特許 6367005 太陽電池監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367005

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】太陽電池監視装置

(51)【国際特許分類】

   G08B 21/24 20060101AFI20180723BHJP

   H02S 50/10 20140101ALI20180723BHJP

   G08B 23/00 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G08B21/24

   H02S50/10

   G08B23/00 510A

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-111431(P2014-111431)

(22)【出願日】2014年5月29日

(65)【公開番号】特開2015-225597(P2015-225597A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年5月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 徹

【審査官】 白川 瑞樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１２３８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１９０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３６２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０８６１８７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−００６５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８１６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１０２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６８５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０８Ｂ１／００−９／２０

１９／００−３１／００

Ｈ０１Ｌ３１／０２

３１／０２１６−３１／０２２４

３１／０２３６

３１／０２４８−３１／０２５６

３１／０３５２−３１／０３６

３１／０３９２−３１／０７８

３１／１８

５１／４２−５１／４８

Ｈ０２Ｓ１０／００−１０／４０

３０／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池セルの発電に伴う電気量を検出する電気量検出部と、
前記電気量検出部により検出される前記電気量に基づいて異常を検出する異常検出部と、
夜間か否かを判定する夜間判定部と、
前記異常検出部により異常が検出され、かつ前記夜間判定部により夜間であると判定される場合に、表示灯を点灯する太陽電池監視装置。

【請求項2】

太陽電池セルから発電される電力を充電し、充電した電力を表示灯に供給する蓄電装置を備える請求項１に記載の太陽電池監視装置。

【請求項3】

前記異常検出部は、前記電気量検出部により検出される前記電気量の値における所定期間の平均値が、予め決められる閾値を外れた場合に異常を検出する請求項１または請求項２に記載の太陽電池監視装置。

【請求項4】

前記夜間判定部は、前記電気量検出部によって検出される前記電気量の値に基づいて夜間か否かを判定する請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の太陽電池監視装置。

【請求項5】

前記電気量検出部は、複数の前記太陽電池セルが直列に接続するセルストリングから発電される電気量を検出する請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の太陽電池監視装置。

【請求項6】

前記太陽電池セルを支持する架台の重力方向最上部に、前記表示灯を設ける請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の太陽電池監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、太陽電池監視装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、太陽電池監視装置（システム）は、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールにより発電された電流を集電し、この集電された電流を変電所等の外部機器に出力する接続箱と、太陽電池モジュールの状態を監視する中央監視装置を備えている。
太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを直列に接続してセルストリングを構成し、さらに複数のセルストリングをそれぞれ電気的に接続して構成される。そして、各太陽電池セルにより発電された電流が接続箱に集電される。

【0003】

このような太陽電池モジュールの不具合は、以下のような方法で検出されるのが一般的である。すなわち、セルストリングごとにＣＴ（変流器）センサを取り付け、このＣＴセンサの検出結果を中央監視装置に出力する。中央監視装置は、ＣＴセンサの検出結果を逐次監視しており、この検出結果に基づいて太陽電池モジュールに不具合が生じているか否かの判断を行う。

【0004】

より具体的には、太陽電池モジュールにより発電される電流の値が予め設定された閾値よりも低いと、対応するセルストリングを構成する太陽電池セルが故障、または劣化していると判断する。このような判断を中央監視装置は常時行っており、その都度、判断結果を表示したり、実際の電流値を常時表示したりしている。ここで、中央監視装置は高価であり、また、中央監視装置と太陽電池モジュールとの配線接続も煩雑である。このため、太陽電池監視装置の設置費用が嵩張る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−１６８５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、安価に太陽電池モジュールの不具合を発見することができる太陽電池監視装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の太陽電池監視装置は、電気量検出部と、異常検出部と、夜間判定部と、を持つ。電気量検出部は、太陽電池セルの発電に伴う電気量を検出する。異常検出部は、電気量検出部により検出される電気量に基づいて異常を検出する。夜間判定部は、夜間か否かを判定する。そして、異常検出部により異常が検出され、かつ夜間判定部により夜間であると判定される場合に、表示灯を点灯する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の太陽光発電装置を示す概略構成図。

【図2】実施形態の太陽電池監視装置を示す側面図。

【図3】実施形態の太陽電池監視装置を示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の太陽電池監視装置を、図面を参照して説明する。

