JP6619185B2 - 太陽光発電診断システム及び診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電システムの劣化や故障を診断する太陽光発電診断システム及び診断方法に関する。

太陽光発電システムでは、太陽電池モジュールの劣化やシステムの故障、雑草の影による日射減などにより、発電電力が低下する場合がある。この発電電力の低下に気づかずにいると、期待していた発電電力が得られないままとなってしまい発電システムの効果的な運用ができない。
従来、この劣化等による発電電力の低下を監視するシステムとして、例えば特許文献１のシステムがあった。特許文献１では、太陽電池パネルの変換効率の基準値となる初期値を実測して記憶し、この変換効率に対して所定の変動幅を加味し、加味した変動幅を超えて変換効率の実測値が低下したら劣化発生と判断している。

特開２０１４−１７６１９５号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、劣化状況を判断するための基準値を取得するために気温や日射量毎のデータを予め取得しておかなければならないため、初期設定が面倒であったし、設備自体に大きな費用が必要であった。また、計算上の基準値に比べて実発電は大幅に多くなる場合があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、複雑な初期設定を必要とせず、比較的安価に実施できる太陽光発電診断システム及び診断方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断システムであって、複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力量を計測して単位電力量とする単位電力量計測手段と、計測した単位電力量に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力量と対比するための総発電基準電力量を算出する基準電力量演算手段と、同一時間の太陽光発電システムの総発電電力量であるパワーコンディショナが出力する発電電力量と総発電基準電力量とを比較して発電状態を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、同一時間の特定の太陽電池ストリングの発電電力量を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなる。また、一定時間内の発電電力を平均化して判定するため、太陽光発電システム全体の発電状態の診断を誤動作無く実施できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力量データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリングのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、予め設定した倍率は、太陽光発電システム運用開始時に実測した単位電力量の値とパワーコンディショナが出力する発電電力量との比としたことを特徴とする。
この構成によれば、実測値を基に発電状態を診断する基準値が設定されるため、精度の高い判断を実施できる。また、診断のために記憶するデータは、１つの数値のみであり、設定操作も簡易である。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、判定手段は、パワーコンディショナが出力する発電電力量が総発電基準電力量に比べて特定の割合以下であったら発電量低下と判定することを特徴とする。
この発明によれば、太陽電池の劣化や故障を発電電力量を比較する単純な比較で判定するため、誤判断が発生し難い。

請求項４の発明は、複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断システムであって、複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力を計測して単位電力とする単位電力計測手段と、計測した単位電力に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力と対比するための総発電基準電力を算出する基準電力演算手段と、同一時間の太陽光発電システムの総発電電力であるパワーコンディショナが出力する発電電力と総発電基準電力とを比較して発電状態を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、同一時間の特定の太陽電池ストリングの発電電力を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなり太陽光発電システム全体の発電状態を的確に判定できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリングのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。

請求項５の発明は、請求項４に記載の構成において、予め設定した倍率は、太陽光発電システム運用開始時に実測した単位電力の値とパワーコンディショナが出力する発電電力との比としたことを特徴とする。
この構成によれば、実測値を基に発電状態を診断する基準値が設定されるため、精度の高い判断を実施できる。また、診断のために記憶するデータは、１つの数値のみであり、設定操作も簡易である。

請求項６の発明は、請求項４又は５に記載の構成において、判定手段は、パワーコンディショナが出力する発電電力が総発電基準電力に比べて特定の割合以下であったら発電量低下と判定することを特徴とする。
この発明によれば、太陽電池の劣化や故障を発電電力を比較する単純な比較で判定するため、誤判断が発生し難い。

請求項７の発明は、複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断方法であって、複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力量を計測して単位電力量とする単位電力量計測ステップと、計測した単位電力量に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力量に対比するための総発電基準電力量を算出する基準電力量演算ステップと、同一時間の太陽光発電システムの総発電電力量であるパワーコンディショナが出力する発電電力量と総発電基準電力量とを比較して発電状態を判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする。
この発明によれば、同一時間の特定の太陽電池ストリングの発電電力量を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなる。また、一定時間内の発電電力を平均化して判定するため、太陽光発電システム全体の発電状態の診断を誤動作無く実施できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力量データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリングのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。

請求項８の発明は、複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断方法であって、複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力を計測して単位電力とする単位電力計測ステップと、計測した単位電力に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力に対比するための総発電基準電力を算出する基準電力演算ステップと、同一時間の太陽光発電システムの総発電電力であるパワーコンディショナが出力する発電電力と総発電基準電力とを比較して発電状態を判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする。
この発明によれば、同一時間の特定の太陽電池ストリングの発電電力を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなり太陽光発電システム全体の発電状態を的確に判定できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリングのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。

