特許 6979692 太陽電池の動作電圧制御装置

(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】6979692

(24)【登録日】2021年11月18日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】太陽電池の動作電圧制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02S 50/00 20140101AFI20211202BHJP

【ＦＩ】

   H02S50/00

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-25880(P2018-25880)

(22)【出願日】2018年2月16日

(65)【公開番号】特開2019-146297(P2019-146297A)

(43)【公開日】2019年8月29日

【審査請求日】2020年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】391022614

【氏名又は名称】学校法人幾徳学園

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】特許業務法人エム・アイ・ピー

(72)【発明者】

【氏名】板子 一隆

【審査官】 桂城 厚

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２３９６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１６２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０２２８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８１１１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１２９１４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 登録実用新案第３２０３７８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２６２９４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１８００４８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】 ITAKO, Kazutaka et al.，Proposition of Novel Real Time Hot-Spot Detection Method for PV Generation System，17 IEEE International Conference on Smart Grid and Smart Cities (ICSGSC)，IEEE，2017年07月23日，pp.99-102，DOI: 10.1109/ICSGSC.2017.8038557

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｓ ５０／００−５０／１５

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の太陽電池モジュールが直列してなる太陽電池ストリングの動作電圧を制御する装置であって、
太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を取得する手段と、
取得した前記Ｉ−Ｖ特性に基づいて、前記太陽電池ストリングに係る出力電流の出力電圧に対する偏導関数を算出する手段と、
算出した前記偏導関数の変曲点の有無を判定する第１の判定手段と、
前記変曲点があった場合に、前記太陽電池ストリングの開放電圧から所定のマージンを減算した電圧に対応する前記偏導関数の値が所定の閾値を超えているか否かを判定する第２の判定手段と、
前記偏導関数の値が所定の閾値を超えている場合に、前記変曲点に対応する電圧を下回らない電圧を前記太陽電池ストリングの動作電圧として設定する手段と、
前記太陽電池ストリングの出力電圧が設定された前記動作電圧を追跡するように制御する制御手段と、
を含み、
前記所定のマージンが、前記変曲点から、前記変曲点よりも高電圧側に存在する第２変曲点までの間の電圧である、動作電圧制御装置。

【請求項2】

前記動作電圧制御装置は、
前記偏導関数の値が前記所定の閾値を超えていないと判定した場合に、山登り法により、太陽電池ストリングの出力電力が最大電力動作点を追跡するようにＭＰＰＴ制御する手段を含む、
請求項１に記載の動作電圧制御装置。

【請求項3】

前記制御手段は、
前記偏導関数の値が前記所定の閾値を超えていないと判定した場合に、前記Ｉ−Ｖ特性に基づいて前記太陽電池ストリングの最大電力点電圧を取得し、該太陽電池ストリングの出力電圧が該最大電力点電圧を追跡するように制御する、
請求項１に記載の動作電圧制御装置。

【請求項4】

複数の太陽電池モジュールが直列してなる太陽電池ストリングの異常状態を検知する装置であって、
太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を取得する手段と、
取得した前記Ｉ−Ｖ特性に基づいて、前記太陽電池ストリングに係る出力電流の出力電圧に対する偏導関数を算出する手段と、
算出した前記偏導関数の変曲点の有無を判定する影発生判定手段と、
前記変曲点があった場合に、前記太陽電池ストリングの開放電圧から所定のマージンを減算した電圧に対応する前記偏導関数の値が所定の閾値を超えているか否かを判定するホットスポット発生判定手段と、
を含み、
前記影発生判定手段は、
前記変曲点があった場合に、前記太陽電池モジュールに影が付加されている状態を示す第１の状態信号を外部に出力し、
前記ホットスポット発生判定手段は、
前記偏導関数の値が所定の閾値を超えている場合に、ホットスポットが発生しうる状態を示す第２の状態信号を外部に出力し、
前記所定のマージンが、前記変曲点から、前記変曲点よりも高電圧側に存在する第２変曲点までの間の電圧である、
異常状態検知装置。

