JP2019161813A - 評価装置及びパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから良好な処理結果を得る。【解決手段】太陽電池アレイの状態を評価するための評価装置は、太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された複数組の計測結果を用いて所定の処理を行う処理手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池アレイの状態を評価するための評価装置と、太陽電池アレイが接続されるパワーコンディショナとに関する。

太陽電池アレイのＩ−Ｖカーブを計測し、Ｉ−Ｖカーブの計測結果を解析することで太陽電池アレイの状態（陰の影響の有無等）を評価することが行われている（特許文献１〜４参照）。

特許第５９５３１１０号公報 特開２０１５−１７７６２６号公報 特開２０１５−１７３５１９号公報 特開２０１５−１７７６０４号公報

Ｉ−Ｖカーブの計測結果（太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の複数の計測結果を含むデータ；以下、Ｉ−Ｖカーブデータと表記する）の解析時には、変曲点等の特徴点を見出すためにＩ−Ｖカーブデータを一階／二階微分する（例えば、特許文献１〜３参照）ことが多い。ただし、一般に用いられているＩ−Ｖカーブ計測方式（コンデンサ充電方式や電子負荷方式）は、各計測結果（出力電圧と出力電流のペア）の電圧間隔が一定とならないものとなっている。そして、従来は、得られたＩ−Ｖカーブデータをそのまま用いていたため、Ｉ−Ｖカーブデータの一階／二階微分により特徴点を見出すことが困難であることがあった。また、開放電圧側の計測結果が多すぎるため、きれいなＩ−Ｖカーブを表示することも困難であった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから良好な処理結果を得ることが出来る技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一観点に係る、太陽電池アレイの状態を評価するための評価装置は、前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された複数組の計測結果を用いて所定の処理を行う処理手段と、を備える。

すなわち、本発明に係る評価装置は、“前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータ”（つまり、コンデンサ充電方式や電子負荷方式により得られるＩ−Ｖカーブデータ）から、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出し、抽出した複数組の計測結果を用いて所定の処理を行う構成を有する。そのため、この評価装置によれば、Ｉ−Ｖカーブデータの処理時に、電圧間隔が密な計測結果群が存在することに起因する問題を発生させないことが出来る。従って、評価装置によれば、Ｉ−Ｖカーブデータから良好な処理結果を得ることが出来る。

評価装置の処理手段が行う所定の処理は、どのような処理であっても良い。例えば、所定の処理は、前記抽出手段により抽出された複数組の計測結果を用いて太陽電池アレイのＩ−Ｖカーブを表示する処理であっても良い。また、所定の処理は、前記抽出手段により抽出された複数組の計測結果から、前記太陽電池アレイの出力電流の出力電圧での二階微分を算出し、算出結果に基づき、前記太陽電池アレイのＩ−Ｖカーブ上の変曲点の位置を特定する処理であっても良い。

また、本発明の他の観点に係る、太陽電池アレイと接続されるパワーコンディショナは、接続されている太陽電池アレイの出力電圧を変化させつつ、前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流とを繰り返し計測することで、前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含む第１Ｉ−Ｖカーブデータを生成する第１生成手段と、前記第１生成手段により生成された第１Ｉ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出することで、第２Ｉ−Ｖカーブデータを生成する第２生成手段と、を備える。

すなわち、このパワーコンディショナは、電圧間隔が密な計測結果群を含まない第２Ｉ−Ｖカーブデータを生成することが出来る。そして、当該第２Ｉ−Ｖカーブデータの処理時には、計測結果の電圧間隔が一定ではないことに起因する問題が生じない。従って、この、発生させないことが出来る。従って、パワーコンディショナによっても、前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータ（第１Ｉ−Ｖカーブデータ）から良好な処理結果を得ることが出来る。

本発明によれば、太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから良好な処理結果を得ることが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係る評価装置の使用形態の説明図である。 図２は、実施形態に係る評価装置の機能ブロック図である。 図３は、間隔調整データ生成処理の流れ図である。 図４は、間隔調整データ生成処理の説明図である。 図５は、計測により得られたＩ−Ｖカーブデータを直接微分した場合に生ずる問題の説明図である。 図６は、Ｉ−Ｖカーブデータの移動平均後の微分結果の説明図である。 図７は、間隔調整データの微分結果の説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る評価装置２０の使用形態を示す。
本実施形態に係る評価装置２０は、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）１０と接続されて使用される装置である。

