WO2021054305A1 - ソーラーモジュール - Google Patents

ソーラーモジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2021054305A1
WO2021054305A1 PCT/JP2020/034816 JP2020034816W WO2021054305A1 WO 2021054305 A1 WO2021054305 A1 WO 2021054305A1 JP 2020034816 W JP2020034816 W JP 2020034816W WO 2021054305 A1 WO2021054305 A1 WO 2021054305A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar
module
power generation
modules
sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/034816
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宏之 鎌田
Original Assignee
クリーンエナジーファクトリー株式会社
Ｍｅｒｓ Ｆｏｒｓ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by クリーンエナジーファクトリー株式会社, Ｍｅｒｓ Ｆｏｒｓ株式会社 filed Critical クリーンエナジーファクトリー株式会社
Priority to JP2021546901A priority Critical patent/JPWO2021054305A1/ja
Priority to DE112020004447.5T priority patent/DE112020004447T5/de
Priority to US17/761,375 priority patent/US20230353087A1/en
Publication of WO2021054305A1 publication Critical patent/WO2021054305A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/36—Electrical components characterised by special electrical interconnection means between two or more PV modules, e.g. electrical module-to-module connection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to solar power generation, and particularly relates to a solar module that makes it possible to effectively use the terrain in the construction of a large-scale power generation site also called mega solar.
  • the top view shape (planar shape of the installation surface of the solar module) overlooking the area of the power generation site is often irregular.
  • the site is constructed by installing a so-called "string", which is a unit of a plurality of determined modules in a frame, on a pedestal.
  • This string is a construction unit in which 10 to 20 modules are integrally fixed.
  • the modules that make up the string are connected in series with each other to supply generated power to the inter-module connection line. Therefore, if a problem occurs in even one of the modules in the string, the generated power of the entire string cannot be used.
  • An object of the present invention is to provide a solar module in which the generated power of a normal module constituting the string can be used as it is even if a defect occurs in the module in the string.
  • the present invention is a solar module (7) composed of a plurality of solar cells and in which a plurality of solar cell groups (2) connected via parallel connection lines in the module are arranged, and has the following configuration. It is characterized by the fact that.
  • the reference numerals described in the description of the configuration in the examples described later will be added.
  • Each of the solar cell groups (2) monitors the power generation state of the solar cells in the solar cell group, and detects that the amount of power generation has fallen below a predetermined set value, and sets the cell group to the module. It is characterized by comprising a cell group controller (5) having a switch for disconnecting from the internal parallel connection line (6).
  • the term "separate" as used herein means that the power generation system to which the present invention applies ignores or neglects the cell group, and does not mean that the cell group is positively electrically shut off.
  • Each of the solar modules (7) boosts the generated voltage input from the solar cell group (2) via the parallel connection line (6) in the module and outputs it to the parallel connection line (8) between modules. It is characterized by including an optimizer (4) provided with a booster circuit.
  • the operating status of all the modules of the power generation site to be managed on the terminal of the monitoring site in an appropriate display format, the operating history, current status, forecast, etc. of the power generation amount of each module of the power generation site can be displayed on the monitor. It is equipped with a program to be displayed on. As a result, it is possible to visually recognize the effective management of the power generation site and take prompt and accurate measures. For example, a specific module whose power generation amount has decreased is warned by red or blinking.
  • the schematic diagram explaining the structure of the solar module and the management system constituting the power generation site which concerns on this invention An explanatory view of a topographical example of a power generation site in which a solar module is laid according to the present invention. An explanatory view of a state in which a solar module is laid in a conventional method on a topographical example of a power generation site shown in FIG.
  • the schematic diagram explaining the solar cell group constituting the solar module shown in FIG. The schematic diagram explaining the difference of the disconnection method at the time of the trouble in the module of the solar module which constitutes a solar array by the comparison between this invention and the prior art.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the structure of the solar module and the management system constituting the power generation site according to the present invention, and is an explanatory diagram of the types of solar modules and the monitoring system used for the construction of the power generation site.
  • solar may be abbreviated as “solar module” is simply a module
  • solar cell is simply a cell
  • solar module set is a module set at the end.
  • the server 16 of the power generation site is transmitted to the remote terminal 17 via a public network such as the Internet 37, and is processed by various data processing programs mounted on the remote terminal. The processing result is displayed on the monitor 18. Further, the remote terminal 17 is configured to be able to communicate with the power conditioner 14 via the relay terminal 15.
  • the number of modules installed in the field of the power generation site according to this embodiment shown in FIG. 2 is 477.
  • the number of modules is 260 as described above. If these are simply compared, the number of modules according to this embodiment is 1.83 times the number of conventional modules. That is, in the construction method according to this embodiment, nearly twice as many modules as the conventional ones can be installed. This means that a large amount of power can be generated in a field with a fixed area.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of an embodiment of the solar module according to the present invention, in which the solar cells are grouped into groups of 4 units, and a total of 18 groups of 6 rows and 3 columns are formed into one module 7.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of cell groups constituting the module, and each cell group 2 is independent of each other and is connected to the parallel connection line 6 in the module via the cell group controller 5.
  • the intra-module parallel connection lines 6 in each row are concentrated in the optimizer 4, and the optimizer 4 is connected in parallel to the inter-module parallel connection lines 8.
  • the cell group controller 5 which also has a connection / disconnection function, monitors the power generation status of the cells 1 in the group, and sets the power generation amount due to, for example, physical destruction or a decrease in the amount of solar radiation due to the solar shield 13 such as dust. It is detected that the value has fallen below the threshold value (predetermined), and the group is separated from the parallel connection line 6 in the module (off: ignored or left unattended). When the shield such as dust is removed and the amount of solar radiation recovers and exceeds the above threshold value, the cell group is connected to the parallel connection line 6 in the module again (on: contributes to power generation).
  • the photovoltaic power generation output (PV: photovoltaic power) of the solar module is low, such as in the morning and evening or on cloudy days, the rise of the output characteristic curve is as shown by the curve in FIG. It is possible to finely control the power generation output at the falling part, and the loss at low output is reduced.
  • the time when the power generation output of the conventional method can be taken out is 9 hours as shown in a staircase pattern in the figure.
  • the solar module of this embodiment it takes 12 hours.
  • the output of the AI function executing means 31 is connected to the optimizer 4 and used as a control signal of the disconnection switch 5 of the solar module.
  • the clock 34 supplies the standard clock data of the power generation site to the microchip 3 equipped with the AI function executing means 31.
  • a determination means software, for example, RPA: Robotic Process Automation
  • RPA Robotic Process Automation