【請求項5】

複数の太陽電池モジュールが直列してなる太陽電池ストリングの動作電圧を制御する方法であって、
太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を取得するステップと、
取得した前記Ｉ−Ｖ特性に基づいて、前記太陽電池ストリングに係る出力電流の出力電圧に対する偏導関数を算出するステップと、
算出した前記偏導関数の変曲点の有無を判定するステップと、
前記変曲点があった場合に、前記太陽電池ストリングの開放電圧から所定のマージンを減算した電圧に対応する前記偏導関数の値が所定の閾値を超えているか否かを判定するステップと、
前記偏導関数の値が所定の閾値を超えている場合に、前記変曲点に対応する電圧を下回らない電圧を前記太陽電池ストリングの動作電圧として設定するステップと、
前記太陽電池ストリングの出力電圧が設定された前記動作電圧を追跡するように制御するステップと、
を含み、
前記所定のマージンが、前記変曲点から、前記変曲点よりも高電圧側に存在する第２変曲点までの間の電圧である、方法。

【請求項6】

複数の太陽電池モジュールが直列してなる太陽電池ストリングの異常状態を検知する方法であって、
太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を取得するステップと、
取得した前記Ｉ−Ｖ特性に基づいて、前記太陽電池ストリングに係る出力電流の出力電圧に対する偏導関数を算出するステップと、
算出した前記偏導関数の変曲点の有無を判定し、変曲点があった場合に、前記太陽電池モジュールに影が付加されていることを検知するステップと、
前記変曲点があった場合に、前記太陽電池ストリングの開放電圧から所定のマージンを減算した電圧に対応する前記偏導関数の値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、該偏導関数の値が所定の閾値を超えている場合に、ホットスポットが発生しうることを検知するステップと、
を含み、
前記所定のマージンが、前記変曲点から、前記変曲点よりも高電圧側に存在する第２変曲点までの間の電圧である、方法。

【請求項7】

コンピュータに、請求項５または６に記載の方法の各ステップを実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池の動作電圧を制御する技術に関し、より詳細には、太陽電池の動作電圧を制御してホットスポット現象を回避する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電システムを安全に運用する上で、ホットスポット現象を回避することが重要である。ここで、ホットスポット現象とは，欠陥セルに長時間影が付加されることに起因して、欠陥セルの内部が局部的に発熱する現象を意味し、これが看過されると、高温となったセルが変形し、最悪の場合は火災に至る。

【0003】

この点につき、特許文献１は、太陽電池モジュールを設置する前に、プロジェクタを用いて欠陥セルの有無を事前に検査する方法を開示する。しかしながら、セルの欠陥は、太陽電池モジュールの運用中に生じることもあり、そのようなケースについて、特許文献１の検査方法では対処できない。

【0004】

よって、運用中のシステムに関しては、ホットスポットの検査を専らサーモグラフィを使用して人手で行っているが、このような人手に頼った検査方法は、多大な労力と時間を要するので頻繁に実施することができず、ホットスポット現象による故障・事故を回避するための方法として実効性に欠ける。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６１７６９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池の動作電圧をホットスポットが生じない電圧にリアルタイム制御することができる動作電圧制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、太陽電池の動作電圧をホットスポットが生じない電圧にリアルタイム制御することができる動作電圧制御装置の構成につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。

【0008】

すなわち、本発明によれば、複数の太陽電池モジュールが直列してなる太陽電池ストリングの動作電圧を制御する装置であって、太陽電池ストリングのＩ−Ｖ特性を取得する手段と、取得した前記Ｉ−Ｖ特性に基づいて、前記太陽電池ストリングに係る出力電流の出力電圧に対する偏導関数を算出する手段と、算出した前記偏導関数の変曲点の有無を判定する第１の判定手段と、前記変曲点があった場合に、前記太陽電池ストリングの開放電圧から所定のマージンを減算した電圧に対応する前記偏導関数の値が所定の閾値を超えているか否かを判定する第２の判定手段と、前記偏導関数の値が所定の閾値を超えている場合に、前記変曲点に対応する電圧を下回らない電圧を前記太陽電池ストリングの動作電圧として設定する手段と、前記太陽電池ストリングの出力電圧が設定された前記動作電圧を追跡するように制御する制御手段と、を含む動作電圧制御装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

