JP2015149431A - 太陽光発電装置の管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電装置の発電出力を簡便に評価することを可能にする。
【解決手段】管理装置１０は、第１の取得部１１と第２の取得部１２と第３の取得部１３と処理部１５と出力部１６とを備える。第１の取得部１１は、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値を取得する。第２の取得部１２は、太陽電池モジュール２１の設置場所における日射強度、および太陽電池モジュール２１の温度を環境情報として取得する。第３の取得部１３は、太陽光発電装置２０の発電出力に関する実測値を取得する。処理部１５は、第１の取得部１１が取得した公称値と第２の取得部１２が取得した環境情報を用い、太陽光発電装置２０の発電出力を推定する。出力部１６は、処理部１５が推定した第１の発電出力と、第３の取得部１３が取得した第２の発電出力とを表示装置３０に表示させる。さらに、第１の発電出力から算出した適正範囲を表示装置３０に表示させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置の発電出力を管理するための太陽光発電装置の管理装置に関する。

従来、太陽光発電装置の設置条件に応じて正常時の基準出力特性を算出し、稼働中の太陽光発電装置における出力特性と基準出力特性とを比較することによって、太陽光発電装置が正常か異常かを判断する診断技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、日照状況から太陽電池モジュールについて期待される出力電力を算出し、計測された発電出力と期待される出力電力とを比較することによって、太陽電池モジュールの異常を診断する技術も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。日照状況は、日照度だけではなく気温を含む場合も記載されている。

特許文献１および特許文献２に記載された技術は、太陽光により発電されることが期待される出力を基準とし、実際に発電された出力を基準の出力と比較することによって、太陽電池モジュールあるいは太陽光発電装置の異常を診断している。

特許文献１では、診断基準値が、設置条件（緯度、経度、地形、気象条件等）、その設置方位（１６方位）、その設置角度（地表面に対する傾斜角度）、その構成（太陽電池の種類、セルの直列数、セルの総面積、パネル面積）等を用いて算出されている。また、特許文献２では、日照状況から発電出力を予測するための出力特性モデルを出力特性モデル格納部に格納している。出力特性モデル格納部は、太陽電池モジュールごとに出力特性モデルを格納している。

特開２００１−３２６３７５号公報 特開２０１１−２３３５８４号公報

特許文献１に記載された技術は、いずれも太陽光発電装置の出力を予測するために必要な情報量が多く、特許文献２に記載された技術は、出力特性モデルが生成されていなければ利用することができない。

本発明は、太陽光発電装置の発電出力を簡便に評価することを可能にした太陽光発電装置の管理装置を提供することを目的とする。

本発明は、太陽電池モジュールを備える太陽光発電装置の管理装置であって、前記太陽電池モジュールの発電出力に関する公称値を取得する第１の取得部と、前記太陽電池モジュールの設置場所における日射強度、および前記太陽電池モジュールの温度を環境情報として取得する第２の取得部と、前記太陽光発電装置の発電出力に関する実測値を取得する第３の取得部と、前記第１の取得部が取得した前記公称値と前記第２の取得部が取得した前記環境情報とに基づいて、前記太陽光発電装置の発電出力を推定する処理部と、前記処理部が推定した発電出力を第１の発電出力とし、前記第３の取得部が取得した発電出力に関する実測値を第２の発電出力として、前記第１の発電出力と前記第２の発電出力とを表示装置に表示させる出力部とを備え、前記処理部は、前記第１の発電出力に基づいて前記第２の発電出力に関する適正範囲を算出し、前記出力部は、前記適正範囲を前記表示装置に表示させることを特徴とする。

この太陽光発電装置の管理装置において、複数枚の前記太陽電池モジュールが電気的に接続された太陽電池アレイの発電出力を前記処理部が推定するために、前記太陽電池アレイを構成する前記太陽電池モジュールの接続関係に関する情報である構成情報を取得する第４の取得部をさらに備え、前記処理部は、前記第１の取得部が取得した前記公称値と前記第２の取得部が取得した前記環境情報とに加えて、前記第４の取得部が取得した前記構成情報に基づいて、前記太陽光発電装置の発電出力を推定することが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記太陽電池アレイは、複数枚の前記太陽電池モジュールが直列に接続されたストリングを複数本備え、複数本の前記ストリングが並列に接続されて構成されていることがさらに好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記太陽電池モジュールの仕様を特定する情報である識別情報が入力される入力部をさらに備え、前記第１の取得部は、前記識別情報にあらかじめ対応付けて前記太陽電池モジュールの仕様ごとの前記公称値が記憶されている記憶部から、前記入力部に入力された前記識別情報に対応する前記公称値を取得することが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記処理部は、前記第２の発電出力が前記適正範囲内である場合に前記太陽光発電装置を正常と判断し、前記第２の発電出力が前記適正範囲を逸脱している場合に前記太陽光発電装置を異常と判断することが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は、最大電力値と開放電圧値と短絡電流値とであって、前記処理部は、最大電力値と開放電圧値と短絡電流値とがそれぞれ前記適正範囲か否かについて判断を行い、さらに、前記判断の結果の組み合わせにより、前記太陽光発電装置の異常の有無および異常の箇所を判断することが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は最大電力値であって、前記適正範囲は前記第１の発電出力である最大電力値に対する基準割合以上の範囲に設定されることが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は開放電圧値であって、前記適正範囲は、前記第１の発電出力である開放電圧値に対して第１の割合以上かつ第２の割合以下の範囲として、前記開放電圧値を含むように設定されていることが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は短絡電流値であって、前記適正範囲は、前記第１の発電出力である短絡電流値に対する基準割合以上の範囲に設定されることが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記出力部は、前記第２の発電出力と前記適正範囲とを、前記表示装置に数値で表示させることが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記出力部は、前記第２の発電出力と前記適正範囲とを、前記表示装置にグラフで表示させることが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記出力部は、前記第２の発電出力と前記適正範囲とを、前記表示装置の同じ画面に表示させることが好ましい。

