電池ストリング１３０の負極と故障検知装置５の他方の接続端子との間をつなぐ電路上に設けられる。なお、スイッチ群４は、太陽電池ストリング１３０の正極及び負極につながる両方の電路上に設けられているが、いずれかの電路上のみに設けられてもよい。例えば、スイッチ群４は、スイッチング素子４１Ａ，４２Ａ，４３Ａのみから構成されていてもよい。このような構成でも、通常時に太陽電池ストリング１３０及び故障検知装置５を互いに切断状態とすることができる。

なお、太陽電池ストリング１３０とパワーコンディショナ１１０の間には、太陽電池ストリング１３０に逆電流が流れることを防止する逆流防止ダイオード（不図示）が、太陽電池ストリング１３０の正極側または負極側（或いは両方極）の電路上に直列に接続される。この逆流防止ダイオードは、故障検知装置５による測定対象となる電路内に位置する構成としても良いし、測定対象の電路外に位置する構成としても良い。すなわち、スイッチ群３の位置や故障検知装置５との接続点６１〜６６の位置にかかわらず、太陽電池ストリングの正極（または負極）とパワーコンディショナ１１０とを結ぶ電路上のいずれに位置しても良い（ただし、他の太陽電池ストリング１３０との並列接続点より太陽電池ストリング１３０側に位置する必要がある）。

故障検知装置５は、電圧源回路５１、電流測定部５２、及び制御／判定部５３によって構成されている。電圧源回路５１は、規定値の定電圧を生成する回路である。ここで、電圧源回路５１の生成する電圧の規定値は、制御／判定部５３による制御によって調整可能にされている。

電流測定部５２は、太陽電池ストリング１３０の負極から正極に向けて流れる電流値を測定するための回路部である。ここで、電流測定部５２による電流値の測定タイミングは、制御／判定部５３によって制御可能にされており、電流測定部５２によって測定された電流値を示す信号は、制御／判定部５３によって取得可能にされている。

上記の電圧源回路５１及び電流測定部５２は、スイッチング素子４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ及びスイッチング素子４１Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂを経由して、３つの太陽電池ストリング１３０の正極及び負極に直列に接続可能に構成されている。このような構成により、電圧源回路５１により、３つの太陽電池ストリング１３０のいずれかに対して、正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧が印加可能にされ、電流測定部５２により、逆電圧が印加された際の３つの太陽電池ストリング１３０のいずれかにおける電流値が測定可能にされる。

制御／判定部５３は、バイパスダイオードの故障検査時において、スイッチ群３，４の開閉状態を切り替えるように制御し、電流測定部５２によって測定される電流値を取得する。そして、制御／判定部５３は、取得した電流値に基づいていずれかの太陽電池ストリング１３０に内蔵されるバイパスダイオード１５０の故障を検知して検知結果を出力する。このような制御／判定部５３は、アナログ回路、デジタル回路等の回路部によって構成されてもよいし、マイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成されてもよい。

ここで、制御／判定部５３の機能の詳細を述べる前に、太陽電池ストリング１３０の正常時及びバイパスダイオード故障時の電流−電圧特性（以下、「Ｉ−Ｖ特性」という。）について説明する。

図４（ａ）は、太陽電池ストリング１３０の夜間（低日射強度時の）のＩ−Ｖ特性を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩ−Ｖ特性の一部を詳細に示すグラフである。同図中において、Ｌ１が正常時の太陽電池ストリング１３０のＩ−Ｖ特性、Ｌ２がバイパスダイオード故障時の太陽電池ストリング１３０のＩ−Ｖ特性を示している。なお、これらの特性においては、太陽電池ストリング１３０の正極の電位が負極の電位よりも高い場合が正電圧（Ｖ＞０）を示し、太陽電池ストリング１３０の内部において負極から正極に向かう電流を正電流（Ｉ＞０）で示している。太陽電池ストリング１３０には複数のバイパスダイオード１５０が内部の負極から正極に向かう方向を順方向にして含まれているので、正常時の夜間に逆電圧（Ｖ＜０）を発生させた場合は、太陽電池セル１４０のシャント抵抗１４３（図３）にはほとんど電流が流れず、その電流のほとんどがバイパスダイオード１５０を順方向に流れる。その結果、太陽電池ストリング１３０内の負極から正極に流れる電流Ｉが急激（非線形に）に増加する。