評価装置２０の詳細を説明する前に、評価装置２０が接続されるＰＣＳ１０について説明する。

評価装置２０が接続されるＰＣＳ１０は、太陽電池アレイ３０のＩ−Ｖカーブの計測機
能を有するパワーコンディショナである。ＰＣＳ１０は、通常、電力変換部１１と制御部１２とを備える。なお、図１には、ＰＣＳ１０が、負荷４５及び系統４０に接続されている様子を示してあるが、評価装置１０が接続されるＰＣＳ１０は、Ｉ−Ｖカーブの計測機能を有する装置であれば、系統４０のみに接続される装置であっても、負荷４５のみに接続される装置であっても良い。

電力変換部１１は、太陽電池アレイ３０からの電力を交流電力に変換するためのユニットである。電力変換部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータとにより構成されている。ＰＣＳ１０内には、電力変換部１１の入力電流ＤＣＩを検出するための電流センサ２１、及び、電力変換部１１の入力電圧ＤＣＶを検出するための電圧センサ２２が設けられている。ＰＣＳ１０内は、センサ２１、２２以外のセンサ（図示略）も設けられている。

制御部１２は、プロセッサ（ＣＰＵ、マイクロコントローラ等）、ゲートドライバ、評価装置２０と通信を行うための通信インターフェース回路等から構成されたユニットである。制御部１２には、電流センサ２１及び電圧センサ２２を含む各種センサの出力が入力されており、制御部１２は、各種センサからの情報に基づき、通常処理やＩ−Ｖカーブ計測処理を行う。

制御部１２が行う通常処理は、太陽電池アレイ３０から最大電力が取り出されて所望の交流に変換されるように、電力変換部１１を制御する処理である。

Ｉ−Ｖカーブ計測処理は、評価装置２０からＩ−Ｖカーブ計測が指示されたときに、制御部１２が実行する処理である。このＩ−Ｖカーブ計測処理時、制御部１２は、電力変換部１１（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を制御することにより太陽電池アレイ３０の出力電圧を開放電圧から低下させながら、電力変換部１１の入力電圧ＤＣＶ及び入力電流ＤＣＩを繰り返し測定する。そして、制御部１２は、Ｉ−Ｖカーブの計測結果（電圧と電流の複数の計測結果；以下、Ｉ−Ｖカーブデータと表記する）を評価装置２０に提供してから、Ｉ−Ｖカーブ計測処理を終了する。

以下、評価装置２０について説明する。
評価装置２０は、ＰＣＳ１０（制御部１２）からＩ−Ｖカーブデータを取得し、取得したＩ−Ｖカーブデータに基づき太陽電池アレイ３０の状態を評価する装置である。

本実施形態に係る評価装置２０は、一般的なコンピュータ（ノートパソコン、デスクトップパソコン等）に、当該コンピュータを評価装置２０として動作させるためのプログラムをインストールした装置である。そのため、評価装置２０のハードウェア構成のハードウェア構成の説明は省略する。

上記プログラムは、コンピュータを、図２に示したように、取得部２５、間隔調整データ生成部２６、評価処理部２７といった機能ブロックを備えた評価装置２０として動作させるものとなっている。

取得部２５は、評価装置２０のユーザから所定の指示が与えられたときに、ＰＣＳ１０（制御部１２）に対してＩ−Ｖカーブ計測を指示し、その結果としてＰＣＳ１０から送られてくるＩ−Ｖカーブデータを、評価装置２０内の記憶装置２３（ＨＤＤ及び／又はＲＡＭ）に保存する機能ブロックである。

間隔調整データ生成部２６は、取得部２５により記憶装置２３に記憶されたＩ−Ｖカーブデータに基づき、電圧間隔がほぼ等間隔のＩ−Ｖカーブデータ（以下、間隔調整データ
と表記する）を記憶装置２３上に生成する機能ブロック（詳細は後述）である。

評価処理部２７は、Ｉ−Ｖカーブデータに基づき太陽電池アレイ３０のＩ−Ｖカーブ上に存在する変曲点の位置（電圧及び電流）を特定し、特定結果に基づき太陽電池アレイ３０の状態を評価する処理や、Ｉ−Ｖカーブデータに基づき太陽電池アレイ３０のＩ−Ｖカーブを表示する処理を行う機能ブロックである。

この評価処理部２７がＩ−Ｖカーブデータに基づき行う各処理は、従来より行われているものと本質的には同内容の処理である。ただし、評価処理部２７は、ＰＣＳ１０により測定されたＩ−Ｖカーブデータ自体ではなく、当該Ｉ−Ｖカーブデータから間隔調整データ生成部２６により生成された間隔調整データに基づき、各種処理を行う機能ブロックとなっている。

