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技術 太陽光発電システム

出願人 日東工業株式会社
発明者 田中健次松尾昌幸
出願日 2014年7月22日 (6年5ヶ月経過) 出願番号 2014-148500
公開日 2016年2月8日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2016-025758
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置 電気的変量の制御(交流、直流、電力等)
主要キーワード 出力電気エネルギー 平均出力値 最大出力動作電流 判定作業 キュービクル ST出力 合計出力 集電箱
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年2月8日)のものです。
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図面 (7)

課題

太陽光発電システムにおいて、判定精度の向上を実現する技術を提供する。

解決手段

パワーコンディショナ電気的な出力値を検出する第1検出部6と、前記の各太陽電池ユニットの電気的な出力値を検出する第2検出部7と、該第1検出部と第2検出部で検出した各検出値に果に基づいて前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段9を備え、該異常判定手段は、前記第1検出部で検出された第1出力値が、パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第1出力判定部と、前記第2検出部で検出された第2出力値が、各太陽電池ユニットの定格出力から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第2出力判定部と、前記第1出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第2出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有する。

概要

背景

太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイを構成する構成単位太陽電池ストリングサブアレイなどを意味し、以下、太陽電池ユニットという)ごとに電気的パラメータ電流電圧電力など)を測定し、これらを相互に比較し、例えば、比較対象とした何れかの電気的パラメータで20%程度の出力低下がみられた場合、その電気的パラメータが検出された太陽電池ユニットに異常があることを判定し、警報を出す技術が開示されている(特許文献1)。

しかし、特許文献1の技術では、比較対象となる各太陽電池ユニットの電気的パラメータが、それぞれ随時変動を生じる値であるため、異常判定を正確に行うことができない場合がある、という問題があった。

概要

太陽光発電システムにおいて、判定精度の向上を実現する技術を提供する。パワーコンディショナ電気的な出力値を検出する第1検出部6と、前記の各太陽電池ユニットの電気的な出力値を検出する第2検出部7と、該第1検出部と第2検出部で検出した各検出値に果に基づいて前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段9を備え、該異常判定手段は、前記第1検出部で検出された第1出力値が、パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第1出力判定部と、前記第2検出部で検出された第2出力値が、各太陽電池ユニットの定格出力から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第2出力判定部と、前記第1出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第2出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有する。

目的

本発明の目的は前記問題を解決し、太陽電池アレイを構成する太陽電池ストリングやサブアレイの電気的パラメータ(電流、電圧、電力など)を測定し、これらの測定値に基づいて太陽電池ストリングやサブアレイの異常判定を行う手段を備えた太陽光発電システムにおいて、従来の技術に比べて、判定精度の向上を実現する技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の太陽電池ユニットと、これらの太陽電池ユニットで発電された直流電力集電して交流電力として出力するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムであって、該パワーコンディショナの出力値を検出する第1検出部と、前記の各太陽電池ユニットの出力値を検出する第2検出部と、該第1検出部と第2検出部で検出した各検出値に基づいて、前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段を備え、該異常判定手段は、前記第1検出部で検出された第1出力値が、前記パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第1出力判定部と、前記第2検出部で検出された第2出力値が、前記の各太陽電池ユニットの定格出力から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第2出力判定部と、前記第1出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第2出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有することを特徴とする太陽光発電システム。

請求項2

前記異常判定手段は、前記第1出力値が、所定時間継続して前記安定出力範囲内にあったことを条件として、前記異常の判定を開始することを特徴とする請求項1記載の太陽光発電システム。

請求項3

前記異常判定手段は、各太陽電池ユニットの複数の出力値を抽出して平均値を算出して第2出力値とし、その平均値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて前記異常を判定することを特徴とする請求項1記載の太陽光発電システム。

技術分野

0001

本発明は、太陽光発電システムに関するものである。

背景技術

0002

太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイを構成する構成単位太陽電池ストリングサブアレイなどを意味し、以下、太陽電池ユニットという)ごとに電気的パラメータ電流電圧電力など)を測定し、これらを相互に比較し、例えば、比較対象とした何れかの電気的パラメータで20%程度の出力低下がみられた場合、その電気的パラメータが検出された太陽電池ユニットに異常があることを判定し、警報を出す技術が開示されている(特許文献1)。