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】モジュール内の不具合が発生したセルグループのみを切り離すことで発電効率の大幅な低下を回避可能なソーラーモジュールを提供する。 【解決手段】複数のソーラーセル（１）からなり、モジュール内並列接続線（６）を介して接続したソーラーセルグループ（２）を複数配列したソーラーモジュールであって、ソーラーセルグループ（２）の各々は、ソーラーセルグループ（２）内のソーラーセル（１）の発電状態を監視し、発電量が予め定めた設定値を下回ったことの検知でソーラーセルグループ（２）をモジュール内並列接続線（６）から切離すスイッチを有するセルグループコントローラー（５）を具備する、ソーラーモジュール。

Description

ソーラーモジュール
　本発明は、ソーラー発電に係り、特に、メガソーラーとも称する規模の大きい発電サイトの構築において、地勢を有効に利用可能としたソーラーモジュールに関する。
　再生可能エネルギーを利用する脱炭素化の重要な手段としては、様々な方式が提案され、その幾つかは商業設備として実用化がなされている。その中でも、太陽光をエネルギー源とする太陽光発電（以下、ソーラー発電とも称する）と風力エネルギーを利用する風力発電（ウインドパワー発電）が有力となっている。
　１０００ｋＷを超える大規模な太陽光発電プラントはメガソーラーともよばれ、風力発電と共に新規建設も盛んになっている。以下では、太陽光発電をＰＶ(Photo-Voltaic)、それに用いる単位太陽光パネル（素子）をＰＶセル（ソーラーセル、単にセルとも称する）、１又は複数のセル（例えば４枚）を纏めたものをソーラーセルグループ（単にセルグループとも称する）、ソーラーセルグループを複数枚（例えば、１０枚あるいはそれ以上を枠に固定して施工基準として組み立てたものをソーラーモジュール（単にモジュールとも称する）、多数のモジュールを発電サイトのエリアに配列設置したものをソーラーアレイと称する。
　ＰＶセルの出力は、照射される光量により変化する。特に、日の出、日の入り時など、照射光量が少ない低光量のときには出力は小さく、内部インピーダンスが高くなっている。内部インピーダンスが高い状態で負荷を接続すると電圧が下がって電源としての正常な動作ができず、不安定な電源となる。ＰＶパネルが低光量の状態にあっても安定に動作する制御が必要となる。このような制御を最適化（オプティマイズ）、最適化手段（回路）をオプティマイザーと称する。
　なお、この種の従来技術に関連するものとしては、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４などを挙げることができる。特許文献１、特許文献２、特許文献３は最適化手段に関連する先行技術を開示し、特許文献４はソーラーパネルと照射光量の関係を開示する。
特開２００６－１０１５８１号公報 特開２０１１－１７０８３６号公報 特開２０１３－５４１９３０号公報 特開平０９－０１８０４６号公報
　メガソーラーと称される発電サイトに限らず、ある程度の発電規模の発電サイトは、山間部や休耕田など非耕作地で、地勢的には起伏や立木などの遮光物のあるエリアを開発して設置される場合が多い。特に、山間部に設置する場合は、太陽光の照射条件が一様でない地形、あるいは周囲を立木で囲まれた地勢である場合が多く、平坦で周囲に太陽光を遮蔽するものが皆無であることは少ない。また、大きな工場や施設の屋根等に多数のソーラーモジュールを設置する場合も上記と同じような環境条件を考慮する必要がある。
　発電サイトのエリアを俯瞰した上面視形状（ソーラーモジュールの設置面平面形状）は不定形である場合が多い。このような不定形な地勢、さらには起伏や段差、傾斜を有する地勢あるいは設置面（建築物の屋根、壁面等）にソーラーモジュールをより多く配置して地勢を効率よく利用できる発電サイトを施工する必要がある。
　現行の発電サイト、特にメガソーラーの施工では、決められた複数枚のモジュールをフレームで１ユニットに纏めた、所謂“ストリング”と称するものを単位として架台に設置してサイトを構成している。このストリングは１０枚乃至２０枚のモジュールを一体に固定した施工単位である。
　ストリングを構成するモジュールは互いに直列に接続してモジュール間接続線に発電電力を供給する構成となっている。そのため、ストリング内のモジュールの一つにでも不具合が発生するとそのストリング全体の発電電力が利用できなくなる。
　本発明の目的は、ストリング内のモジュールに不具合が発生してもそのストリングを構成する正常なモジュールの発電電力はそのまま利用可能としたソーラーモジュールを提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明は、複数のソーラーセルからなり、モジュール内並列接続線を介して接続したソーラーセルグループ（２）を複数配列したソーラーモジュール（７）であって、下記の構成としたことを特徴とする。なお、以下では、本発明の理解を容易にするため、後述の実施例における構成の説明に記載した符号を付記する。
（１）前記ソーラーセルグループ（２）の各々は、当該ソーラーセルグループ内のソーラーセルの発電状態を監視し、発電量が予め定めた設定値を下回ったことの検知で当該セルグループを前記モジュール内並列接続線（６）から切離すスイッチを有するセルグループコントローラー（５）具備することを特徴とする。ここで言うところの「切り離す」とは、本発明を適用する発電システムが当該セルグループを無視、又は放置するということであり、積極的に電気的な遮断を行うということではない。
　したがって、上記の「スイッチ」は必ずしも物理的な遮断手段ではなく、不具合のセルグループの他のセルグループあるいは他のソーラーモジュールの発電電力が流入するのを阻止する機能を有する手段であればよい。
　当該切り離されたセルグループの不具合が解消し、あるいは軽減して発電量が所定値を超えたときは、その発電電力は上記スイッチを通して前記ソーラーモジュール内並列接続線（６）に出力される。