上述したように、本発明によれば、太陽電池の動作電圧をホットスポットが生じない電圧にリアルタイム制御することができる動作電圧制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】太陽電池ストリングの等価回路を示す図。

【図2】影の付加された太陽電池ストリングのＰ−Ｖ曲線を示す図。

【図3】第１実施形態の動作電圧制御装置が実装された太陽光発電システムの構成を示す図。

【図4】第１実施形態の動作電圧制御装置が実行する処理のフローチャート。

【図5】Ｉ−Ｖ特性取得部が取得するＩ−Ｖ特性を示す図。

【図6】偏導関数算出部が算出する偏導関数を示す図。

【図7】偏導関数算出部が算出する偏導関数を示す図。

【図8】第２実施形態の動作電圧制御装置が実装された太陽光発電システムの構成を示す図。

【図9】第３実施形態の異常状態検知装置が実装された太陽光発電システムの構成を示す図。

【図10】異常状態検知装置が実行する処理のフローチャート。

【図11】実施例の結果を示す図。

【図12】欠陥セルを含む太陽電池モジュールのサーモグラフィ写真を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。

【0012】

ここでは、まず、本発明の太陽電池の動作電圧制御方法の基本的な考え方について説明する。

【0013】

図１は、太陽電池ストリングの等価回路を示す。図１に示す太陽電池ストリングは、直列に接続されたＮ個の太陽電池モジュールからなる。太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュールは、直列に接続された複数のセルからなり、その一部に、結晶欠陥を有するセル（以下、欠陥セルという）を含んでいる。ここで、図１に示す等価回路では、欠陥のないセル（以下、正常セルという）を電流源とダイオードの並列回路に見立てる一方で、欠陥セルを電流源とダイオードの並列回路ならびにその逆方向リーク電流のコンダクタンスＧ_Ｈに見立てている。

【0014】

ここで、欠陥セルに陰が付加された場合を考える。影が付加された部分の面積比率をα(0〜1.0)とし、陰が付加されていないときの欠陥セルの短絡電流をＩ_ＳＣとすると、陰が付加されたときの欠陥セルの短絡電流は（１−α）Ｉ_ＳＣとなる。ここで、図１（ａ）に示すように、太陽電池ストリングの出力電流Ｉ_ＰＶ（以下、ストリング電流Ｉ_ＰＶという）が欠陥セルの短絡電流（１−α）Ｉ_ＳＣを超えない間は、コンダクタンスＧ_Ｈに電流が流れないので、ホットスポットは発生しない。以下、この状態をモード１とする。

【0015】

一方、図１（ｂ）に示すように、ストリング電流Ｉ_ＰＶが欠陥セルの短絡電流（１−α）Ｉ_ＳＣを超えると、その超過分がコンダクタンスＧ_Ｈを流れるようになる。その結果、セルの欠陥部分が局部的に発熱し、ホットスポットが発生する。以下、ストリング電流Ｉ_ＰＶの増加に従ってホットスポットの発熱が増大する状態をモード２とする。

【0016】

その後、コンダクタンスＧ_Ｈに電流が流れ続け、欠陥セルの端子電圧Ｖ_ＨＳの負方向の電圧が正常セルの発生電圧よりも大きくなると、その時点で、欠陥セルを含む太陽電池モジュールに並列に設けられたバイパスダイオードが順バイアスされる。その結果、欠陥セルのダイオードがオン状態となり、コンダクタンスＧ_Ｈでの発熱が最大となった状態が維持される。以下、この状態をモード３とする。

【0017】

図２は、影の面積比率α＝０．７５のときの太陽電池ストリングのＰ−Ｖ曲線（太実線）と、欠陥セルで消費される電力（以下、ホットスポット電力という）に係るＰ−Ｖ曲線（細実線）を合わせて示している。図２から分かるように、欠陥セルに影が付加されているときに、太陽電池モジュールを最大電力点電圧Ｖ_ＯＰで動作させると、ホットスポット電力が最大になり危険である。一方、ホットスポット電力がゼロになる動作点Ｘ（モード１とモード２の境界）で太陽電池モジュールを動作させることができれば、ホットスポットを回避することができ、且つ、その条件下での最大電力を確保することが可能となる。