本発明によれば、同一時間の特定の太陽電池ストリングの発電電力又は発電電力量を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなり太陽光発電システム全体の発電状態を的確に判定できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力量データ或いは発電電力データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリングのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。

本発明に係る太陽光発電診断システムの一例を示すブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る太陽光発電診断システムの一例を示すブロック図であり、１は複数の太陽電池モジュールから成る太陽電池ストリング、２は複数の太陽電池ストリング１から成るストリング群が発電した電力を集電する接続箱、３は発電された直流電力を交流に変換するパワーコンディショナ、４は発電電力データを収集するデータ収集装置、５は外部機器と通信する通信装置、６は通信装置５と通信を実施して受信したデータから太陽光発電システムの状態を判定する判定手段としての判定装置、７は商用電力系統から電力を受電するためのキュービクル、そして１０は特定の太陽電池ストリング１ａを監視する単位電力収集手段としての基準ストリング監視装置である。

ストリング群が接続された接続箱２は、電力ケーブルＫ１を介してパワーコンディショナ３に接続され、パワーコンディショナ３は電力ケーブルＫ２を介してキュービクル７に接続されている。また、基準ストリング監視装置１０は伝送線Ｌ１を介してデータ収集装置４に接続され、パワーコンディショナ３も伝送線Ｌ２を介してデータ収集装置４に接続されている。更にデータ収集装置４は、伝送線Ｌ３を介して通信装置５に接続されている。そして、通信装置５はインターネット等の公衆通信網（図示せず）を介して判定装置６に接続されている。

接続箱２はストリング群毎に設置され、ストリング群の数に合わせて１つ或いは複数設置される。そして、個々の太陽電池ストリング１が発電した電力を集電し、パワーコンディショナ３に収集した電力を伝送する。

パワーコンディショナ３は、接続箱２から伝送された直流電力を一括して交流電力に変換する。こうして生成した交流電力は、キュービクル７に供給され、キュービクル７を介して商用電力系統に逆潮流させて売電したり、需要家の図示しない負荷に供給される。同時に、生成した電力データ、即ち総発電電力のデータを伝送線Ｌ２を介してデータ収集装置４へ伝送する。

基準ストリング監視装置１０は、設置された複数の太陽電池ストリング１，１・・から管理し易い位置に設置され、且つ全体の中で平均的な日照を受ける位置に配置された１つの太陽電池ストリング（以下、「基準ストリング」とする）１ａを選択して、その基準ストリング１ａの発電電力を計測してデータをデータ収集装置４へ伝送する。
具体的には、電圧及び電流情報を入手して電力を演算し、求めた電力データを例えば５秒間隔等一定時間間隔でデータ収集装置４に伝送する。

データ収集装置４は、ストリング監視装置１０から基準ストリング１ａの発電電力データを収集し、同時にパワーコンディショナ３が出力した発電電力データを入手して通信装置５に伝送する。通信装置５は受信したデータを判定装置６へ送信する。

判定装置６は、例えば管理業者に設置されたサーバであり、収集したデータを基に太陽光発電システムの状態を診断する。この診断は、一定時間に亘る発電電力の平均と見ることができる電力量（単位：ｋｗｈ）の比較による診断と、瞬時電力である電力（単位：ｋｗ）を比較する２通りの形態があり、最初に電力量を比較する場合を説明する。
これは、判定装置６が基準ストリング１ａの所定時間の発電電力量に対して予め設定された倍率を掛けて所定数倍した総発電基準電力を算出し、この値と同時刻に計測したパワーコンディショナ３が所定時間に出力した発電量（太陽光発電システムの総発電量）とを比較して実施される。尚、この場合の所定時間は、例えば６０分間であっても良いし、１０分間でも良い。

以下、この診断の流れを具体的に説明する。まず、太陽光発電システム運用開始時に初期設定が成される。初期設定は、基準ストリング監視装置１０が計測した基準ストリング１ａの発電電力量とパワーコンディショナ３生成して出力した発電電力量とから、基準ストリング１ａの発電電力量を所定数倍するための倍率Ｆ１が次式で求められる。
Ｆ１＝運用開始時のパワーコンディショナ出力発電電力量／運用開始時の基準ストリングの発電電力量
尚、倍率Ｆ１の算出は、判定装置６に算出プログラムをインストールして所定の操作で算出させても良いし、作業者が算出して、求めた数値を判定装置６に入力して設定しても良い。