以下、間隔調整データ生成部２６による間隔調整データの生成手順を説明する。
間隔調整データ生成部２６は、図３に示した手順の間隔調整データ生成処理により間隔調整データを生成するように構成されている。なお、この図３及び以下の説明において、ｉｍａｘとは、ＰＣＳ１０により測定されたＩ−Ｖカーブデータ中の計測結果数（電圧と電流の組み合わせ数）のことである。また、Ｖmeas（ｋ)、Ｉmeas（ｋ)とは、それぞれ、上記Ｉ−Ｖカーブ計測処理でｋ番目に計測された電圧、電流のことである。既に説明したように、Ｉ−Ｖカーブ計測処理では、太陽電池アレイ３０の出力電圧を下げながら、電力変換部１１の入力電圧ＤＣＶ及び入力電流ＤＣＩ（つまり、太陽電池アレイ３０の出力電圧及び出力電流）が繰り返し計測される。従って、Ｖmeas（ｋ)の値は、ｋ値が大きくな
るに従い、小さくなる。

図示してあるように、間隔調整データ生成処理では、まず、変数ｎ、変数ｉにそれぞれ“１”がセットされる（ステップＳ１０１）。また、間隔調整データの１番目の電圧Ｖ（１）、電流Ｉ（１）として、それぞれ、Ｖmeas（１)、Ｉmeas（１)が記憶される（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１の処理が完了すると、変数ｉに“１”が加算される（ステップＳ１０２）。その後、“Ｖ（ｎ）−Ｖmeas（ｉ)＞Ｘ”が成立しているか否かが判断される（ス
テップＳ１０３）。ここで、Ｘとは、Ｉ−Ｖカーブデータから抽出して間隔調整データに含める計測結果の電圧の最小間隔として予め定められている値のことである。

“Ｖ（ｎ）−Ｖmeas（ｉ)＞Ｘ”が成立していなかった場合（ステップＳ１０３；ＮＯ
）には、ｉがｉｍａｘ未満であるか否かが判断される（ステップＳ１０５）。そして、ｉがｉｍａｘ未満であった場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、ステップＳ１０２以降の処理が再び行われる。

また、“Ｖ（ｎ）−Ｖmeas（ｉ)＞Ｘ”が成立していた場合（ステップＳ１０３；ＹＥ
Ｓ）には、ｎ値に“１”が加算される（ステップＳ１０４）。その後、間隔調整データのｎ番目の電圧Ｖ（ｎ）、電流Ｉ（ｎ）として、それぞれ、Ｖmeas（ｉ)、Ｉmeas（ｉ)が記憶される（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４の処理後には、ｉがｉｍａｘ未満であるか否かが判断される（ステップＳ１０５）。そして、ｉがｉｍａｘ未満であった場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、ステップＳ１０２以降の処理が行われ、ｉがｉｍａｘ未満ではなくなったとき（ステップＳ１０５；ＮＯ）に、間隔調整データ生成処理が終了される。

以下、図４を用いて、間隔調整データ生成処理の内容をさらに具体的に説明する。

ＰＣＳ１０により計測されるＩ−Ｖカーブデータは、図４（Ａ）に模式的に示したように、低電圧側の電圧間隔がほぼ一定で、高電圧側（開放電圧Ｖｏｃ側）の電圧間隔が狭いものとなる。間隔調整データ生成処理では、図４（Ｂ）に白丸で示してあるように、まず、最初の計測点Ｐ１の電圧、電流が、Ｖ（１）、Ｉ（１）として記憶される（ステップＳ１０１）。ここで、Ｖmeas（１)−Ｖmeas（８)＜Ｘ＜Ｖmeas（１)−Ｖmeas（９)が成立していると仮定すると、ｉ＝２〜８の状態で実行されるステップＳ１０３では、全てＮＯ側への分岐が行われる。そのため、図４（Ｂ）に黒丸で示してあるように、それらの計測結果は、Ｉ−Ｖカーブデータから抽出されない。そして、ｉ＝９となったときに“Ｖ（１）−Ｖmeas（ｉ)＞Ｘ”が成立するため、Ｖmeas（９)、Ｉmeas（９)が間隔調整データの２
番目の要素データとされる（ステップＳ１０４）。その後、同様の処理が繰り返されるため、電圧間隔がほぼ等しい間隔調整データ（Ｖ（１）〜Ｖ（ｎ）＆Ｉ（１）〜Ｉ（ｎ））が生成されることになる。

以上、説明したように、本実施形態に係る評価装置２０は、ＰＣＳ１０により計測されたＩ−Ｖカーブデータから、電圧間隔がほぼ等しい間隔調整データを生成し、生成した間隔調整データに基づき、各種処理を行う構成を有している。従って、評価装置２０によれば、Ｉ−Ｖカーブの計測データ中に、電圧間隔が密な計測結果群が存在することに起因する問題を発生させないことが出来る。