【0018】

上述した考え方に基づき、本発明は、欠陥セルに影が付加されているときに、ホットスポット電力が常にゼロになるように、太陽電池ストリングの動作電圧を制御する方法、ならびに、その方法を実行する動作電圧制御装置を開示するものである。

【0019】

以上、本発明の基本的な考え方について説明してきたが、続いて、本発明の動作電圧制御装置の実施形態について説明する。

【0020】

（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態である太陽電池の動作電圧制御装置１００が実装された太陽光発電システム１０００のシステム構成を示す。図３に示すように、太陽光発電システム１０００は、太陽電池ストリング(以下、ＰＶストリングという場合がある。)５０と、ＰＶストリング５０の出力電圧を測定する電圧計５２と、ＰＶストリング５０の出力電流を検出する電流計５３と、パワーコンディショナー（ＰＣＳ）３０とを含んで構成されており、ＰＣＳ３０には、インダクタ２２、スイッチ素子２３、ダイオード２４および平滑コンデンサ２５を備えるＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、本実施形態の動作電圧制御装置１００が搭載されている。

【0021】

本実施形態の動作電圧制御装置１００は、電圧計５２および電流計５３から入力される電圧値および電流値に基づいて所定の演算を実行し、その演算結果に基づいてスイッチ素子２３のオン・オフをＰＷＭ制御することにより、ＰＶストリング５０を動作電圧を制御する装置であり、Ｉ−Ｖ特性取得部１２と、偏導関数算出部１３と、影発生判定部１４と、ホットスポット発生判定部１５と、動作電圧設定部１６と、動作電圧制御部１７と、ＭＰＰＴ制御部１８とを含んで構成される。

【0022】

Ｉ−Ｖ特性取得部１２は、電圧計５２および電流計５３から入力される検出値に基づいて、ＰＶストリング５０のＩ−Ｖ特性を取得する手段である。

【0023】

偏導関数算出部１３は、Ｉ−Ｖ特性取得部１２が取得したＩ−Ｖ特性に基づいて、ＰＶストリング５０に係る出力電流Ｉ_ＰＶの出力電圧Ｖ_ＰＶに対する偏導関数を算出する手段である。

【0024】

影発生判定部１４は、偏導関数算出部１３が算出した偏導関数の変曲点の有無を判定する手段である。

【0025】

ホットスポット発生判定部１５は、偏導関数に変曲点があった場合に、ＰＶストリング５０の開放電圧Ｖ_ＯＣＳから所定のマージンを減算した電圧に対応する偏導関数の値が所定の閾値を超えているか否かを判定する手段である。

【0026】

動作電圧設定部１６は、偏導関数の値が所定の閾値を超えている場合に、変曲点に対応する電圧をＰＶストリング５０の動作電圧として設定する手段である。

【0027】

動作電圧制御部１７は、ＰＶストリング５０の出力電圧が、設定された動作電圧を追跡するように制御する手段である。

【0028】

ＭＰＰＴ制御部１８は、電圧計５２および電流計５３から入力される検出値に基づいて、山登り法により、最大電力動作点を追跡制御する手段である。

【0029】

なお、動作電圧制御装置１００を構成する上述した手段は、ハードウェアまたはソフトウェアまたはそれらの組み合わせによって実現することができ、上述した手段の一部または全部をソフトウェアによって実現する場合は、動作電圧制御装置１００に搭載されるコンピュータが、所定のプログラムを実行することにより、上述した各手段として機能する。

【0030】

以上、本実施形態の動作電圧制御装置１００の機能構成について説明してきたが、続いて、動作電圧制御装置１００が実行する処理について説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図３を参照するものとする