この太陽光発電装置の管理装置において、前記太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールから出力される直流電力の電力変換を行うパワーコンディショナをさらに備え、前記処理部は、前記第１の取得部が取得した前記公称値と前記第２の取得部が取得した前記環境情報とに加えて、前記パワーコンディショナによる電力の変換効率に基づいて、前記太陽光発電装置の発電出力を推定し、前記第３の取得部は、前記パワーコンディショナから前記太陽光発電装置の発電出力に関する実測値を取得することが好ましい。

本発明の構成によれば、太陽電池モジュールの発電出力に関する公称値と、日射強度および温度とを用いることによって、太陽光発電装置の発電出力を推定している。つまり、太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールについてメーカの仕様として容易に得られる公称値と、発電出力に対する影響が大きい日射強度および温度を用いるだけで、実際の発電出力に対する適正範囲を容易に定めることができる。言い換えると、太陽光発電装置の発電出力を簡便に評価することが可能になるという利点を有する。

実施形態を示すブロック図である。 実施形態に用いる太陽電池アレイの構成例を示す図である。 実施形態に用いる太陽電池アレイの特性例を示す図である。 実施形態に用いる太陽電池アレイの特性例を示す図である。 実施形態における表示例を示す図である。 実施形態における表示例を示す図である。 実施形態における表示例を示す図である。 実施形態における表示例を示す図である。

図１に示すように、以下に説明する管理装置１０は、太陽電池モジュール２１を備える太陽光発電装置２０を管理する。管理装置１０は、第１の取得部１１と第２の取得部１２と第３の取得部１３と処理部１５と出力部１６とを備える。第１の取得部１１は、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値を取得する。第２の取得部１２は、太陽電池モジュール２１の設置場所における日射強度、および太陽電池モジュール２１の温度を環境情報として取得する。第３の取得部１３は、太陽光発電装置２０の発電出力に関する実測値を取得する。処理部１５は、第１の取得部１１が取得した公称値と第２の取得部１２が取得した環境情報とに基づいて、太陽光発電装置２０の発電出力を推定する。出力部１６は、処理部１５が推定した発電出力を第１の発電出力とし、第３の取得部１３が取得した発電出力に関する実測値を第２の発電出力として、第１の発電出力と第２の発電出力とを表示装置３０に表示させる。また、処理部１５は、第１の発電出力に基づいて第２の発電出力に関する適正範囲を算出し、出力部１６は、適正範囲を表示装置３０に表示させる。

管理装置１０は、複数枚の太陽電池モジュール２１が電気的に接続された太陽電池アレイ２２の発電出力を処理部１５が推定するために、太陽電池アレイ２２を構成する太陽電池モジュール２１の接続関係に関する情報である構成情報を取得する第４の取得部１４をさらに備えることが望ましい。この場合、処理部１５は、第１の取得部１１が取得した公称値と第２の取得部１２が取得した環境情報とに加えて、第４の取得部１４が取得した構成情報に基づいて、太陽光発電装置２０の発電出力を推定することが望ましい。

太陽電池アレイ２２は、図２のように、複数枚の太陽電池モジュール２１が直列に接続されたストリング２３を複数本備え、複数本のストリング２３が並列に接続されて構成されていることが望ましい。

管理装置１０は、太陽電池モジュール２１の仕様を特定する情報である識別情報が入力される入力部１７をさらに備えていることが望ましい。この場合、第１の取得部１１は、識別情報にあらかじめ対応付けて太陽電池モジュール２１の仕様ごとの公称値が記憶されている記憶部１８から、入力部１７に入力された識別情報に対応する公称値を取得することが望ましい。

以下、本実施形態についてさらに詳しく説明する。太陽光発電装置２０は、図１に示すように、太陽光の照射を受けて直流電力を発電する太陽電池アレイ２２と、太陽電池アレイ２２から出力された直流電力の電力変換を行うパワーコンディショナ２５とを備える。パワーコンディショナ２５は、一般的には、電力系統と連系するために直流電力を交流電力に変換する構成を備えているが、太陽光発電装置２０が出力する直流電力を負荷で利用するための直流電力（定電圧あるいは定電流など）に変換する構成が採用される場合もある。

太陽電池アレイ２２は、図２に示すように、パネル状である複数枚の太陽電池モジュール２１を直列に接続したストリング２３を複数本備える。複数本のストリング２３は並列に接続される。つまり、太陽電池アレイ２２は、複数枚の太陽電池モジュール２１を所定の関係で接続した太陽電池モジュール２１の集合体である。以下では、太陽光発電装置２０の発電出力について太陽電池アレイ２２を対象として説明するが、単体の太陽電池モジュール２１の発電出力あるいはストリング２３の発電出力を対象として、以下に説明する技術を適用することを妨げない。

太陽電池モジュール２１において、最大出力、開放電圧、短絡電流などに関する公称値は、製品の種類によって異なっている。ここに、公称値は、太陽電池モジュール２１を製造するメーカが公表している仕様の値（スペック値）の意味で用いている。本実施形態では、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する電流−電圧特性および電力−電圧特性も公称値に含める。

太陽電池アレイ２２は、最大出力、最大動作電圧、最大動作電流などが所望値になるように、ストリング２３を構成する太陽電池モジュール２１の枚数、および並列に接続するストリング２３の本数が設計される。すなわち、太陽電池アレイ２２を構成する太陽電池モジュール２１の接続関係は、太陽電池アレイ２２の最大出力、最大動作電圧、最大動作電流などを所望値にするように定められる。