更に、発電量低下を判断する特定の割合ｋｍ（例えば、ｋｍ＝０．９）が設定され、次式を満たしたら、発電量低下と判断させる。
Ｆ１×ｋｍ＞監視時のパワーコンディショナが出力する発電電力量／監視時の基準ストリングの発電電力量

こうして、倍率Ｆ１と特定の割合ｋｍが設定されると、判定装置６は診断を開始する。判定装置６は、基準ストリング監視装置１０が入手して算出した基準ストリング１ａの発電力量に倍率Ｆ１を掛けて総発電基準電力量を算出し、この値とパワーコンディショナ３が出力した発電電力量である総発電電力量とを比較し、総発電基準電力量に対して総発電電力量が特定の割合ｋｍ以下であったら太陽電池ストリング１の劣化、或いは故障／断線、更には樹木等による日照障害の発生、電線盗難や架台が土砂で流される等と判断して、発電量低下信号を出力する。

この発電量低下信号は太陽光発電システムの場所情報等の管理情報と共に送信され、保守・管理者Ｍに通知される。具体的には、保守・管理者Ｍが携行する携帯端末等や、管理会社に設置されているパーソナルコンピュータ等の管理端末に送信される。この情報を受信した携帯端末等は、発電量低下情報が場所情報と共にディスプレイに表示される。

通知されて表示された情報を確認した保守・管理者Ｍは、何らかの異常が発生したことを認識でき、点検が行われる。発電量の低下には、太陽電池パネルへの堆積物や植物の成長による太陽光の遮断、パネル自体の劣化や一部の故障、更には接続不良の発生があり、保守・管理者Ｍによりそれら原因の特定が行われる。

このように、同一時間の特定の太陽電池ストリング１ａの発電電力量を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなる。また、電力量で診断するため一定時間内の発電電力を平均化して判定でき、太陽光発電システム全体の発電状態の診断を誤動作無く実施できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力量データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリング１ａのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。
また、実測値を基に発電状態を診断する基準値が設定されるため、精度の高い判断を実施できる。また、診断のために記憶するデータは、１つの数値のみであり、設定操作も簡易である。
更に、太陽電池の劣化や故障を発電電力量を比較する単純な比較で判定するため、誤判断が発生し難い。

次に、瞬時電力を比較する場合を説明する。最初に、上記電力量比較の場合と同様に太陽光発電システム運用開始時に初期設定が成され、基準ストリング監視装置１０が計測した基準ストリング１ａの発電電力とパワーコンディショナ３生成して出力した発電電力とから、基準ストリング１ａの発電電力を所定数倍するための倍率Ｆ２が次式で求められる。
Ｆ２＝運用開始時のパワーコンディショナ出力発電電力／運用開始時の基準ストリングの発電電力
尚、倍率Ｆ２の算出は、判定装置６に算出プログラムをインストールして所定の操作で算出させても良いし、作業者が算出して、求めた数値を判定装置６に入力して設定しても良い。

更に、上記電力量の比較と同様に発電量低下を判断する特定の割合ｋｎ（例えば、ｋｎ＝０．９）が設定され、次式を満たしたら、発電量低下と判断させる。
Ｆ２×ｋｎ＞監視時のパワーコンディショナが出力する発電電力／監視時の基準ストリングの発電電力

こうして、倍率Ｆ２と特定の割合ｋｎが設定されると、判定装置６は診断を開始する。判定装置６は、基準ストリング監視装置１０が入手して算出した基準ストリング１ａの発電力に倍率Ｆ２を掛けて総発電基準電力を算出し、この値とパワーコンディショナ３が出力した発電電力とを比較し、総発電基準電力に対して総発電電力が特定の割合ｋｎ以下であったら太陽電池ストリング１の劣化、或いは故障／断線、更には樹木等による日照障害の発生、電線盗難や架台が土砂で流される等と判断して、発電量低下信号を出力する。

この発電量低下信号は上記電力量比較の場合と同様に、太陽光発電システムの場所情報等の管理情報と共に送信され、保守・管理者Ｍに通知される。

このように、同一時間の特定の太陽電池ストリング１ａの発電電力を基準に、太陽光発電システム全体の発電状態を判定するため、気温や日射量を考慮して判定する必要が無くなり太陽光発電システム全体の発電状態を的確に判定できるし、安価な設備で診断できる。そして、診断に必要なデータが、太陽光発電システム設置時の発電電力データのみで、気温や日射量のデータを必要としないので、初期設定が簡易である。
加えて、基準となる特定の太陽電池ストリング１ａのみ定期点検等を行って正常な状態を維持すれば精度の高い診断を継続でき、メンテナンスも容易である。
また、実測値を基に発電状態を診断する基準値が設定されるため、精度の高い判断を実施できる。また、診断のために記憶するデータは、１つの数値のみであり、設定操作も簡易である。
更に、太陽電池の劣化や故障を発電電力を比較する単純な比較で判定するため、誤判断が発生し難い。

