JP6950209B2 - 太陽光発電システム - Google Patents

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Description

本発明は、太陽光発電システム、DC/DCコンバータ及びパワーコンディショナに関する。
太陽光を利用して発電を行う太陽光発電システムでは、太陽電池がインバータ等を含むパワーコンディショナを介して商用電力系統や負荷装置と接続され、太陽電池で発電した電力が商用電力系統や負荷装置へ供給される。
近年、太陽光発電システムは高電圧化し、また、インバータは高効率化のためトランスレス型が増加している。これに伴い、太陽電池のセルと、接地されたフレームと間に大きな電位差が発生する場合がある。このことは、湿度、温度(高温高湿)といった外部要因が加わることにより、漏れ電流を発生させ、PID(Potential Induced Degradation)現
象を引き起こす要因となることが知られている。
図12は、PID現象の一例を説明するための概念図である。図12では、太陽光発電システムの太陽電池アレイのうち、1つの太陽電池ストリング10を示している。太陽電池ストリング10は、複数の太陽電池モジュール(太陽電池パネル)1が直列に接続されてなり、パワーコンディショナ30を介して商用電力系統と接続されている。即ち、太陽電池ストリング10の各太陽電池モジュール1が、昼間に太陽光を受けて発電することにより、正側の入力端子311と負側の入力端子312との間に電位差を生じさせる。
図13は、太陽電池モジュール1の構造を模式的に示す図である。図13に示すように、太陽電池モジュール1は、フレーム11、バックシート12、セル13、ガラス14、封止材15を有している。
セル13は、光起電力効果によって光エネルギーを電力に変換する半導体層(発電層)を有する素子である。セル13の受光面側には、ガラス14が設けられ、セル13の非受光面側には、バックシート12が設けられ、ガラス14及びバックシート12とセル13との間に封止材15が充填されて、セル13が封止されている。フレーム11は、太陽電池モジュール1の外周部に設けられ、太陽電池モジュール1を設置する際に支持台等に固定される固定部材として用いられる。また、フレーム11は、導電性の金属であり、接地されている。
図12に示すように、直列に接続された各太陽電池モジュール1のセル13の対地電位は、入力端子311側の太陽電池モジュール1では正となり、入力端子312側の太陽電池モジュール1では負となる。この対地電位差が大きくなり、図13に破線の矢印で示したように、太陽電池モジュール1のセル13とフレーム11との間や、ガラス表面に付着した水分91とセル13の間で漏れ電流が生じると、ガラス14等のナトリウムイオンがセル13へ移行してセル13の電子の移動を阻害し、セル13の性能低下、即ちPID現象を引き起こすことがある。例えば、太陽電池モジュール1のセルがp型半導体を用いたものであると、負の対地電位が生じた場合に性能低下が生じ易い。また、太陽電池モジュール1のセルがn型半導体を用いたものであると、正の対地電位が生じた場合に性能低下が生じやすい。
メガソーラ―ビジネス/トラブル/、株式会社 日経BP、[平成28年9月13日検索]、インターネット<http://techon.nikkeibp.co.jp/atcl/feature/15/302961/010500010/?ST=msb&P=1>
PIDによる出力低下は、太陽電池モジュールの対地電位が大きくなるほど顕著に現れるため、近年の太陽電池システムの高電圧化に伴って、PIDによる問題も大きくなってきている。
これに対し、PID現象の要因となった電位差とは逆の電位差が生じるように、太陽電池モジュールに電圧を印加することでPID現象による出力低下を回復させる回復装置も提案されている。しかしながら、回復には相応の時間が必要であり、出力低下が生じた場合に作業員が出向いて回復装置を取り付け、太陽電池モジュールを回復させて、後日作業員が回復装置を取り外して持ち帰るといった作業を行うことになり、非常に手間のかかるものであった。
このため、回復装置を太陽電池システムに取り付けたままとし、PID現象による出力低下が生じないように太陽電池モジュールに電圧を印加しつづけることも考えられるが、常に電圧を印加したのでは、無駄に電力を消費してしまうことになる。
そこで、本発明の目的は、PIDによる出力低下を適切に回復させる技術を提供することにある。
上記の課題を解決するため本発明の太陽光発電システムは、
太陽電池を備え、前記太陽電池の出力を所定の交流電力に変換して出力する太陽光発電システムであって、
前記太陽電池に、直流電圧を印加して出力回復動作を行う電圧印加部と、
前記直流電圧の印加後、停止条件を満たした場合に前記直流電圧の印加を停止させる停止制御部とを備える。
これにより、停止条件を満たした場合には、出力回復動作を停止させることができ、無駄に出力回復動作を継続させることなく、PIDによる出力低下を適切に回復させることができる。
前記太陽光発電システムは、前記停止条件が、管理者の操作によって送信される停止信号の受信であってもよい。これにより、管理者の操作によって出力回復動作を停止させることができ、停止信号を送ることができれば、例えば遠隔地からでも出力回復動作を停止させることができる。
前記太陽光発電システムは、前記太陽電池の出力値と対応する値を示す出力対応情報を取得する出力対応情報取得部を備え、前記出力対応情報と対応する出力値が閾値を超える場合に、前記停止制御部が前記停止条件を満たしたと判定して、直流電圧の印加を停止してもよい。
前記太陽光発電システムは、前記太陽電池の出力値と対応する値を示す出力対応情報を取得する出力対応情報取得部と、前記出力対応情報と対応する出力値が閾値を超えない場合に、動作条件を満たしたと判定して、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を可能にする開始制御部とを備えてもよい。