具体的には、図５（Ａ）に、ＰＣＳ２０に計測された或るＩ−Ｖカーブデータ（以下、注目データと表記する）が表しているＩ−Ｖカーブ及びＰ−Ｖカーブを示し、図５（Ｂ）に、注目データの一階微分結果と二階微分結果とを示す。この注目データは、実際には、太陽電池アレイ３０のＩ−Ｖカーブの２２０Ｖ近傍に変曲点があることを示しているものである、ただし、図５（Ｂ）に示してあるように、注目データの二階微分結果は、どの電圧に変曲点があるかを判定することが困難なものとなる。

注目データ（図６（Ａ））の移動平均を算出し、算出結果を微分すれば、図６（Ｂ）に示したように、より滑らかな一階微分結果を得ることが出来る。また、二階微分結果も、ピーク数がより少ないものとなる。ただし、二階微分のピーク値が高電圧側に多数現れるため、この結果から、どの電圧に変曲点があるかを判定することも困難である。

一方、注目データ（図７（Ａ））の間隔調整データを微分した場合には、図７（Ｂ）に示したように、極めて狭い電圧範囲内に、二階微分の大きなピークが現れる。従って、変曲点の位置を正確に特定することが出来る。

《変形形態》
上記した実施形態に係る評価装置２０は、各種の変形を行えるものである。例えば、Ｖmeas（ｋ)及びＩmeas（ｋ)が、電圧の昇順に計測されている場合（ｋ値が大きくなるにつれ、Ｖmeas（ｋ)が大きくなる場合）には、ステップＳ１０３の判断を、“Ｖmeas（ｉ)−Ｖ（ｎ）＞Ｘ”が成立しているか否かの判断としておけば良い。

評価装置２０に、Ｉ−Ｖカーブの計測機能を付与しておいても良い。換言すれば、評価装置２０を、Ｉ−Ｖカーブトレーサ等と称されている装置に変形しても良い。また、上記技術に基づき、間隔調整データ生成処理を行えるＰＣＳ１０（測定結果から間隔調整データを生成して外部装置に供給するＰＣＳ１０）や、評価装置２０として動作可能なＰＣＳ１０を実現しても良い。

評価装置２０が、一般的なコンピュータにプログラムをインストールしたものでなくても良いことや、間隔調整データ生成処理の具体的な処理手順が上記したものと異なってい
ても良いことなどは、当然のことである。

（１） 太陽電池アレイ（３０）の状態を評価するための評価装置（２０）であって、
前記太陽電池アレイ（３０）の出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出する抽出手段（２６）と、
前記抽出手段により抽出された複数組の計測結果を用いて所定の処理を行う処理手段（２７）と、
を備えることを特徴とする評価装置（２０）。

（２） 太陽電池アレイ（３０）と接続されるパワーコンディショナ（１０）であって、
接続された太陽電池アレイ（３０）の出力電圧を変化させつつ、前記太陽電池アレイ（３０）の出力電圧と出力電流とを繰り返し計測することで、前記太陽電池アレイ（３０）の出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含む第１Ｉ−Ｖカーブデータを生成する第１生成手段（１２）と、
前記第１生成手段により生成されたＩ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出することで、第２Ｉ−Ｖカーブデータを生成する第２生成手段（１２）と、
を備えることを特徴とするパワーコンディショナ（１０）。

１０ パワーコンディショナ
１１ 電力変換部
１２ 制御部
２０ 評価装置
２１ 電流センサ
２２ 電圧センサ
２３ 記憶装置
２５ 取得部
２６ 間隔調整データ生成部
２７ 評価処理部
３０ 太陽電池アレイ
４０ 系統
４５ 負荷

Claims (3)

1. 太陽電池アレイの状態を評価するための評価装置であって、
   前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含むＩ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された複数組の計測結果を用いて所定の処理を行う処理手段と、
   を備えることを特徴とする評価装置。
2. 前記所定の処理が、前記抽出手段により抽出された複数組の計測結果から、前記太陽電池アレイの出力電流の出力電圧での二階微分を算出し、算出結果に基づき、前記太陽電池アレイのＩ−Ｖカーブ上の変曲点の位置を特定する処理である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
3. 太陽電池アレイと接続されるパワーコンディショナであって、
   接続された太陽電池アレイの出力電圧を変化させつつ、前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流とを繰り返し計測することで、前記太陽電池アレイの出力電圧と出力電流の、出力電圧の間隔が等間隔ではない複数組の計測結果を含む第１Ｉ−Ｖカーブデータを生成する第１生成手段と、
   前記第１生成手段により生成されたＩ−Ｖカーブデータから、出力電圧の間隔が所定間隔以上となるように複数組の計測結果を抽出することで、第２Ｉ−Ｖカーブデータを生成する第２生成手段と、
   を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。