いま、太陽電池アレイ２２を構成するために用いる太陽電池モジュール２１について、最大出力が２４０Ｗ程度、最大動作電圧が４５Ｖ程度、最大動作電流が５．５Ａ程度、開放電圧が５５Ｖ程度、短絡電流が６Ａ程度である場合を想定する。なお、太陽電池モジュール２１に関する各値は公称値である。このような太陽電池モジュール２１を用いて、出力電圧が１３０Ｖ程度であって最大出力が１０ｋＷ程度になる太陽電池アレイ２２を構成するとすれば、１４枚の太陽電池モジュール２１で構成されるストリング２３を３本用いることになる。

住宅用に用いる小規模の太陽電池アレイ２２の場合は、最大出力が３〜５ｋＷ程度であることが多く、集合住宅あるいは各種施設などの屋上に設置する太陽電池アレイ２２の場合は、最大出力が５０ｋＷ以下であることが多い。また、いわゆるメガソーラの場合、出力電力は、１ＭＷ以上になる。さらに、太陽電池アレイ２２から出力された直流電力は、電力系統に供給するために交流電力に変換する場合が多いが、交流電力に変換することなく直流電力の形態で利用する場合もある。なお、太陽電池アレイ２２から出力された直流電力を利用先に応じた電力に変換する機能はパワーコンディショナ２５が担う。

上述した説明から分かるように、太陽電池アレイ２２の用途に応じて電力系統の接続先が異なる。したがって、ストリング２３を構成する太陽電池モジュール２１の枚数、および太陽電池アレイ２２を構成するストリング２３の本数は、太陽電池アレイ２２の用途に応じて設計される。

ところで、太陽電池アレイ２２が設置された後には、太陽電池アレイ２２から所要の出力が得られるか否かを検査する必要がある。この検査の際、太陽電池モジュール２１が適正に接続されいるか否かだけではなく、太陽電池モジュール２１の不良、太陽電池アレイ２２が設置されている場所の環境なども考慮しなければならない。

本実施形態では、設置された太陽電池アレイ２２の出力を管理装置１０が推定することによって、太陽電池アレイ２２の出力が正常であるか否かの判断を可能にしている。太陽電池アレイ２２の出力を推定するには、太陽電池アレイ２２を構成する太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値と、太陽電池アレイ２２が設置されている場所の環境に関する情報（環境情報）とが必要である。また、太陽電池アレイ２２は、複数枚の太陽電池モジュール２１の集合体であるから、太陽電池アレイ２２の出力を推定するには、太陽電池アレイ２２を構成する太陽電池モジュール２１の接続関係の情報も必要である。

管理装置１０は、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値を取得するために第１の取得部１１を備える。太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値は、太陽電池モジュール２１の仕様を特定する情報（識別情報）に対応付けられている。

太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値は、たとえば、最大出力、最大動作電圧、最大動作電流、開放電圧、短絡電流の少なくとも１種類の公称値を含む。また、太陽電池モジュール２１の発電出力に関して、電流−電圧特性と電力−電圧特性とのうち少なくとも電流−電圧特性が識別情報に対応付けられていればなおよい。太陽電池モジュール２１の仕様を特定する識別情報は、太陽電池モジュール２１の型番、品番、製品番号などから選択される。

ここでは、型番は電気的な仕様が同じである太陽電池モジュール２１に付与した識別情報、品番は型番が同じである太陽電池モジュール２１について製品の色などを区別するために付与した識別情報、製品番号は製品ごとに付与した識別情報の意味で用いる。したがって、型番、品番、製品番号のどれを識別情報として用いても太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値に対応付けることができる。

すなわち、型番および品番は、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する情報に対応付けられているから、型番と品番とのいずれかが分かれば、第１の取得部１１を通して太陽電池モジュール２１の発電出力を知ることが可能である。また、製品番号は、型番あるいは品番と同様に扱うことが可能であるが、太陽電池モジュール２１が全数検査されている場合には、製品番号が分かれば、製品番号ごとに個別の発電出力を知ることが可能になる。

識別情報（型番、品番、または製品番号）は、管理装置１０に付設された入力装置３１に利用者が入力する。入力装置３１は、管理装置１０に設けられた入力部１７を通して識別情報を処理部１５に与える。

入力装置３１は、利用者が操作する操作器であって、テンキーのような機械的なスイッチのほか、上述した表示装置３０と一体化されたタッチパネルであってもよい。表示装置３０として液晶表示器のようなフラットパネルディスプレイを用い、入力装置３１としてフラットパネルディスプレイの画面に重ねられたタッチパネルを用いる場合、１つの操作表示器を表示装置３０および入力装置３１に兼用することができる。この種の操作表示器は、管理装置１０の専用装置として構成可能であるが、スマートフォンあるいはタブレット端末のような既存の操作表示器にアプリケーションプログラムを実行させ、管理装置１０の操作表示器として機能させることが可能である。

太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値を識別情報と対応付けたデータは、管理装置１０に設けられた記憶部１８にあらかじめ記憶されている。したがって、入力部１７を通して識別情報が処理部１５に与えられると、第１の取得部１１は記憶部１８から発電出力に関する情報を取得する。

ただし、太陽電池モジュール２１の新製品が市場に投入されるたびに、管理装置１０の記憶部１８に記憶させた情報を更新していると手間がかかる上に、更新が遅れると新製品に対応できない可能性がある。そのため、管理装置１０における第１の取得部１１は、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する情報を、インターネットのような電気通信回線を通して取得するように構成されていてもよい。この場合、電気通信回線に接続されたコンピュータサーバが、識別情報と太陽電池モジュール２１の発電出力とを対応付けて記憶する。第１の取得部１１は、入力装置３１から入力部１７に入力された識別情報を、コンピュータサーバに通知することにより、発電出力の公称値を取得する。