前記太陽光発電システムは、前記太陽電池の出力を測定する出力測定部と、前記測定結果を基準値と比較し、当該測定結果が基準値より低い場合に前記太陽電池の出力が低下していると判定する出力低下判定部とを備え、前記太陽電池の出力が低下していると判定された場合に、前記開始制御部が、出力低下条件を満たしたと判定し、前記動作条件及び前記出力低下条件を満たした場合に、前記太陽電池に対する前記直流電圧の印加を開始させてもよい。
前記太陽光発電システムは、前記太陽電池が、複数の太陽電池ストリングを備え、前記出力測定部が、複数の前記太陽電池ストリングについて前記太陽電池ストリング毎の出力を測定し、前記出力低下判定部が、各太陽電池ストリングの出力について、他の太陽電池ストリングの出力を基準値として比較してもよい。
前記太陽光発電システムは、前記出力対応情報と対応する出力値が閾値を超えることを第一の停止条件とし、前記第一の停止条件を満たした場合には、前記停止制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を停止させると共に、次に動作条件及び出力低下条件を満たした場合に、前記開始制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を再開させる待機状態とし、前記転圧印加部によって前記直流電圧を印加した回数、時間、又は電力量が閾値を超えることを第二の停止条件とし、前記第二の停止条件を満たした場合には、前記停止制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を停止させ、次に動作条件及び出力低下条件を満たした場合でも、前記開始制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を再開させなくてもよい。
前記太陽光発電システムは、前記太陽電池の種類を取得し、取得した太陽電池の種類に予め割り当てられたモードを選択するモード選択部と、前記電圧印加部が、前記太陽電池の種類に応じて前記直流電圧の印加状態を異ならせる複数のモードを有し、前記モード選択部で選択されたモードに従って前記電圧の印加を行っても良い。
前記太陽光発電システムは、前記太陽電池に前記直流電圧を印加して出力回復動作を行っている際に、前記太陽電池に流れる回復時電流を測定する回復時測定部を備え、前記測定電圧又は前記測定電流が所定範囲から外れた場合に、前記停止制御部が前記直流電圧の印加を停止させてもよい。
上記の課題を解決するため本発明のDC/DCコンバータは、太陽光発電システムに使用されるDC/DCコンバータである。
上記の課題を解決するため本発明のパワーコンディショナは、入力端から入力された前記電源からの直流電圧を所定の昇圧比で昇圧し、出力端から直流電圧を出力する非絶縁型のDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの出力端から出力された直流電圧を交流に変換するインバータとを備える。
本発明によれば、PIDによる出力低下を適切に回復させることができる。
図1は、実施形態1に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。 図2は、実施形態1に係る太陽光発電システムの回路構成を示す図(昼間時)である。 図3は、実施形態1に係る太陽光発電システムの回路構成を示す図(夜間時)である。 図4は、インバータ及び交流電圧計測回路の一例を示す図である。 図5は、実施形態1に係るPID回復処理のフローを示す図である。 図6は、実施形態2に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。 図7は、実施形態2に係るPID回復処理のフローを示す図である。 図8は、実施形態3に係るPID回復処理のフローを示す図である。 図9は、実施形態4に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。 図10は、実施形態4に係るPID回復処理のフローを示す図である。 図11は、実施形態5に係るPID回復処理のフローを示す図である。 図12は、PID現象の一例を説明するための概念図である。 図13は、太陽電池モジュールの構造を模式的に示す図である。
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
〈実施形態1〉
図1は、実施形態1に係る太陽光発電システムの構成を示す図、図2,図3は、実施形態1に係る太陽光発電システムの回路構成を示す図である。図1において、太陽光発電システム100は、太陽電池110や、パワーコンディショナ(PCS(Power Conditioning System)とも称す)30を備え、分電盤40を介して商用電力系統や負荷装置と接続さ
れている。また、実施形態1に係る太陽光発電システム100は、通信ユニット50を備え、ルータ60を介して他の装置との通信が可能となっている。
太陽電池110は、直列に接続された複数の太陽電池モジュール1によって構成される太陽電池ストリング10が複数並列に接続されて構成される。各太陽電池モジュール1は、光起電力効果によって太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換し、直流電力として出力するモジュールである。太陽電池モジュール1は、例えば図13に示した公知の構成であり、ガラス14とバックシート12の間にセル13を封止したパネルをフレーム11で保持した構成である。なお、図13ではセル13を模式的に一つ示しているが、太陽電池モジュール1内には複数のセル13が設けられ、電極パターン16によって直列に接続されて、更にこの直列に接続されたセル13が複数並列に接続されている。これらのセル13が太陽電池モジュール1の出力端子(不図示)と接続され、各セル13で発電した電力が当該出力端子から出力される。これらセル13等の内部回路とは別に、フレーム11が接地されており、セル13が、フレーム11等との間に電位差(対地電位)を有することになるため、この対地電位によるPIDの発生を後述のように抑制している。