（２）前記ソーラーモジュール（７）の各々は、ソーラーセルグループ（２）からモジュール内並列接続線（６）を介して入力する発電電圧を昇圧してモジュール間並列接続線（８）に出力する昇圧回路を備えたオプティマイザー（４）を具備することを特徴とする。
（３）前記オプティマイザー（４）は、当該ソーラーモジュール（７）の発電状態を監視し、発電量が予め定めた設定値を下回ったことの検知でそのモジュール内並列接続線（６）の出力を前記モジュール間並列接続線（８）から切り離すスイッチを有するセルグループコントローラー（５）を具備することを特徴とする。
（４）前記ソーラーモジュール（７）は、ＧＰＳアンテナ（２１）、照度センサーである直達日射量センサー（２２）、暦データテーブル（２３）、緯度テーブル（２４）、方位センサー（２５）、傾斜センサー（２６）に加えて温度センサー、湿度センサー、風向・風力センサー、気圧、振動センサーなどを含む環境センサーを備え、前記セルグループコントローラ（５）が前記各種センサー等の取得データに基づいて発電サイトの状況を監視し、制御する情報を前記ソーラーモジュール間並列接続線（８）から中継端末を介して監視センターとの間で送受信することを特徴とする。
　なお、本発明は、上記の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変更が可能であることは言うまでも無い。
　発明によれば、発電サイトを監視して、不具合と判定されたセルグループのモジュールからの切り離し、およびモジュールセットからのモジュールの切り離しなどを行うことで、発電能力の低下を最小限に留めることができる。
　また、フィールドに敷設されたモジュールのアドレスと衛星画像あるいはドローン撮影画像および/または図面を紐付けしておき、例えばモジュールの温度変化の検知で監視サイトのモニター上においてモジュールの特定を行うことができる。これによって、迅速なメンテナンスが可能となる。
　監視サイトの端末には、管理する発電サイトのすべてのモジュールの稼働状況を適宜の表示形態で表示することで、当該発電サイトの各モジュールの発電量についての稼働歴、現況、予測等をモニター上に表示するプログラムを具備する。これにより、発電サイトの効果的な管理を目視で認識し、迅速かつ的確な対応をすることができる。例えば、発電量が低下した特定モジュールを赤色、あるいはその点滅等で警告する、などである。
本発明に係る発電サイトを構成するソーラーモジュールと管理システムの構を説明する模式図。 本発明によるソーラーモジュールを敷設した発電サイトの地勢例の説明図。 図２に示した発電サイトの地勢例に従来の方式でソーラーモジュールを敷設した状態の説明図。 本発明に係るソーラーモジュールの構成例を説明する模式図。 図４に示したソーラーモジュールを構成するソーラーセルグループを説明する模式図。 ソーラーアレイを構成するソーラーモジュールのモジュール内不具合時における切り離し方式の違いを本発明と従来技術との対比で説明する模式図。 ソーラーアレイを構成するソーラーモジュールの太陽光照射量低下時における切り離し方式の違いを従来技術と本発明との対比で説明する模式図。 本発明に係るソーラーモジュールにおけるオプティマイザーの１取り付け例を説明する要部背面図。 本発明に係るソーラーモジュールにおけるオプティマイザーの他の取り付け例を説明する要部背面図。 ソーラーモジュールに対する太陽光照射態様例の説明図。 一日ごとのソーラーモジュールの出力変化を本発明と従来技術の対比で説明する図。 本発明にかかるソーラーモジュールのオプティマイザー周りの構成例を節鋭するブロック図。 本発明に係る発電サイトの監視システム例の全体イメージを説明する模式図。 本発明に係る発電サイトの監視システム例における監視モニター端末のイメージを説明する模式図。
　以下、本発明の実施の形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。
　図１は本発明に係る発電サイトを構成するソーラーモジュールと管理システムの構を説明する模式図で、発電サイトの施工に用いるソーラーモジュールの種類と監視系統の説明図である。なお、以下では、ソーラーモジュールを単にモジュール、ソーラーセルを単にセル、ソーラーモジュールセットを端にモジュールセット、と言うように“ソーラー”を省略して記載する場合もある。また、“ソーラー”、“太陽”、“太陽光”は同意で用い
る場合もある。
　図１には３種のソーラーモジュール７-1、７-S、７nのみを示してあるが、７nは７-2乃至７-(S-1)を含む。そして、本実施例ではＳは施工標準のモジュール数で１０、ｎは２乃至９として説明するが、ｎはＳ＋１, Ｓ＋２,・・・も可能である。
　図中、符号７はソーラーモジュール単体（一枚のモジュール）、４はオプティマイザー、６はモジュール内並列接続線（モジュール発電電力出力搬送通信線）、８はモジュール間並列接続線（複数モジュールの発電電力出力搬送通信線）を示す。
　そして、オプティマイザー４から発信される各モジュールの監視・測定・制御信号はモジュール間並列接続線８を利用するＰＬＣライン（電力線搬送線）を介して多重信号として電力線に多重化されて電力とともに出力される。複数モジュールの発電電力出力線８は接続箱３９に集線され、接続箱３９内に設置された電力と信号を分離する危機により電力は系統線に、信号は中継端末15にそれぞれ出力される。
　符号９は各モジュールからの監視・測定・制御信号を発電サイトの中継端末１５に転送するための信号経路を示し、モジュール間並列接続線８に多重化するＰＬＣデータで、図では伝送経路として示してある。本実施例では、ソーラーセルグループやソーラーモジュールと発電サイトの中継端末（サイトの監視端末）１５と監視サイト間通信は電力線を経由して伝送される。
　また、発電サイトのサーバー１６はインターネット３７等の公衆ネットワークを介してリモート端末１７に送信され、リモ－ト端末に搭載された各種のデータ処理プログラムで処理される。処理結果はモニター１８に表示されるようになっている。さらに、リモ－ト端末１７は中継端末１５を介してパワーコンディショナー１４と通信できるように構成されている。