なお、第１の取得部１１が取得する公称値は、太陽電池モジュール２１の識別情報と照合することなく、利用者が入力装置３１に直接入力してもよい。すなわち、利用者が太陽電池モジュール２１の仕様を入手できる場合、発電出力に関する公称値を利用者が読み取って入力装置３１に入力し、入力された公称値を第１の取得部１１が取得するようにしてもよい。

本実施形態において、太陽電池モジュール２１が設置されている場所の環境は、太陽電池モジュール２１の出力に影響を与える環境を意味する。図３に示しているように、太陽電池モジュール２１の発電出力のうちの電流値は太陽電池モジュール２１に照射される日射強度に依存して変動し、太陽電池モジュール２１の発電出力のうちの電圧値は太陽電池モジュール２１の温度に依存して変動する。

したがって、太陽電池モジュール２１の設置場所に関する環境のうち着目すべき主な要素は、太陽電池モジュール２１が受ける日射強度（あるいは日射量）と、太陽電池モジュール２１の温度とである。本実施形態は、図１に示すように、太陽電池モジュール２１が受ける日射強度（あるいは日射量）を計測する第１のセンサ２６１と、太陽電池モジュール２１の温度を計測する第２のセンサ２６２とを備える。以下では、第１のセンサ２６１は日射強度を計測し、管理装置１０の処理部１５において必要に応じて日射強度を積算することにより日射量が求められる構成を想定する。

図１に示す構成では、第１のセンサ２６１および第２のセンサ２６２が、太陽電池アレイ２２に付属して設けられた管理装置１０に接続されている。ただし、後述するように、管理装置１０は、太陽電池アレイ２２に付属することなく別に設けられていてもよく、また、管理装置１０は、第１のセンサ２６１および第２のセンサ２６２による計測値が手作業で入力される構成であってもよい。

管理装置１０は、図１に示すように、太陽電池アレイ２２の設置場所における環境に関する情報をセンサ２６から環境情報として取得する第２の取得部１２を備える。環境情報は、上述したように、主として日射強度と温度とであるから、センサ２６は、日射強度を計測する第１のセンサ２６１と、温度を計測する第２のセンサ２６２とを含む。

第１のセンサ２６１は、太陽電池アレイ２２への日射強度を計測する必要があるから、太陽電池アレイ２２が受ける日射と同じ向きから日射を受けることが望ましい。ただし、太陽電池アレイ２２を構成する複数枚の太陽電池モジュール２１は同じ向きに配置されるとは限らないから、第１のセンサ２６１は、少なくとも太陽電池モジュール２１の向きごとに配置されていることが望ましい。さらに、太陽電池アレイ２２が太陽の向きを追尾する構成である場合、第１のセンサ２６１の向きも太陽電池アレイ２２の向きに合わせて変更される。

また、多数枚の太陽電池モジュール２１を並べた太陽電池アレイ２２である場合、雲、建物、あるいは立木などによる日陰が太陽電池アレイ２２の一部分にのみ形成される可能性がある。そのため、太陽電池モジュール２１ごとに第１のセンサ２６１を設ける構成が考えられるが、この構成はコスト高になるから望ましいとは言えない。本実施形態では、複数箇所に配置した第１のセンサ２６１が計測した日射強度の平均値を利用するか、１箇所で所定時間（たとえば、日中）にわたって計測した日射強度の平均値を利用する構成を採用する。１箇所で日射強度を計測する場合、連続的に計測せずに、所定の時間（たとえば、３０分）ごとに計測した日射強度を用いてもよい。

一方、第２のセンサ２６２についても、太陽電池モジュール２１ごとに第２のセンサ２６２を設ける構成が考えられるが、この構成は、第１のセンサ２６１の場合と同様に、コスト高になるから望ましいとは言えない。日陰の影響がある場合には日射強度の差異による温度差が生じ、太陽電池モジュール２１の配置場所における中央付近と周辺付近とでは放熱の効率が異なるから温度差が生じるが、これらの影響は平均化が可能である。

そのため、第２のセンサ２６２は、太陽電池アレイ２２の設置場所における代表的な温度が計測できるように配置されていればよい。あるいはまた、第２のセンサ２６２は、太陽電池アレイ２２の設置場所における複数箇所の温度が計測できるように配置されていてもよい。複数箇所の温度を計測する場合、第２のセンサ２６２が計測した複数箇所の温度の単純平均の値あるいは加重平均の値が用いられる。

上述したように、第１の取得部１１は太陽電池モジュール２１の発電出力に関する情報を取得し、第２の取得部１２は環境情報を取得する。処理部１５は、これらの情報を組み合わせて用いることにより、太陽電池アレイ２２から出力される発電出力を予測する。すなわち、処理部１５は、太陽電池モジュール２１の発電出力の情報から、太陽電池アレイ２２に関して、最大出力、最大動作電圧、最大動作電流、開放電圧、短絡電流を求める。さらに、処理部１５は、求めた値を太陽電池アレイ２２の設置場所での環境条件に応じて補正し、これらの値の予測値を求める。

管理装置１０は第３の取得部１３を備えており、第３の取得部１３は、太陽電池アレイ２２における発電出力の実測値に関する情報を計測装置２７から取得する。本実施形態では、計測装置２７は、太陽電池アレイ２２とパワーコンディショナ２５との接続部位に設けられている。すなわち、計測装置２７は、太陽電池アレイ２２の出力を監視する。ただし、計測装置２７は、後述するように、パワーコンディショナ２５の出力を監視する構成であってもよい。なお、計測装置２７で計測した情報を利用者が読み取り、読み取った結果を入力装置３１に入力することによって、発電出力の実測値に関する情報を入力部１７から第３の取得部１３に取得させてもよい。

