JP2014011430A - Current controller for solar cell inspection - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の検査用の電流を制御する太陽電池検査用電流制御装置に関する。 The present invention relates to a solar cell inspection current control apparatus for controlling a solar cell inspection current.
太陽光を利用して発電を行う太陽光発電システムの故障としてよく知られるものに、バイパスダイオードのオープンモード故障と、太陽光発電システム内部の導通不良とがある。 Well-known failures of a photovoltaic power generation system that generates power using sunlight include an open mode failure of a bypass diode and poor conduction inside the photovoltaic power generation system.
バイパスダイオードのオープンモード故障を検地する方法としは、例えば下記特許文献1に記載されているように、太陽電池を遮蔽版により遮蔽すると共に、この遮蔽版に一体化された感熱紙により太陽電池における遮光部分の温度を検出し、太陽電池の遮蔽部分にホットスポット熱(異常発熱)の発生を検出した場合に、バイパスダイオードに電流が流れていないと判定し、これによりバイパスダイオードがオープンモードで故障していることを判定するものが知られている。
As a method for detecting an open mode failure of the bypass diode, for example, as described in
また、太陽光発電システム内の導通不良を検知する方法としては、例えば下記特許文献2に記載されているように、太陽光発電システムに測定信号波形を印加し、その応答信号波形と測定信号波形を比較することで、太陽光発電システム内の導通不良の存否と場所を検出するものが知られている。
Moreover, as a method of detecting a continuity failure in the photovoltaic power generation system, for example, as described in
更に、導通不良とバイパスダイオードのオープンモード故障の両方を検知する方法として、例えば下記特許文献3に記載されている診断方法が知られている。当該診断方法では、太陽電池が発電していない時間帯において、太陽電池ストリングのブロッキングダイオードを除いた測定対象部位に充電したコンデンサを接続して放電させ、放電時に測定対象部位の電圧及び電流を測定し、その結果得られるI−V特性の変化に基づいて測定対象部位の故障を診断する。このとき、コンデンサの放電により、太陽電池の負極から正極に電流を流すことで導通不良を判定し、逆に、太陽電池の正極から負極に電流を流すことでバイパスダイオードのオープンモード故障を判定する。
Furthermore, as a method for detecting both the conduction failure and the open mode failure of the bypass diode, for example, a diagnostic method described in
しかしながら、上記特許文献1に記載されている診断方法では、バイパスダイオードのオープンモード故障を検出するために太陽電池を遮光する必要があるが、通常、太陽電池は屋根等の高所に設置されることから、遮光する作業が煩雑であり、安全性および費用の観点から日常的な点検に適さないという問題がある。また、当該技術を適用した場合、以下の理由により、バイパスダイオードが故障しているか否かの判定が困難である。すなわち、バイパスダイオードがオープンモード故障をしていない場合であっても、太陽電池を遮光した際に太陽電池にある程度の逆電圧が印加され、太陽電池の発熱が観測される場合がある。その発熱の程度は、その時の日射強度、遮光状態、太陽電池の電流密度、太陽電池の放熱状態、太陽電池のシャント抵抗成分に依存するため、一概に予測することができず、正常な範囲の発熱とバイパスダイオードの故障に起因する発熱とを区別することは極めて困難である。したがって、バイパスダイオードのオープンモード故障を精度良く検出できない虞がある。
However, in the diagnostic method described in
また、上記特許文献2に記載されている導通不良の診断方法では、信号注入への応答を高速で測定する必要があり、そのため正確な測定が困難となり故障診断の精度が低下する虞があった。
Moreover, in the continuity failure diagnosis method described in
更に、上記特許文献3に記載されている診断方法では、測定対象部位に不良がない場合にはコンデンサの電圧に応じた大きな電流が瞬時的に測定対象部位に流れるため、電流測定装置を故障させる虞があり、測定時の安全性の面で好ましくない。測定対象部位での大電流を低減するためにコンデンサの静電容量を小さくすることも考えられるが、この場合はI−V特性の測定時間が長く取れないため、I−V特性の性格な測定が困難となり、故障診断の精度が低下する問題があった。
Furthermore, in the diagnostic method described in the above-mentioned
このように、太陽光発電システム内の複数の故障診断を行う場合、その故障の種類に応じた大掛かりな装置が必要となるという問題があった。また、個々の診断方法においても、安全且つ容易、正確に故障を検知することが要請されていた。 Thus, when performing a plurality of failure diagnosis in the photovoltaic power generation system, there is a problem that a large-scale device corresponding to the type of failure is required. Also, in each diagnosis method, it has been required to detect a failure safely, easily and accurately.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、太陽光発電システムにおける複数種類の故障を安全、容易、且つ、正確に検知するための太陽電池検査用電流制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and provides a solar cell inspection current control device for safely, easily and accurately detecting a plurality of types of failures in a photovoltaic power generation system. For the purpose.
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る太陽電池検査用電流制御装置は、可変抵抗により電流値を一定に保つ定電流装置と、定電流装置に直列に接続される電圧源装置とを備え、発電中の太陽電池の電流方向と同一方向への電流を、当該太陽電池が発電中であるか否かに関わらず一定に制御する。 In order to solve the above-described problems, a solar cell inspection current control device according to one aspect of the present invention includes a constant current device that maintains a constant current value using a variable resistor, and a voltage source device that is connected in series to the constant current device. The current in the same direction as the current direction of the solar cell during power generation is controlled to be constant regardless of whether or not the solar cell is generating power.
かかる太陽電池検査用電流制御装置によれば、太陽電池の非発電時においては、当該太陽電池の正極負極間に対し当該太陽電池の発電時における電圧と逆符号の電圧が印加され、所与の値の電流が流される。一方、太陽電池の発電時においては、当該太陽電池を流れる電流が制御され、所与の値の電流が流される。すなわち、太陽電池の非発電時と発電時の電流値を一定の値に維持することができる。 According to such a solar cell inspection current control device, when the solar cell is not generating power, a voltage having a sign opposite to that of the solar cell during power generation is applied between the positive electrode and the negative electrode of the solar cell. A current of value is passed. On the other hand, at the time of power generation of the solar cell, the current flowing through the solar cell is controlled, and a current having a given value flows. That is, the current value during non-power generation and power generation of the solar cell can be maintained at a constant value.
ここで、例えば、少なくとも1つのバイパスダイオードを具備し、負荷に対して解列状態にある非発電時における太陽電池モジュールに対して、負極から正極に向かう一定の電流値の電流を供給し、その時に太陽電池モジュールの負極と正極との間に生じる電位差を測定することで、その電位差を基にバイパスダイオードの故障が検出することができる。なぜなら、バイパスダイオードが正常であれば当該電位差がバイパスダイオードの電圧降下値とほぼ同じであり、バイパスダイオードがオープンモード故障していれば太陽電池モジュールの寄生抵抗の電圧降下値が発生するため当該電位差がバイパスダイオードの電圧降下値に比べて大きくなるからである。従って、上述した太陽電池検査用電流制御装置によれば、負荷に対して解列状態にある非発電時の太陽電池モジュールに対して、負極から正極に向かう一定の電流値の電流を供給し、太陽電池モジュールの負極と正極との間に生じる電位差の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオードの故障の有無を容易かつ確実に判定することができる。 Here, for example, a current having a constant current value from the negative electrode to the positive electrode is supplied to the solar cell module that is provided with at least one bypass diode and is disconnected from the load during non-power generation, Further, by measuring the potential difference generated between the negative electrode and the positive electrode of the solar cell module, a failure of the bypass diode can be detected based on the potential difference. This is because if the bypass diode is normal, the potential difference is almost the same as the voltage drop value of the bypass diode, and if the bypass diode is in open mode failure, the voltage drop value of the parasitic resistance of the solar cell module is generated. This is because it becomes larger than the voltage drop value of the bypass diode. Therefore, according to the above-described solar cell inspection current control device, a current of a constant current value from the negative electrode to the positive electrode is supplied to the solar cell module in a non-power generation state in a disconnected state with respect to the load, By detecting the difference in the magnitude of the potential difference generated between the negative electrode and the positive electrode of the solar cell module, it is possible to easily and reliably determine whether or not the bypass diode has failed.