尚、上記実施形態では、基準ストリング１ａを１つの太陽電池ストリング１としているが、複数の太陽電池ストリング１で構成しても良い。そして、選択された基準ストリング１ａは、正常に発電動作するよう定期的にメンテナンスされる。
また、基準ストリング１ａの劣化判定は、例えばメーカーの標準発電電力データを基に発電電力量或いは発電電力の最大値が標準データに対して、一定割合の低下が認められたら劣化発生と判断して交換すれば、精度の高い診断を継続できる。
更に、複数の太陽電池ストリング１から成るストリング群を複数備えた構成を示しているが、１つのストリング群を有して接続箱２が１つのシステムであっても良い。逆に、ストリング群が多数ありパワーコンディショナ３も複数備えたシステムに対しても容易に適用でき、それらパワーコンディショナ３の発電データを判定装置６において集計して所定数倍した基準ストリング１ａのデータと比較判定する流れは同様である。

１・・太陽電池ストリング、１ａ・・基準ストリング、２・・接続箱、３・・パワーコンディショナ、４・・データ収集装置、５・・通信装置、６・・判定装置（電力量演算手段、電力演算手段、判定手段）、１０・・基準ストリング監視装置（単位電力量計測手段、単位電力計測手段）。

Claims (8)

1. 複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断システムであって、
   前記複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力量を計測して単位電力量とする単位電力量計測手段と、
   計測した前記単位電力量に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力量と対比するための総発電基準電力量を算出する基準電力量演算手段と、
   同一時間の太陽光発電システムの総発電電力量である前記パワーコンディショナが出力する発電電力量と前記総発電基準電力量とを比較して発電状態を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする太陽光発電診断システム。
2. 予め設定した前記倍率は、太陽光発電システム運用開始時に実測した単位電力量の値と前記パワーコンディショナが出力する発電電力量との比としたことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電診断システム。
3. 前記判定手段は、前記パワーコンディショナが出力する発電電力量が前記総発電基準電力量に比べて特定の割合以下であったら発電量低下と判定することを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電診断システム。
4. 複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断システムであって、
   前記複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力を計測して単位電力とする単位電力計測手段と、
   計測した前記単位電力に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力と対比するための総発電基準電力を算出する基準電力演算手段と、
   同一時間の太陽光発電システムの総発電電力である前記パワーコンディショナが出力する発電電力と前記総発電基準電力とを比較して発電状態を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする太陽光発電診断システム。
5. 予め設定した前記倍率は、太陽光発電システム運用開始時に実測した単位電力の値と前記パワーコンディショナが出力する発電電力との比としたことを特徴とする請求項４記載の太陽光発電診断システム。
6. 前記判定手段は、前記パワーコンディショナが出力する発電電力が前記総発電基準電力に比べて特定の割合以下であったら発電量低下と判定することを特徴とする請求項４又は５記載の太陽光発電診断システム。
7. 複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断方法であって、
   前記複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力量を計測して単位電力量とする単位電力量計測ステップと、
   計測した前記単位電力量に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力量に対比するための総発電基準電力量を算出する基準電力量演算ステップと、同一時間の太陽光発電システムの総発電電力量である前記パワーコンディショナが出力する発電電力量と前記総発電基準電力量とを比較して発電状態を判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする太陽光発電診断方法。
8. 複数の太陽電池ストリングと、当該太陽電池ストリングが発電した直流電力を交流に変換するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムを診断する太陽光発電診断方法であって、
   前記複数の太陽電池ストリングのうちの特定の１又は複数のストリングを基準ストリングとし、当該基準ストリングの発電電力を計測して単位電力とする単位電力計測ステップと、
   計測した前記単位電力に予め設定した倍率を掛けて所定数倍し、太陽光発電システムの総発電電力に対比するための総発電基準電力を算出する基準電力演算ステップと、
   同一時間の太陽光発電システムの総発電電力である前記パワーコンディショナが出力する発電電力と前記総発電基準電力とを比較して発電状態を判定する判定ステップと、
   を実行することを特徴とする太陽光発電診断方法。

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