　図２は本発明によるソーラーモジュールを敷設した発電サイトのフィールド（架台を設置する土地等の地勢）の１例を説明する平面図（上面視２次元形状）である。そして、図３は図２に示した発電サイトのフィールド地勢例に従来の方式でソーラーモジュールを敷設した状態を示す。図２の符号３５は発電サイトのフィールドを示す。このフィールド３５は平面視が不定形で、周囲に樹木を代表して示した遮蔽物３８が存在する。
　この実施例では、フィールド３５の中央部近傍における太陽光の照射条件が良好な領域に標準モジュールセット７－nを最大数で設置する。図３に示した従来の決められた数のモジュール（ここでは、図２と同様の１０モジュール）で構成した、所謂“ストリング”を用いて設置した場合は、図３に斜線を付したような状態になる。“ストリング”は、概念としては本実施例のモジュールセットのようなものであるが、機能が異なる。斜線のないものは“ストリング”が設置可能なスペースを示す。
　なお、図３の一部に１ストリング分のスペースであるにも関わらずにストリングが設置されていない部分（斜線のない部分）は、遮蔽物３８の存在等で発電量が抑制され、ストリングを設置しても全体の発電効率にあまり寄与しないスペース（符号７０）を示す。
　また、ストリング構成では発電に必要な電圧を満たすためのモジュール枚数が決まっており、その枚数を設置できるスペースが無い部分もこれに含まれている。
　すなわち、従来のストリングでは、当該ストリングを構成するモジュールの一枚でも所定の閾値以下の発電量となった場合には、そのストリング全体を切り離す構成となっているため、結果として、図３では２６枚のストリングで計２６０枚のモジュールが敷設されている。
　これに対し、図２では、本実施例に係るモジュールセットを構成するモジュール７単位で、また図５で後述するように、モジュール７を構成するセルグループ２の単位でモジュールから切り離しが可能になっているため、例えば、図３のスペース７０で示す領域（７か所）にも標準モジュールセット７nを設置することができる。なお、前記したように、本実施例においては、不具合または外的要因あるいは内的要因で発電量が低下したセルグループは無視または放置され、必ずしも電気的に切り離されることを意味しない。
　そして、さらに、標準モジュールセット７nを設置するには狭いスペースには１モジュールセット７－1乃至９モジュールセット７－9をスペースの大きさに合わせて用いる。こ
れらの標準モジュールセット、標準モジュールセットよりも少ないモジュールセットは、発電サイトの施工図に基づいて予め必要数を用意しておく。さらに、これらの標準モジュールセットよりも少ないモジュールセットの設置手順も施工手順として搬送手段や設置クレーンにその制御プログラムとして搭載しておく。
　図２に示した本実施例に係る発電サイトのフィールドに設置したモジュールの数は４７７枚である。これに対し、図３の従来技術のストリングを一律数のモジュールで構成した発電サイトでは、前記したようにモジュールの数は２６０枚である。これらを単純に比較すれば、本実施例によるモジュール数は従来のモジュール数の１．８３倍となる。すなわち、本実施例による施工方法では従来の倍近い数のモジュールを設置できる。このことは、決まった面積のフィールドで大幅な発電量を得ることができることを意味している。
　図４は本発明に係るソーラーモジュールの実施例の構成を説明する模式図であり、ソーラーセルを４個単位のグループにまとめ、６行３列の全１８グループで１枚のモジュール７としたものである。図５はモジュールを構成するセルグループの説明図で、各セルグループ２は相互に独立し、セルグループコントローラー５を介してモジュール内並列接続線６に接続されている。そして、各列のモジュール内並列接続線６はオプティマイザー４に集線され、オプティマイザー４はモジュール間並列接続線８に並列に接続されている。
　接続／切り離し機能も有するセルグループコントローラー５は、グループ内のセル１の発電状態を監視し、例えば物理的に破壊され、あるいはゴミなどの太陽光遮蔽物１３による日射量の低下で発電量が設定され閾値（予め決められている）を下回ったことを検知してそのグループをモジュール内並列接続線６から切り離す（off：無視する又は放置する）。なお、ゴミなどの遮蔽物が排除され、日射量が回復して上記の閾値を超えた場合にはそのセルグループを再びモジュール内並列接続線６に接続する(on：発電に寄与する)。
　また、モジュール７に備えるオプティマイザー４は、例えばセルグループ２が複数破壊され、あるいは遮蔽物が原因でモジュール７の全体発電量が閾値以下になったことを検知した場合には、そのモジュール７自体をモジュール間並列接続線８から切り離す（同上）。当該モジュールが切り離されたことはＧＰＳの位置データと共に、監視・測定・制御信号９の一つとして中継端末（サイトの監視端末）１５に送信され、そのデータはサーバー１６に送られ、リモート端末１７に転送される。
　リモート端末１７には後述するデータセンター（図１３の符号４２参照）からの画像データと共に処理され、機能不全モジュールの特定を画像等でモニター１８上に表示する。
図６はソーラーアレイを構成するソーラーモジュールのモジュール内不具合時における切り離し方式の違いを本発明と従来技術との対比で説明する図である。図６の（ａ）は本実施例のモジュールセットで、特定のモジュール７X＋1に不具合が生じた場合、そのモジュール７X+1のみをモジュール内並列接続線６から切り離す（無視又は放置する）ことで、その両側の正常なモジュール７Xと７X+2、・・７X＋nは発電を継続する。すなわち、本実施例では不具合が生じたモジュールのみの発電量低下で済むことになる。モジュール７X+1が多少でも閾値を超える発電をすると、その発電電力は有効に利用される。
　これに対し、図６の（ｂ）に示した従来のストリングでは、当該ストリングを構成するモジュールはすべてモジュール内直列接続線６１に直列に接続されている。そのため、特定のモジュール７X＋1に不具合が生じた場合、そのモジュール７X+1のみでなく、その両側のモジュール７Xと７X+2、・・７X＋nはすべて（電気的に）切り離されることになる。すなわち、モジュールの一つでも不具合となると、そのモジュールが属するストリング全部からの発電が喪失することになる。