また、例えば、太陽電池内部に導通不良箇所が存在する場合、太陽電池が発電したとき、導通不良箇所が抵抗となって導通不良がない場合と比較して著しく電圧が降下する。従って、上述した太陽電池検査用電流制御装置によれば、負荷に対して解列状態にある発電時の太陽電池モジュールに対して、可変抵抗を制御し負極から正極に向かう電流値を一定の値に制御し、その時に太陽電池モジュールの負極と正極との間に生じる電位差を測定することで、太陽電池の導通不良を容易かつ確実に判定することができる。 In addition, for example, when there is a conduction failure location inside the solar cell, when the solar cell generates power, the conduction failure location becomes a resistance and the voltage drops significantly compared to when there is no conduction failure. Therefore, according to the solar cell inspection current control device described above, the current value from the negative electrode to the positive electrode is controlled to a constant value by controlling the variable resistance for the solar cell module during power generation in a disconnected state with respect to the load. By measuring the potential difference generated between the negative electrode and the positive electrode of the solar cell module at that time, it is possible to easily and reliably determine the conduction failure of the solar cell.
このように、上述した太陽電池検査用電流制御装置によれば、一般的な電圧計さえ用意すれば、大掛かりな装置や高精度な測定機器を用いずに、簡単にバイパスダイオードのオープンモード故障と導通不良の両方を容易且つ確実に検知することができる。また、コンデンサを利用した故障検知方法のように、太陽電池モジュールに大電流を流すおそれも少なく、またI−V特性のスキャンの必要もない。これにより、検査時の安全性を確保しつつ、上述したバイパスダイオードの故障及び導通不良の故障の故障診断を、一台の装置で特別な制御を行うことなく実施することができる。 As described above, according to the solar cell inspection current control device described above, as long as a general voltmeter is prepared, an open mode failure of the bypass diode can be easily performed without using a large-scale device or a high-precision measuring device. Both continuity failures can be detected easily and reliably. In addition, unlike the failure detection method using a capacitor, there is little possibility of flowing a large current through the solar cell module, and there is no need to scan the IV characteristics. As a result, the above-described failure diagnosis of the failure of the bypass diode and the failure of the conduction failure can be performed without performing any special control while ensuring the safety at the time of inspection.
上述した太陽電池検査用電流制御装置においては、定電流装置は、定電流ダイオード及びツェナーダイオードを並列接続してなる複数の素子により構成される、ことが好適である。これにより、太陽電池検査用電流制御装置は、安価な汎用部品だけで実現でき、スイッチング素子の制御も不要である等、FET等を利用した電流源に比較して、構成が単純である。それゆえに、動作が簡単であり、ゲートドライブの問題等による不安定性の虞がなく、安定した電流を確実に得ることができ、太陽電池の故障検査を確実の行うことができる。また、大掛かりな装置や高精度な測定機器を要さず、スイッチング制御等をする必要もなく、発電時と非発電時における太陽電池の正極負極間の電位差を測定するだけで、簡単に導通不良とバイパスダイオードのオープンモード故障を検知することができ、誤作動等による誤検出の危険もなく、安全かつ容易に故障検知を実現することができる。 In the solar cell inspection current control device described above, it is preferable that the constant current device is composed of a plurality of elements formed by connecting a constant current diode and a Zener diode in parallel. As a result, the current control device for solar cell inspection can be realized with only inexpensive general-purpose components and has a simple configuration compared to a current source using an FET or the like, such as no need to control a switching element. Therefore, the operation is simple, there is no fear of instability due to the problem of the gate drive, etc., a stable current can be reliably obtained, and the failure inspection of the solar cell can be reliably performed. In addition, there is no need for large-scale equipment or high-precision measuring equipment, and there is no need for switching control, etc., and simply measuring the potential difference between the positive and negative electrodes of the solar cell during power generation and non-power generation makes it easy to conduct poorly. In addition, it is possible to detect an open mode failure of the bypass diode, and it is possible to realize the failure detection safely and easily without risk of erroneous detection due to malfunction or the like.
また、電圧源装置は、定電圧源である、ことが好適である。一般的に、バイパスダイオードがオープンモード故障をしている場合、所与の値の電流を流すと、高い逆電圧が発生し、太陽電池素子そのものを破損する虞がある。そこで、上述したとおり、電圧源を定電圧源とし、定電流装置と共に使用することで、非発電時における太陽電池に一定値の電流を流すことを実現しつつ、高い逆電圧が発生することを未然に防止し、太陽電池の破損から保護することが可能になる。 The voltage source device is preferably a constant voltage source. Generally, when the bypass diode has an open mode failure, if a current having a given value is passed, a high reverse voltage is generated, which may damage the solar cell element itself. Therefore, as described above, by using a voltage source as a constant voltage source and a constant current device, it is possible to generate a high reverse voltage while realizing a constant current to flow through the solar cell during non-power generation. It becomes possible to prevent it in advance and protect it from damage to the solar cell.
さらに、電圧源装置は、太陽電池の正極負極間に印加する電圧の絶対値として、当該太陽電池内のバイパスダイオードの正常時における電圧降下値の合計の絶対値よりも大きい電圧を印加する、ことも好適である。このように、非発電時におけるバイパスダイオードの故障判定において、バイパスダイオードの電圧降下値以上の電圧を印加することで、確実に太陽電池内に電流を流すことが可能となり、上述したバイパスダイオードの故障診断を確実に行うことができる。 Furthermore, the voltage source device applies a voltage larger than the absolute value of the sum of the voltage drop values at the normal time of the bypass diode in the solar cell as the absolute value of the voltage applied between the positive electrode and the negative electrode of the solar cell. Is also suitable. Thus, in the failure determination of the bypass diode at the time of non-power generation, by applying a voltage that is equal to or higher than the voltage drop value of the bypass diode, it is possible to surely flow a current into the solar cell, and the failure of the bypass diode described above Diagnosis can be performed reliably.
また、当該太陽電池検査用電流制御装置の正及び負の耐電圧は、太陽電池の開放電圧値よりも大きい、ことも好適である。例えば、太陽電池の極性を逆に接続した場合、太陽電池検査用電流制御装置が発生可能な電圧は太陽電池の開放電圧値に達するため、正の耐電圧が、太陽電池の開放電圧値よりも大きいことで、太陽電池検査用電流制御装置の安全性を維持することができる。また、導通不良の故障の故障診断を行う際に必要な太陽電池モジュールの負極と正極との間に生じる電位差は開放電圧値未満の値である。よって、負の耐電圧が、太陽電池の開放電圧値よりも大きいことで、確実に導通不良の故障の故障診断を行うことができる。 It is also preferable that the positive and negative withstand voltages of the solar cell inspection current control device are larger than the open-circuit voltage value of the solar cell. For example, when the polarity of the solar cell is reversed, the voltage that can be generated by the solar cell inspection current control device reaches the open voltage value of the solar cell, so the positive withstand voltage is higher than the open voltage value of the solar cell. By being large, the safety of the solar cell inspection current control device can be maintained. In addition, the potential difference generated between the negative electrode and the positive electrode of the solar cell module necessary for performing failure diagnosis of a failure due to poor conduction is a value less than the open circuit voltage value. Therefore, since the negative withstand voltage is larger than the open-circuit voltage value of the solar cell, it is possible to reliably perform failure diagnosis of failure of conduction failure.
本発明によれば、非発電時及び発電時の太陽電池を検査するための電流を、安全性を確保しつつ制御することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric current for test | inspecting the solar cell at the time of non-electric power generation and electric power generation can be controlled, ensuring safety | security.