パワーコンディショナ30は、太陽電池110からの出力を直流の所定電圧に変換(本例では昇圧)するDC/DCコンバータ120や、DC/DCコンバータ120から出力された直流の電力を交流の電力に変換するインバータ31を備え、インバータ31から出力された交流の電力を商用電力系統や負荷装置へ供給する。また、パワーコンディショナ30は、系統連系リレー36及び制御部150を備え、制御部150が商用電力系統との接続(系統連系)や解列を制御する。
太陽電池110に接続されたDC/DCコンバータ120は、リアクトルL1、昇圧用のスイッチング素子S1及びダイオードD1を有する非絶縁型の昇圧回路である。
リアクトルL1は、一端が太陽電池110の正極に接続され、他端がダイオードD1のアノード及びスイッチング素子S1の高電位側の一端に接続されている。
ダイオードD0は、アノードがリアクトルL1及びスイッチング素子S1の高電位側の一端に接続され、カソードがDC/DCコンバータ120の出力端の正極に接続されている。即ち、リアクトルL1及びダイオードD1は、DC/DCコンバータ120の正極側
ラインにおいて、直列に接続されている。
スイッチング素子S1は、太陽電池110と並列に接続される。スイッチング素子S1の高電位側の一端は、太陽電池110の正極、及びDC/DCコンバータ120の出力端の正極に接続されている。スイッチング素子S1の低電位側の一端は、太陽電池110の負極、及びDC/DCコンバータ120の出力端の負極に接続されている。スイッチング素子S1は、不図示の駆動回路によって駆動されてスイッチングを行い、断続的にリアクトルL1に充放電させることにより昇圧を行う。
スイッチング素子S1は、例えば、MOS(metal-oxide-semiconductor)型電界効果
トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラトランジスタ、サイリスタなど、スイッチングを行うデバイスであればよく、本例では、IGBTを用いている。
DC/DCコンバータ120は、スイッチング素子S1のスイッチング動作により、太陽電池110から入力された直流の電圧(例えば250V)を所定の電圧(例えば320V)に昇圧する。
電位調整部130は、夜間など太陽電池110の出力が所定値未満の場合に、インバータ31を介して外部の電力系統の電圧を前記太陽電池に印加し、当該太陽電池の対地電位を正とする。本実施形態の電位調整部130は、抵抗R1,R2とダイオードD1を備えている。ダイオードD1は、カソードが太陽電池110の負極と接続され、アノードがインバータ31の負極と接続されている。抵抗R1は、太陽電池110の正負極間に接続され、抵抗R2は、ダイオードD1と並列に負極側ラインに接続されている。なお、電位調整部130は、本実施形態における電圧印加部の一形態である。
コンデンサC1は、インバータ31の直流側の正負極間に接続され、DC/DCコンバータ120を介して入力される太陽電池110からの直流電圧のノイズ成分を平滑化するフィルタ回路である。
インバータ31は、太陽電池110からの直流の電力を交流の電力に変換し、リアクトルACL1,ACL2を介して出力する。
出力測定部140は、太陽電池110と接続され、太陽電池110の出力を測定するする。例えば、出力測定部140は、太陽電池110の正極と負極との間の電圧(DCV)や、出力電力量(発電量)、開放電圧、電流を測定する。また、出力測定部140は、太陽電池ストリング10毎の発電量、開放電圧、電流を測定する。更に、出力測定部140は、太陽電池110のI−Vカーブ、及び太陽電池ストリング10毎のI−Vカーブを測定する。
制御部150は、出力対応情報取得部151や、開始制御部152、停止制御部153を備えている。出力対応情報取得部151は、太陽電池の出力値と対応する値を示す出力対応情報、換言すると対応電池の出力を推定するために用いられる情報である。出力対応情報取得部151は、例えば、太陽電池110が設置されている場所の照度や日射量を照度センサ(図示)や、日射センサ(不図示)から取得する。この他、出力対応情報取得部151は、タイマー(図示)から現在の日時を取得してもよく、また、太陽電池110が設置されている場所の日の出時刻及び日の入り時刻のような設定情報を記憶装置から取得してもよい。
開始制御部152は、出力対応情報と対応する出力値が閾値を超えない場合に、動作条
件を満たしたと判定して、出力回復操作を開始させる。出力回復動作は、通常、夜間などの太陽電池110が発電していない状態のときに実行する。このため、昼間など、太陽電池が発電を行っている状態では、動作条件を満たしていないと判定して出力回復動作を開始させず、夜間など、太陽電池が発電を行っていない状態では、動作条件を満たしていると判定して出力回復動作を開始させる。
停止制御部153は、太陽電池110に出力回復動作として電圧を印加している際、停止条件を満たした場合には、電圧の印加を停止させる。例えば、夜間に出力回復動作を行っている状態で朝になり、太陽電池110が発電を開始した場合(開放電圧が閾値を超えた場合)や、太陽電池が発電を開始する程度に入射する光量が増えた場合(照度や日射量が閾値を超えた場合)、太陽電池が発電を開始する時刻(例えば日の出時刻)に近づいたような場合には、停止制御部153が停止条件を満たしたと判定して出力回復動作を停止させる。
出力測定部140の検出結果に基づいて、太陽電池110の出力電圧が閾値未満となっている場合に夜間と判定する。また、制御部150は、太陽電池110の出力電圧が閾値未満でなければ昼間と判定する。なお、夜間か昼間かの判定は、太陽電池110の出力電圧を計測することに限定されるものではない。例えば、タイマーを参照して、太陽電池110の出力電圧が閾値未満となる時刻か否かによって判定してもよい。また、制御部150は、夜間と判定した場合にインバータ31やDC/DCコンバータ120をゲートブロックし、昼間と判定した場合にインバータ31やDC/DCコンバータ120を動作させる。なお、インバータ31やDC/DCコンバータ120を動作させるかゲートブロックするかの制御は、それぞれの駆動回路(不図示)によって行わせてもよい。