　図７はソーラーアレイを構成するソーラーモジュールの太陽光照射量低下時における切り離し方式の違いを従来技術と本発明との対比で説明する模式図である。図７（ａ）は本実施例のモジュールセットで、複数のモジュール７Xが遮蔽物３８の影になって発電量が所定の閾値を下回った場合、その複数のモジュール７Xをモジュール内並列接続線６から切り離す（無視又は放置される）。これにより、モジュール７X＋1、７X+2、・・７X＋nは継続して発電することができる。すなわち、本実施例では発電量が所定の閾値を下回ったモジュールを除くモジュールで発電を継続できる。
　これに対し、図７（ｂ）に示した従来のストリングでは構成するモジュールのすべてがモジュール内直列接続線６１に直列に接続されているため、ストリング内のモジュールの一つでも遮蔽物３８の影になって発電量が所定の閾値を下回った場合でも当該ストリング全体がモジュール内直列接続線６１から切離される。すなわち、ストリングを構成するモジュールの一つでも発電量の低下が生じると、そのモジュールが属するストリング全部からの発電が喪失されることになる。
　図８は本発明に係るソーラーモジュールにおけるセンサーインターフェースの一例を説明する要部背面図である。本実施例に係るモジュール７は、複数のセルをフレーム７１で一体に固定してある。このフレーム７１の背面の一部にオプティマイザー４が取り付けられている。また、モジュールのフレーム７１の適宜の場所にはセンサー群２０が設置されている。センサー群としては、傾斜センサー、方位センサー、日照量センサー（照度センンサー）、湿度センサー、温度センサー、気圧センサー、振動センサーが含まれる。ＧＰＳもセンサー群の一員である。各センサーの出力データはオプティマイザー４で多重化され、モジュール間接続線８に重畳されて接続箱３９に送出され、中継端末１５（図１）に転送される。
　オプティマイザー４は、自身のセルからモジュール内並列接続線６（前述の図４等参照）から取り入れた低電圧電力（例えば、４０Ｖ等）をパワーコンディショナー１４（図１参照）での変換処理のための高電圧（ここでは、８００Ｖ）に昇圧してモジュール間並列接続線８に送出する。
　図９は本発明に係るソーラーモジュールにおけるオプティマイザーの他例を説明する要部背面図である。この構成例は、端子箱１９をオプティマイザー４の筐体内に収容してモジュールのフレーム７１の背面構造を単純化したものである。なお、センサー群２０もその一部または全部をオプティマイザー４の筐体内に収容することもできる。こうすることで、モジュールのさらなる構造単純化となり、施工の簡素化に資することができる。
　図１０はソーラーモジュールに対する太陽光照射態様例の説明図で、ソーラーアレイとその設置態様に対する直達日照量の変化と遮蔽物の影響を説明する模式図である。図１０において、発電サイトのフィールド３５に設けた架台３６の上にソーラーアレイ１０が設置されている。図１０では。基本的には、ソーラーアレイ１０は地表平面に対して設置方位Ｓ、緯度方向の設置角度Ｄで設置されている。フィールド３５は必ずしも平面でなく、一般的には凹凸やうねりのある不整地であるのが普通であるため、ソーラーアレイ１０、個々のソーラーモジュールセット（７-1、７-n、７-S）毎に太陽に対する面に相違が発生する場合がある。設置場所の位置のデータ（場所データ）ＬはＧＰＳで容易に確定可能である。ソーラーアレイ１０毎、さらにモジュール７毎の位置も確定可能である。
　また、遮蔽物１２やゴミなどによる日射光量の影響もある。ソーラーアレイ１０、あるいはソーラーモジュールセット（７-1、７-n、７-S）毎に、その入射角φを東西南北の何れか、または複数方向にランダムに設定することで、太陽の移動による日照量の発電量に対する変化を穏やかにすることができる。さらに、モジュールの傾斜角を一律にすることで生じるモジュールからの反射光が特定の方向に集中することを回避することができる。
　図１１は一日ごとのソーラーモジュールの出力変化を本発明と従来技術の対比で説明する図である。前記したように、ソーラーセルグループ２の発電電圧（ここでは、例えば４０Ｖ）を一定に保つことで、太陽の照度に対する出力の追従が高速化、かつ精緻化され、不安定な天候においても最適で最大の出力を得ることが可能となる。そして、ソーラーモジュール毎に例えば８００Ｖに昇圧して系統線に送電することで、最適で最大の出力を得ることが可能となる。
　電圧を一定に保つことで、朝夕や曇りの日など、ソーラーモジュールの太陽光起発電出力（ＰＶ：photovoltaic power）が低いときでも、図１１の曲線で示したように、出力特性曲線の立ち上がり・立下り部分での発電出力をきめ細かく制御することが可能となり、低出力時での損失が少なくなる。例として、日の出が６：００、日の入りが１８：００とした場合、従来方式の発電出力の取り出し可能な時間は、図中に階段状に示したように９時間である。これに対し、本実施例のソーラーモジュールでは１２時間となる。
　図１２は本実施例にかかるソーラーモジュールのオプティマイザー周りの構成例を説明するブロック図である。本実施例におけるオプティマイザー４周りの構成は一例であり、ＡＩ機能の実現手段としては様々な変形が可能である。図１２において、オプティマイザー４はＧＰＳアンテナ２１が受信した電波に基づいてソーラーモジュールの位置データを演算して取得するＧＰＳによる位置データ取得手段２７、直達日照量センサー（所謂、明るさセンサー）２２と暦（カレンダー）テーブル２３の参照により日の出・日の入り時間を演算して判断する日の出・日の入り時間取得手段２８を有する。
　また、緯度テーブル２４に格納さているフィールドの緯度データと暦（カレンダー）テーブル２３、および傾斜センサー２６の検出データに基づいて太陽光の入射角度を演算して取得する太陽光入射角度取得手段２９と、方位センサー（方位磁石）２５のデータと傾斜センサー２６の検出データに基づいてソーラーモジュールの設置方位・設置角度を演算して取得する設置方位・設置角度取得手段３０を有している。