処理部１５は、太陽電池モジュール２１の発電出力と環境情報とに基づいて太陽電池アレイ２２の発電出力を推定する。また、管理装置１０は、計測装置２７から太陽電池アレイ２２の発電出力の実測値を取得する。管理装置１０は、推定した発電出力を第１の発電出力とし、発電出力の実測値を第２の発電出力として、第１の発電出力および第２の発電出力を出力部１６から表示装置３０に出力する。出力部１６は、表示する内容に応じて表示装置３０に表示する形式を定める。なお、表示装置３０に表示される情報は、第１の発電出力、第２の発電出力だけではなく、他の情報も表示可能である。表示装置３０に表示される情報および表示の形式については後述する。

ところで、本実施形態において、管理装置１０は、第４の取得部１４を備える。第４の取得部１４は、太陽電池アレイ２２を構成する太陽電池モジュール２１の接続関係を取得する。太陽電池モジュール２１の接続関係は、上述したように、太陽電池アレイ２２が設置される現場に応じて違いがある。ただし、太陽電池モジュール２１の接続関係は、ストリング２３を構成する太陽電池モジュール２１の個数と、太陽電池アレイ２２を構成するストリング２３の本数とにより自動的に定められる。

ストリング２３を構成する太陽電池モジュール２１の個数と、太陽電池アレイ２２を構成するストリング２３の本数との情報である構成情報は、利用者が入力装置３１に入力する。第２の取得部１２は、入力装置３１から入力部１７を通して構成情報を取得し、処理部１５に構成情報を与える。管理装置１０が第４の取得部１４を備える場合、管理装置１０は、第１の発電出力と第２の発電出力とに加えて、第４の取得部１４が取得した構成情報を用いることにより、太陽電池アレイ２２の発電出力に関して公称値に相当する値を求めることが可能である。つまり、処理部は、太陽電池アレイ２２を構成する太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値と、太陽電池モジュール２１の接続関係とを用いることにより、太陽電池アレイ２２の発電出力に関して公称値に相当する値を求める。

処理部１５は、第２の取得部１２が取得した環境情報を用いることにより、太陽電池アレイ２２の発電出力を環境に応じて補正する。つまり、処理部１５は、太陽電池アレイ２２の発電出力を、太陽電池アレイ２２が設置されている環境に応じて推定する。

以上のようにして、処理部１５は、太陽電池アレイ２２に関して、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値と、太陽電池モジュール２１が設置されている環境とに基づいて、発電出力に関して理論的に得られることが予想される値を推定する。

太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値に基づいて、太陽電池アレイ２２の発電出力を算出する場合の関係式の例を示す。いま、太陽電池モジュール２１について、短絡電流の公称値がＩ１０、最大動作電流の公称値がＩ１１、開放電圧の公称値がＶ１０、最大動作電圧の公称値がＶ１１、最大出力の公称値がＰ１１であるとする。また、太陽電池アレイ２２を構成するストリング２３の本数がＮ、１本のストリング２３を構成する太陽電池モジュール２１の個数をＭとする。太陽電池アレイ２２について、短絡電流の値をＩ２０、最大動作電流の値をＩ２１、開放電圧の値をＶ２０、最大動作電圧の値をＶ２１、最大出力の値をＰ２１とすると、以下の関係が成り立つ。
Ｉ２０＝Ｉ１０×Ｎ
Ｉ２１＝Ｉ１１×Ｎ
Ｖ２０＝Ｖ１０×Ｍ
Ｖ２１＝Ｖ１１×Ｍ
Ｐ２１＝Ｉ２１×Ｖ２１
また、太陽電池モジュール２１の電流−電圧特性は、数１で表される関係で表されることが知られている。数１には、日射強度に関する情報として光電流が含まれ、また、温度が含まれており、太陽電池モジュール２１の発電出力が日射強度と温度とに影響されることがわかる。数１により、図４に示すように電流−電圧特性の推定が可能になる。図４における実線の特性が環境情報により補正した電流−電圧特性であり、破線の特性は太陽電池モジュール２１の公称値から求めた環境情報による補正前の電流−電圧特性である。

上述した管理装置１０は、プログラムを実行するデバイスを主なハードウェア要素として備える。この種のデバイスは、プロセッサとメモリとを一体に備えるマイコン（Microcontroller）、メモリとは別にプロセッサを備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）などから選択される。また、プログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）にあらかじめ書き込まれているか、インターネットのような電気通信回線を通して提供されるか、あるいは、コンピュータで読取可能な記録媒体により提供される。

管理装置１０は、太陽光発電装置２０の施工後において、太陽光発電装置２０から予想された発電出力が得られているか否かを確認するために用いられる。具体的には、管理装置１０は、太陽光発電装置２０の施工直後においては、初期不良および施工不良の検出を目的として用いられる場合があり、太陽光発電装置２０の運用中には故障診断あるいは劣化診断などを目的として用いられる場合がある。

どちらの目的で用いる場合でも、必要に応じて管理装置１０を太陽光発電装置２０に一時的に接続する形態と、常時接続する形態とを選択することが可能である。ただし、多くの場合、前者の目的で用いるのであれば、管理装置１０は必要に応じて太陽光発電装置２０に接続すればよく、後者の目的で用いるのであれば、管理装置１０は太陽光発電装置２０に常時接続しておくことが望ましい。