【0010】

図１は、本実施形態の太陽電池監視装置が適用された太陽光発電装置の概略構成図、図２は、太陽電池監視装置の側面図である。
図１に示すように、太陽光発電装置１は、太陽電池モジュール２と、外部機器である変電所３と、太陽電池モジュール２と変電所３とを電気的に接続し、太陽電池モジュール２により発電された電流を変電所３に供給する接続箱４と、この接続箱４に設けられ保守点検員が夜間に認識可能な表示灯６と、を備えている。

【0011】

なお、変電所３には、例えば、特高変電所やサブ変電所などがある。そして、複数の太陽電池モジュール２を一旦サブ変電所に接続し、さらに、複数のサブ変電所を特高変電所に接続することにより、大規模な太陽光発電装置（メガソーラ―）を構築することも可能である。

【0012】

図２に示すように、太陽電池モジュール２は、架台５上に載置されている。そして、太陽電池モジュール２は、その表面が太陽光を最も効率よく受光できるように、所定の方向に傾いて配置されている。接続箱４は、架台５の重力方向最上部に配置されている。より具体的には、架台５の太陽電池モジュール２との接続部端近傍で、最も高い位置となる箇所に、接続箱４が配置されている。このように配置された接続箱４に、表示灯６が設けられている。そして、この表示灯６と、接続箱４および太陽電池モジュール２とにより、太陽電池監視装置１０が構成されている。

【0013】

図３は、太陽電池監視装置の概略構成図である。
同図に示すように、太陽電池モジュール２は、所定の個数の太陽電池セル１１を接続して構成されたセルストリング１２を、複数並べたものである。各セルストリング１２は、それぞれ別々に接続箱４に接続されている。
接続箱４は、各セルストリング１２から延びる配線１３がそれぞれ別々に接続される接点１４を有している。接点１４の個数は、各セルストリング１２（各配線１３）の個数に対応するように設定されている。

【0014】

各配線１３は、接点１４を介して１本の継配線１５に纏められる。この継配線１５は、変電所３（図１参照）に接続されており、太陽電池モジュール２により発電した電流を、変電所３に供給できるようになっている。
また、接続箱４は蓄電池１６を有しており、この蓄電池１６が継配線１５に接続されている。そして、太陽電池モジュール２で発電した余剰電力を蓄電池１６に蓄電できるようになっている。

【0015】

さらに、接続箱４内の各配線１３には、それぞれＣＴセンサ１７が設けられている。各ＣＴセンサ１７は、それぞれ対応するセルストリング１２によって発電された電流の値（電流値）を検出するためのものである。
また、各ＣＴセンサ１７には、それぞれ不足電流継電器（ＵＣＲ）１８が接続されており、さらに、不足電流継電器１８に、第１補助リレー２１が接続されている。不足電流継電器１８には、所定の電流閾値が設定されており、この電流閾値を下回ると第１補助リレー２１に動作信号を出力する。
ここでは、ＣＴセンサ１７により電流値を検出していたが、ＶＴセンサを用いて電圧値を検出するなど、電気量が検出できればよい。さらに、不足電流継電器１８を用いてセルストリング１２によって発電された電流値が予め決められた閾値を下回った場合に第１補助リレー２１に動作信号を出力していたが、不足電圧継電器や過電圧継電器や周波数継電器などを用いてもよく、セルストリング１２に発電による電気量から出力低下、故障、事故等の異常を検出できればよい。

【0016】

第１補助リレー２１は、不足電流継電器１８から出力された動作信号が入力されると、接点をオンするように構成されている。
なお、所定の電流閾値は、保守点検員が設定する。電流閾値としては、例えば、１つのセルストリング１２が発電する定格電流値の約８０％に設定される。

【0017】

また、第１補助リレー２１は、第２補助リレー２２を介して蓄電池１６に接続されている。第２補助リレー２２には、接続箱４に設けられた光センサ２３が接続されている。光センサ２３は、現時点が、太陽光による太陽電池モジュール２の発電が可能な昼間か、太陽光による太陽電池モジュール２の発電が不可能な夜間であるかを判定する。換言すれば、光センサ２３は、現時点が夜間か否かを判定する。

【0018】

つまり、太陽が昇って光センサ２３に僅かでも太陽光が照射されれば、太陽電池モジュール２による発電が可能な昼間（夜間ではない）と判定する。これに対し、太陽が沈んで光センサ２３に太陽光が照射されなくなると、太陽光による太陽電池モジュール２の発電が不可能な夜間と判定する。そして、太陽が沈んで光センサ２３に太陽光が照射されなくなると、第２補助リレー２２に動作信号を出力する。第２補助リレー２２は、光センサ２３から出力された動作信号が入力されると接点をオンするように構成されている。