　また、このオプティマイザー４は、ＡＩ機能実行手段３１を有している。このＡＩ機能実行手段３１は、位置データ取得手段２７、日の出・日の入り時間取得手段２８、太陽光入射角度取得手段２９、および設置方位・設置角度取得手段３０、他にも湿度、温度、気圧、加速度（振動）センサーからの演算結果から、遮蔽物による影の時間、日射量の傾向、気象状況の傾向などのソーラーモジュールを取り巻く環境データを推論し、判断し、学習する。この学習結果でソーラーセルグループやソーラーモジュールの管理、メンテナンスの実行などを行うデータを生成する。
　また、ＡＩ機能実行手段３１の出力はオプティマイザー４に接続され、ソーラーモジュールの切り離しスイッチ５の制御信号として使用される。時計３４は発電サイトの標準時計データを、ＡＩ機能実行手段３１を搭載したマイクロチップ３に供給する。なお、ＡＩ機能実行手段３１に代えて、事前に設定された手順に従った判断手段（ソフトウエア、例えばＲＰＡ：Robotic Process Automation）を設け、その出力をオプティマイザー４に与える構成とすることもできる。
　オプティマイザー４には、ＡＩ機能実行手段３１あるいは判断手段の動作を監視するモニター３２を有する。監視するモニター３２はＡＩ機能の判断が人間本来の知性からみて現実的でない、あるいは現実的でない疑いがある場合、上記判断手段が明らかに誤りであると判断される場合、それを矯正する矯正手段３３が設けられている。これにより、ＡＩは常に人間の監視下に置かれることで、学習ステップが短縮でき、学習の効率を向上させることができる。判断手段についても同様である。このモニター３２と矯正手段３３は図１に示しリモート端末１７に置くことができる。
　なお、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変更が可能であることは言うまでも無い。
　図１３は本発明に係る発電サイトの監視システム例の全体イメージを説明する模式図である。発電サイトのフィールド３５に設置されたソーラーアレイ１０の発電電力はパワーコンディショナー１４から系統線に出力する。一方、ソーラーアレイ１０のセンサーで測定される各種のデータ、管理、制御のための信号はモジュール内並列接続線（図１の６）、モジュール間並列接続線８から中継端末を介してサーバー１６に送られ、リモート端末１７に転送される。
　この発電サイトのフィールド３５のソーラーアレイ１０は、人口衛星４０で撮影され、撮影されたソーラーアレイ１０の映像は受信局を経由してデータセンター４２に転送・格納される。なお、ソーラーアレイ１０の撮影はドローン４３等の手段を用いてもよいことは言うまでもない。
　人工衛星４０やドローン４３等は、可視画像（静止画、動画）だけでなく、サーモイメージや分光データなどの各種画像も必要に応じて撮影してデータセンター４２に転送・格納される。
　なお、リモート端末１７は、サーバー１６からの測定される各種のデータ、管理の信号を分析し、データセンター４２に格納された画像データを用いて、発電能力が低下して切り離されたモジュール７０を特定する。特定されたモジュール７０はリモート端末１７のモニター１８上に表示する。この表示では、画面上で例えば赤色のカラー点灯／点滅表示によって、注意喚起することができる。
　リモート端末１７のモニター１８上には、通常の稼働状況として、各ソーラーモジュール毎の発電状態を時間軸上で、あるいは日報、月報その他の形式で表示することができる。
　図１４は本発明に係る発電サイトの監視システム例における監視モニター端末のイメージ例を説明する模式図である。図１４では、モニター１８には上記の特定されたソーラーモジュールの表示と、各種の測定データなど、発電サイトの運営に必要な情報を表示できるようになっている。
　本実施例により、遠隔地において、所管の発電サイトの効率よい管理が可能となる。なお、センサーで測定される各種のデータ、管理、制御のための信号はＰＬＣ及び通信線経由に限るものではなく、他の有線無線を用いた伝送手段を用いることも可能である。
　このように、本実施例によれば、ソーラー発電システムやそれを構成する個々のソーラーモジュール、あるいは個別のソーラーセルの発電稼働状況を遠隔値で監視でき、不具合となったソーラーモジュールをリアルタイムで特定でき、メンテナンスを含めた管理業務の簡素化、管理要員の効率化など、大規模ソーラー発電サイトにとっては運営コストを大幅に削減することができる。
１・・・ソーラーセル
２・・・ソーラーセルグループ
４・・・オプティマイザー
５・・・セルグループコントローラー
６・・・モジュール内並列接続線（モジュール発電電力出力搬送通信線）
６１・・・モジュール内直列接続線
７・・・ソーラーモジュール
７－１・・・１モジュールセット
７－ｎ・・・ｎモジュールセット
７－Ｓ・・・標準モジュールセット
８・・・ソーラーモジュール間接続線（発電電力出力線）
９・・・測定・監視・制御信号
１０・・・ソーラーアレイ
１１・・・太陽
１２・・・遮蔽物
１３・・・ゴミ
１４・・・パワーコンディショナー
１５・・・中継端末
１６・・・サ－バー
１７・・・リモート端末
１８・・・リモートモニター
１９・・・端子箱
２０・・・センサー群
２１・・・ＧＰＳアンテナ
２２・・・直達日射量センサー
２３・・・暦データテーブル
２４・・・緯度テーブル
２５・・・方位センサー
２６・・・傾斜センサー
３１・・・ＡＩ
３２・・・モニター（サーバー１６のモニター）
３３・・・矯正入力手段
３４・・・時計
３５・・・発電サイトのフィールド
３６・・・架台
３７・・・ネットワーク（インターネットなど）
３８・・・遮蔽物
３９・・・接続箱
４０・・・人工衛星
４４・・・受信局
４２・・・データセンター
４３・・・ドロ－ン
７１・・・フレーム
                                                                                

