JP6481571B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の検査装置は、太陽電池ストリングの断線故障しているバイパスダイオードの位置を特定する。この動作において、本実施の形態の検査装置は、断線故障しているバイパスダイオードを含む太陽電池モジュールを特定するようになっている。なお、断線故障したバイパスダイオードを特定するというのは、「太陽電池ストリングからn本目(nは自然数)のバイパスダイオードが断線故障を起こしている」と特定することを含むのは勿論のこと、「太陽電池ストリングの正極からn枚目(nは自然数)の太陽電池モジュールに断線故障したバイパスダイオードが存在する」というように太陽電池モジュール単位で特定するような様々な特定の方法が含まれる。
図1に示すように、太陽光発電システム1は、複数の太陽電池モジュール2が直列接続されて構成された太陽電池ストリング3を備えている。太陽電池モジュール2は、直列接続された複数の太陽電池セルを備え、パネル状に形成されている。太陽電池ストリング3にて発電された電力は、電力線路である電力通電路4a,4bを通じてPCS(パワーコンディショニングシステム)5に供給される。例えば、通電路4aには、逆流防止用のダイオード6が設けられている。なお、図1では、一例として、太陽電池ストリング3は6個の太陽電池モジュール2が直列接続されている場合を示している。各太陽電池モジュール2とフレームグランドFGとの間には対地静電容量Cgが生じている。
検査装置11は、太陽電池ストリング3に含まれる太陽電池モジュール2のバイパスダイオードの断線の有無を検査し、バイパスダイオードが断線故障している場合には、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2を特定する。この検査は、例えば毎日、あるいは所定の期間ごとに行う。
PV電圧計測回路21は、太陽電池ストリング3のPN端子間の電圧、すなわち太陽電池ストリング3の出力電圧を計測する。ここでいう「出力電圧」とは太陽電池ストリング3の電圧の直流成分や交流成分を含む。ここで交流成分というのは実効値やPeak to Peakなど電圧振幅に関する値であればよい。この計測結果は演算制御装置30へ入力される。PV電流計測回路22は、電力通電路4a,4bに設けられ、電力通電路4a,4bを流れる電流、すなわち太陽電池ストリング3の出力電流を計測する。この計測結果は演算制御装置30へ入力される。
切替えリレー23P,23Nは、電力通電路4a,4bに設けられ、太陽電池ストリング3から出力される電力の供給経路を、PCS5側と検査通電路24側との間で切り替える。具体的には、切替えリレー23Pの可動接点23Paは太陽電池ストリング3のP端子と接続され、固定接点23PbはPV電流計測回路22を介してPCS5と接続され、固定接点23Pcは検査通電路24と接続されている。同様に、切替えリレー23Nの可動接点23Naは太陽電池ストリング3のN端子と接続され、固定接点23NbはPV電流計測回路22を介してPCS5と接続され、固定接点23Ncは検査通電路24と接続されている。
切替えリレー25は、検査通電路24に設けられ、信号電圧計測回路28の入力端子の接続を太陽電池ストリング3のP端子側とN端子側との間で切り替える。具体的には、切替えリレー25の可動接点25aは信号電圧計測回路28の入力端子と接続され、固定接点25bは検査通電路24を介して切替えリレー23Pの固定接点23Pcと接続され、固定接点25cは検査通電路24を介して切替えリレー23Nの固定接点23Ncと接続されている。検査通電路24は、切替えリレー25と切替えリレー23Pと間において、検査装置11のグランド(GND)と接続されている。
発振回路27は、信号注入回路(印加部)26にて使用される信号を発振して信号注入回路26へ供給する。信号注入回路26は、発振回路27から供給された信号等に基づいて、太陽電池ストリング3へ注入する検査信号51(図1参照)を生成し、生成した検査信号51を切替えリレー23Nを介して太陽電池ストリング3のN端子へ供給する。なお、検査信号51は、切替えリレー23Pを介して太陽電池ストリング3のP端子へ供給される構成であってもよい。この場合、検査通電路24は、切替えリレー25と切替えリレー23Nと間において、検査装置11のグランド(GND)と接続される。
検査信号51には、太陽電池ストリング3の太陽電池モジュール2にバイパスダイオードの断線が生じているか否かを検出するための断線検査信号51a(図1参照)、およびバイパスダイオードの断線が生じている場合に、その太陽電池モジュール2を特定するための断線位置特定信号51b(図1参照)が含まれる。本実施の形態において、断線検査信号51aには直流(直流電流)の信号を使用し、断線位置特定信号51bには直流(直流電圧)に交流(交流電圧)を重畳した信号を使用する。