地絡検出部145は、太陽電池110或は太陽電池ストリング10毎の地絡電流(漏洩電流)を検出し、太陽電池110或は太陽電池ストリング10と接地点との間の地絡抵抗値(絶縁抵抗値)を求め、求めた地絡抵抗値が基準抵抗値より小さい場合に、地絡が発生していると判定する。
交流電圧計測回路32は、パワーコンディショナ30の出力端における交流電圧を測定する。交流電圧計測回路32で測定した交流電圧は、例えば電力系統からの解列の判断等に用いられる。
本実施形態の太陽光発電システム100では、太陽電池110の定格出力が250VDCであり、DC/DCコンバータ120が太陽電池110の出力を所定の電圧DDV(本例では320VDC)へ昇圧し、インバータ31がDC/DCコンバータ120の出力を交流に変換している。なお、本実施形態の太陽光発電システム100は、単相三線式の商用電力系統とと接続しており、インバータ31からリアクトルACL1を介して出力される出力端とフレームグランド(FG)38との間、およびリアクトルACL2を介して出力される出力端とフレームグランド38との間の電力(例えば101Vrms)を商用電力系統へ出力する。
《PID回復処理》
太陽光発電システム100において、太陽電池110が発電している昼間の状態では、図2に示すように、インバータ31の入力側の正負極間の電圧DDVが例えば320VDCであるので、アース39に対する正極の電圧が+160VDC、アース39に対する負極の電圧が−160VDCとなる。図2の構成では、太陽電池110の対地電位が、インバータ31の負極側の対地電位と同じになるため、太陽電池110における負極の対地電圧も−160VDCとなり、太陽電池110の出力が250VDCであった場合、アース19に対する太陽電池110の正極の電圧が+90VDCとなる。このように太陽電池110は、発電中に負極の対地電位が負となるので、PIDが進行する可能性がある。
そこで本実施形態の太陽光発電システム100は、太陽電池110が発電していない夜間等の状態では、スイッチング素子S1及びインバータ31をゲートブロックとし、系統連系リレー36をONとすることで、インバータ31を介して商用電力系統側の電力を昼間とは逆に太陽電池側へ供給して正負極間に電圧DDVを印加する。そして、この電圧DDVを電位調整部130の抵抗R1・R2で分圧することにより、太陽電池110における負極に正の電圧を印加する。このように本実施形態の太陽光発電システム100は、太陽電池110が発電していないときに、出力回復動作として、太陽電池110の負極の対地電位を正とすることで、発電中に進行したPIDによる出力低下を回復させる。
図4は、インバータ31及び交流電圧計測回路32の一例を示す図である。図4に示すように、インバータ31は、例えばスイッチング素子S2〜S5と還流ダイオードD2〜D5とによってブリッジが構成される。また、交流電圧計測回路32は、例えばオペアンプO1,O2を備え、出力端34とフレームグランド38との間の電圧、および出力端35とフレームグランド38との間の電圧を基準電圧Vrefと比較し、この差分を計測結果として出力する。
そして、夜間にスイッチング素子S2〜S5をゲートブロックした場合、インバータ31がダイオードブリッジとして機能し、オペアンプO1や、ダイオードD4、リアクトルACL1、抵抗R12を通る一点鎖線で示した回路M1が構成され、この回路M1へ出力端34とフレームグランド38から商用電力系統の電力が供給される。また、オペアンプO2や、ダイオードD5、リアクトルACL2、抵抗R12を通る二点鎖線で示した回路M2が構成され、この回路M2へ出力端35とフレームグランド38から商用電力系統の電力が供給される。
図4に示すように回路M1,M2に供給される電力は、ダイオードD4,D5によって整流され、インバータ31の正負極間に電圧DDVが印加される。そしてこの電圧DDVを電位調整部130の抵抗R1・R2で分圧することにより、図3のように太陽電池110の負極に正の電圧を印加する。図3の例では、電圧DDVが、√2×202VAC=286VDCであり、太陽電池110の負極に印加される電圧DCV(−)の最大値Voffsetが√2×202VAC×R2/(R1+R2)=143VDCである。この太陽電池110の負極に印加される電圧DCV(−)は、抵抗R1と抵抗R2との比で決定され、本例ではR1:R2=1:1としている。
《PID回復処理のフロー》
管理者が管理者端末8からPID回復処理の開始信号を送信すると、太陽光発電システム100の制御部150は、管理サーバ7を介して、前記開始信号を受信し、例えば図5に示すPID回復処理を開始する。ここで管理者端末8と管理サーバ7との間、またルータ60と管理サーバ7との間は、インターネット等のネットワークを介して接続されており、管理者は、遠隔地から太陽光発電システム100へ開始信号を送ることができる。
開始信号に応じて図5のPID回復処理を開始すると、制御部150は、先ず、動作条件を満たしているか否かを判定する(ステップS20)。ここで動作条件は、夜間など、太陽電池110がほぼ発電していない状態であることを判定する条件であり、例えば、照度、日射量、又は開放電圧が閾値未満であることや、時刻が日の入から日の出といった所定の時間帯であることとしてもよい。更に、地絡が無いこと、即ち絶縁劣化が無いことを動作条件としてもよい。例えば、地絡検出部145により、太陽電池110或は太陽電池ストリング10毎の地絡電流(漏洩電流)を検出し、太陽電池110或は太陽電池ストリング10と接地点との間の地絡抵抗値(絶縁抵抗値)を求め、求めた地絡抵抗値が基準抵抗値以上の場合に、地絡が無く、動作条件を満たしていると判定する。
動作条件を満たしている場合(ステップS20,Yes)、制御部150は、スイッチング素子S1及びインバータ31をゲートブロックとし、系統連系リレー36をONとすることで、インバータ31を介して商用電力系統側の電力を昼間とは逆に太陽電池側へ供給し、インバータ31における直流側の正負極間に電圧DDVを印加させる。そして、この電圧DDVを電位調整部130の抵抗R1・R2で分圧することにより、太陽電池110における負極に正の電圧を印加させる(ステップS30)。