【0019】

ここでは光センサ２３を用いて夜間か否かを判定していたが、他の方法でもよい。例えば、内部時計を備え予め設定された夜間時間になった場合や、太陽電池モジュール２からの発電出力が予め設定された閾値以下となった場合に夜間と認識してもよい。太陽電池モジュール２からの発電出力を用いる場合には、新たな夜間と判定するためのハードウェアの追加がなく、コストを抑えることが可能となる。
さらに、太陽電池モジュール２からの発電出力が予め設定された閾値以下となった場合に夜間と認識することを上述したが、閾値以下となった時間が所定の時間以上である場合に夜間と認識するようにすると、更に判定精度が向上する。

【0020】

この他に、接続箱４に設けられた表示灯６は、第１補助リレー２１に接続されている。表示灯６は、蓄電池１６からの電力により点灯するようになっている。
なお、接続箱４に設けられているＣＴセンサ１７、不足電流継電器１８、第１補助リレー２１および表示灯６は、それぞれセルストリング１２ごとに設けられており、各第１補助リレー２１が第２補助リレー２２を介して蓄電池１６に接続されている。各セルストリング１２に設けられたＣＴセンサ１７、不足電流継電器１８、第１補助リレー２１および表示灯６は、それぞれ同一構成となっているので、図３では図示を省略する。

【0021】

次に、図３に基づいて、太陽電池監視装置１０の動作について説明する。
同図に示すように、昼間の間は、太陽電池モジュール２を構成する各太陽電池セル１１に太陽光が照射されることにより、各太陽電池セル１１が発電する。この発電による電流は、セルストリング１２ごとに接続箱４へと供給されて集電され、さらに変電所３へと供給される。そして、余剰電流は、接続箱４の蓄電池１６に蓄電される。

【0022】

ここで、例えば、複数の太陽電池セル１１のうちの１つ、またはそれ以上が故障したり劣化したりすると、その太陽電池セル１１により構成されているセルストリング１２の発電能力も低下する。この結果、そのセルストリング１２に対応するＣＴセンサ１７の検出結果（電流値）が、不足電流継電器１８に設定されている電流閾値を下回る場合がある。このような場合、電流閾値を下回ったセルストリング１２に対応する不足電流継電器１８は、動作信号を出力する。この動作信号に基づいて、第１補助リレー２１の接点がオンされる。

【0023】

一方、第２補助リレー２２は、光センサ２３に太陽光が照射されている間（昼間）は、接点がオフのままである。このため、蓄電池１６に蓄電されている電力が表示灯６に供給されることがなく、表示灯６は、点灯しないままの状態になっている。

【0024】

これに対し、太陽が沈んで光センサ２３に太陽光が照射されなくなると（夜間になると）、第２補助リレー２２の接点がオンされる。すると、蓄電池１６に蓄電されている電力が、第２補助リレー２２および第１補助リレー２１を介して表示灯６に供給され、表示灯６が点灯する。これにより、保守点検員が不具合の生じたセルストリング１２を認識することができる。

【0025】

不具合が発見されたセルストリング１２にはメンテナンスを施すことにより、所定の状態に戻すことができる。ここで、例えば、複数のセルストリング１２のうちのいくつかに不具合が生じた場合であっても、直ちにその不具合に対応しなければならない場合というケースは殆ど考えられず、翌日以降の対応で十分である。このため、昼間にセルストリング１２に不具合が生じた場合であっても、夜間に保守点検員に警報（表示灯６による表示）できれば十分であるといえる。

【0026】

このように、上記の太陽電池監視装置１０は、太陽電池モジュール２の不具合を、逐次、保守点検員に警報するのではなく、夜間だけに保守点検員に警報するように構成されている。この分、太陽電池監視装置１０の接続箱４を、ＣＴセンサ１７と、不足電流継電器１８と、光センサ２３と、第１補助リレー２１および第２補助リレー２２と、表示灯６だけで構成することができる。このため、太陽電池監視装置１０の構造を簡素化できる。これに加え、太陽電池監視装置１０を設置するにあたって、複雑な結線作業も無くなるので、太陽電池監視装置１０の製造コストを低減できる。