Claims (4)

  1. 　複数のソーラーセルからなり、モジュール内並列接続線を介して接続したソーラーセルグループを複数配列したソーラーモジュールであって、
    　前記ソーラーセルグループの各々は、当該ソーラーセルグループ内のソーラーセルの発電状態を監視し、発電量が予め定めた設定値を下回ったことの検知で当該セルグループを前記モジュール内並列接続線から切離すスイッチを有するセルグループコントローラーを具備することを特徴とするソーラーモジュール。
  2. 　前記ソーラーモジュールの各々は、ソーラーセルグループからモジュール内並列接続線を介して入力する発電電圧を昇圧してソーラーモジュール間並列接続線に出力する昇圧回路を備えたオプティマイザーを具備することを特徴とする請求項１に記載のソーラーモジュール。
  3. 　前記オプティマイザーは、当該ソーラーモジュールの発電状態を監視し、発電量が予め定めた設定値を下回ったことの検知でそのモジュール内並列接続線の出力を前記ソーラーモジュール間並列接続線から切り離すスイッチを有するセルグループコントローラーを具備することを特徴とする請求項２に記載のソーラーモジュール。
  4. 　前記ソーラーモジュールは、ＧＰＳアンテナ、直達日射量センサー、暦データテーブル、緯度テーブル、方位センサー、傾斜センサーに加えて温度センサー、湿度センサー、風向・風力センサー、気圧センサー、振動センサーを含む環境センサーを備え、前記セルグループコントローラーが前記各種センサーや取得データに基づいて発電サイトの状況を監視し、制御する情報を前記モジュール間並列接続線から系統線を介して監視センターとの間で送受信することを特徴とする請求項３に記載のソーラーモジュール。
                                                                                    