次に制御部150は、管理者端末8からPID回復処理の停止信号を受信したか否かを判定する(ステップS40)。停止信号を受信していない場合(ステップS40、No)、制御部150は、更に停止条件を満たしているか否かを判定する(ステップS50)。ここで停止条件は、昼間など、太陽電池110が発電している状態、又は太陽電池110が間もなく発電を開始する状態であることを判定する条件であり、例えば、照度、日射量、又は開放電圧が閾値以上であることや、時刻が日の出から日の入といった所定の時間帯であることとしてもよい。
停止条件を満たしていないと判定した場合(ステップS50,No)、制御部150は、ステップS40に戻り、停止条件を満たしていると判定した場合には(ステップS50,Yes)、系統連系リレー36をOFFにして太陽電池110への電圧印加を停止し、出力回復動作を停止させる(ステップS60)。また、ステップS20で動作条件を満たしていないと判定した場合や(ステップS20,No)、ステップS40で停止信号を受信したと判定した場合(ステップS40,Yes)も、出力回復動作を停止させる(ステップS60)。
このように本実施形態によれば、管理者の操作によってPID回復処理の開始及び停止を選択でき、適切に出力の低下を回復させることができる。また、遠隔地からPID回復処理の開始及び停止を選択することができる。
〈実施形態2〉
図6は、実施形態2に係る太陽光発電システムの構成を示す図、図7は、実施形態2に係るPID回復処理のフローを示す図である。本実施形態は、PID回復処理が、太陽電池の発電状況からPIDの可能性を判断し、PID回復処理を自動的に実行させることが実施形態1と異なり、その他の構成は前述の実施形態1と同じである。このため主に実施形態1と異なる構成を説明し、同一の要素については説明を省略する。例えば、本実施形態の制御部150は、前述の実施形態1と比べて、出力低下判定部154を備えた構成が異なり、その他の構成は同じである。
制御部150は、遠隔操作により管理者端末8からの開始信号を受信した場合や、定期的な実施タイミングとなった場合、或は所定のタイミングとなった場合に、図7の処理を開始させ、PCS30が稼働状態か否かを判定する(ステップS120)。なお、稼働状態とは、太陽電池110が発電した電力をPCS30の交流側出力端から出力する状態であり、例えばスイッチング素子S1やインバータ31をゲートブロックしていない状態、即ちスイッチング素子S1やインバータ31を稼働させている状態である。PCS30が稼働状態と判定した場合には(ステップS120,Yes)、このステップS120を繰り返し、PCS30が稼働状態でないと判定した場合には(ステップS120,No)、次のステップS130へ移行する。
ステップS130では、太陽電池の発電状況に基づいてPIDの可能性があるか否かを診断する。例えば、制御部150の出力低下判定部154が、太陽電池110又は太陽電池ストリング10の出力を出力測定部140によって測定し、この測定結果を基準値と比
較し、当該測定結果が基準値より低い場合、即ち出力低下条件を満たしている場合に太陽電池110又は太陽電池ストリング10の出力が低下していると判定する。ここで出力低下条件は、PIDによって出力低下が発生していることを判定する条件であり、例えば、PCS30が出力する電力量、即ち太陽電池110の発電量や、太陽電池ストリング10毎の発電量、太陽電池ストリング10毎の開放電圧、太陽電池ストリング10毎の電流、太陽電池ストリング10毎のI−Vカーブ、地絡電流の測定値を基準値と比較し、基準値よりも低い(劣化している)ものをPIDの可能性有りと診断する。なお、各太陽電池ストリング10に対し、他の太陽電池ストリング10の測定結果を基準値として比較してもよい。例えば太陽電池110の発電量や、太陽電池ストリング10毎の発電量、太陽電池ストリング10毎の開放電圧、又は太陽電池ストリング10毎の電流の測定値が、比較対象の値よりも低く、その差分が閾値を越えている場合にPIDの可能性有りと診断する。また、地絡電流が規定値以上の場合には、PID回復動作、即ち太陽電池110への電圧の印加を行わないようにPIDの可能性無しと診断してもよい。なお、後段のステップで、動作条件として地絡の有無を判定する場合には、ステップS130における地絡電流の診断は省略してもよい。また、太陽電池ストリング10毎のI−Vカーブを測定し、比較対象のI−Vカーブよりも低く、その差分が閾値を越えている場合にPIDの可能性有りと診断する。これらの条件は、複数を組み合わせて行ってもよい。
ステップS130にてPIDの可能性有りと診断した場合、制御部150は、次に動作条件を満たしているか否かを判定する(ステップS140)。ここで動作条件は、夜間など、太陽電池110がほぼ発電していない状態であることを判定する条件であり、例えば、照度、日射量、又は開放電圧が閾値未満であることや、時刻が日の入から日の出といった所定の時間帯であることとしてもよい。更に、地絡が無いこと、即ち絶縁劣化が無いことを動作条件としてもよい。
制御部150は、動作条件を満たしていない場合(ステップS140,No)、このステップS140を繰り返し、動作条件を満たしている場合に(ステップS140,Yes)、次のステップS150へ移行する。
ステップS150にて、制御部150は、系統連系リレー36をONとすることで、インバータ31を介して商用電力系統側の電力を昼間とは逆に太陽電池側へ供給し、太陽電池110における負極に正の電圧を印加させる。
次に制御部150は、停止条件を満たしているか否かを判定する(ステップS160)。ここで停止条件は、昼間など、太陽電池110が発電している状態、又は太陽電池110が間もなく発電を開始する状態であることを判定する条件であり、例えば、照度、日射量、又は開放電圧が閾値以上であることや、時刻が日の出から日の入といった所定の時間帯であることとしてもよい。
停止条件を満たしていないと判定した場合(ステップS160,No)、制御部150は、ステップS160を繰り返し、停止条件を満たしていると判定した場合には(ステップ