管理装置１０を太陽光発電装置２０に常時接続する場合は、管理装置１０を別に設けるか、太陽光発電装置２０を構成しているパワーコンディショナ２５に管理装置１０を設けることが望ましい。この構成では、管理装置１０は、太陽電池アレイ２２に設けられたセンサ２６から環境情報を取得する。また、センサ２６が太陽電池アレイ２２に付設されているか否かにかかわらず、センサ２６の出力値を利用者が読み取れる場合は、上述したように、センサ２６が計測した環境情報が管理装置１０に対して手作業で入力されるように構成されていてもよい。たとえば、管理装置１０とは独立した電力計測装置および日射計を用いることができる場合、管理装置１０は、環境情報が手作業で入力されるように構成されていればよい。

一方、管理装置１０を太陽光発電装置２０に一時的に接続すればよい場合、管理装置１０は可搬型であることが望ましい。たとえば、太陽光発電装置２０の設置および施工を行う業者が施工完了時に管理装置１０を用いる場合や、メンテナンス作業の業者が管理装置１０を用いるような場合、管理装置１０は、必要に応じてセンサ２６を接続するように構成されていてもよい。センサ２６は、管理装置１０に付属した構成のほか、管理装置１０に対して独立した電力計測装置および日射計であってもよい。管理装置１０は、手作業で環境情報が入力される構成を採用するか、あるいは、電力計測装置および日射計が接続されることによって環境情報を取得する構成であってもよい。なお、センサ２６となる電力計測装置および日射計は、太陽光発電装置２０の設置場所に置かれていてもよく、その場合、業者は管理装置１０のみを現場に携行すればよい。

また、管理装置１０を太陽光発電装置２０とは別の場所に設け、環境情報などの必要な情報を、インターネットのような電気通信回線を通して管理装置１０に通知するようにしてもよい。この場合、管理装置１０は、電気通信回線に接続されたコンピュータサーバに設けられる。したがって、管理装置１０の機能を複数箇所の太陽光発電装置２０で利用することが可能になる。

以下では、本発明の動作例について説明する。太陽光発電装置２０の施工直後か運用中かにかかわらず、管理装置１０は、太陽光発電装置２０の発電出力が適正か否かを判断することを目的として用いられる。したがって、管理装置１０は、処理部１５が推定した発電出力（第１の発電出力）と、太陽光発電装置２０について実測した発電出力（第２の発電出力）とを比較可能にするだけではなく、実測値である第２の発電出力が適正範囲か否かを示すことが望まれる。本実施形態において、適正範囲は、処理部１５が推定した第１の発電出力に基づいて設定される。

太陽電池モジュール２１において、発電出力の適正範囲（正常範囲）は、製造ばらつきを考慮して、公称値に対して以下のように定められている（日本工業規格Ｃ８９１８およびＣ８９３９参照）。すなわち、日本工業規格では、開放電圧は公称開放電圧の±１０％、短絡電流は公称短絡電流の９０％以上、最大出力は公称最大出力の９０％以上に定められている。本実施形態においても、発電出力の適正範囲として、この値を採用することが望ましい。もちろん、適正範囲をさらに厳しく設定することも可能である。また、本実施形態の管理装置１０は、開放電圧と短絡電流と最大出力とから選択される１種類以上の発電出力について適正範囲を定めている。

すなわち、第１の発電出力および第２の発電出力が最大電力値である場合、適正範囲は第１の発電出力である最大電力値に対する基準割合以上の範囲に設定されることが望ましい。基準割合は、たとえば９０％が選択される。また、第１の発電出力および第２の発電出力が開放電圧値である場合、適正範囲は、第１の発電出力である開放電圧値に対して第１の割合以上かつ第２の割合以下の範囲として、開放電圧値を含むように設定されることが望ましい。第１の割合は、たとえば９０％、第２の割合は、たとえば１１０％が選択される。第１の発電出力および第２の発電出力が短絡電流値である場合、適正範囲は、第１の発電出力である短絡電流値に対する基準割合以上の範囲に設定されることが望ましい。基準割合は、たとえば、９０％が選択される。

太陽電池アレイ２２について発電出力の適正範囲は、太陽電池モジュール２１の発電出力に関する公称値から算出される。つまり、処理部１５は、第１の発電出力に基づいて第２の発電出力に関する適正範囲を算出する。また、出力部１６は、適正範囲を表示装置３０に表示させる。出力部１６は、表示装置３０の画面に適正範囲を、数値あるいはグラフで示す。また、出力部１６は、実測値である第２の発電出力を、表示装置３０において適正範囲と同じ画面に表示することが望ましい。第２の発電出力が適正範囲と同じ画面に表示されることにより、利用者は、第２の発電出力が適正範囲か否かを容易に判断することができる。

要するに、出力部１６は、第２の発電出力と適正範囲とを、表示装置３０に数値で表示させるか、出力部１６は、第２の発電出力と適正範囲とを、表示装置３０にグラフで表示させることが望ましい。そして、出力部１６は、第２の発電出力と適正範囲とを、表示装置３０の同じ画面に表示させることが望ましい。

たとえば、表示装置３０に数値を示す場合、実測値である第２の発電出力と理論的に求めた適正範囲とが並べて表示されることが望ましい。また、表示装置３０にグラフを示す場合、図５に示すように、理論的に求めた電流−電圧特性（Ｃ１０）と電力−電圧特性（Ｃ２０）とを並べて表示し、それぞれ適正範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を示すことが望ましい。適正範囲Ｒ１は短絡電流に対して定められ、適正範囲Ｒ２は開放電圧に対して定められ、適正範囲Ｒ３は最大出力に対して定められている。さらに、グラフ中には、実測値である第２の発電出力（Ｃ１１，Ｃ２１）が示される。図示例において、第２の発電出力は、太陽電池アレイ２２について、短絡電流の値Ｉ２０と開放電圧の値Ｖ２０と最大出力の値Ｐ２１とを示している。ここに、実測値に関する電流−電圧特性（Ｃ１１）および電力−電圧特性（Ｃ２１）は、グラフ中に表示する必要はなく、実測値に関しては、短絡電流の値Ｉ２０、開放電圧の値Ｖ２０、最大出力の値Ｐ２１のみが表示されていればよい。