信号電圧計測回路28は、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2が存在する場合に、切替えリレー25の切り替えに応じて、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2のフレームグランドFGと太陽電池ストリング3のPN端子間の電圧の交流成分(Vn−fgおよびVfg−p)を計測する。
演算制御装置30は、CPUを有するマイクロコンピュータにて構成され、PV電圧演算部41、PV電流演算部42、PWM可変部43、信号電圧演算部44、故障演算部(断線位置特定部、断線故障判定部)45および制御部(発電状態判定部)46を備えている。
次に、検査装置11によるバイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2の特定原理について説明する。図2は、図1に示した太陽電池ストリング3において、P端子側から見て5番目の太陽電池モジュール2(PV5、×印)のバイパスダイオードD5が断線故障している状態を示す概略の回路図である。
Vp−n=Vn−fg+Vfg−p
である。なお、交流成分というのは実効値やPeak to Peakなど電圧振幅に関する値であればよい。
CgP:CgN=9:3=4.5枚目:1.5枚目
となり、P側から見た時に5枚目の太陽電池モジュール2が、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2となる。この場合、断線位置特定信号51bの交流成分が例えば12Vであれば、Vfg−pとVn−fgとの比は、CgPとCgNとの比の逆数であるから、
Vfg−p:Vn−fg=3V:9V
となる。したがって、Vfg−pとVn−fgとの比が求まれば、断線故障しているバイパスダイオード、すなわちバイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2を特定することができる。
太陽電池ストリング3の非発電状態(例えば夜間)において、太陽電池ストリング3に対して信号注入回路26から直流電流を注入した場合、太陽電池ストリング3を流れる電流は図5の(a)に示すようになる。すなわち、いずれの太陽電池モジュール2もバイパスダイオードDが断線故障していない場合(以下、正常時と称する)、電流Iは、実線にて示すように、バイパスダイオードDのみを流れる。したがって、正常時のI−V曲線は、図5の(b)に実線にて示すようになる。
(1)太陽電池ストリング3のPN端子間の直流電圧を測定し、PN端子間の電圧について所定値以下の状態が所定時間以上継続したかどうかを判定する。
(2)上記(1)の判定において、PN端子間の直流電圧の所定値以下の状態が所定時間以上継続した場合、太陽電池ストリング3の出力電流を測定し、出力電流が所定値以下であれば夜間と判定する。なお、本実施の形態において、出力電流の測定はPV電流計測回路が行うようになっている。
上記の構成において、検査装置11による、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2の有無の検出動作、およびバイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2の特定動作について説明する。
次に、図6のS14に示した、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2の有無の判定動作について説明する。
次に、図6のS16に示した、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2の特定動作について説明する。故障演算部45は、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2が有りと判定した場合に、この動作を行う。
N×Vn−fg/(Vfg−p+Vn−fg)枚目
と特定する(S54)。この結果は制御部46へ出力する。
次に、検査装置11によりバイパスダイオードの断線位置を計測した結果について説明する。図9は、検査装置11によるバイパスダイオードの断線位置の計測結果を示すグラフである。