一方、太陽電池ストリング１３０に含まれるいずれかのバイパスダイオード１５０にオープンモード故障（通電しない状態で故障）が発生した場合であって、夜間に逆電圧（Ｖ＜０）を発生させた場合は、故障したバイパスダイオード１５０にはほとんど電流が流れず、そのバイパスダイオード１５０に並列接続された太陽電池セル１４０のシャント抵抗１４３に電流が流れ込むため、太陽電池ストリング１３０内の電流Ｉは電圧Ｖの大きさが増加するにしたがってほぼ線形に増加する。ここで、シャント抵抗１４３は正常時のバイパスダイオード１５０に比較して高抵抗であるため、特性Ｌ１に比較して電流値の増加率は極めて小さい。また、太陽電池ストリング１３０では、その両端を短絡した場合（Ｖ＝０）でも、日射状態に応じて変化する短絡電流Ｉ_ＳＣが発生する。

上述した太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を利用して、制御／判定部５３は、太陽電池ストリング１３０に含まれるバイパスダイオード１５０の故障を判定する。具体的には、制御／判定部５３は、スイッチ群３を制御して、いずれか１つの検査対象の太陽電池ストリング１３０（以下、検知対象ストリングとも言う。）とパワーコンディショナ１１０との間を解列状態に設定すると同時に、スイッチ群４を制御して、検知対象ストリング１３０と故障検知装置５の電圧源回路５１及び電流測定部５２とを接続する。例えば、制御／判定部５３は、スイッチング素子３１Ａ，３１Ｂのペア、スイッチング素子３２Ａ，３２Ｂのペア、或いはスイッチング素子３３Ａ，３３Ｂのペアのいずれかのペアを開状態に制御するとともに、それに対応して、スイッチング素子４１Ａ，４１Ｂのペア、スイッチング素子４２Ａ，４２Ｂのペア、或いはスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂのペアのいずれかのペアを閉状態に制御する。

この状態で、制御／判定部５３は、電圧源回路５１を制御して、負極を基準にした負の規定値Ｖ_１の逆電圧を、検知対象ストリング１３０の正極に対して印加させる。この規定値Ｖ_１は、検知対象ストリング１３０に含まれるバイパスダイオード１５０の合計の順電圧ＶＦよりも著しく大きくないような値で、図４に示す特性Ｌ１，Ｌ２を判別できるような適切な値が予め設定される。さらに、制御／判定部５３は、電流測定部５２によって測定された検知対象ストリング１３０の電流値が規定の閾値Ｉ_ＴＨ０よりも小さいか否かを判定し、電流値が閾値Ｉ_ＴＨ０よりも小さい場合に検知対象ストリング１３０に含まれるいずれかのバイパスダイオード１５０の故障を検知する。このような制御／判定部５３の機能により、検知対象ストリング１３０のＩ−Ｖ特性が図４に示す特性Ｌ１，Ｌ２のいずれの特性にあるかを判別することができ、Ｉ−Ｖ特性が特性Ｌ２であると判別された場合にバイパスダイオード１５０の故障を検知することができる。すなわち、電流測定部５２によって測定される電流値は、特性Ｌ１，Ｌ２上における電圧Ｖ＝−Ｖ_１に対する電流Ｉの大きさに相当しているので、電流値と閾値Ｉ_ＴＨ０とを比較することで検知対象ストリング１３０のＩ−Ｖ特性が特性Ｌ１，Ｌ２のいずれの状態にあるかが判別可能とされる。

また、制御／判定部５３は、検知対象ストリング１３０に規定値Ｖ_１の逆電圧を印加させた際に電流測定部５２によって測定された当該検知対象ストリング１３０の電流値が、予め規定された閾値Ｉ_ＴＨ１（＞閾値Ｉ_ＴＨ０）以上となった場合に、電圧源回路５１による検知対象ストリング１３０に対する逆電圧の印加を停止させるように制御する。この際、制御／判定部５３は、バイパスダイオードの故障検査のためにスイッチ群３，４の開閉状態を切り替えたタイミングで、当該検知対象ストリング１３０の電流値のモニタリングを開始し、そのモニタリング結果に応じて検知対象ストリング１３０に対する逆電圧の印加を停止するか否かを継続して判定する。

次に、上述した太陽光発電システム１を対象にしたバイパスダイオード１５０の故障検査の手順を説明するとともに、本実施形態に係る故障検知方法について詳述する。

まず、故障検知装置５の制御／判定部５３により、内蔵する計時機能を利用して所定時刻が到来したか否かが判定されて、所定時刻の到来が検知されたタイミングでバイパスダイオードの故障検査処理が開始される。例えば、夜間の時刻の到来が検知されたタイミングでは太陽電池ストリング１３０の短絡電流値Ｉ_ＳＣが極めて小さくＩ−Ｖ特性が安定しているので、このタイミングで故障検査処理が開始されることによりバイパスダイオードの故障の誤検知が防止される。

