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JP2004287787A - Failure detection device and method - Google Patents

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JP2004287787A
JP2004287787A JP2003078371A JP2003078371A JP2004287787A JP 2004287787 A JP2004287787 A JP 2004287787A JP 2003078371 A JP2003078371 A JP 2003078371A JP 2003078371 A JP2003078371 A JP 2003078371A JP 2004287787 A JP2004287787 A JP 2004287787A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
assembly
failure detection
failure
aggregate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2003078371A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashige Tamechika
正成 爲近
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2003078371A priority Critical patent/JP2004287787A/en
Publication of JP2004287787A publication Critical patent/JP2004287787A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a failure of a solar battery not by relative comparison but with an absolute measurement value. <P>SOLUTION: It is determined whether or not the output of a solar battery string is connected to a load (S1-S2). When the output of the solar battery string is not connected to the load, voltage is applied to the solar battery string to measure the resistance value (S3-S9), and the failure of a group is determined based on the measured resistance value (S10-S12). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する利用分野】
本発明は故障検出装置およびその方法に関し、例えば、太陽電池のシャント抵抗値を測定して太陽電池の故障を検出する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池の故障検出には様々な方法がある。図1に一般的な太陽電池の故障検出装置906の構成を示す。
【0003】
複数の太陽電池ストリング902の出力電力は、それぞれ接続箱907へ導かれ、接続箱907内の直流遮断機903、サージアブソーバ904および逆流防止ダイオード905を通った後、並列接続される。その後、太陽電池の出力電力は、パワーコンディショナ908に供給される。
【0004】
故障検出装置906の電流測定器909は、各太陽電池ストリング902とパワーコンディショナ908との間を流れる電流を測定して、測定結果を制御回路910に入力する。制御回路910は、常時、各太陽電池ストリング903の電流値を積算して、単位時間当りの平均電流を算出する。そして、平均電流が最大のストリングの平均電流値に対する各ストリングの平均電流値の割合が設定値以下になると、制御回路910は、その内部のカウンタをカウントアップする。さらに、そのカウント数が所定値を超えると、制御回路910は、想定以上に出力が低下していると判断して警報を発する。
【0005】
このような構成の太陽電池故障検出装置は、例えば特開2000−214938公報に開示されている。
【0006】
上記の太陽電池の故障検出方法には、次の問題がある。
(1) ストリング同士の比較で判定しているため、一つの太陽電池ストリングだけが出力低下を起こすような突発的な故障には対応できるが、太陽電池アレイが全体的に出力低下を起こしているような故障や、太陽電池の寿命推定には使用できない。
(2) 例えば隣家の工事により、十数日間に亘って、一部のストリングが陰になる場合や、近くの大木により、冬になると必ず一部のストリングが陰になる場合など、故障でないにもかかわらず警報が発せられるケースに対処するには、一々、設定値を変更する必要がある。
【0007】
なお、複数の太陽電池セルが直列化または並列化されたストリングやアレイを集合体と呼ぶ場合があるが、便宜上、一つの太陽電池セルだけの場合でも集合体と呼ぶことにする。
【0008】
【特許文献】
特開2000−214938公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するためのもので、相対的な比較ではなく、絶対的な測定値により太陽電池の故障を検出することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【0011】
本発明は、一つまたは複数の太陽電池セルが直列化または並列化された集合体の故障を検出する際に、集合体の出力と負荷とが接続されているか否かを判定し、集合体の出力と負荷とが非接続の場合、集合体に電圧を印加して集合体の抵抗値を測定し、測定した抵抗値に基づき集合体の故障を判定することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
[概要]
図2はシャント抵抗値低下による発電電力量への影響を示す図で、実際に日本各地で測定されたシャント抵抗値の充分高いサンプル(すなわち正常品サンプル)の発電電力量データを基に、シャント抵抗値の変化によって発電電力量がどのように変化するかをシミュレートした結果を示す。勿論、このシミュレート結果と、実際に短絡故障したサンプルの発電電力量とを比較して、シミュレートの確度は検証済みである。図2に示す結果からみると、シャント抵抗値の低下は、50kΩ・cm2以下になった辺りから徐々に発電電力量に影響を及ぼし始め、10kΩ・cm2を切ると急激に発電電力量の低下を引き起こす。