以下、添付図面を参照しながら本発明による太陽電池検査用電流制御装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a solar cell inspection current control apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[太陽光発電システムの全体構成]
図1は、本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの構成図であり、図2は、図1の太陽光発電システムに含まれる太陽電池ストリングの詳細構成を示す図である。図1に示す太陽光発電システム1は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムであり、例えば屋根等の高所に設置され、200V以上の出力電圧を有する系統連系型のものとされている。太陽光発電システム1は、太陽電池アレイ100とパワーコンディショナ110とを具備している。なお系統連系型システムに限定する必要はなく、電力系統から独立(自立)した独立型システムであっても良い。
[Entire configuration of photovoltaic power generation system]
FIG. 1 is a configuration diagram of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a solar cell string included in the solar power generation system of FIG. A solar
太陽電池アレイ100は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、直流出力としてパワーコンディショナ110へ供給する。図2に示すように、太陽電池アレイ100は、太陽電池モジュール120が複数直列接続されてなる太陽電池ストリング130を、少なくとも1つ備えている。ここでは、3つの太陽電池ストリング130が互いに並列接続されて太陽電池アレイ100が構成されている。これらの太陽電池ストリング130は、パワーコンディショナ110に対し、後述する故障検知システム2のスイッチ群を介して接続されている。
The
パワーコンディショナ110は、太陽電池アレイ100から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の負荷装置に繋がる電力系統(例えば商用電力系統)へ供給する。このパワーコンディショナ110は、太陽電池アレイ100の最大出力が得られるよう太陽電池アレイ100の動作電圧を制御する動作電圧制御機能と、電力系統の異常が検知された場合に安全にシステム停止する等の系統保護機能と、を有している。なお、パワーコンディショナ110は、絶縁トランスを有するトランス絶縁型であってもよいし、トランスレス(非絶縁)型であってもよい。
The
太陽電池モジュール120は、パネル状に構成されており、図2に示すように、互いに直列接続された複数(ここでは、6つ)の太陽電池セル140を備えている。また、太陽電池モジュール120は、複数の直列接続された太陽電池セル140に並列に接続されたバイパスダイオード150を含んでいる。すなわち、バイパスダイオード150のアノード端子が太陽電池モジュール120の負極側に接続され、バイパスダイオードのカソード端子が太陽電池モジュールの正極側に接続されている。なお、太陽電池モジュール120は、複数の太陽電池セル140とそれらに並列接続されたバイパスダイオード150からなる太陽電池クラスタを複数有していてもよい。
The
複数の太陽電池セル140は、太陽光を利用して発電を行うものであり、マトリクス状に並置された状態でアルミフレームに固定されていると共に、その受光面側が強化ガラスで覆われている。太陽電池セル140としては、例えば0.5Vの出力電圧の結晶系太陽電池セルが用いられている。
The plurality of
バイパスダイオード150は、複数の太陽電池セル140に並列接続されている。バイパスダイオード150としては、順方向電圧を小さくし且つ逆回復時間を短縮化するために、例えばショットキーバリアダイオードが用いられている。このバイパスダイオード150は、太陽電池モジュール120に逆電圧が印加されたときに電流が流れるよう設けられており、その順方向が太陽電池モジュール120内における太陽電池セル140の等価寄生ダイオードの順方向に対し逆方向とされている。具体的には、バイパスダイオード150のカソード側は、太陽電池モジュール120を直列接続する電路上において、太陽電池モジュール120の正極側に接続されている。また、バイパスダイオード150のアノード側は、電路上において太陽電池モジュール120の負極側に接続されている。
The
図3には、太陽電池セル140の等価回路図を示している。同図に示すように、太陽電池セル140は、電流源141と、寄生ダイオード142と、シャント抵抗143との並列回路と等価と考えることができる。すなわち、太陽電池セル140は、日射強度に応じた電流をセル140の内部で負極から正極に向けて生成する電流源141と、セル140の内部の正極から負極に向けた方向を順方向とする寄生ダイオード142と、数百〜1kΩ(理想的には無限大Ω)の抵抗値を有するシャント抵抗143を含むものと等価である。この寄生ダイオード142の存在により、太陽電池セル140には、日射状態にかかわらず逆方向電流が生じている。また、太陽電池セル140に電流源141の生成する電流以上の電流を負極から正極に向けて生じさせた場合には、その電流は、シャント抵抗143を流れるか、寄生ダイオード142を降伏させて流れるかのいずれかとなる。
FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the
図1に戻って、太陽光発電システム1に含まれる故障検知システム2の構成を説明する。故障検知システム2は、パワーコンディショナ110を含む負荷装置に対して解列状態に切り替えた太陽電池ストリング130を対象にして、太陽電池ストリング130に内蔵されたバイパスダイオード150の故障及び太陽電池ストリング130の導通不良を検知するための装置群である。詳細には、故障検知システム2は、スイッチ群(スイッチング部)3,4、及び故障検知装置5によって構成されている。
Returning to FIG. 1, the configuration of the
スイッチ群3は、3つの太陽電池ストリング130とパワーコンディショナ110との接続を故障検査時に解列状態に切り替えるために設けられ、太陽電池ストリング130の数に対応した6つのスイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bによって構成されている。スイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bは、太陽電池ストリング130とパワーコンディショナ110との電気的接続を制御する開閉器である。スイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bとしては、電流を遮断するものであれば如何なる構成のものも用いることができ、例えば、FET(Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated GateBipolar Transistor)等の半導体スイッチ、機械式リレー等の電磁開閉器を用いることができる。このスイッチング素子31A,31B,32A,32B,33A,33Bは、通常時(発電時)には閉状態とされ、太陽電池ストリング130及びパワーコンディショナ110を互いに接続させる一方、故障検査時には開状態とされ、これらを互いに解列状態にさせる。
The
具体的には、スイッチング素子31A,32A,33Aは、それぞれの太陽電池ストリング130の正極とパワーコンディショナ110の一方の入力端子との間をつなぐ電路上に設けられ、スイッチング素子31B,32B,33Bは、それぞれの太陽電池ストリング130の負極とパワーコンディショナ110の他方の入力端子との間をつなぐ電路上に設けられる。なお、スイッチ群3は、太陽電池ストリング130の正極及び負極につながる両方の電路上に設けられているが、いずれかの電路上のみに設けられてもよい。例えば、スイッチ群3は、スイッチング素子31A,32A,33Aのみから構成されていてもよい。このような構成でも、故障検査時に太陽電池ストリング130及びパワーコンディショナ110を互いに解列状態とすることができる。
Specifically, the
また、スイッチ群4は、3つの太陽電池ストリング130と故障検知装置5との間を故障検査時に電気的に接続するために設けられ、太陽電池ストリング130の数に対応した6つのスイッチング素子41A,41B,42A,42B,43A,43Bによって構成されている。スイッチング素子41A,41B,42A,42B,43A,43Bは、太陽電池ストリング130と故障検知装置5との電気的接続を制御する開閉器であり、スイッチ群3と同様な半導体スイッチや電磁開閉器等を採用できる。このスイッチング素子41A,41B,42A,42B,43A,43Bは、通常時(発電時)には開状態とされ、及び故障検知装置5を太陽電池ストリング130から電気的に切断させる一方、バイパスダイオード検査時には閉状態とされ、これらを互いに接続状態にさせる。
The
具体的には、スイッチング素子41A,42A,43Aは、それぞれの太陽電池ストリング130の正極と故障検知装置5の一方の接続端子との間をつなぐ電路上に設けられ、スイッチング素子41B,42B,43Bは、それぞれの太陽電池ストリング130の負極と故障検知装置5の他方の接続端子との間をつなぐ電路上に設けられる。なお、スイッチ群4は、太陽電池ストリング130の正極及び負極につながる両方の電路上に設けられているが、いずれかの電路上のみに設けられてもよい。例えば、スイッチ群4は、スイッチング素子41A,42A,43Aのみから構成されていてもよい。このような構成でも、通常時に太陽電池ストリング130及び故障検知装置5を互いに切断状態とすることができる。
Specifically, the