以上のように、本実施の形態の検査装置11では、1または複数の太陽電池セルにバイパスダイオードを並列接続した太陽電池モジュールを複数直列接続した太陽電池ストリング3のPN端子間に断線位置特定信号51bを印加し、これにより生じる、太陽電池ストリング3のフレームグランドと正極(P端子)との間に現れる電圧の交流成分およびフレームグランドと負極(N端子)との間に現れる電圧の交流成分の少なくとも一方に基づいて断線故障したバイパスダイオードを特定している。したがって、太陽電池ストリング3の多数の太陽電池モジュール2について、作業者が検査装置により個々に検査すること、あるいは家屋の屋根に設置されている太陽電池ストリング3の太陽電池モジュール2について、作業者が屋根に上って検査装置により個々に検査することなどの作業を行うことなく、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2を容易に特定することができる。
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の検査装置11による太陽電池ストリング3の検査動作の概要は、図6に示したフローチャートと同様である。しかしながら、バイパスダイオードが断線故障している太陽電池モジュール2の特定動作については、図8のフローチャートに示した動作に代えて、図10のフローチャートに示す動作を行う。
図10に示したS91〜S92の動作は、図8に示したS51〜S52の動作と同じである。
N×Vn−fg/(Vp−n)枚目
と特定する(S54)。この結果は制御部46へ出力する。
2 太陽電池モジュール
2b バイパスダイオード
2p 太陽電池パネル
3 太陽電池ストリング
4a, 4b 電力通電路
5 パワーコンディショニングシステム
11 検査装置
21 PV電圧計測回路
22 PV電流計測回路
23P, 23N 切替えリレー
24 検査通電路
25 切替えリレー
26 信号注入回路(印加部)
27 発振回路
30 演算制御装置
45 故障演算部(断線位置特定部、断線故障判定部)
46 制御部(発電状態判定部)
51 検査信号
51a 断線検査信号
51b 断線位置特定信号
Cg 対地静電容量
Claims (7)
- 1または複数の太陽電池セルにバイパスダイオードを並列接続した太陽電池モジュールを複数直列接続した太陽電池ストリングを対象に前記太陽電池ストリングの非発電時に検査する検査装置において、
前記太陽電池ストリングの正極と負極との間に交流成分を含む電気信号である断線位置特定信号を印加する印加部と、
前記断線位置特定信号の印加によって、前記太陽電池ストリングの前記太陽電池モジュールのフレームグランドと正極との間に現れる電圧の交流成分および前記フレームグランドと負極との間に現れる電圧の交流成分の少なくとも一方に基づいて断線故障したバイパスダイオードを特定する断線位置特定部と、
を備える検査装置。 - 前記太陽電池ストリングが非発電状態にあるか否かを判定する発電状態判定部をさらに備え、
前記太陽電池ストリングが非発電状態にあると前記発電状態判定部が判定した場合において、前記印加部は前記断線位置特定信号を印加し、前記断線位置特定部は断線故障したバイパスダイオードを特定する
請求項1に記載の検査装置。 - 前記断線位置特定部は、前記太陽電池ストリングの前記フレームグランドと正極との間に現れる電圧の交流成分または前記フレームグランドと負極との間に現れる電圧の交流成分と、前記太陽電池ストリングの正極と負極との間の電圧の交流成分との比に基づき断線したバイパスダイオードを特定する
請求項1または2に記載の検査装置。 - 前記断線位置特定部は、太陽電池ストリングの前記フレームグランドと正極との間に現れる電圧の交流成分と、前記フレームグランドと負極との間に現れる電圧の交流成分との比に基づき断線したバイパスダイオードを特定する
請求項1または2に記載の検査装置。 - さらに、前記バイパスダイオードのいずれかが断線故障しているか否かを判定する断線故障判定部を備え、
前記断線位置特定部は、前記断線故障判定部が前記バイパスダイオードのいずれかに断線故障が発生していると判定し、かつ、前記比が1:1の場合に、中央のバイパスダイオードが断線故障していると特定する請求項4に記載の検査装置。 - 前記断線位置特定信号は、前記バイパスダイオードの順方向の直流成分を含む
請求項1から5のいずれか1項に記載の検査装置。 - 1または複数の太陽電池セルにバイパスダイオードを並列接続した太陽電池モジュールを複数直列接続した太陽電池ストリングを対象に前記太陽電池ストリングの非発電時に検査する検査方法において、
前記太陽電池ストリングの正極と負極との間に交流成分を含む電気信号である断線位置特定信号を印加する印加工程と、
前記断線位置特定信号の印加によって、前記太陽電池ストリングの前記太陽電池モジュールのフレームグランドと正極との間に現れる電圧の交流成分および前記フレームグランドと負極との間に現れる電圧の交流成分の少なくとも一方に基づいて断線故障したバイパスダイオードを特定する断線位置特定工程と、
を備える検査方法。
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