次に、制御／判定部５３によりスイッチ群３，４が制御されて、いずれか１つの検知対象ストリング１３０とパワーコンディショナ１１０との間が解列状態に設定されると同時に、検知対象ストリング１３０と故障検知装置５とが接続される（第１のスイッチングステップ）。ここで、解列状態に設定される際には、検知対象ストリング１３０の両極が切断されてもよいし、検知対象ストリング１３０の方極側のみが切断されてもよい。

その後、故障検知装置５の電圧源回路５１から検知対象ストリング１３０に対して、負極と正極間に規定値Ｖ_１の逆電圧が印加される（電圧印加ステップ）。このタイミングで、電流測定部５２により、検知対象ストリング１３０の負極から正極に向けて流れる電流値が測定され、その測定値が制御／判定部５３に渡される（電流測定ステップ）。これに対して、制御／判定部５３により、電流値が規定の閾値Ｉ_ＴＨ０よりも小さいか否かが判定され、その判定結果を基に検知対象ストリング１３０に含まれるいずれかのバイパスダイオード１５０の故障が検知される（判定ステップ）。そして、制御／判定部５３により、検知結果がディスプレイやＬＥＤ等の出力装置に出力される（出力ステップ）。最後に、バイパスダイオードの故障が検知されなかった場合（バイパスダイオードが正常と判定された場合）には、制御／判定部５３によりスイッチ群３，４が制御されて、検知対象ストリング１３０と故障検知装置５との間の接続が解除されると同時に、検知対象ストリング１３０とパワーコンディショナ１１０との間が接続状態に設定される（第２のスイッチングステップ）。

以上説明した故障検知システム２及びそれを利用したバイパスダイオードの故障検知方法によれば、負荷装置に対して解列状態にある太陽電池ストリング１３０に対して、規定値Ｖ_１の逆電圧が印加され、その時に太陽電池ストリング１３０の負極から正極に流れる電流値が測定され、その電流値を基にバイパスダイオード１５０の故障が検出される。すなわち、バイパスダイオード１５０が正常であれば、バイパスダイオードのIV特性に従い、太陽電池ストリング１３０内のバイパスダイオード１５０に順方向電流が流れる。一方、バイパスダイオード１５０がオープンモード故障していれば、太陽電池ストリング１３０内のシャント抵抗だけが電流を通過させる。後者の電流値は前者に比較して著しく小さい値である。従って、上述した故障検知システム２を利用した故障検知方法によれば、その電流値の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオード１５０の故障の有無を高確度に判定することができる。これにより、コンデンサを使用した故障検知方法のようにＩ−Ｖ特性のトレースの必要が無いため、簡易な装置構成で正確にバイパスダイオード１５０の故障を検知することができる。

上述した故障検知システム２においては、太陽電池ストリング１３０に関して測定された電流値が閾値Ｉ_ＴＨ０よりも小さい場合にバイパスダイオードの故障が検知されるので、簡易な処理や回路構成でバイパスダイオード１５０の故障を検知することができる。

また、太陽電池ストリング１３０に関して測定された電流値が閾値Ｉ_ＴＨ１以上となった場合に太陽電池ストリング１３０への逆電圧の印加が停止されるので、故障検査時に太陽電池ストリング１３０に過電流を流すことによる太陽電池ストリング１３０の故障を防止することができる。すなわち、バイパスダイオードが正常な太陽電池ストリング１３０に逆電圧を印加することで、短絡電流よりも大きな過電流を発生させる恐れがあるが、太陽電池ストリング１３０の電流値が大きくなりすぎた場合に逆電圧の印加を停止することで、このような過電流の発生を防止することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、制御／判定部５３は、検知対象ストリング１３０に対して２種類以上の規定値の電圧を印加し、それぞれの規定値に対して電流測定部５２によって測定される電流値を基に、検知対象ストリング１３０のＩ−Ｖ特性が線形であるか否かを判定することによって、バイパスダイオードの故障を検知してもよい。

詳細には、図５に示すような検知対象ストリング１３０のＩ−Ｖ特性Ｌ１，Ｌ２を判別するために、制御／判定部５３は、検知対象ストリング１３０の正極に負極を基準にした正の規定値Ｖ_２の電圧を供給した際に測定される電流値−Ｉ２を取得するとともに、検知対象ストリング１３０に負の規定値Ｖ_２の逆電圧を印加した際に測定される電流値Ｉ１を取得する。また、制御／判定部５３は、印加する電圧が０の場合の検知対象ストリング１３０に生じる電流（短絡電流）Ｉ_ＳＣ（＞０）も取得する。そして、制御／判定部５３は、取得した電位差Ｉ２、Ｉ１、Ｉ_ＳＣを参照して、Ｉ２＋Ｉ_ＳＣの値に比較してＩ１−Ｉ_ＳＣの値が規定値以上大きければバイパスダイオードは正常と判定する。一方、制御／判定部５３は、Ｉ２＋Ｉ_ＳＣの値とＩ１−Ｉ_ＳＣの値との差分の絶対値が規定値未満であれば検知対象ストリング１３０のＩ−Ｖ特性が線形であるとして、バイパスダイオードは異常と判定する。