【0027】

また、セルストリング１２ごとにＣＴセンサ１７が設けられているので、太陽電池モジュール２全体のうち、どのセルストリング１２に不具合が生じたかを容易に認識することができる。このため、太陽電池監視装置１０の構造を簡素化しつつ、メンテナンス作業性も容易化できる。
さらに、太陽電池モジュール２を支持する架台５の重力方向最上部に接続箱４を配置している。このため、表示灯６の表示を、保守点検員が容易に認識できる。

【0028】

なお、上述の実施形態では、不足電流継電器１８は、ＣＴセンサ１７により検出された電流値が予め設定されている電流閾値を下回ると、直ちに第１補助リレー２１に作業信号を出力する場合について説明した。そして、この作業信号に基づいて、第１補助リレー２１の接点がオンされる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ＣＴセンサ１７により所定期間（例えば、３日間）継続して検出された電流値の平均値が電流閾値を下回った場合に、不足電流継電器１８が作動信号を出力するように構成してもよい。

【0029】

このように構成することで、雨天等の昼間に太陽電池モジュール２により発電された電流値が、一時的に電流閾値を下回るようなことがあっても、セルストリング１２に不具合が生じたとみなされてしまう割合を減少できる。このため、表示灯６による表示結果の精度を高めることが可能になる。

【0030】

また、上述の実施形態では、現時点が昼間であるか夜間であるかを判断するために、光センサ２３を用いた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、現時点が昼間であるか夜間であるかを判断できる装置であればよい。例えば、光センサ２３に代わって、接続箱４にクロック機能を設けてもよい。そして、このクロック機能の出力信号に基づいて、夜間に第２補助リレー２２の接点がオンとなるように構成してもよい。

【0031】

さらに、上述の実施形態では、不足電流継電器１８に設定された電流閾値を、例えば、セルストリング１２の定格電流値の８０％に設定する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、電流閾値は、太陽電池モジュール２に仕様に応じて任意に設定することが可能である。

【0032】

また、上述の実施形態では、太陽電池モジュール２を支持する架台５の重力方向最上部に接続箱４を配置した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、保守点検員が表示灯６を認識できる位置であればよい。また、保守点検員の作業性を考慮して接続箱４の位置を決定してもよい。具体的には、例えば複数の太陽電池モジュール２を支持する架台５は所定距離を空けて配置され、それらの間が保守点検員の通路となっている事が多いため、その通路に面した位置に表示灯６を備える接続箱４を設けることによってより効率的な保守点検作業を可能とする。

【0033】

さらに、上述の実施形態では、ＣＴセンサ１７により検出された電流値が、電流閾値を下回った場合に第１補助リレー２１に動作信号を出力する電子部品として、不足電流継電器１８を用いた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、予め電流閾値を設定でき、この電流閾値をＣＴセンサ１７により検出された電流値が下回った場合に、第１補助リレー２１に動作信号を出力できる電子部品であればよい。

【0034】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、太陽電池モジュール２の不具合を、逐次、保守点検員に警報するのではなく、夜間だけに保守点検員に警報するように構成することにより、太陽電池監視装置１０の構成を簡素化できる。これに加え、太陽電池監視装置１０を設置するにあたって、複雑な結線作業も無くなるので、太陽電池監視装置１０の製造コストを低減できる。

【0035】

また、セルストリング１２ごとにＣＴセンサ１７が設けられているので、太陽電池モジュール２全体のうち、どのセルストリング１２に不具合が生じたかを認識することができる。このため、太陽電池監視装置１０の構造を簡素化しつつ、メンテナンス作業性も容易化できる。
さらに、太陽電池モジュール２を支持する架台５の重力方向最上部に接続箱４を配置している。このため、表示灯６の表示を、保守点検員が容易に認識できる。また、太陽電池モジュール２の上端部に表示灯６を設けることによって更に遠方からの視認性が向上する。

【0036】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0037】

１…太陽光発電装置、２…太陽電池モジュール、３…変電所（外部機器）、４…接続箱、５…架台、６…表示灯、１０…太陽電池監視装置、１１…太陽電池セル、１２…セルストリング、１７…ＣＴセンサ（電気量検出部）、１８…不足電流継電器（異常検出部）、２１…第１補助リレー、２２…第２補助リレー、２３…光センサ（夜間判定部）

【図1】

【図2】

【図3】