処理部１５は、第２の発電出力が適正範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３内である場合に太陽光発電装置２０を正常と判断し、第２の発電出力が適正範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を逸脱している場合に太陽光発電装置２０を異常と判断することが望ましい。つまり、図５に示す例では、第２の発電出力である３種類の値がいずれも適正範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を満足しているから、太陽電池アレイ２２を正常と判断する。

一方、図６に示す例では、短絡電流の値Ｉ２０は適正範囲Ｒ１に収まり、最大出力の値Ｐ２１は適正範囲Ｒ３に収まっているが、開放電圧の値Ｖ２０が適正範囲Ｒ２の下限値よりも低いことがわかる。この事象が生じる場合、ストリング２３の中での太陽電池モジュール２１の接続間違いの可能性がある。つまり、太陽電池モジュール２１が直列接続されている部位に接続間違いの可能性がある。

また、図７に示す例では、短絡電流の値Ｉ２０は適正範囲Ｒ１に収まり、開放電圧の値Ｖ２０は適正範囲Ｒ２に収まっているが、最大出力の値Ｐ２１が適正範囲Ｒ３の下限値よりも低いことがわかる。この事象が生じる場合、太陽電池モジュール２１の発電出力が公称値を満足していない可能性がある。

図８に示す例は、開放電圧の値Ｖ２０は適正範囲Ｒ２に収まっているが、短絡電流の値Ｉ２０は適正範囲Ｒ１ではなく、最大出力の値Ｐ２１も適正範囲Ｒ３を逸脱している。このような事象は、太陽電池アレイ２２を構成するストリング２３の接続間違いの際に生じる可能性がある。つまり、ストリング２３が並列接続されている部位に接続間違いの可能性がある。

以上の関係をまとめると、表１のようになる。すなわち、管理装置１０において第１の発電出力および第２の発電出力として、最大電力値と開放電圧値と短絡電流値との３種類を選択する場合、太陽光発電装置２０に異常があるか否かだけではなく、異常の箇所を判断することが可能になる。この場合、処理部１５は、最大電力の値Ｐ２１と開放電圧の値Ｖ２０と短絡電流の値Ｉ２０とがそれぞれ適正範囲か否かについて判断を行い、さらに、判断の結果の組み合わせにより、太陽光発電装置２０の異常の有無および異常の箇所を判断することが望ましい。

上述した構成例では、表示装置３０に電流−電圧特性と電力−電圧特性とを並べて表示する場合を例示したが、電流−電圧特性を用いて電力を示すことが可能であるから、電力−電圧特性を省略することが可能である。

表１に示す異常の有無および異常の箇所の判断は、主として太陽光発電装置２０の施工直後での利用を想定している。一方、管理装置１０が太陽光発電装置２０に常時接続するように構成されている場合、処理部１５が経時的な変化を判断することによって、太陽光発電装置２０の故障あるいは劣化の診断を行うことも可能である。たとえば、第２の発電出力が、第１の発電出力から求められる適正範囲である状態から適正範囲を逸脱する状態に移行した場合、第２の発電出力の変化の経緯に基づいて、太陽光発電装置２０の故障と劣化とを判別できる場合がある。

さらに、上述した構成例は、最大出力が１００ｋＷ以上である場合を想定しており、この種の太陽光発電装置２０では、第１のセンサ２６１および第２のセンサ２６２は太陽電池アレイ２２に付設されている。一方、住宅用あるいはコミュニティ用のように、最大出力が１〜５０ｋＷ程度の太陽光発電装置２０では、第１のセンサ２６１および第２のセンサ２６２は、太陽電池アレイ２２あるいは太陽電池モジュール２１に付属していない場合が多い。したがって、管理装置１０に第１のセンサ２６１および第２のセンサ２６２を設けておくことが望ましい。

また、センサ２６が付属している太陽電池モジュール２１を用いる場合、太陽電池アレイ２２の少なくとも一部にセンサ２６が付属した太陽電池モジュール２１を用いるようにしてもよい。さらに、簡易化する場合には、環境情報としての日射強度および温度を利用者が別の計測器で計測し、入力装置３１を用いて環境情報を利用者が手入力する構成を採用してもよい。

第１のセンサ２６１および第２のセンサ２６２と同様に、第２の発電出力についても別の計測器で計測し、入力装置３１を用いて利用者が手入力する構成を採用してもよい。

また、上述した構成例では、管理装置１０が太陽電池アレイ２２を管理する場合について説明したが、太陽光発電装置２０は、太陽電池モジュール２１から出力される直流電力の電力変換を行うパワーコンディショナ２５を備えている。そのため、処理部１５は、第１の取得部１１が取得した公称値と第２の取得部１２が取得した環境情報とに加えて、パワーコンディショナ２５による電力の変換効率に基づいて、太陽光発電装置２０の発電出力を推定してもよい。

この場合、第１の取得部１１は、公称値としてパワーコンディショナ２５の変換効率を取得する。また、第３の取得部１３は、パワーコンディショナ２５から太陽光発電装置２０の発電出力に関する実測値を取得する。処理部１５は、第１の取得部１１が取得した公称値と第２の取得部１２が取得した環境情報とに加えて、第１の取得部１１が取得した変換効率も用いてパワーコンディショナ２５から出力される交流電力を推定する。推定された交流電力は第１の発電出力として扱われる。第３の取得部１３は、パワーコンディショナ２５から出力される交流電力の実測値を取得し、処理部１５は、この交流電力を第２の発電出力として扱う。得られた第１の発電出力および第２の発電出力は、直流電力を扱う場合と同様に、出力部１６から表示装置３０に出力される。