【0031】

本実施形態の動作電圧制御装置１００は、所定の周期で定期的に、ＰＶストリング５０が安全に動作しうる動作電圧（以下、安全動作電圧という）を設定するための処理を実行する。以下、図４に示すフローチャートに基づいて安全動作電圧設定処理を説明する。

【0032】

まずステップ１０１では、Ｉ−Ｖ特性取得部１２が、予め設定されたスキャン周期の到来を監視し（ステップ１０１、Ｎｏ）、スキャン周期の到来を検知すると（ステップ１０１、Ｙｅｓ）、処理はステップ１０２に進む。

【0033】

続くステップ１０２では、Ｉ−Ｖ特性取得部１２がＰＶストリング５０をスキャンして、ＰＶストリング５０のＩ−Ｖ特性（電流電圧曲線）を取得する。具体的には、スイッチ素子２３のオン・オフ制御により、ＰＶストリング５０の負極および正極の端子間を開放状態から短絡状態に変化させ、その間に電圧計５２および電流計５３が検出した出力電圧Ｖ_ＰＶおよび出力電流Ｉ_ＰＶに基づいてＩ−Ｖ特性を導出する。

【0034】

図５(ａ)〜（ｃ）は、ステップ１０２で取得されるＩ−Ｖ特性を示す。ここで、図５(ａ)は、欠陥セルのないＰＶストリング（以下、正常ストリングという。）に影が付加されていない場合に取得されるＩ−Ｖ特性を示し、図５(ｂ)は、正常ストリングに影が付加されている場合に取得されるＩ−Ｖ特性を示し、図５(ｃ)は、欠陥セルを含むＰＶストリング（以下、欠陥ストリングという。）の欠陥セルに影が付加されている場合に取得されるＩ−Ｖ特性を示す。図５(ｃ)に示すように、欠陥セルに影が付加されている場合のＩ−Ｖ曲線では、先の述べたモード２に対応する部分が負の傾きを持った直線として現れる。

【0035】

続くステップ１０３では、偏導関数算出部１３が、ステップ１０２で取得したＩ−Ｖ特性に基づいて、ＰＶストリング５０のストリング電流Ｉ_ＰＶのストリング電圧Ｖ_ＰＶに対する偏導関数を算出する。

【0036】

続くステップ１０４では、影発生判定部１４が、ステップ１０３で取得した偏導関数に変曲点があるか否かを判定する。その結果、変曲点がある場合は（ステップ１０４、Ｙｅｓ）、処理はステップ１０５に進み、変曲点がない場合は（ステップ１０４、Ｎｏ）、処理はステップ１０８に進んで、ホットスポットフラグをＯＦＦにする。

【0037】

図６（ａ)は、正常ストリングに影が付加されていない場合に、ステップ１０３で取得される偏導関数を示す。この場合、偏導関数に変曲点が存在しないので、ホットスポットフラグはＯＦＦに設定される。

【0038】

図６（ｂ)は、正常ストリングに影が付加されている場合に取得される偏導関数を示し、図６(ｃ)は、欠陥ストリングの欠陥セルに影が付加されている場合に取得される偏導関数を示す。図６（ｂ)、（ｃ）に示すように、この場合は、いずれの偏導関数にも変曲点が存在するので、処理はステップ１０５に進む。

【0039】

続くステップ１０５では、ホットスポット発生判定部１５が、ＰＶストリング５０の開放電圧Ｖ_ＯＣＳから所定のマージンＭを減算した電圧Ｖ_ＧＨに対応する偏導関数の値｜∂Ｉ／∂Ｖ｜がゼロを超えているか否かを判定する。なお、このゼロは、閾値の一例であってこの値に限るものではなく、ゼロに所定のマージンを加算した値を閾値として使用して判定を行ってもよい。また、ここでいうマージンＭは、例えば、ＰＶストリング５０を構成する１つのＰＶモジュールの公称開放電圧Ｖ_ＯＣの１／２に相当する値とすることができる。

【0040】

ステップ１０５の判定の結果、ゼロを超えていない場合は（ステップ１０５、Ｎｏ）、処理はステップ１０８に進んで、ホットスポットフラグをＯＦＦにし、ゼロを超えている場合は（ステップ１０５、Ｙｅｓ）、処理はステップ１０６に進んで、ホットスポットフラグをＯＮにする。