なお、太陽電池ストリング130とパワーコンディショナ110の間には、太陽電池ストリング130に逆電流が流れることを防止する逆流防止ダイオード(不図示)が、太陽電池ストリング130の正極側または負極側(或いは両方極)の電路上に直列に接続される。この逆流防止ダイオードは、故障検知装置5による測定対象となる電路内に位置する構成としても良いし、測定対象の電路外に位置する構成としても良い。すなわち、スイッチ群3の位置や故障検知装置5との接続点61〜66の位置にかかわらず、太陽電池ストリングの正極(または負極)とパワーコンディショナ110とを結ぶ電路上のいずれに位置しても良い(ただし、他の太陽電池ストリング130との並列接続点より太陽電池ストリング130側に位置する必要がある)。
A backflow prevention diode (not shown) that prevents a reverse current from flowing through the
故障検知装置5は、電流源回路51(太陽電池検査用電流制御装置)、電圧測定部52、制御/判定部53、スイッチ54、電流測定部551及びスイッチ552によって構成されている。電流源回路51は、規定の電流値の定電流を生成する回路であり、その両端子は、それぞれ、スイッチング素子41A,42A,43A及びスイッチング素子41B,42B,43Bを経由して、3つの太陽電池ストリング130の正極及び負極に接続可能にされている。ここで、電流源回路51の生成する電流の電流値は、制御/判定部53による制御によって調整可能にされている。このような電流源回路51により、3つの太陽電池ストリング130のいずれかに対して、負極から正極に向かう規定の電流値の電流が供給される。
The
電圧測定部52は、太陽電池ストリング130の負極と正極との間の電位差を測定するための回路部であり、その両端子は、それぞれ、スイッチング素子41A,42A,43A及びスイッチング素子41B,42B,43Bを経由して、3つの太陽電池ストリング130の正極及び負極に接続可能にされている。ここで、電圧測定部52による電位差の測定タイミングは、制御/判定部53による制御可能にされており、電圧測定部52によって測定された電位差を示す信号は、制御/判定部53によって取得可能にされている。このような電圧測定部52により、3つの太陽電池ストリング130のいずれかにおける電位差が測定される。
The
制御/判定部53は、バイパスダイオードの故障検査及び導通不良の故障検査時において、スイッチ群3,4及びスイッチ54の開閉状態を切り替えるように制御し、電圧測定部52によって測定される電位差を取得する。そして、制御/判定部53は、取得した電位差に基づいていずれかの太陽電池ストリング130に内蔵されるバイパスダイオード150の故障及び太陽電池ストリング130の導通不良を検知して検知結果を出力する。
The control /
また、制御/判定部53は、検査用に接続された太陽電池ストリング130が発電しているか否かを判定する。具体的には、制御/判定部53は、電流源回路51を解列するためのスイッチ54を開いて定電流が流れない状態とすると共に、太陽電池ストリング130を短絡させるためのスイッチ55を閉じて、電流計551により短絡電流値を測定し、規定値と比較することによって太陽電池ストリング130が発電中であるか否かを判定する。例えば、制御/判定部53は、測定された短絡電流値と規定値とを比較し、発電中であるか否かを判定する。あるいは、短絡電流値ISCと後述する定電流値I1の比率により太陽電池ストリング130が発電中であるか否かを判定することとしてもよい。例えば、ISC/I1>αであれば発電中(日中)とし、ISC/I1<βであれば非発電中(夜間)と判定することとしても良い。
このような制御/判定部53は、アナログ回路、デジタル回路等の回路部によって構成されてもよいし、マイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成されてもよい。
Further, the control /
Such a control /
電流測定部551は、制御/判定部53の指示信号に応じて、検査用に接続された太陽電池ストリング130を流れる電流を測定する。
The
[バイパスダイオードの故障検査]
続いて、太陽電池ストリング130に内蔵されるバイパスダイオード150の故障検査について説明する。まず、太陽電池ストリング130の正常時及びバイパスダイオード故障時の電流−電圧特性(以下、「I−V特性」という。)について説明する。
[Bypass diode failure inspection]
Next, a failure inspection of the
図4(a)は、太陽電池ストリング130の夜間(低日射強度時の)のI−V特性を示すグラフであり、図4(b)は、図4(a)のI−V特性の一部を詳細に示すグラフである。同図中において、L1が正常時の太陽電池ストリング130のI−V特性、L2がバイパスダイオード故障時の太陽電池ストリング130のI−V特性を示している。なお、これらの特性においては、太陽電池ストリング130の正極の電位が負極の電位よりも高い場合が正電圧(V>0)を示し、太陽電池ストリング130の内部において負極から正極に向かう電流を正電流(I>0)で示している。太陽電池ストリング130には複数のバイパスダイオード150が内部の負極から正極に向かう方向を順方向にして含まれているので、正常時の夜間に正電流(I>0)を発生させた場合は、太陽電池セル140のシャント抵抗143(図3)にはほとんど電流が流れないため、その電流のほとんどがバイパスダイオード150を順方向に流れる結果、太陽電池ストリング130の両端の電圧Vは電流が増加してもほとんど0V近傍で変化しない。
FIG. 4A is a graph showing the IV characteristic of the
一方、太陽電池ストリング130に含まれるいずれかのバイパスダイオード150にオープンモード故障(通電しない状態で故障)が発生した場合であって、夜間に正電流(I>0)を発生させた場合は、故障したバイパスダイオード150にはほとんど電流が流れず、そのバイパスダイオード150に並列接続された太陽電池セル140のシャント抵抗143に電流が流れ込むため、太陽電池ストリング130の両端の電圧Vは電流が増加するにしたがってほぼ線形に増加する。また、太陽電池ストリング130では、その両端を短絡した場合(V=0)でも、日射状態に応じて変化する短絡電流ISCが発生する。
On the other hand, when an open mode failure (failure in a state of not energizing) occurs in any of the
上述した太陽電池ストリングのI−V特性を利用して、制御/判定部53は、太陽電池ストリング130に含まれるバイパスダイオード150の故障を判定する。具体的には、制御/判定部53は、スイッチ群3を制御して、いずれか1つの検査対象の太陽電池ストリング130(以下、検知対象ストリングとも言う。)とパワーコンディショナ110との間を解列状態に設定すると同時に、スイッチ群4を制御して、検知対象ストリング130と故障検知装置5の電流源回路51及び電圧測定部52とを接続する。例えば、制御/判定部53は、スイッチング素子31A,31Bのペア、スイッチング素子32A,32Bのペア、或いはスイッチング素子33A,33Bのペアのいずれかのペアを開状態に制御するとともに、それに対応して、スイッチング素子41A,41Bのペア、スイッチング素子42A,42Bのペア、或いはスイッチング素子43A,43Bのペアのいずれかのペアを閉状態に制御する。
The control /
この状態で、制御/判定部53は、スイッチ54を閉じた状態にし、電流源回路51を制御して、検知対象ストリング130の負極から正極に向けて夜間の平均的な短絡電流値ISCよりも大きい電流値I1の電流を発生させる。さらに、制御/判定部53は、電圧測定部52によって測定された検知対象ストリング130の電位差が規定の閾値VTH0よりも大きいか否かを判定し、電位差が閾値VTH0よりも大きい場合に検知対象ストリング130に含まれるいずれかのバイパスダイオード150の故障を検知する。このような制御/判定部53の機能により、検知対象ストリング130のI−V特性が図4に示す特性L1,L2のいずれの特性にあるかを判別することができ、I−V特性が特性L2であると判別された場合にバイパスダイオード150の故障を検知することができる。すなわち、電圧測定部52によって測定される電位差は、特性L1,L2上における電流I=I1に対する電圧Vの大きさに相当しているので、電位差と閾値VTH0とを比較することで検知対象ストリング130のI−V特性が特性L1,L2のいずれの状態にあるかが判別可能とされる。
In this state, the control /
また、制御/判定部53は、検知対象ストリング130に電流値I1の電流を供給させた際に電圧測定部52によって測定された当該検知対象ストリング130の電位差が、予め規定された閾値VTH1(>閾値VTH0)以上となった場合に、電流源回路51による検知対象ストリング130に対する電流の供給を停止させるように制御する。この際、制御/判定部53は、バイパスダイオードの故障検査のためにスイッチ群3,4の開閉状態を切り替えたタイミングで、当該検知対象ストリング130の電位差のモニタリングを開始し、そのモニタリング結果に応じて検知対象ストリング130に対する電流の供給を停止するか否かを継続して判定する。
In addition, the control /
次に、上述した太陽光発電システム1を対象にしたバイパスダイオード150の故障検査の手順を説明するとともに、本実施形態に係る故障検知方法について詳述する。
Next, the failure inspection procedure for the
まず、故障検知装置5の制御/判定部53により、内蔵する計時機能を利用して所定時刻が到来したか否かが判定されて、所定時刻の到来が検知されたタイミングでバイパスダイオードの故障検査処理が開始される。例えば、夜間の時刻の到来が検知されたタイミングでは太陽電池ストリング130の短絡電流値ISCが極めて小さくI−V特性が安定しているので、このタイミングで故障検査処理が開始されることによりバイパスダイオードの故障の誤検知が防止される。
First, the control /
