特開 2022-154788 太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154788

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20221005BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20221005BHJP

   H02S 10/20 20140101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 130

H02S50/00

H02S10/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057994

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】593063161

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴファシリティーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】牧 優太郎

(72)【発明者】

【氏名】松本 暁

(72)【発明者】

【氏名】湯▲浅▼ 一史

(72)【発明者】

【氏名】植嶋 美喜

【テーマコード（参考）】

5F151

5G066

【Ｆターム（参考）】

5F151JA28

5F151KA02

5F151KA05

5F151KA08

5G066HA13

5G066HB06

(57)【要約】

【課題】太陽光パネルの故障を発見しやすい太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】複数の太陽光パネル２２が直列に接続されたストリング２１と、複数の太陽光パネル２２の少なくとも１つに並列に接続された充放電部３１と、充放電部３１および太陽光パネル２２の間に接続され、充放電部３１の充放電に用いられる第１電力変換部４１と、ストリング２１から出力された直流電力を交流電力に変換する第２電力変換部５１と、太陽光パネル２２の出力特性を計測する計測部４２と、予め取得された太陽光パネル２２の出力特性を記憶する記憶部４３と、記憶された出力特性および計測された出力特性に基づいて太陽光パネル２２の故障の有無を判定する判定部４４と、が設けられていることを特徴とする。記憶された出力特性および計測された出力特性に基づくことにより、太陽光パネル２２の故障を発見しやすくなる。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の太陽光パネルが直列に接続されたストリングと、
前記複数の太陽光パネルの少なくとも１つに並列に接続された充放電部と、
前記充放電部および前記太陽光パネルの間に接続され、前記充放電部の充放電に用いられる第１電力変換部と、
前記ストリングから出力された直流電力を交流電力に変換する第２電力変換部と、
前記太陽光パネルの出力特性を計測する計測部と、
予め取得された前記太陽光パネルの出力特性を記憶する記憶部と、
前記記憶された出力特性および前記計測された出力特性に基づいて前記太陽光パネルの故障の有無を判定する判定部と、
が設けられていることを特徴とする太陽光発電システム。

【請求項2】

前記計測部、前記記憶部、および、前記判定部は、前記第１電力変換部に設けられてい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】

前記出力特性は、前記太陽光パネルにおける出力電流と出力電圧の関係である出力ＩＶ特性であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電システム。

【請求項4】

前記第１電力変換部は、自身が接続された前記太陽光パネルの出力電力と、自身が接続されていない他の前記太陽光パネルを含む複数の前記太陽光パネルの出力電力の平均値と、に基づいて前記充放電部への充電および放電を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

【請求項5】

前記第１電力変換部は、自身が接続された前記太陽光パネルの出力電力が、前記平均値よりも小さい場合には前記充放電部から放電を行う制御を行い、自身が接続された前記太陽光パネルの出力電力が、前記平均値よりも大きい場合には前記充放電部に充電を行う制御を行うことを特徴とする請求項４記載の太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、再生可能エネルギーを用いた発電システム、例えば、太陽光発電システムが注目されている。太陽光発電システムは、太陽光（日射とも表記する。）を電力に変換する太陽光パネルを有するものである。そのため、太陽光発電システムの発電出力は天候の影響、具体的には日射量の変化の影響を大きく受け、電力の安定供給を行いにくいという問題があった。

【0003】

上述の問題を解決するために、太陽光発電システムに電力の充放電が可能な蓄電部を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この太陽光発電システムは、太陽光パネルの発電出力が要求値よりも大きなときに余剰となる電力を蓄電部に充電する。その一方で、太陽光パネルの発電出力が要求値よりも小さなときには、蓄電部から放電することにより不足分を補っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－０４８５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の特許文献１に記載の太陽光発電システムには、太陽光パネルの故障を発見しにくいという問題があった。具体的には、故障などにより太陽光パネルの発電出力が小さくなっても、蓄電部から放電が行われる。そのため、太陽光発電システム単位でみると、供給される電力の低下等の不具合が発生せず故障に気が付きにくい。蓄電部に充電された電力が全て放電されると、太陽光発電システム単位でも、供給される電力の低下等の不具合が発生して故障に気が付くが、気が付くまでに時間がかかりすぎる。

【0006】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、太陽光パネルの故障を発見しやすい太陽光発電システム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】

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の太陽光発電システムは、複数の太陽光パネルが直列に接続されたストリングと、前記複数の太陽光パネルの少なくとも１つに並列に接続された充放電部と、前記充放電部および前記太陽光パネルの間に接続され、前記充放電部の充放電に用いられる第１電力変換部と、前記ストリングから出力された直流電力を交流電力に変換する第２電力変換部と、前記太陽光パネルの出力特性を計測する計測部と、予め取得された前記太陽光パネルの出力特性を記憶する記憶部と、前記記憶された出力特性および前記計測された出力特性に基づいて前記太陽光パネルの故障の有無を判定する判定部と、が設けられていることを特徴とする。