【0041】

正常ストリングに影が付加されている場合は、図７（ａ）に示すように、電圧Ｖ_ＧＨに対応する偏導関数の値｜∂Ｉ／∂Ｖ｜はゼロを超えないので、ホットスポットフラグはＯＦＦに設定される。一方、欠陥ストリングの欠陥セルに影が付加されている場合は、図７（ｂ）に示すように、電圧Ｖ_ＧＨに対応する偏導関数の値｜∂Ｉ／∂Ｖ｜がゼロを超えるので、ホットスポットフラグはＯＮに設定される。

【0042】

ホットスポットフラグをＯＮに設定した場合は、続くステップ１０７において、動作電圧設定部１６が、ＰＶストリング５０の動作電圧として、先のステップ１０４で判定した変曲点に対応する電圧Ｖ_Ｘを安全動作電圧に設定する。ここで、図７（ｂ）に示すように、偏導関数に２つの変曲点が存在するときは、対応する２つの電圧のうち、高い方の電圧（この場合、変曲点Ｂに対応する電圧Ｖ_Ｘ）を安全動作電圧に設定する。このとき設定される安全動作電圧Ｖ_Ｘは、図２に示した動作点Ｘに対応する電圧Ｖ_Ｘに相当する。

【0043】

上述したように、本実施形態においては、システムの運用中に定期的に実行される安全動作電圧設定処理によって、ホットスポットフラグがＯＮまたはＯＦＦのいずれかに設定され、ホットスポットフラグがＯＮに設定された場合は、安全動作電圧が設定されることになる。

【0044】

一方で、動作電圧制御部１７は、ホットスポットフラグがＯＮに設定されている場合にのみ起動し、ＰＶストリング５０の出力電圧Ｖ_ＰＶが、設定された安全動作電圧Ｖ_Ｘを追従するように、スイッチ素子２３のオン・オフ制御（ＰＷＭ制御）を行う。

【0045】

一方で、ＭＰＰＴ制御部１８は、ホットスポットフラグがＯＦＦに設定されている場合にのみ起動し、山登り法により、ＰＶストリング５０の出力電力Ｐ_ＰＶが、ＰＶストリング５０の最大電力動作点Ｐ_ｍａｘを追従するように、スイッチ素子２３のオン・オフ制御（ＰＷＭ制御）を行う。

【0046】

以上、説明したように、本実施形態によれば、太陽光発電システム１０００の運用中にホットスポットが発生しうる状況（すなわち、欠陥セルに影が付加される状況）に至った場合であっても、不良モジュール（パネル）を交換するなどの処置が施されるまでの間、ホットスポットの発生を回避しつつ、その条件下での最大の電力を安全に供給し続けることが可能となる。

【0047】

なお、本実施形態においては、ホットスポットの回避のみを考慮する場合、電圧Ｖ_Ｘを下回らない電圧、すなわち、ＰＶストリング５０の開放電圧Ｖ_ＯＣＳと電圧Ｖ_Ｘの間の任意の電圧を安全動作電圧として設定すればよい。

【0048】

また、本実施形態の変形例では、上述したＭＰＰＴ制御部１８の機能を、動作電圧制御部１７に代替させることも可能である。この場合、動作電圧制御部１７は、先のステップ１０１で取得したＩ−Ｖ特性に基づいて、ＰＶストリング５０の最大電力動作点Ｐ_ｍａｘに対応する最大電力点電圧Ｖ_ＯＰを取得し、ホットスポットフラグがＯＦＦに設定されている場合には、ＰＶストリング５０の出力電圧Ｖ_ＰＶが、取得した最大電力点電圧Ｖ_ＯＰを追従するように、スイッチ素子２３のオン・オフ制御（ＰＷＭ制御）を行う。