0003

しかし、特許文献1の技術では、比較対象となる各太陽電池ユニットの電気的パラメータが、それぞれ随時変動を生じる値であるため、異常判定を正確に行うことができない場合がある、という問題があった。

先行技術

0004

特許2874156号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の目的は前記問題を解決し、太陽電池アレイを構成する太陽電池ストリングやサブアレイの電気的パラメータ(電流、電圧、電力など)を測定し、これらの測定値に基づいて太陽電池ストリングやサブアレイの異常判定を行う手段を備えた太陽光発電システムにおいて、従来の技術に比べて、判定精度の向上を実現する技術を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するためになされた本発明は、複数の太陽電池ユニットと、これらの太陽電池ユニットで発電された直流電力集電して交流電力として出力するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、該パワーコンディショナの出力値を検出する第1検出部と、前記の各太陽電池ユニットの出力値を検出する第2検出部と、該第1検出部と第2検出部で検出した各検出値に基づいて、前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段を備え、該異常判定手段は、前記第1検出部で検出された第1出力値が、前記パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第1出力判定部と、前記第2検出部で検出された第2出力値が、前記の各太陽電池ユニットの定格出力から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第2出力判定部と、前記第1出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第2出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有することを特徴とするものである。

0007

請求項2記載の発明は、請求項1記載の太陽光発電システムにおいて、前記異常判定手段は、前記第1出力値が、所定時間継続して前記安定出力範囲内にあったことを条件として、前記異常の判定を行なうことを特徴とするものである。

0008

請求項3記載の発明は、請求項1記載の太陽光発電システムにおいて、前記異常判定手段は、各太陽電池ユニットの複数の出力値を抽出して平均値を算出して第2出力値とし、その平均値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて前記異常を判定することを特徴とするものである。

発明の効果

0009

本発明では、複数の太陽電池ユニットと、これらの太陽電池ユニットで発電された直流電力を集電して交流電力として出力するパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムにおいて、該パワーコンディショナの出力値を検出する第1検出部と、前記の各太陽電池ユニットの出力値を検出する第2検出部と、該第1検出部と第2検出部で検出した各検出値に基づいて、前記太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段を備え、該異常判定手段は、前記第1検出部で検出された第1出力値が、前記パワーコンディショナの定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲内にあるか否かを判定する第1出力判定部と、前記第2検出部で検出された第2出力値が、前記の各太陽電池ユニットの定格出力から所定範囲内に定めた正常出力範囲内にあるか否かを判定する第2出力判定部と、前記第1出力値が、前記安定出力範囲内にあり、かつ、第2出力値が正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常を判定する異常判定部を有する構成を採用し、パワーコンディショナの定格出力や各太陽電池ユニットの定格出力、といった変動しない値を基準として、異常判定を行っているため、それぞれ随時変動を生じる電気的パラメータを相互に比較して異常判定を行う従来の技術に比べて、判定精度の向上を実現することができる。

0010

請求項2記載の発明にように、前記異常判定手段は、前記第1出力値が、所定時間継続して前記安定出力範囲内にあったことを条件として、前記異常の判定を行なう構成としたり、あるいは、請求項3記載の発明のように、前記異常判定手段は、各太陽電池ユニットの複数の出力値を抽出して平均値を算出して第2出力値とし、その平均値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて前記異常を判定する構成とすることにより、更なる判定精度の向上を実現することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の太陽光発電システムの全体構成概略図である。
接続箱の内部の構成概略図である。
異常判定手段の構成概略図である。
実施例1,2のフロー図である。
実施例1を説明するグラフである。
実施例2を説明するグラフである。

0012

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

0013

本実施形態の太陽光発電システムは、図1に示ように、
複数の太陽電池ユニット1と、
各太陽電池ユニット1で発生した直流電流を集める集電箱2と、
各太陽電池ユニット1と集電箱2を接続する複数の接続箱3と、
各太陽電池ユニット1で発生して集電箱2に集められた直流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ4と、
高圧発電電圧を100Vや200Vに変圧するキュービクル5で構成されている。

0014

太陽電池ユニットとしては、太陽電池モジュールや、複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングや、複数の太陽電池ストリングを並列接続した太陽電池アレイを用いることができる。本実施形態では、太陽電池ユニット1として、太陽電池ストリング(以下、ストリング1という)を用い、並列させた2つの太陽電池ストリングを、1つの接続箱3に接続している。