次に、制御/判定部53によりスイッチ群3,4が制御されて、いずれか1つの検知対象ストリング130とパワーコンディショナ110との間が解列状態に設定されると同時に、検知対象ストリング130と故障検知装置5とが接続される。ここで、解列状態に設定される際には、検知対象ストリング130の両極が切断されてもよいし、検知対象ストリング130の方極側のみが切断されてもよい。この状態において、故障検知装置5の制御/判定部53により、検知対象ストリング130が発電中か非発電中かが判定され、非発電中であるときに以下の処理が開始される。他方、一定量の発電量があるときは、故障検査処理が中止され、当該検知対象ストリング130が故障検知装置5から切り離されて、パワーコンディショナ110に接続される。
Next, the
その後、故障検知装置5の電流源回路51から検知対象ストリング130に対して、負極から正極に向けて電流値I1の電流が供給される。このタイミングで、電圧測定部52により、検知対象ストリング130の負極と正極との間の電位差が測定され、その測定値が制御/判定部53に渡される。これに対して、制御/判定部53により、電位差の測定値が規定の閾値VTH0よりも大きいか否かが判定され、その判定結果を基に検知対象ストリング130に含まれるいずれかのバイパスダイオード150の故障が検知される。そして、制御/判定部53により、検知結果がディスプレイやLED等の出力装置に出力される。最後に、バイパスダイオードの故障が検知されなかった場合(バイパスダイオードが正常と判定された場合)には、制御/判定部53によりスイッチ群3,4が制御されて、検知対象ストリング130と故障検知装置5との間の接続が解除されると同時に、検知対象ストリング130とパワーコンディショナ110との間が接続状態に設定される。
Thereafter, a current having a current value I 1 is supplied from the negative electrode to the positive electrode from the
以上説明した故障検知システム2及びそれを利用したバイパスダイオードの故障検知方法によれば、負荷装置に対して解列状態にある太陽電池ストリング130に対して、負極から正極に向かう規定の電流値I1の電流が供給され、その時に太陽電池ストリング130の負極と正極との間に生じる電位差が測定され、その電位差を基にバイパスダイオード150の故障が検出される。すなわち、バイパスダイオード150が正常であれば当該電位差がバイパスダイオード150の電圧降下値とほぼ同じであり、バイパスダイオード150がオープンモード故障していれば太陽電池セル140の寄生抵抗の電圧降下値が発生するため当該電位差がバイパスダイオード150の電圧降下値に比べて大きくなる。従って、上述した故障検知システム2を利用した故障検知方法によれば、その電位差の大きさの違いを検出することにより、バイパスダイオード150の故障の有無を高精度に判定することができる。また、定電流状態における電位差を測定することで、太陽電池ストリングに大電流を流すおそれも少なく、コンデンサを利用した従来の故障検知方法のようにI−V特性のスキャンの必要もない。これにより、検査時の安全性を確保しつつ簡易かつ正確にバイパスダイオード150の故障を検知することができる。
According to the
上述した故障検知システム2においては、太陽電池ストリング130に関して測定された電位差が閾値VTH0よりも大きい場合にバイパスダイオードの故障が検知されるので、簡易な処理や回路構成でバイパスダイオード150の故障を検知することができる。また、太陽電池ストリング130に対して検査時に供給する電流の値I1は、太陽電池ストリング130の夜間の平均の短絡電流値ISCよりも大きいので、太陽電池ストリング130の発電状態に関わらずバイパスダイオード150の故障を精度よく検出することができる。
In the
また、太陽電池ストリング130に関して測定された電位差が閾値VTH1以上となった場合に太陽電池ストリング130への電流の供給が停止されるので、故障検査時に太陽電池ストリング130に高電圧を印加することによる太陽電池ストリング130の故障を防止することができる。すなわち、太陽電池ストリング130に短絡電流よりも大きな定電流を流すと、太陽電池ストリング130において発電時に発生する電圧に対して逆方向の高電圧を発生させる恐れがあるが、太陽電池ストリング130の電位差が大きくなりすぎた場合に電流の供給を停止することで、このような高電圧の発生を防止することができる。
In addition, since the supply of current to the
[導通不良の故障検査]
続いて、太陽電池ストリング130における導通不良の故障検査について説明する。まず、太陽電池モジュール120及び太陽電池ストリング130の正常時及び導通不良時の電流−電圧特性(以下、「I−V特性」という。)について説明する。
[Failure inspection for continuity failure]
Next, a failure inspection for poor conduction in the
図5は、太陽電池モジュール120の日中(発電中)のI−V特性を示すグラフである。同図中において、L3が導通不良の無い太陽電池モジュール120のI−V特性、L4が導通不良のある太陽電池モジュール120のI−V特性を示している。なお、これらの特性においては、太陽電池モジュール120の正極の電位が負極の電位よりも高い場合が正電圧(V>0)を示し、太陽電池モジュール120の内部において負極から正極に向かう電流を正電流(I>0)で示している。
FIG. 5 is a graph showing the IV characteristics of the
日中(発電中)は、太陽電池モジュール120において導通不良箇所があっても、完全に断線しない限りは開放電圧は変わらない。しかし、太陽電池モジュール120に電流を流した時、太陽電池モジュール120内の導通が正常であれば、図5の特性L3の通り、通常の太陽電池の特性に従って電圧が低下するのに対して、太陽電池モジュール120内に導通不良があると、導通不良箇所が抵抗となり、図5の特性L4の通り、電圧が著しく下がる。なお、電流を増加していくと、導通不良箇所を含む太陽電池モジュール120の電圧は、0Vまで落ちる。しかし、それ以上電流を増やしても、バイパスダイオード150が起動するため、0V(正確にはバイパスダイオード150による電圧降下分)よりも落ちることはない。
During the daytime (during power generation), the open circuit voltage does not change unless there is a complete disconnection even if there is a poor conduction point in the
図6(a)は、太陽電池ストリング130の日中(発電中)のI−V特性を示すグラフである。図6(a)に示すグラフは、太陽電池ストリング130に含まれる各太陽電池モジュール120のI−V特性を直列合成したものである。同図中において、L3が導通不良の無い太陽電池ストリング130のI−V特性、L4が導通不良のある太陽電池ストリング130のI−V特性を示している。図6(a)に示す通り、日中(発電中)は、太陽電池ストリング130において導通不良箇所があっても無くても、完全断線がない限り開放電圧VOCは変わらない。しかし、太陽電池ストリング130に、太陽電池ストリング130が発電可能な電流に比較して僅かな電流I1を流した時、太陽電池ストリング130内の導通が正常であれば、図6(a)の特性L3の通り、通常の太陽電池の特性に従って、ほとんど電圧が低下しないのに対し、太陽電池ストリング130内に導通不良があると、導通不良箇所が抵抗となり、図6(a)の特性L4の通り、特性L3と比べて電圧が著しく下がる(ΔV)。
FIG. 6A is a graph showing the IV characteristics of the
図6(b)は、図6(a)に示すグラフのうち、開放電圧VOC付近のグラフを拡大して示した図である。図6(b)に示す通り、特性L3において電流I1を流した時の電圧をV1、開放電圧VOCとV1との差をΔV1、特性L4において電流I1を流した時の電圧をV2、開放電圧VOCとV2との差をΔV2とする。図6(b)に示す通り、太陽電池ストリング130に電流I1を流した時、特性L3では電圧はΔV1低下するのに対し、特性L4では電圧は、ΔV1よりはるかに大きいΔV2低下する。
FIG. 6B is an enlarged view of the graph in the vicinity of the open circuit voltage V OC in the graph shown in FIG. As shown in FIG. 6 (b), a voltage at a current I 1 in the characteristic L3 V 1, the difference between the open circuit voltage V OC and V 1 [Delta] V 1, at a current I 1 in the characteristics L4 The voltage is V 2 , and the difference between the open circuit voltages V OC and V 2 is ΔV 2 . As shown in FIG. 6B, when the current I 1 is passed through the
上述した太陽電池ストリングのI−V特性を利用して、制御/判定部53は、太陽電池ストリング130の導通不良を判定する。具体的には、制御/判定部53は、スイッチ群3を制御して、いずれか1つの検査対象の太陽電池ストリング130(以下、検知対象ストリングとも言う。)とパワーコンディショナ110との間を解列状態に設定すると同時に、スイッチ群4を制御して、検知対象ストリング130と故障検知装置5の電流源回路51及び電圧測定部52とを接続する。例えば、制御/判定部53は、スイッチング素子31A,31Bのペア、スイッチング素子32A,32Bのペア、或いはスイッチング素子33A,33Bのペアのいずれかのペアを開状態に制御するとともに、それに対応して、スイッチング素子41A,41Bのペア、スイッチング素子42A,42Bのペア、或いはスイッチング素子43A,43Bのペアのいずれかのペアを閉状態に制御する。