S160,Yes)、連系リレー36をOFFにして、太陽電池への電圧の印加を停止し
、PID回復処理を停止する(ステップS170)。
そして、制御部150は、管理者端末8からPID回復処理の停止信号を受信したか否
かを判定する(ステップS180)。停止信号を受信していないと判定した場合(ステップ
S180,No)、制御部150は、ステップS120へ戻り、停止信号を受信したと判
定した場合には(ステップS180,Yes)、図7の処理を終了する。なお、ステップS180の判定は、省略しても良いし、ステップS150のPID回復動作を実行した回数が所定数に達したかや、太陽電池110に電圧を印加した時間が所定時間に達したか等の第二の停止条件を満たしたか否かにより、PID回復処理が完了したか否かを判定しても
よい。即ち、PID回復処理が完了したと判定した場合には、図7の処理を終了し、PID回復処理が完了していないと判定した場合には、ステップS120へ戻り、再度動作条件を満たした場合にPID回復動作を行わせるようにしてもよい。また、PID回復処理が完了したか否かの判定は、ステップS130で全ての太陽電池ストリング10が、PIDの可能性無しと判定された場合にPID回復処理が完了したと判定し、そうでなければPID回復処理が完了していないと判定してもよい。
このように本実施形態によれば、太陽電池の発電状況によってPIDの可能性の有無を判断し、PIDの可能性が有る場合にPID回復処理を実行し、PIDの可能性が無い場合にはPID回復処理を実行しないので、適切に出力の低下を回復させることができる。
〈実施形態3〉
図8は、実施形態3に係るPID回復処理のフローを示す図である。本実施形態は、検査者がPIDの可能性有りと判断した場合に、PID回復処理を開始させ、完了条件を満たすまで実行させることが実施形態1と異なり、その他の構成は前述の実施形態1と同じである。このため主に実施形態1と異なる構成を説明し、同一の要素については説明を省略する。
先ず検査者が太陽電池110を検査し、PIDの可能性の有無を判断する。例えば、PCS30が出力する電力量、即ち太陽電池110の発電量や、太陽電池ストリング10毎の発電量、太陽電池ストリング10毎の開放電圧、太陽電池ストリング10毎の電流、太陽電池ストリング10毎のI−Vカーブ、地絡電流の測定値を規定値又は他のPCSや太陽電池ストリング10と比較して劣化しているものをPIDの可能性有りと診断する。例えば太陽電池110の発電量や、太陽電池ストリング10毎の発電量、太陽電池ストリング10毎の開放電圧、又は太陽電池ストリング10毎の電流の測定値が、比較対象の値よりも低く、その差分が閾値を越えている場合にPIDの可能性有りと診断する。また、太陽電池ストリング10毎のI−Vカーブを測定し、ディスプレイ等に表示させて視認し、劣化している場合にPIDの可能性有りと判定する。例えば比較対象のI−Vカーブよりも低く、その差分が閾値を越えている場合にPIDの可能性有りと判定する。これらの条件は、複数を組み合わせて行ってもよい。例えば比較対象のI−Vカーブよりも低く、その差分が閾値を越えている場合にPIDの可能性有りと判定する。また、太陽電池ストリング10毎にEL検査を行い、劣化が認められる場合にPIDの可能性有りと判定する。これらの条件は、複数を組み合わせて行ってもよい。PIDの可能性有りと判定した検査者は、図8のPID回復処理を開始させる。なお、検査の結果、地絡電流が規定値以上の場合には、PID回復動作、即ち太陽電池110への電圧の印加を行わないように図8のPID回復処理を開始させないようにしてもよい。
図8のPID回復処理が開始されると、制御部150は、PCS30が稼働状態か否かを判定する(ステップS210)。なお、稼働状態とは、太陽電池110が発電した電力をPCS30の交流側出力端から出力する状態であり、例えばスイッチング素子S1やインバータ31をゲートブロックしていない状態、即ちスイッチング素子S1やインバータ31を稼働させている状態である。PCS30が稼働状態と判定した場合には(ステップS210,Yes)、このステップS210を繰り返し、PCS30が稼働状態でないと判定した場合には(ステップS210,No)、次のステップS220へ移行する。
ステップS220では、動作条件を満たしているか否かを判定する。ここで動作条件は、夜間など、太陽電池110がほぼ発電していない状態であることを判定する条件であり、例えば、照度、日射量、又は開放電圧が閾値未満であることや、時刻が日の入から日の出といった所定の時間帯であることとしてもよい。更に、地絡が無いこと、即ち絶縁劣化が無いことを動作条件としてもよい。
制御部150は、動作条件を満たしていない場合(ステップS220,No)、ステップS210に戻り、動作条件を満たしている場合に(ステップS220,Yes)、次のステップS230へ移行する。
ステップS230にて、制御部150は、系統連系リレー36をONとすることで、インバータ31を介して商用電力系統側の電力を昼間とは逆に太陽電池側へ供給し、太陽電池110における負極に正の電圧を印加させる。
次に制御部150は、停止条件を満たしているか否かを判定する(ステップS240)。ここで停止条件は、昼間など、太陽電池110が発電している状態、又は太陽電池110が間もなく発電を開始する状態であることを判定する条件であり、例えば、照度、日射量、又は開放電圧が閾値以上であることや、時刻が日の出から日の入といった所定の時間帯であることとしてもよい。
停止条件を満たしていないと判定した場合(ステップS240,No)、制御部150は、ステップS240を繰り返し、停止条件を満たしていると判定した場合には(ステップ
S240,Yes)、第二の停止条件を満たしたか否かを判定する(ステップS250)。
ここで第二停止条件とは、充分にPIDの回復が行われたこと、即ちPID回復処理が完了したことを判定する条件(完了条件とも称す)であり、本実施形態ではステップS230のPID回復動作を所定回数に達するまで行ったか否かである。