【0049】

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態である動作電圧制御装置２００が実装された太陽光発電システム２０００のシステム構成を示す。本実施形態の動作電圧制御装置２００は、既存のＰＣＳ４０に対して追加的に設けることができるように構成された装置であり、第１実施形態の動作電圧制御装置１００とは、ＭＰＰＴ制御部１８を欠いている点、ならびに、動作電圧設定部１６がホットスポットフラグのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す信号（以下、ホットスポットフラグ信号という）をＰＣＳ４０に対して送信するように構成されている点において異なり、その余の構成は共通する。

【0050】

本実施形態では、ホットスポットフラグがＯＮに設定されている場合に、動作電圧制御装置２００がＰＣＳ４０にホットスポットフラグ信号（ＯＮ）を送信する。これを受けて、ＰＣＳ４０側のＭＰＰＴ制御部２６がＭＰＰＴ制御を中断する一方で、動作電圧制御部１７は、ＰＶストリング５０の出力電圧Ｖ_ＰＶが、設定された安全動作電圧Ｖ_Ｘを追従するように、スイッチ素子２３のオン・オフ制御（ＰＷＭ制御）を行う。

【0051】

ホットスポットフラグがＯＦＦに設定されている場合には、動作電圧制御部１７がＰＭＷ制御を中断する一方で、動作電圧制御装置２００がＰＣＳ４０にホットスポットフラグ信号（ＯＦＦ）を送信する。これを受けて、ＰＣＳ４０側のＭＰＰＴ制御部２６は、山登り法により、ＰＶストリング５０の出力電力Ｐ_ＰＶが、ＰＶストリング５０の最大電力動作点Ｐ_ｍａｘを追従するように、スイッチ素子２３のオン・オフ制御（ＰＷＭ制御）を行う。

【0052】

以上、説明したように、本実施形態の動作電圧制御装置２００は、ホットスポットを回避する目的で、既存のＰＣＳに対して追加的に設けることができる。

【0053】

以上、本発明を第１および第２実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、さらに、太陽電池の異常状態検知方法およびそれを実行する装置として観念することができる。以下、異常状態検知装置に係る第３の実施形態について説明する。

【0054】

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態である異常状態検知装置３００が実装された太陽光発電システム３０００のシステム構成を示す。本実施形態の異常状態検知装置３００は、既存のＰＣＳ４０に対して追加的に設けることができるように構成された装置であり、第２実施形態の動作電圧制御装置２００とは、動作電圧設定部１６および動作電圧制御部１７を欠いている点において異なり、その余の構成は共通する。

【0055】

以下、本実施形態の異常状態検知装置３００が実行する処理の内容を図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、ステップ１０１乃至１０４およびステップ１０５の処理は、図４で説明した内容と同じなので詳細な説明を省略する。

【0056】

本実施形態では、予め設定されたスキャン周期の到来に応答して（ステップ１０１、Ｙｅｓ）、Ｉ−Ｖ特性取得部１２がＰＶストリング５０のＩ−Ｖ特性を取得し（ステップ１０２）、偏導関数算出部１３が、取得したＩ−Ｖ特性に基づいて、ＰＶストリング５０のストリング電流Ｉ_ＰＶのストリング電圧Ｖ_ＰＶに対する偏導関数を算出する（ステップ１０３）。

【0057】

これを受けて、本実施形態では、影発生判定部１４が、偏導関数に変曲点があるか否かを判定し（ステップ１０４）、その判定結果に応じて、ＰＶモジュールに影が付加されている状態であるか否かを検知して、各状態を示す状態信号１を外部に出力する。具体的には、変曲点がある場合は（ステップ１０４、Ｙｅｓ）、状態信号１のＯＮ信号（ＰＶモジュールに影が付加されている状態を示す信号）を出力し（ステップ１２０）、変曲点がない場合は（ステップ１０４、Ｎｏ）、状態信号１のＯＦＦ信号（ＰＶモジュールに影が付加されていない状態を示す信号）を出力する（ステップ１２２）。