Using the above-described IV characteristics of the solar cell string, the control /
この状態で、制御/判定部53は、まず、スイッチ54を開いて定電流装置511を解列し知対象ストリング130を開放状態にしたうえで、電圧測定部52を制御して、検知対象ストリング130の負極と正極との間の電位差である開放電圧VOCを測定させる。次に、制御/判定部53は、スイッチ54を閉じて定電流装置511を検知対象ストリング130に接続した上で、電流源回路51を制御して、検知対象ストリング130の負極と正極との間に(例えば、負極から正極に向けて)、電流I1の電流を発生させる。そして、制御/判定部53は、電圧測定部52を制御して、電流源回路51によって電流I1に制御された時の検知対象ストリング130の負極と正極との間の電位差である定電流時電圧を測定させる。さらに、制御/判定部53は、電圧測定部52によって測定された検知対象ストリング130の開放電圧VOCと定電流時電圧との差である電圧変化値ΔVを算出し、電圧変化値ΔVが規定の閾値VTH2よりも大きいか否かを判定し、電圧変化値ΔVが閾値VTH2よりも大きい場合に検知対象ストリング130の導通不良を検知する。このような制御/判定部53の機能により、検知対象ストリング130のI−V特性が図6に示す特性L3、L4のいずれの特性にあるかを判別することができ、I−V特性が特性L4であると判別された場合に導通不良を検知することができる。なお、電流I1は、検知対象ストリング130の日中(発電中)の短絡電流より大きいと、バイパスダイオード150により電圧降下してしまう。また、電流I1が小さすぎると、ΔVが小さく、検出が不確実になる。
In this state, the control /
次に、上述した太陽光発電システム1を対象にした導通不良検査の手順を説明するとともに、本実施形態に係る導通不良検知方法について詳述する。
Next, a continuity failure inspection procedure for the above-described photovoltaic
まず、故障検知装置5の制御/判定部53により、内蔵する計時機能を利用して所定時刻の到来が判定された場合、導通不良検知処理が開始される。制御/判定部53により、スイッチ群3,4が制御されて、いずれか1つの検知対象ストリング130とパワーコンディショナ110との間が解列状態に設定されると同時に、検知対象ストリング130と故障検知装置5とが接続される。ここで、解列状態に設定される際には、検知対象ストリング130の両極が切断されてもよいし、検知対象ストリング130の一方極側のみが切断されてもよい。この状態において、故障検知装置5の制御/判定部53は、検知対象ストリング130が発電中か非発電中かを判定し、発電中であるときに以下の処理を開始する。他方、発電量が所与の値以下のときは、導通不良検知処理を中止して、当該検知対象ストリング130を故障検知装置5と切り離し、パワーコンディショナ110に接続する。
First, when the control /
次に、電圧測定部52により、検知対象ストリング130の開放電圧VOCが測定される。その後、故障検知装置5の電流源回路51から検知対象ストリング130に対して、負極と正極との間に(例えば、負極から正極に向けて)電流I1が供給される。このタイミングで、電圧測定部52により、検知対象ストリング130の定電流時電圧が測定され、その測定値が制御/判定部53に渡される。これに対して、制御/判定部53により、測定された開放電圧VOCと測定された定電流時電圧との差である電圧変化値ΔVが算出され、電圧変化値ΔVが規定の閾値VTH2よりも大きいか否かが判定され、その判定結果を基に検知対象ストリング130の導通不良が検知される。そして、制御/判定部53により、検知結果がディスプレイやLED等の出力装置に出力される。最後に、導通不良が検知されなかった場合には、制御/判定部53によりスイッチ群3,4が制御されて、検知対象ストリング130と故障検知装置5との間の接続が解除されると同時に、検知対象ストリング130とパワーコンディショナ110との間が接続状態に設定される。
Next, the
以上説明した故障検知システム2及びそれを利用した導通不良検知方法によれば、太陽電池ストリング130に対して、太陽電池ストリング130の負極及び正極を開放状態にした時の太陽電池ストリング130の負極と正極との間の電位差である開放電圧VOCが測定される。さらに、負極と正極との間に(例えば、負極から正極に向けて)規定の電流値の電流が供給された時の太陽電池ストリング130の負極と正極との間の電位差である定電流時電圧が測定される。そして、測定された開放電圧と定電流時電圧との差ΔVに基づいて太陽電池ストリング130の導通不良が判定される。ここで、一般的に、太陽電池ストリング130内部に導通不良箇所が存在する場合、太陽電池ストリング130が発電したとき、導通不良箇所が抵抗となって、導通不良がない場合と比較して著しく電圧が降下する。従って、上述した故障検知システム2、或いは導通不良検知方法によれば、開放電圧と定電流時電圧との差を検出することにより、太陽電池ストリング130の導通不良を正確に判定することができる。また、定電流状態における電位差を測定することで、太陽電池ストリング130に大電流を流すおそれも少なく、コンデンサを利用した従来の診断方法のようにI−V特性のスキャンの必要もない。これにより、検査時の安全性を確保しつつ簡易かつ正確に太陽電池ストリング130の導通不良を検知することができる。
According to the
上述した故障検知システム2においては、制御/判定部53は、開放電圧VOCと太陽電池ストリング130に対して規定の電流I1を供給した時に測定された定電流時電圧との差ΔVが、閾値VTH2よりも大きい場合に太陽電池ストリング130の導通不良を判定してもよい。こうすれば、測定した差ΔVと閾値VTH2とを比較するという二値的な判定を行うことで、簡易な処理や回路構成で太陽電池ストリング130の導通不良を検知することができる。
In the
[太陽電池検査用電流制御装置の構成]
続いて電流源回路51(太陽電池検査用電流制御装置)について詳述する。図7は、電流源回路51の構成図である。図7に示す通り、電流源回路51は、定電流装置511と電圧源装置512とを具備しており、定電流装置511と電圧源装置512は直列に接続されている。電流源回路51は、前述の通り、検知対象となる太陽電池ストリング130を流れる電流を、その発電状態に関わらず、規定の値の定電流に制御する回路であり、非発電時には定電流装置511と電圧源装置512とにより生成する電流値を制御することで、太陽電池(太陽電池ストリング130)におけるバイパスダイオードの故障の検査に適した電流値の定電流を生成する。さらに、電流源回路51は、発電時電においては、定電流装置511により電流値を制御することで、太陽電池(太陽電池ストリング130)における導通不良の検査に適した電流値の定電流を生成する。つまり、本実施形態に係る太陽電池検査用電流制御装置は、一つの装置で太陽電池におけるバイパスダイオードの故障の検査及び太陽電池における導通不良の検査の2つの検査を行うことができる。
[Configuration of current control device for solar cell inspection]
Next, the current source circuit 51 (current control device for solar cell inspection) will be described in detail. FIG. 7 is a configuration diagram of the
定電流装置511は、検査用に接続された太陽電池ストリング130の発電状況に関わらず、抵抗(または内部抵抗)を変化させ太陽電池ストリング130に流れる電流を規定の定電流値(例えば、上述のI1)になるように制御する装置である。定電流装置511としては、電流を定電流に制御するものであれば如何なる構成のものも用いることができ、例えば、オペアンプや、トランジスタ、定電流ダイオード等を用いた電気回路により構成することができる。
Regardless of the power generation status of the
電圧源装置512は、検査用に接続された太陽電池ストリング130に直流電力を供給する装置であり、太陽電池ストリング130の発電中であると否とに関わらず、電力を供給する。電圧源装置512から供給される電力は、非発電時(夜間)においては太陽電池ストリング130内に供給されて、バイパスダイオードの故障検知に使用され、発電時(日中)においては定電流装置511の抵抗により消費される。電圧源装置512は、直流電力を発生させるものであれば如何なる構成のものも用いることができ、例えば、直流電源回路や乾電池などの電圧源を有する構成することができる。なお、本実施の形態においては、電圧源装置512が供給しうる電圧値の上限をV3(図8(a)参照)とし、それ以上の電圧を発生しないように構成するが、電圧源をV3の定電圧源として構成しても良い。
The
なお、以下では、電圧源装置512は、太陽電池ストリング130に接続されれば常時電力を供給するものとして説明するが、制御/判定部53の指示信号に応じて、太陽電池ストリング130の非発電時には電力を供給し、発電時においては電力の供給を停止し、電圧源をバイパスさせる回路を設けて、太陽電池ストリング130の発電する電流を流す(即ち、電圧源を迂回させる回路に流す)構成としても良い。
In the following description,
ここで、電流及び電圧の符号を、上述のバイパスダイオードの故障検査や導通不良の故障検査の説明と同様に、以下の通り定める。すなわち、太陽電池ストリング130(太陽電池)の内部において負極から正極に向けて電位が上がる場合(太陽電池の外部で、正極から負極に向けた電位が上がる場合)が正電圧(V>0)を示し、太陽電池ストリング130の内部において負極から正極に向かう電流(太陽電池の外部で、正極から負極に向かう電流)を正電流(I>0)で示している。従って、太陽電池ストリング130と電流源回路51とを含む閉回路の合計電圧は0になる。太陽電池ストリング130と電流源回路51とを接続した時には、電流値は同じ、電圧は絶対値が同じで符号が逆になる。すなわち、太陽電池ストリング130で発生した電圧ゲイン(またはバイパスダイオード150による電圧損失)は、電流源回路51による電圧降下(または電圧ゲイン)と釣り合う。