0015

キュービクル5の内部には、パワーコンディショナ4の電気的な出力値(電流もしくは電圧)を計測する第1検出部6を備えている。
なお、パワーコンディショナ4では、各ストリング1が最大出力を得られるように電力を調整する制御(最大出力追従制御)が行われる。第1検出部6はパワーコンディショナ4内に設けられていてもよい。
ただし、太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ4の定格出力が、太陽光発電システムの最大出力となり、ストリング1の合計出力がパワーコンディショナ4の定格出力よりも大きくなる場合、パワーコンディショナ4の定格出力以上の出力は行うことができず、パワーコンディショナ4を定格出力で出力させる際の各ストリング1の出力が、各ストリング1の定格出力となる。
ここで、各ストリング1の最大出力は、「最大出力=最大出力動作電圧×最大出力動作電流」で求められる値であり、最大出力動作電圧とは、各ストリングの最大出力が得られる電圧を意味し、最大出力動作電流とは、各ストリングの最大出力が得られる電流を意味する。
各ストリングの出力電圧は、PWM制御ONデューティを変化させて調整することができる。

0016

各接続箱3の内部には、図2に示すように、各ストリングの電気的な出力値(電流もしくは電圧)を計測する第2検出部7と、計測手段13が設置され、所定時間(例えば、10分)ごとに、各ストリングの電気的な平均出力値(電流もしくは電圧)のサンプリングを行っている。なお、第2検出部7は集電箱内に設けられていてもよい。

0017

集電箱2の内部には、前記の第1検出部6および第2検出部7と通信線8で接続されて、各検出部6、7で検出した各検出値に果に基づいて、太陽電池ユニットの異常を判定する異常判定手段9を備えている。

0018

図3に示すように、異常判定手段9には、第1出力判定部10と第2出力判定部11と異常判定部12を備えている。

0019

第1出力判定部10では、第1検出部6で検出された第1出力値が、パワーコンディショナ4の定格出力から所定範囲内に定めた安定出力範囲(例えば、パワーコンディショナ4の定格出力の90%)内にあるか否かの判定が行われ、第2出力判定部11では、第2検出部7で検出された第2出力値が、各ストリング1の定格出力(=パワーコンディショナが定格出力で出力する際のストリングの出力値)から所定範囲内に定めた正常出力範囲(例えば、ストリングの定格出力の95%)内にあるか否かの判定が行われる。
本実施形態では、前記の第1出力値が、所定時間継続して前記の安定出力範囲内にあったことを条件として、異常判定部12による判定作業が開始され、異常判定部12では、第1出力値が、前記の安定出力範囲内にあり、かつ、第2出力値が前記の正常出力範囲内にないことに基づいて、太陽光発電システムの異常が判定される。

0020

更に、異常判定部12において、各太陽電池ユニットの複数の出力値を抽出して平均値を算出して第2出力値とし、その平均値が前記の正常出力範囲内にない場合にも、太陽光発電システムの異常を判定する機能を追加することもできる。

0021

なお、本実施形態では、異常判定手段9を集電箱2の内部に設けているが、異常判定手段9の設置箇所は特に限定されず、例えば、パワーコンディショナ4やキュービクル5の内部、あるいは、専用の筐体内に設けることもできる。

0022

以下、図4のフローによる実施例1、2により、本発明を詳細に説明する。なお、実施例の説明に用いる図4〜6において、下記の各用語は各々、次の技術事項を意味するものである。

0023

図4〜6の用語説明
PV最大出力」・・・・全ストリングの最大出力
「ST最大出力」・・・・各ストリングの最大出力
ST出力」・・・・・・各ストリングの出力
PCS定格出力」・・・パワーコンディショナの最大出力
「PCS出力」・・・・・パワーコンディショナの出力
「ST定格出力」・・・・パワーコンディショナが最大出力する場合のストリングの出力
(PCS定格出力≧PV最大出力の場合はST最大出力)
「安定出力」・・・・・・PCS定格出力の所定割合以上となったPCS出力(例:90%)
「安定区間」・・・・・・安定出力が所定時間(例:30分)継続する区間