【0008】

本発明の太陽光発電システムによれば、記憶された出力特性および計測された出力特性に基づくことにより、太陽光パネルの故障の有無を判定することができる。例えば、計測された出力特性が、記憶された出力特性から所定の範囲を超えて異なる場合には、太陽光パネルに故障が発生したと判定される。また、計測された出力特性が、記憶された出力特性から所定の範囲内に収まる場合には、太陽光パネルの故障はないと判定される。

【0009】

上記発明において、前記計測部、前記記憶部、および、前記判定部は、前記第１電力変換部に設けられていることが好ましい。
このように計測部、記憶部、および、判定部を第１電力変換部に設けることにより、第１電力変換部において太陽光パネルの故障の有無を判定することができる。

【0010】

上記発明において、前記出力特性は、前記太陽光パネルにおける出力電流と出力電圧の関係である出力ＩＶ特性であることが好ましい。
このように出力ＩＶ特性を用いて太陽光パネルの故障の有無を判定することにより、出力電流のみで判定する場合や、出力電圧のみで判定する場合と比較して、太陽光パネルの故障の有無を判定しやすい。

【0011】

上記発明において、前記第１電力変換部は、自身が接続された前記太陽光パネルの出力電力と、自身が接続されていない他の前記太陽光パネルを含む複数の前記太陽光パネルの出力電力の平均値と、に基づいて前記充放電部への充電および放電を制御することが好ましい。

【0012】

上記発明において、前記第１電力変換部は、自身が接続された前記太陽光パネルの出力電力が、前記平均値よりも小さい場合には前記充放電部から放電を行う制御を行い、自身が接続された前記太陽光パネルの出力電力が、前記平均値よりも大きい場合には前記充放電部に充電を行う制御を行うことが好ましい。

【0013】

このように接続された太陽光パネルの出力電力と、複数の太陽光パネルの出力電力の平均値に基づいて、充放電部の充放電を制御することにより、太陽光発電システムから供給される電力の平準化を図りやすくなる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の太陽光発電システムによれば、記憶された出力特性および計測された出力特性に基づくことにより、太陽光パネルの故障を発見しやすくなるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの構成を説明する模式図である。

【図2】図１の第１電力変換部の構成を説明する模式図である。

【図3】通常時の第１電力変換部の制御を説明する模式図である。

【図4】発電量低下時の第１電力変換部の制御を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

この発明の一実施形態に係る太陽光発電システムについて、図１から図４を参照しながら説明する。本実施形態の太陽光発電システム１０は、負荷設備６０への電力の安定供給を可能にするとともに、故障の発見を容易にするものである。なお、本実施形態では太陽光発電システム１０が負荷設備６０に電力を供給する例に適用して説明するが、負荷設備６０の代わりに系統に電力を供給してもよい。

【0017】

太陽光発電システム１０には、図１に示すように、複数の太陽光パネル２２が直列に接続されたストリング２１と、太陽光パネル２２に並列に接続された充放電部３１と、充放電部３１および太陽光パネル２２の間に配置された第１電力変換部４１と、ストリング２１から出力された直流電力を交流電力に変換する第２電力変換部５１と、が主に設けられている。

【0018】

ストリング２１は、複数の太陽光パネル２２が直列に接続されたものである。図１では、直列に接続される太陽光パネル２２の数が３つの例が示されているが、接続される太陽光パネル２２の数は３つよりも多くてもよいし、少なくてもよい。また、太陽光パネル２２の種類や規模を限定するものではない。

【0019】

充放電部３１は、太陽光パネル２２に並列に接続された充放電可能な機器である。本実施形態では充放電部３１が、二次電池である例に適用して説明するが、充放電可能な機器であればキャパシタなどの他の機器であってもよい。また、本実施形態では全ての太陽光パネル２２に充放電部３１が並列に接続された例に適用して説明するが、一部の太陽光パネル２２のみに充放電部３１が並列に接続されてもよい。

【0020】

第１電力変換部４１は、充放電部３１および太陽光パネル２２の間に接続され、充放電部３１の充放電に用いられるものである。本実施形態では、第１電力変換部４１がＤＣ－ＤＣコンバータとしての機能を有する例に適用して説明する。第１電力変換部４１における充放電部３１の充放電制御の詳細については後述する。

【0021】

第１電力変換部４１には、図２に示すように、計測部４２と、記憶部４３と、判定部４４と、が設けられている。なお、本実施形態では第１電力変換部４１に計測部４２と、記憶部４３と、判定部４４と、が設けられている例に適用して説明するが、計測部４２、記憶部４３、および、判定部４４は、第１電力変換部４１以外の他の機器に設けられてもよい。

【0022】

計測部４２は、第１電力変換部４１が接続された太陽光パネル２２の出力特性を計測するものである。本実施形態では、出力特性が太陽光パネル２２における出力電流Ｉと出力電圧Ｖの関係である出力ＩＶ特性である例に適用して説明する。