Here, the signs of current and voltage are determined as follows, similarly to the description of the above-described bypass diode failure inspection and conduction failure failure inspection. That is, when the potential increases from the negative electrode toward the positive electrode inside the solar cell string 130 (solar cell) (when the potential increases from the positive electrode toward the negative electrode outside the solar cell), the positive voltage (V> 0) is obtained. In the
図8(a)は、電流源回路51が生成する電流のI−V特性である特性L5を示すグラフである。図8(a)のグラフにおいて、電圧が正の領域(第1象限及び第4象限)は、電流源回路51が電源として電力を測定対象の太陽電池ストリング130に送り込む動作を表している領域を示している。夜間にバイパスダイオード150の開放故障検出を行うときの動作モードはこの電圧が正の領域である。一方、電圧が負の領域(第2象限及び第3象限)は、電流源回路51が負荷として動作する領域を示している。昼間に発電している太陽電池ストリング130に対し、電流源回路51が少しだけ電流を通過させて太陽電池ストリング130の導通不良を診断するときの動作モードがこの電圧が負の領域である。
FIG. 8A is a graph showing a characteristic L5 which is an IV characteristic of the current generated by the
図8(a)に示す通り、電流源回路51は、電圧0Vから電圧V3(V3>0)の間では電流値I1の定電流を流し、電圧V3以上は電力を供給しない。なお、電流源回路51には逆電流を防止するためのブロッキングダイオードを設けることが望ましい。ブロッキングダイオードの耐電圧|V5|(V5>V3)を太陽電池ストリング130の開放電圧値の絶対値|VOC|より大きな値に設定することで、太陽電池ストリング130の電極を逆に接続した場合に、逆電流が電流源回路51内に流れることを防止することが可能になる。また、定電流装置511の耐電圧|V4|(V4<0)は後述の通り、太陽電池ストリング130の開放電圧値の絶対値|VOC|より大きい必要がある。
As shown in FIG. 8A, the
図8(b)は、太陽電池ストリング130の夜間及び日中の正常時のI−V特性を示すグラフである。図8(b)の特性L1は、太陽電池ストリング130の夜間の正常時のI−V特性を示しており、図4における特性L1に対応するものである。一方、図8(b)の特性L3は、太陽電池ストリング130の日中の正常時のI−V特性を示しており、図6における特性L3に対応するものである。図8(b)における点A及びBは、それぞれ特性L1及びL3の電流値I1に対応する点である。上述のバイパスダイオードの故障検査及び導通不良の故障検査の説明の通り、故障検知システム2は、点Aにおける電位差に基づいてバイパスダイオードの故障を検知し、点Bにおける電位差に基づいて導通不良の故障を検知する。なお、図8(a)と図8(b)との間の2つの点線矢印が示す通り、図8(b)における点A及びBの電流/電圧は、図8(a)に示す点A及びBの電流/電圧に対応する。すなわち、図8(a)において、電流源回路51は、点Aにおいてバイパスダイオードの故障を検知し、点Bにおいて導通不良の故障を検知する。
FIG. 8B is a graph showing the IV characteristics of the
続いて、電流源回路51が生成する電流のI−V特性について、上述のバイパスダイオードの故障検査や導通不良の故障検査を実行する上での要件1〜5について説明する。
Next,
<要件1>
まず、図8(a)のV3の値に関する要件1について説明する。以降では、V3を発生可能電圧と呼ぶ。図9は、図4(a)と同様に、太陽電池ストリング130の夜間のI−V特性を示すグラフである。特性L1、L2及び電流I1については図9と同様のため、説明を省略する。ΔVBは、太陽電池ストリング130内のバイパスダイオード150の電圧降下値の総和を示している。特性L5は、電流源回路51が生成する電流のI−V特性であり、図9は太陽電池ストリング130におけるI−V特性を示すグラフであるため、図8(a)に示す電流源回路51が生成する電流のI−V特性について、電圧が反転表示されたものとなっている。
<
First, it will be described
図8(a)のグラフの正電圧側の電力を受け取る太陽電池ストリング130は、図9の負電圧側で動作する。太陽電池ストリング130(またはバイパスダイオード150)の動作点は、上述の通り閉回路の合計電圧は0であるから、
電流源回路51の電圧+太陽電池ストリング130(またはバイパスダイオード150)の電圧=0
となることから、図9におけるL1とL5の交点である点A(バイパスダイオード150の正常時)またはL2とL5の交点である点A’(バイパスダイオード150の開放故障時)となる。以上より、発生可能電圧V3は、図9に示すΔVBよりも大きな値である必要がある(要件1)。
The
Voltage of
Therefore, the point A is an intersection of L1 and L5 in FIG. 9 (when the
例えば、具体的には図2に示す太陽電池ストリング130が90枚の太陽電池モジュール120(1クラスタにより構成された太陽電池モジュール)を直列接続して構成されている場合を想定すると、90クラスタとなる。ここにクラスタとは、直列接続された複数の太陽電池セル140(図2では6枚)と、これに並列接続されたバイパスダイオード150とから構成される単位である。1クラスタでのバイパスダイオードの電圧降下を0.4Vとすれば、発生可能電圧V3は、36V(=90クラスタ*0.4V)よりも大きな値である必要がある。
For example, specifically, assuming that the
<要件2>
続いて、図8(a)のV4の値に関する要件2について説明する。以降では、V4を吸収可能電圧と呼ぶ。図10は、図6(a)と同様に、太陽電池ストリング130の日中のI−V特性を示すグラフである。特性L3、L4、電流I1、電圧VOCについては図6と同様のため、説明を省略する。また、特性L5は、図9と同様のため、説明を省略する。
<
The following describes the
図8(a)のグラフの負電圧側の電力を受け取る太陽電池ストリング130は、図10の正電圧側で動作する。太陽電池ストリング130の動作点は、図9と同様に、
電流源回路51の電圧+太陽電池ストリング130の電圧=0
となることから、図10におけるL3とL5の交点である点B(太陽電池ストリング130の正常時)またはL4とL5の交点である点B’(太陽電池ストリング130の導通不良時)となる。なお、上述の導通不良の故障検査の説明で挙げた通り、導通不良の故障検査では、VOCと、電流を流したときの点Bの電位差及び点B’の電位差の差とから、導通状態を反映する。以上より、吸収可能電圧V4は、図10に示すVOCよりも大きな値である必要がある(要件2)。
The
Voltage of
Therefore, the point B is an intersection of L3 and L5 in FIG. 10 (when the
<要件3>
続いて、図8(a)の特性L5のうち、電圧がV3からV5までの間の電流である過電圧時動作電流に関する要件3について説明する。故障検知システム2において、誤配線などによって太陽電池ストリング130の正負が逆に接続され、電流源回路51が発生可能な電圧よりも大きな電圧を外部から印加されても、逆電流による事故を起こさないことが必要である。このためには、図8(a)に示した過電圧時動作電流は0Aであることが好ましい(要件3)。
<
Next,
<要件4>
続いて、図8(a)の電圧V5である耐電圧に関する要件4について説明する。故障検知システム2において、誤配線などによって太陽電池ストリング130の正負が逆に接続された場合の電圧は、太陽電池ストリング130の開放電圧に達する。よって、図8(a)に示した耐電圧は、太陽電池ストリング130の開放電圧以上であることが必要である(要件4)。
<
Next, description will be given
<要件5>
続いて、電流源回路51が生成する電流値の要件5について説明する。電流源回路51が生成する定電流値I1は、バイパスダイオード故障診断の観点からは、夜間の光強度による電流に比べて十分に大きな値であることが必要である(要件5その1)。さもないと、判定が困難となる。例えば、夜間に街灯などの影響で少量の発電をしている(短絡電流1mA程度で発電している)太陽電池ストリング130に対し、定電流値I1を1mAに設定された電流源回路51を接続した場合、当該太陽電池ストリング130の動作電圧は0V付近になるため、バイパスダイオード150がオープン故障していても、電圧降下を測定できず、故障を検知できない。他方、電流源回路51が生成する定電流値I1は、導通不良の診断の観点からは、日中の電流に比べて十分に小さな値であることが必要である(要件5その2)。例えば、日中に充分な日射を受けて短絡電流5Aで発電している太陽電池に対し、定電流値I1を4Aに設定された電流源回路51を接続した場合、導通不良が無くても開放電圧と比較して著しく電圧が低下するため、導通不良の検知が困難となる。したがって、定電流源回路51により生成させる定電流値I1は、太陽電池ストリング130の夜間における平均的な短絡電流値よりも大きく、且つ、日中における平均的な最大動作点電流Ipmよりも小さいことが望ましい。
<
Next,