0024

なお、前記のように、太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ4の定格出力が、太陽光発電システムの最大出力となり、ストリング1の合計出力がパワーコンディショナ4の定格出力よりも大きくなっても、パワーコンディショナ4の定格出力以上の出力は行うことができない。
下記の実施例1は、全ストリングの最大出力(各ストリング1の最大出力の合計値)が、パワーコンディショナの定格出力以下であって、各ストリング1の発電量を全て、パワーコンディショナ4で交流に変換して出力することができるケースの実施例であり、下記の実施例2は、全ストリングの最大出力(各ストリング1の最大出力の合計値)が、パワーコンディショナの定格出力より大きく、太陽光発電システムの最大出力が、パワーコンディショナ4の定格出力となるケースの実施例である。
なお、実施例2のケースでは、パワーコンディショナ4の定格出力で出力を行うことによって変換効率(=(出力電気エネルギー/入射する太陽光エネルギー×100)(%))を上げることができ、また、パワーコンディショナ4の定格出力での稼働時間を増やすことにより、売電量を多くすることができるため、可能な限り、パワーコンディショナ4の定格出力で出力を行うことが望ましい。

0025

(実施例1)
本実施例では、図5(a)に示すように、パワーコンディショナの出力(PCS出力)が安定出力(例:PCS定格出力の90%以上)となり、かつ、この安定出力が所定時間(例:30分)継続して、「安定区間」が成立したところで異常判定が開始される。

0026

各ストリングの出力(ST出力)は、図5(b)に示すように、各接続箱3の内部に設けた第2検出部7によって、ストリング単位でサンプリングされ、サンプリングデータとして蓄積されている。

0027

異常判定は、これらのサンプリングデータから、前記の「安定区間」に出力されたST出力の平均値を算出して第2出力値とし、この平均値と各ストリングの定格出力(ST定格出力)を比較して行われる。

0028

本実施例では、各ストリングの正常出力範囲を、ST定格出力の95%以上として定め、ST出力の平均値が前記の正常出力範囲を下回った場合は、そのストリングに対し異常判定を行う。

0029

なお、本実施例では、「安定区間」に出力されたST出力の平均値を算出し、この平均値と各ストリングの定格出力(ST定格出力)を比較して異常判定を行っているが、平均値を求めず、「安定区間」にサンプリングされたST出力値ごとにST定格出力と比較して、異常判定を行うこともできる。

0030

(実施例2)
本実施例では、図6(a)に示すように、全ストリングの最大出力(PV最大出力)>PCS定格出力となるが、前記のように、太陽光発電システムでは、パワーコンディショナの最大出力を超える出力は行えず、太陽光発電システムの最大出力=PCS定格出力となる。

0031

本実施例でも、パワーコンディショナの出力(PCS出力)が安定出力(例:PCS定格出力の90%以上)となり、かつ、この安定出力が所定時間(例:30分)継続して、「安定区間」が成立したところで、異常判定が開始される。

0032

各ストリングの出力(ST出力)は、図6(b)に示すように、各接続箱3の内部に設けた第2検出部7によって、ストリング単位でサンプリングされ、サンプリングデータとして蓄積されている。

0033

異常判定は、これらのサンプリングデータから、前記の「安定区間」に出力されたST出力の平均値を算出し、この平均値と各ストリングの定格出力(ST定格出力)を比較して行われる。

0034

本実施例では、ST最大出力>ST定格出力となるため、何れかのストリングからの出力が低減して、他のストリングのST定格出力が上昇するケースも想定される。このため、本実施例では、各ストリングの正常出力範囲を、ST定格出力の95%以上かつ105%以下として定めている。そして、何れかのストリングにおいて、ST出力の平均値が前記の正常出力範囲を下回った場合は、そのストリングに対し異常判定を行い、一方、何れかのストリングにおいて、ST出力の平均値が前記の正常出力範囲を上回った場合は、他の何れかのストリングにおいて異常が発生しているとの判定を行う。

実施例

0035

なお、本実施例では、「安定区間」に出力されたST出力の平均値を算出し、この平均値と各ストリングの定格出力(ST定格出力)を比較して異常判定を行っているが、平均値を求めず、「安定区間」にサンプリングされたST出力値ごとにST定格出力と比較して、異常判定を行うこともできる。

0036

1太陽電池ユニット(ストリング)
2集電箱
3接続箱
4パワーコンディショナ
5キュービクル
6 第1検出部
7 第2検出部
8通信線
9 異常判定手段
10 第1出力判定部
11 第2出力判定部
12 異常判定部
13計測手段

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