PID回復動作が所定回数に達していないと判定した場合(ステップS250,No)、制御部150は、ステップS210へ戻り、所定回数に達していると判定した場合には(ステップS20,Yes)、連系リレー36をOFFにして、太陽電池への電圧の印加を停止し、PID回復処理を停止する(ステップS260)。即ち、夜間等、太陽電池が発電を行わなくなり、ステップS220の動作条件を満たさなくなってPID回復処理を停止(中断)した際、充分に回復しておらず、PID回復処理が完了していない場合(第二の停止条件を満たしていない場合)には、ステップS210へ戻って待機状態となり、昼間になって再度動作条件を満たした場合にはPID回復動作(ステップS230)を行わせる。なお、このPID回復動作の回数は、検査の結果に応じて設定してもよい。また、第二の停止条件(完了条件)は、太陽電池110に電圧を印加した時間を積算し、この積算時間が所定時間(所定期間)に達したか否かであってもよい。
このように本実施形態によれば、現場の検査でPIDの可能性があった場合に、PID回復処理を所定回数又は所定回数期間実行することにより、充分に出力の回復を行わせることができる。
〈実施形態4〉
図9は、実施形態4に係る太陽光発電システムの構成を示す図、図10は、実施形態4に係るPID回復処理のフローを示す図である。本実施形態は、太陽電池110の種類に応じて、それぞれの動作モードでPID回復処理を実行させることが実施形態2と異なり、その他の構成は前述の実施形態2と同じである。このため主に実施形態2と異なる構成を説明し、同一の要素については説明を省略する。例えば、本実施形態の制御部150は、前述の実施形態2と比べて、モード選択部155を備えた構成が異なり、その他の構成は同じである。
本実施形態において、制御部150のモード選択部155は、図10に示すように、PID回復処理を開始すると、先ず太陽電池110の種類を取得し(ステップS5)、この太
陽電池110の種類に応じてモードを選択する(ステップS6)。なお、制御部150は、例えば太陽電池110の種類に応じた設定情報を各モードと対応付けて制御部150のメモリ等に登録しておき、PID回復処理を実行する毎に、選択されたモードの設定情報を読み取る。なお、太陽電池110や管理サーバ7から設定情報を読み取ることができる場合には、PID回復処理を実行する毎に、太陽電池110や管理サーバ7から、この設定情報を読み取るようにしてもよい。なお、本実施形態では、太陽電池110の種類として、P型結晶シリコンパネル、N型結晶バックコンタクトパネル、又はCISパネルの何れかを取得する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、前記3種類に代えて他の種類を取得するものであってもよいし、前記3種類に加えて、他の種類を取得するものであってもよい。そして、これらの種類と対応したモードと、モード毎の設定情報とを予め設定しておく。
取得した太陽電池110の種類が、P型結晶シリコンパネルであった場合、制御部150は、第一のモードを選択し、ステップS120へ移行する。なお、ステップS120〜S190の処理は、前述の図8の例と同じである。
また、取得した太陽電池110の種類がN型結晶バックコンタクトパネルであった場合、制御部150は、第二のモードを選択し、ステップS210Aへ移行する。なお、ステップS120A〜S190Aの処理は、前述の図5のステップS120〜S190の処理と略同じであるが、ステップS150Aにて太陽電池110に電圧を印加する際に、電圧の供給路をスイッチ等(不図示)で切り替える。これにより、ステップS150AにてN型結晶バックコンタクトパネル(バックコンタクト型)の太陽電池110に印加する電位をP型結晶シリコンパネルの太陽電池110に印加する電位と逆にする。即ち、太陽電池110に負の電位を印加する。
また、取得した太陽電池110の種類がCISパネルであった場合、制御部150は、第三のモードを選択し、ステップS120Bへ移行する。なお、ステップS120B〜S190Bの処理は、前述の図5のステップS120〜S190の処理と略同じであるが、ステップS130AにてPIDの可能性の有無を判定する閾値等の条件としてCISパネルに応じたものを用いる。これは、P型結晶シリコンパネルとCISパネルとでは、PIDの発生頻度や影響の程度が異なるため、判定のための条件を予め設定しておく。また、ステップS180にて、第二の停止条件を用いてPID回復処理の完了を判断する場合には、この条件としてCISパネルに応じたものを用いてもよい。また、他の種類の太陽電池110を用いた場合も、当該太陽電池110の種類に応じた第二の停止条件を用いてPID回復処理の完了を判断してもよい。
なお、図10ではステップS6の次に選択的に実行する処理として、実施形態2と同様の処理を行う例を示したが、本実施形態はこれに限らず、実施形態1に係る図5の処理や実施形態3に係る図8の処理を行うものでもよい。
このように本実施形態によれば、太陽電池110の種類に応じて、それぞれに適したモードに切り替えてPID回復処理を実行するので、太陽電池110の種類に応じて適切に出力の低下を回復させることができる。
〈実施形態5〉
図11は、実施形態5に係るPID回復処理のフローを示す図である。本実施形態は、PID回復動作時の電流値や電圧値をモニタリングし、異常が発生した場合にはPID回復処理を中止することが実施形態1と異なり、その他の構成は前述の実施形態1と同じである。このため主に実施形態1と異なる構成を説明し、同一の要素については説明を省略する。
制御部150は、図11に示すように、ステップS20にて動作条件を満たし、PID回復動作を開始した場合(ステップS30)、このPID回復動作時の電流値や電圧値を出力測定部140によって検出し、所定の範囲内か否か、即ち異常が発生していないか否かを判定する(ステップS35)。このように、本実施形態では、出力測定部140が、回復時測定部の一形態である。そして、電流値や電圧値が所定範囲内であれば(ステップS3