ただしこの様に、逆方向電流を発生させる測定が含まれる場合は、検知対象ストリング１３０から逆流防止ダイオードを除外して、検出することが必要である。

上記の様に３つの電圧に対応する電流を測定して、線形性を判定することにより、バイパスダイオードの故障を検知することとしても良い。

また、制御／判定部５３は、バイパスダイオードの故障検査処理の開始タイミングを決定する際に、実際に検知対象ストリング１３０が発電中であるか否かを判定してもよい。すなわち、制御／判定部５３は、第１のスイッチングステップの直後に、電流測定部５２によって測定された短絡電流値Ｉ_ＳＣを取得し、その短絡電流値Ｉ_ＳＣと規定値とを比較することによって検知対象ストリングが発電中であるか否かを判定し、発電中でない場合にバイパスダイオードの故障検査処理を開始する。例えば、制御／判定部５３は、測定された短絡電流値Ｉ_ＳＣが規定値より小さい場合に検知対象ストリング１３０が発電中でないと判定する。また、制御／判定部５３は、測定された短絡電流値Ｉ_ＳＣの規定値に対する比率を基に検知対象ストリング１３０が発電中であるか否かを判定してもよい。

さらに別の実施形態として、図１における故障検知装置５のみを独立した可搬型装置として用意し、太陽電池ストリング、太陽電池モジュールまたは太陽電池クラスタに接続して検出する構成としても良い。

上記実施形態では、夜間に検出を行う方法について説明したが、電流検出閾値を太陽電池の短絡電流よりも大きな値とすることにより、印加電圧は夜間に検出を行う場合と同様の値を使用しつつ、昼間に検出を行うこともできる。

１…太陽光発電システム（太陽電池システム）、２…故障検知システム、３…スイッチ群（スイッチング部）、５…故障検知装置、５１…電圧源回路、５２…電流測定部、５３…制御／判定部、６１〜６６…接続点、１００…太陽電池アレイ、１１０…パワーコンディショナ（負荷装置）、１２０…太陽電池モジュール、１４０…太陽電池セル、１５０…バイパスダイオード。

Claims (6)

1. 太陽光を利用して発電を行う太陽電池と前記太陽電池に並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知装置であって、
   前記太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、
   前記電圧源による逆電圧の印加時に前記太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部によって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする故障検知装置。
2. 前記判定部は、前記太陽電池モジュールに対して前記逆電圧の前記規定値として第１の値の電圧が印加された状態において測定された前記電流値が、第１の閾値よりも小さい場合に前記バイパスダイオードの故障を検知する、
   ことを特徴とする請求項１記載の故障検知装置。
3. 前記判定部は、前記太陽電池モジュールに対して前記規定値の逆電圧が印加された状態において測定された前記電流値が第２の閾値以上となった場合に、前記太陽電池モジュールへの逆電圧の印加を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の故障検知装置。
4. 太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと前記複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知システムであって、
   前記太陽電池ストリングと前記負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチング部と、
   前記スイッチング部により解列状態に切り替えられた前記太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、前記検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧源と、
   前記電圧源による逆電圧の印加時に前記検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部によって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする故障検知システム。
5. 太陽光を利用して発電を行う太陽電池と前記太陽電池に並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを具備し、負荷に対して解列状態にある太陽電池モジュールを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、
   前記太陽電池モジュールの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、
   前記電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に前記太陽電池モジュールの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、
   前記電流測定ステップによって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、
   を備えることを特徴とする故障検知方法。
6. 太陽光を利用して発電を行う直列接続された複数の太陽電池セルと前記複数の太陽電池セルに並列接続された少なくとも１つのバイパスダイオードとを含む太陽電池モジュールが、複数直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングに接続された負荷装置とを具備する太陽電池システムを対象にして、前記バイパスダイオードの故障を検知する故障検知方法であって、
   前記太陽電池ストリングと前記負荷装置との接続を解列状態に切り替えるスイッチングステップと、
   前記スイッチングステップにより解列状態に切り替えられた前記太陽電池ストリングを検知対象ストリングとして、前記検知対象ストリングの正極に対して負極を基準にした負の規定値の逆電圧を印加する電圧印加ステップと、
   前記電圧印加ステップによる逆電圧の印加時に前記検知対象ストリングの負極から正極に向けて流れる電流値を測定する電流測定ステップと、
   前記電流測定ステップによって測定された前記電流値に基づいて前記バイパスダイオードの故障を判定する判定ステップと、
   を備えることを特徴とする故障検知方法。

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