【0058】

影発生判定部１４が状態信号１のＯＮ信号を出力したことを受けて（ステップ１２０）、本実施形態では、ホットスポット発生判定部１５が、電圧Ｖ_ＧＨに対応する偏導関数の値｜∂Ｉ／∂Ｖ｜がゼロを超えているか否かを判定し（ステップ１０５）、その判定結果に応じて、ホットスポットが発生しうる状態であるか否かを検知して、各状態を示す状態信号２を外部に出力する。具体的には、ゼロを超えている場合は（ステップ１０５、Ｙｅｓ）、状態信号２のＯＮ信号（ホットスポットが発生しうる状態を示す信号）を出力し（ステップ１２１）、ゼロを超えていない場合は（ステップ１０５、Ｎｏ）、状態信号２のＯＦＦ信号（ホットスポットが発生しない状態を示す信号）を出力する（ステップ１２３）。

【0059】

なお、本実施形態では、上述した状態信号１、２の出力先として、システムの異常を警報する警報装置やシステムの状態を監視するモニタリング装置など、状態信号１、２を制御信号として使用する任意の外部装置を想定することができる。

【0060】

以上、説明したように、本実施形態によれば、太陽光発電システム３０００の運用中に発生した異常（影やホットスポット）をリアルタイムに検知して、それを外部に通知することが可能となる。

【0061】

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した実施形態の組み合わせなど、当業者が推考しうるその他の実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【実施例】

【0062】

以下、本発明の動作電圧制御装置について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。

【0063】

正常なＰＶモジュール（５０Ｗ）と欠陥セルを含むＰＶモジュール（５０Ｗ）を直列に接続したＰＶストリングに対して、本発明の動作電圧制御装置を実装し、以下の手順で検証実験を行った。本実験では、実施例として、欠陥セルに影（α＝０．７５）が付加される形でＰＶモジュールに光を照射し、上述した動作電圧設定処理を４秒間隔で実行した。一方、比較例として、実施例と同様の条件で、ＰＶストリングに対して光を照射し、ＭＰＰＴ制御のみを実行した。

【0064】

図１１(ａ)は、実施例の結果として、ＰＶストリングのＰ−Ｖ曲線（太実線）と、欠陥セルのホットスポット電力に係るＰ−Ｖ曲線（細実線）を合わせて示している。図１１(ａ)に示すように、実施例では、最大電力点電圧が約２０Ｖであったのに対して、安全動作電圧は約３７Ｖとなった。

【0065】

一方、図１１(ｂ)は、実施例の結果として、ＰＶストリングの動作波形（電流：太実線、電圧：細実線）を示す。図１１(ｂ)に示すように、実施例では、ＭＰＰＴ制御によって、動作電圧が最大電力点電圧（約２０Ｖ）に一旦落ち着いたが、３２秒時点で動作電圧設定処理が実行された結果、動作電圧が最大電力点電圧（約２０Ｖ）から安全動作電圧（約３７Ｖ）に移行した。

【0066】

図１２(ａ)は、比較例における欠陥セルを含むＰＶモジュールのサーモグラフィ写真を示し、図１２(ｂ)は、実施例における欠陥セルを含むＰＶモジュールのサーモグラフィ写真を示す。ＭＰＰＴ制御のみを実行した比較例では、図１２(ａ)に示すように、欠陥セルにホットスポットが発生しており、ホットスポット点の温度はJISの規格で定めるセル動作温度の上限（５０℃±１０℃）を超えて、約１０１．９℃まで上昇した。一方、実施例では、図１２(ｂ)に示すように、ホットスポットは発生せず、セルの温度は２９．８℃（常温）に維持された。

【符号の説明】

【0067】

１２…Ｉ−Ｖ特性取得部
１３…偏導関数算出部
１４…影発生判定部
１５…ホットスポット発生判定部
１６…動作電圧設定部
１７…動作電圧制御部
１８…ＭＰＰＴ制御部
２０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２…インダクタ
２３…スイッチ素子
２４…ダイオード
２５…平滑コンデンサ
２６…ＭＰＰＴ制御部
５０…ＰＶストリング
５２…電圧計
５３…電流計
１００，２００…動作電圧制御装置
３００…異常状態検知装置
１０００，２０００，３０００…太陽光発電システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】