【0023】

記憶部４３は、予め取得された第１電力変換部４１が接続された太陽光パネル２２の出力特性を記憶するものである。本実施形態では、記憶される出力特性が、当該太陽光パネル２２が出荷される際に取得された出力特性である例に適用して説明する。

【0024】

判定部４４は、記憶部４３に記憶された出力特性、および、計測部４２により計測された出力特性に基づいて太陽光パネル２２の故障の有無を判定するものである。故障の有無の判定の詳細については後述する。

【0025】

第２電力変換部５１は、複数のストリング２１から出力された直流電力を交流電力に変換するものである。本実施形態では、第２電力変換部５１がＤＣ－ＡＣコンバータである例に適用して説明する。

【0026】

次に、上記の構成からなる太陽光発電システム１０における制御内容について図３および図４を参照しながら説明する。まず、第１電力変換部４１による充放電部３１への充放電制御について説明する。

【0027】

まず、太陽光パネル２２において発電される電力量が、他の太陽光パネル２２の発電電力の平均値と比較して予め設定された範囲内に収まっている場合（「通常時」とも表記する。）、図３に示すように、第１電力変換部４１は充放電部３１への充電も放電も行わない。なお、第１電力変換部４１は、他の第１電力変換部４１と太陽光パネル２２の発電電力の値を通信等の手段により取得し、他の太陽光パネル２２の発電電力の平均値を算出している。

【0028】

図３では、第２電力変換部５１に最も近い太陽光パネル２２における電圧がＶ_１、中央の太陽光パネル２２における電圧がＶ_２、最も遠い太陽光パネル２２における電圧がＶ_３である例を示している。また、これら３つの太陽光パネル２２を含むストリング２１から第２電力変換部５１に向かって出力される電流がＩ_０である例を示している。

【0029】

中央の太陽光パネル２２における発電電力が他の太陽光パネル２２の発電電力の平均値と比較して減少（電圧がＶ_２からＶ_２´に減少）した場合（「発電量低下時」とも表記する。）には、図４に示すように、中央の太陽光パネル２２に接続された第１電力変換部４１は、自身が接続された充放電部３１から電力（電流I_０２）を放電させる制御を行う。

【0030】

ここで、充放電部３１から放電される電力（電流I_０２）の値は、中央の太陽光パネル２２における発電電力および充放電部３１から放電される電力の合計が、他の太陽光パネル２２の発電電力の平均値と等しくなるように制御される。

【0031】

また、中央の太陽光パネル２２における発電電力が所定値から増加した場合には、中央の太陽光パネル２２に接続された第１電力変換部４１は、自身が接続された充放電部３１に充電する制御を行う。

【0032】

ここで、充放電部３１に充電される電力の値は、中央の太陽光パネル２２における発電電力から充放電部３１に充電される電力を減算した値が、他の太陽光パネル２２の発電電力の平均値と等しくなるように制御される。

【0033】

次に、上記の構成からなる太陽光発電システム１０における太陽光パネル２２の故障判定について説明する。
第１電力変換部４１の計測部４２は、自身が接続された太陽光パネル２２の出力特性を計測する。判定部４４は、記憶部４３に記憶された出力特性を呼び出し、呼び出した出力特性と、計測部４２により計測された出力特性とを比較する処理を行う。

【0034】

比較の結果、呼び出した出力特性と計測部４２により計測された出力特性との間に予め定められた閾値以上の乖離が存在した場合には、判定部４４は自身に接続された太陽光パネル２２が故障したと判定する。予め定められた閾値未満の乖離の場合には、判定部４４は自身に接続された太陽光パネル２２に故障はないと判定する。

【0035】

上記の構成の太陽光発電システム１０によれば、記憶された出力特性および計測された出力特性に基づくことにより、太陽光パネル２２の故障の有無を判定することができる。例えば、計測された出力特性が、記憶された出力特性から所定の位置を超えて異なる場合には、太陽光パネル２２に故障が発生したと判定される。また、計測された出力特性が、記憶された出力特性から所定の閾値内に収まる場合には、太陽光パネル２２の故障はないと判定される。

【0036】

計測部４２、記憶部４３、および、判定部４４を第１電力変換部４１に設けることにより、第１電力変換部４１において太陽光パネル２２の故障の有無を判定することができる。

【0037】

出力ＩＶ特性を用いて太陽光パネル２２の故障の有無を判定することにより、出力電流のみで判定する場合や、出力電圧のみで判定する場合と比較して、太陽光パネル２２の故障の有無を判定しやすい。

【0038】

太陽光パネル２２の出力電力と、他の太陽光パネル２２の出力電力の平均値に基づいて、充放電部３１の充放電を制御することにより、太陽光発電システム１０から供給される電力の平準化を図りやすくなる。

【符号の説明】

【0039】

１０…太陽光発電システム、 ２１…ストリング、 ３１…充放電部、 ４１…第１電力変換部、 ５１…第２電力変換部、 ４２…計測部、 ４３…記憶部、 ４４…判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】