以上が、電流源回路51が生成する電流のI−V特性について、上述のバイパスダイオードの故障検査や導通不良の故障検査を実行する上での要件1〜5である。電流源回路51は、少なくとも要件1及び2を満たす。
The above are the
[太陽電池検査用電流制御装置の回路構成例]
図11は、電流源回路51の回路構成図の例を示す図である。図11において、電圧源装置512は定電圧源513及びバイパスダイオード516を並列接続してなる素子により構成され、定電流装置511は定電流ダイオード(CRD(Current Regulative Device))514及びツェナーダイオード515を並列接続してなる素子3つを直列接続されて構成される。ここで、CRDとは、加える電圧や負荷抵抗が変わっても通過する電流が一定に保たれるパッシブデバイスであり、定電圧源513と直列接続することにより、定電流源を安価、簡単に製造することができる。また、図11に示すとおり、定電流装置511及び電圧源装置512には、ブロッキングダイオード(逆流防止ダイオード)517が直接接続されている。
[Circuit configuration example of current control device for solar cell inspection]
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration diagram of the
続いて、図11に示す電流源回路51の回路構成図が上述の要件1〜5を満たす上で必要な条件を示す。
Subsequently, conditions necessary for the circuit configuration diagram of the
<要件1>
まず、要件1を満たすため、すなわち、発生可能電圧V3を太陽電池ストリング130内のバイパスダイオード150による電圧降下値の総和ΔVBよりも大きな値とするためには、定電圧源513が発生する電圧を、電圧降下値の総和ΔVBよりも大きな値とすればよい。
<
First, the
<要件2>
続いて、要件2を満たす条件、すなわち、吸収可能電圧V4を開放電圧VOCよりも大きな値とするための条件について説明する。まず、電流源回路51を太陽電池発電中に使用する場合を考えると、定電流ダイオード514は定電圧源513と太陽電池の合計電圧に耐えてそれを降圧し、電流を制御することが必要である。定電流ダイオード514の耐圧は100V以下であるため、複数の定電流ダイオード514を直列に接続して、耐圧を確保する必要がある。しかし、実際には、複数の定電流ダイオード514を直列に接続しただけでは、耐圧は確保されない。これは、定電流ダイオード514個体間の僅かな電流の差によって、電流の小さな定電流ダイオード514に電圧が集中して破壊が起こる虞があるためである。図12は、電流値がずれたCRDを直列接続した際のI−V特性を示す図である。図12において、領域R1が、電圧集中による破損の虞がある領域である。
<
Next, a condition that satisfies
この対策として、電流源回路51では、図11に示す通り、個々の定電流ダイオード514に、その耐圧以下で動作するツェナーダイオード515を並列接続し、それを直列接続している。図13は、CRDとツェナーダイオードとの並列接続による効果を示した図である。図13において、特性L10は図12と同様にCRDのI−V特性を示し、特性L11はツェナーダイオードのI−V特性を示し、特性L12はCRDとツェナーダイオードとの並列接続によるI−V特性を示し、領域R2が安定動作領域を示している。このように電流源回路51では、全定電流ダイオード514にその耐圧以下で動作するツェナーダイオード515を並列接続することで、電圧集中による破損の虞がある領域R1をなくすことができる。
As a countermeasure against this, in the
ここで、太陽電池の電圧と定電圧源513とは加極的にはたらく。よって、電流源回路51は、要件2を満たすために、その合計電圧に耐える段数だけ、定電流ダイオード514とツェナーダイオード515とからなる定電流素子を直列に接続すればよい。図14(a)は、3つの定電流素子のそれぞれのI−V特性L20〜L22の例を示し、図14(b)は、それら3つの定電流素子を直列接続した時のI−V特性の例を示している図である。
Here, the voltage of the solar cell and the
さらに、事故等によりそれを超える異常な電圧が印加されて全ツェナーダイオード515が動作した場合や、定電流ダイオード514が短絡モード故障した場合は、定電圧源513を大電流が通過する可能性がある。この場合に備えて、ツェナーダイオード515は太陽電池の短絡電流を通過させることができるものを使用し、定電圧源513には太陽電池の短絡電流を通過させることができるバイパスダイオード516を並列接続しておくことが好ましい。
In addition, when an abnormal voltage exceeding that is applied due to an accident or the like, all the
<要件3及び4>
続いて、要件3及び4を満たすため、すなわち、図8(a)において電圧がV3からV5までの間の電流である過電圧時動作電流は0Aであり、及び耐電圧V5は太陽電池ストリング130の開放電圧以上であるためには、定電圧源513と定電流素子とから構成される定電流源に、十分な耐電圧を有するブロッキングダイオード517を直列に接続すればよい。このブロッキングダイオード517は、施工の誤り等により太陽電池が逆極性に接続されても事故を起こさないために必要である。
<
Then, to satisfy the
<要件5>
続いて、要件5を満たすため、すなわち、電流源回路51が生成する電流値は、夜間の光強度における短絡電流値に比べて十分に大きな値であり、日中の短絡電流値に比べて十分に小さな値であるためには、使用する定電流ダイオード514を選定することで所望の電流値を設定することができる。
<
Subsequently, in order to satisfy the
以上の通り、図11に示す電流源回路51の回路構成図では、上記各要件1〜5を満たすと共に、安価な汎用部品だけで実現でき、スイッチング素子の制御も不要である等、FET等を利用した電流源に比較して、構成が単純である。それゆえに、動作が簡単であり、ゲートドライブの問題等による不安定性の虞がなく、安定した電流を確実に得ることができ、太陽電池の故障検査を確実の行うことができる。
As described above, the circuit configuration diagram of the
1…太陽光発電システム(太陽電池システム)、2…故障検知システム、3…スイッチ群(スイッチング部)、5…故障検知装置、51…電流源回路、52…電圧測定部、53…制御/判定部、54…スイッチ、551…電流計、61〜66…接続点、100…太陽電池アレイ、110…パワーコンディショナ(負荷装置)、120…太陽電池モジュール、130…太陽電池ストリング(検知対象ストリング)、140…太陽電池セル、150…バイパスダイオード、511…定電流装置、512…電圧源装置、513…定電圧源、514…定電流ダイオード、515…ツェナーダイオード、516…バイパスダイオード、517…ブロッキングダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池検査用電流制御装置。 The constant current device is composed of a plurality of elements formed by connecting a constant current diode and a Zener diode in parallel.
The current control device for solar cell inspection according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池検査用電流制御装置。 The voltage source device is a constant voltage source.
The current control device for solar cell inspection according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の太陽電池検査用電流制御装置。 The voltage source device applies a voltage larger than the absolute value of the sum of voltage drop values during normal operation of the bypass diode in the solar cell as the absolute value of the voltage applied between the positive and negative electrodes of the solar cell.
The solar cell inspection current control device according to claim 1, wherein the solar cell inspection current control device is a solar cell inspection current control device.
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の太陽電池検査用電流制御装置。 The positive and negative withstand voltages of the solar cell inspection current control device are larger than the open-circuit voltage value of the solar cell,
The current control device for solar cell inspection according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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