5,Yes)、ステップS40へ移行し、電流値や電圧値が所定範囲内でなければ(ステップS35,No)、異常が発生したものとしてステップS60へ移行してPID回復処理
を終了する。なお、この異常が発生して終了する際には、管理者端末8等、所定の宛先(アドレス)へ異常が発生した旨のメッセージを送信してもよい。また、PCS30や太陽電池110等にスピーカや警告灯等の出力装置(不図示)を備えておき、異常が発生して終了する際には、警報を発するようにしてもよい。
なお、図11では実施形態1に係る図5と同様の処理において、PID回復動作(ステ
ップS30)時の電流値や電圧値を検出して、異常が発生していないか否かを判定するス
テップS35を追加した例を示したが、本実施形態はこれに限らず、実施形態2に係る図7の処理において、PID回復動作(ステップS150)時の電流値や電圧値を検出して、異常が発生していないか否かを判定するステップを図11と同様に追加してもよい。更に実施形態3に係る図8の処理において、PID回復動作(ステップS230)時の電流値や電圧値を検出して、異常が発生していないか否かを判定するステップを図11と同様に追加してもよい。
このように本実施形態によれば、PID回復動作を開始した際、電流値や電圧値に異常が発生した場合には、PID回復動作を中止することができる。これにより例えば、PID回復動作時に急な地絡が発生した場合でも、PID回復動作を停止し、系統連系リレー36をOFFにする、または系統につながるその他のブレーカを遮断することで、漏電ブレーカのトリップを未然に防ぐことができる。
また、異常発生時に所定の宛先へメッセージを通知することで、管理者等へ速やかに異常を知らせることができる。更に、PID回復動作時に、太陽電池110が、盗難にあったり、破壊されたりした場合にも、電流値や電圧値が所定の範囲を外れて異常が発生した旨のメッセージの通知や警報の出力が行われる。なお、PID回復動作は、通常夜間に行われるので、本実施形態の異常を判定して出力する構成は、夜間の盗難や破壊を検知し、警報を出力する手段としても利用できる。
上述した本発明の実施形態及び変形例はあくまでも例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態及び変形例において示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当然にその組み合わせが可能である。
1 太陽電池モジュール
7 管理サーバ
8 管理者端末
10 太陽電池ストリング
30 パワーコンディショナ
31 インバータ
32 交流電圧計測回路
36 系統連系リレー
40 分電盤
50 通信ユニット
60 ルータ
100 太陽光発電システム
110 太陽電池
120 コンバータ
130 電位調整部
140 出力測定部
145 地絡検出部
150 制御部

Claims (4)

  1. 複数の太陽電池ストリングを有する太陽電池を備え、前記太陽電池の出力を所定の交流電力に変換して出力する太陽光発電システムであって、
    前記太陽電池に、直流電圧を印加して出力回復動作を行う電圧印加部と、
    前記直流電圧の印加後、停止条件を満たした場合に前記直流電圧の印加を停止させる停止制御部と、
    前記太陽電池ストリングについて前記太陽電池ストリングの出力を測定することで前記太陽電池の出力を測定する出力測定部と、
    前記太陽電池の出力値と対応する値を示す出力対応情報を取得する出力対応情報取得部と、
    前記太陽電池ストリングにおける出力の測定結果について、他の太陽電池ストリングの出力を基準値として前記測定結果と前記基準値とを比較し、前記測定結果が前記基準値より低い場合に前記太陽電池の出力が低下していると判定する出力低下判定部と、
    前記出力対応情報取得部が取得した前記出力対応情報の値が閾値を超えない場合に、動作条件を満たしたと判定し、前記出力低下判定部によって前記太陽電池の出力が低下していると判定された場合に、出力低下条件を満たしたと判定し、前記動作条件及び前記出力低下条件を満たした場合に、前記電圧印加部による前記太陽電池への前記直流電圧の印加を可能にする開始制御部と、
    を備えている太陽光発電システム。
  2. 前記出力対応情報の値が閾値を超えることを第一の停止条件とし、前記第一の停止条件を満たした場合には、前記停止制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を停止させると共に、次に前記動作条件及び前記出力低下条件を満たした場合に、前記開始制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を再開させる待機状態とし、
    前記電圧印加部によって前記直流電圧を印加した回数、時間、又は電力量が閾値を超えることを第二の停止条件とし、前記第二の停止条件を満たした場合には、前記停止制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を停止させ、次に前記動作条件及び前記出力低下条件を満たした場合でも、前記開始制御部が、前記電圧印加部による前記直流電圧の印加を再開させない、
    請求項1に記載の太陽光発電システム。
  3. 前記太陽電池の種類を取得し、取得した前記太陽電池の種類に予め割り当てられたモードを選択するモード選択部をさらに備え、
    前記電圧印加部が、前記太陽電池の種類に応じて前記直流電圧の印加状態を異ならせる複数のモードを有し、前記モード選択部で選択されたモードに従って前記直流電圧の印加を行う請求項1又は2に記載の太陽光発電システム。
  4. 前記太陽電池に前記直流電圧を印加して出力回復動作を行っている際に、前記太陽電池にかかる回復時電圧、又は前記太陽電池に流れる回復時電流を測定する回復時測定部をさらに備え、
    前記回復時電圧又は前記回復時電流が所定範囲から外れた場合に、前記停止制御部が前記直流電圧の印加を停止させる
    請求項1から3の何れか1項に記載の太陽光発電システム。
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