なお、パワーコンディショナ２５の発電効率は、パワーコンディショナ２５に入力される直流電力と、パワーコンディショナ２５から出力される交流電力とを用いて求めることも可能である。たとえば、パワーコンディショナ２５の出力における有効電力が１９２１Ｗ、パワーコンディショナ２５に入力される直流電力が２０１２Ｗであるとすれば、変換効率は９５．４７％になる。

第２の発電出力は、パワーコンディショナ２５の変換効率を加味して算出することが望ましいが、太陽電池アレイ２２の発電出力と、パワーコンディショナ２５の変換効率とを表示装置３０に並べて表示するようにしてもよい。

１０ 管理装置
１１ 第１の取得部
１２ 第２の取得部
１３ 第３の取得部
１４ 第４の取得部
１５ 処理部
１６ 出力部
１７ 入力部
１８ 記憶部
２０ 太陽光発電装置
２１ 太陽電池モジュール
２２ 太陽電池アレイ
２３ ストリング
２６ センサ
３０ 表示装置
３１ 入力装置
２６１ 第１のセンサ
２６２ 第２のセンサ

Claims (13)

1. 太陽電池モジュールを備える太陽光発電装置の管理装置であって、
   前記太陽電池モジュールの発電出力に関する公称値を取得する第１の取得部と、
   前記太陽電池モジュールの設置場所における日射強度、および前記太陽電池モジュールの温度を環境情報として取得する第２の取得部と、
   前記太陽光発電装置の発電出力に関する実測値を取得する第３の取得部と、
   前記第１の取得部が取得した前記公称値と前記第２の取得部が取得した前記環境情報とに基づいて、前記太陽光発電装置の発電出力を推定する処理部と、
   前記処理部が推定した発電出力を第１の発電出力とし、前記第３の取得部が取得した発電出力に関する実測値を第２の発電出力として、前記第１の発電出力と前記第２の発電出力とを表示装置に表示させる出力部とを備え、
   前記処理部は、前記第１の発電出力に基づいて前記第２の発電出力に関する適正範囲を算出し、
   前記出力部は、前記適正範囲を前記表示装置に表示させる
   ことを特徴とする太陽光発電装置の管理装置。
2. 複数枚の前記太陽電池モジュールが電気的に接続された太陽電池アレイの発電出力を前記処理部が推定するために、前記太陽電池アレイを構成する前記太陽電池モジュールの接続関係に関する情報である構成情報を取得する第４の取得部をさらに備え、
   前記処理部は、前記第１の取得部が取得した前記公称値と前記第２の取得部が取得した前記環境情報とに加えて、前記第４の取得部が取得した前記構成情報に基づいて、前記太陽光発電装置の発電出力を推定する
   請求項１記載の太陽光発電装置の管理装置。
3. 前記太陽電池アレイは、
   複数枚の前記太陽電池モジュールが直列に接続されたストリングを複数本備え、
   複数本の前記ストリングが並列に接続されて構成されている
   請求項２記載の太陽光発電装置の管理装置。
4. 前記太陽電池モジュールの仕様を特定する情報である識別情報が入力される入力部をさらに備え、
   前記第１の取得部は、前記識別情報にあらかじめ対応付けて前記太陽電池モジュールの仕様ごとの前記公称値が記憶されている記憶部から、前記入力部に入力された前記識別情報に対応する前記公称値を取得する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
5. 前記処理部は、
   前記第２の発電出力が前記適正範囲内である場合に前記太陽光発電装置を正常と判断し、
   前記第２の発電出力が前記適正範囲を逸脱している場合に前記太陽光発電装置を異常と判断する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
6. 前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は、最大電力値と開放電圧値と短絡電流値とであって、
   前記処理部は、最大電力値と開放電圧値と短絡電流値とがそれぞれ前記適正範囲か否かについて判断を行い、さらに、前記判断の結果の組み合わせにより、前記太陽光発電装置の異常の有無および異常の箇所を判断する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
7. 前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は最大電力値であって、前記適正範囲は前記第１の発電出力である最大電力値に対する基準割合以上の範囲に設定される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
8. 前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は開放電圧値であって、前記適正範囲は、前記第１の発電出力である開放電圧値に対して第１の割合以上かつ第２の割合以下の範囲として、前記開放電圧値を含むように設定されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
9. 前記第１の発電出力および前記第２の発電出力は短絡電流値であって、前記適正範囲は、前記第１の発電出力である短絡電流値に対する基準割合以上の範囲に設定される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
10. 前記出力部は、前記第２の発電出力と前記適正範囲とを、前記表示装置に数値で表示させる
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
11. 前記出力部は、前記第２の発電出力と前記適正範囲とを、前記表示装置にグラフで表示させる
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。
12. 前記出力部は、前記第２の発電出力と前記適正範囲とを、前記表示装置の同じ画面に表示させる
    ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の太陽光発電装置の管理装置。
13. 前記太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールから出力される直流電力の電力変換を行うパワーコンディショナをさらに備え、
    前記処理部は、前記第１の取得部が取得した前記公称値と前記第２の取得部が取得した前記環境情報とに加えて、前記パワーコンディショナによる電力の変換効率に基づいて、前記太陽光発電装置の発電出力を推定し、
    前記第３の取得部は、前記パワーコンディショナから前記太陽光発電装置の発電出力に関する実測値を取得する
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽光発電装置の管理装置。

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