PCT/JP2020/034816 2019-09-18 2020-09-15 ソーラーモジュール WO2021054305A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021546901A JPWO2021054305A1 (ja) 2019-09-18 2020-09-15
DE112020004447.5T DE112020004447T5 (de) 2019-09-18 2020-09-15 Solarmodul
US17/761,375 US20230353087A1 (en) 2019-09-18 2020-09-15 Solar module

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-169570 2019-09-18
JP2019169570 2019-09-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021054305A1 true WO2021054305A1 (ja) 2021-03-25

Family

ID=74883814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/034816 WO2021054305A1 (ja) 2019-09-18 2020-09-15 ソーラーモジュール

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230353087A1 (ja)
JP (1) JPWO2021054305A1 (ja)
DE (1) DE112020004447T5 (ja)
WO (1) WO2021054305A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011103416A (ja) * 2009-11-12 2011-05-26 Hitachi Ltd 太陽光発電回路およびそれを用いた太陽光発電システム
JP2012513186A (ja) * 2008-12-18 2012-06-07 セントレ ナショナル デ ラ レセルシュ シャンティフィク 光電池用管理システム及び光電池のための太陽電池発電装置
US20140196761A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-17 Questar Energy Systems Solar tracker and related methods, devices, and systems
US20170279402A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 X Development Llc Photovoltaic macro-module for solar power generation
JP2018124166A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 オムロン株式会社 アーク検出装置
JP2019022326A (ja) * 2017-07-18 2019-02-07 Ｍｅｒｓ Ｆｏｒｓ株式会社 ソーラーセルグループ及びソーラー発電システム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0918046A (ja) 1995-06-30 1997-01-17 Takaaki Ikeda 内部回転対称性を有する太陽電池工作物
JP2006101581A (ja) 2004-09-28 2006-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 系統連系インバータ
US8190395B2 (en) * 2007-02-12 2012-05-29 Locus Energy, Llc Comparible diagnostics for renewable energy power systems
US20090014057A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Miasole Photovoltaic modules with integrated devices
US20100198424A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Toru Takehara Method for reconfigurably connecting photovoltaic panels in a photovoltaic array
JP5467271B2 (ja) 2009-12-24 2014-04-09 和臣 大石 情報処理装置及びプログラム、情報処理方法、記録媒体
JP6029587B2 (ja) 2010-10-05 2016-11-24 アレンコン・アクイジション・カンパニー・エルエルシー 高電圧エネルギーハーベスティング及び変換再生可能エネルギー公益事業規模電力システム、及び該システムのための視覚監視及び制御システム
KR101525237B1 (ko) * 2014-12-10 2015-06-04 (주)한빛이노텍 풍압 저감용 태양광 발전장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012513186A (ja) * 2008-12-18 2012-06-07 セントレ ナショナル デ ラ レセルシュ シャンティフィク 光電池用管理システム及び光電池のための太陽電池発電装置
JP2011103416A (ja) * 2009-11-12 2011-05-26 Hitachi Ltd 太陽光発電回路およびそれを用いた太陽光発電システム
US20140196761A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-17 Questar Energy Systems Solar tracker and related methods, devices, and systems
US20170279402A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 X Development Llc Photovoltaic macro-module for solar power generation
JP2018124166A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 オムロン株式会社 アーク検出装置
JP2019022326A (ja) * 2017-07-18 2019-02-07 Ｍｅｒｓ Ｆｏｒｓ株式会社 ソーラーセルグループ及びソーラー発電システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20230353087A1 (en) 2023-11-02
JPWO2021054305A1 (ja) 2021-03-25
DE112020004447T5 (de) 2022-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9086228B2 (en) Photovoltaic power generation system and photovoltaic power generation system control method
JP7076764B2 (ja) ソーラーセルグループ及びソーラー発電システム
US20100212653A1 (en) Field Level Tracker Controller
US9773303B2 (en) Prediction system for short-term solar irradiance and method for operating the same
EP3649410B9 (en) System for positioning solar panels in an array of solar panels to efficiently capture sunlight
WO2021054306A1 (ja) ソーラー発電サイトの監視・制御システム
US10892704B2 (en) Solar array with reference solar power plant for improved management
KR101720669B1 (ko) 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템
WO2023031843A1 (en) System and method for identifying defective solar panels and to quantify energy loss
JP6901102B2 (ja) 群集太陽光トラッカーの制御方法及びシステム
US20220115982A1 (en) Autonomous PV Module Array Cleaning Robot
CN107482681B (zh) 一种基于互联网的太阳能电池集及其监控***和监控方法
WO2021054305A1 (ja) ソーラーモジュール
WO2021054303A1 (ja) ソーラー発電サイトの施工方法
CN112350648A (zh) 光伏***的工作方法、控制组件、存储介质及电机驱动子***
CN115693665A (zh) 一种电厂发电的发电管理***
TW201931760A (zh) 太陽光發電系統
CN213243890U (zh) 光伏***
CN108549416B (zh) 光伏板日光追踪方法及装置
CN112234922A (zh) 光伏***
WO2019027080A1 (ko) 군집 태양광 트래커들의 제어 방법 및 시스템
EP4396766A1 (en) System and method for identifying defective solar panels and to quantify energy loss
KR101367333B1 (ko) 태양광을 이용한 동력발생 유압시스템
Ayubi et al. Performance and Operation of the Southern Nevada Water Authority High Concentration Photovoltaic Plant for the Last 800 Days

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20866214

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021546901

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20866214

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1