【0013】
本実施形態は、太陽電池のシャント抵抗値の低下に着目して太陽電池の故障を検出するものである。太陽電池のシャント抵抗値の低下を検出することで、太陽電池の故障を、上述したような、相対比較により行う必要がなくなる。
【0014】
さらに、太陽電池のシャント抵抗値を検知する方法は、太陽電池アレイの一部を交換したとしても、その影響を故障の判断において完全に無視することができる。そのため、未交換の太陽電池のシャント抵抗値が、経年劣化などによって低下していき、最終的に発電に影響を及ぼすまで低下した時点で故障とみなすことができるため、太陽電池の寿命を最大限利用できるほか、太陽電池のシャント抵抗値から残りの寿命を推定することもでき、寿命が短い太陽電池を予め交換することも可能になる。
【0015】
なお、本実施形態の故障検出方法は、短絡故障モードが比較的多い、薄膜太陽電池においてとくに有効である。なお、太陽電池は、常に、短絡故障モードに陥るわけではなく、様々な故障モードが存在する。従って、太陽電池の故障判定は、一つ方法だけで行うのではなく、周知の幾つかの故障検出方法を併用することが好ましい。
【0016】
[構成]
以下、本発明にかかる実施形態の太陽電池の故障検出装置を図面を参照して詳細に説明する。
【0017】
図3は実施形態の接続箱3および太陽電池の故障検出装置9の基本構成例を示すブロック図である。なお、図1に示した接続箱907と同様、接続箱3は直流遮断機903およびサージアブソーバ904を備えているが、図3では省略する。
【0018】
太陽電池の集合体である太陽電池ストリング1の出力は、接続箱3に供給され、接続箱3内の逆流防止ダイオード2を通してパワーコンディショナ4に供給される。なお、故障検出装置9は、一般的に多用されるストリング構成の太陽電池の集合体を接続する例を示すが、太陽電池を並列接続した集合体を接続する場合も同様に使用できる。
【0019】
故障検出装置9において、出力可変式のバイポーラ直流電源装置5は、リレー6を通して太陽電池ストリング1に接続されている。直流電源装置5の正極側は太陽電池ストリング1の正極に、同負極側は太陽電池ストリング1の負極に接続されている。
【0020】
太陽電池ストリング1の出力電圧は、抵抗分圧器7によって分圧され、制御回路10に入力され、制御回路10内のA/Dコンバータによってディジタル情報に変換される。
【0021】
太陽電池ストリング1からパワーコンディショナ4に供給される電流値は、電流測定器8によって電圧信号に変換されて制御回路10に入力され、制御回路10内のA/Dコンバータによってディジタル情報に変換される。
【0022】
図4は制御回路10の構成例を示すブロック図である。
【0023】
CPU 104は、メモリ105のROM領域に格納されたプログラムに従い、メモリ105のRAM領域をワークメモリに使用して、故障検出装置9の動作を制御する。そして、CPU 104は、プログラムに組み込まれた試験を実行すると、D/Aコンバータ106に直流電源装置5に入力する制御電圧Vcを出力させる。直流電源装置5は、制御電圧Vcに応じた出力電圧を出力する。
【0024】
電流測定器8から出力されるストリングの電流値を示す電圧信号101、分圧器7から出力されるストリングの出力電圧値を示す電圧信号102は、A/Dコンバータ103によってディジタル信号に変換され、CPU 104に入力される。
【0025】
CPU 104に接続されたI/Oポート108には、警報機11およびリレー6が接続され、CPU 104は警報器11を鳴動させたり、リレー6の開閉を行うことができる。
【0026】
また、詳細は後述するが、メモリ105のROM領域には規定の抵抗閾値が格納されている。さらに、制御回路10および直流電源装置5を駆動するための電源は、商用電源から得るか、太陽電池ストリングの出力および接続箱3内に設置した太陽電池ストリングの出力で充電される二次電池から得ればよい。
【0027】
【第1実施形態】
図5は第1実施形態の接続箱および故障検出装置の構成例を示すブロック図である。
【0028】
制御回路10は、太陽電池ストリング1が発電している間、リレー6をオフ状態に維持する。
【0029】
故障検出動作時は、測定対象の太陽電池ストリング1がパワーコンディショナ4などの負荷に接続されていないことが必要である。また、シャント抵抗値の測定は太陽電池に充分な光が当たっていない時が望ましく、言い換えれば、非発電時のシャント抵抗値の測定が好ましい。なお、この非発電時のシャント抵抗値とは、必ずしも、暗室に太陽電池をおいた時のダークシャント抵抗値を意味するものではなく、太陽電池の故障を絶対値で評価できる程度のごく弱い日射状態におけるシャント抵抗値も含む。シャント抵抗値は、外部環境に影響され難い特性を有するが、日射が非常に強い時、シャント抵抗値の測定結果には、日射変動などによる影響が生じる。従って、本実施形態では、このような影響を排除するために、非発電時のシャント抵抗値を測定する。
【0030】
図6は制御回路10が実行する故障検出動作を示すフローチャートである。
【0031】
制御回路10は、非発電状態であることを判断するために、各ストリング1からパワーコンディショナ4に流れる電流を測定する(S1)。パワーコンディショナ4は、太陽電池の発電量が小さい、または、非発電状態と判断すると、太陽電池とパワーコンディショナ4の出力側(例えば商用電力系統)との接続を遮断する。従って、各ストリング1からパワーコンディショナ4に流れる電流が零または極めて小さくなれば非発電状態と判断(S2)することができる。制御回路10は、ステップS1およびS2を周期的に実施することで、非発電状態を検出し、以降の故障検出動作を実行する。
【0032】
制御回路10は、非発電状態を検出すると、直流電源装置5に、太陽電池ストリング1の開放電圧の約1/3から1/2程度の電圧V1を出力させ(S3)、試験対象の太陽電池ストリング1に接続されたリレー6を閉じ(S4)、試験対象の太陽電池ストリング1の端子電圧および電流を測定する(S5)。
【0033】
次に、制御回路10は、直流電源装置5に、太陽電池ストリング1内のバイパスダイオードの順方向降下電圧Vfに、バイパスダイオードの直列数を掛けた電圧、例えばVf=0.8Vで直列数が10ならば8V以内の負電圧V2(例えば−8Vから0V)を出力させる(S6)。なお、この負電圧は、太陽電池ストリング1が発電時に発生する電圧の向きに対して逆向きの極性をもつ電圧である。そして、試験対象の太陽電池ストリング1の端子電圧および電流を測定し(S7)、その後、リレー6を開く(S8)。
【0034】
次に、制御回路10は、試験対象の太陽電池ストリング1に加える電圧をV1からV2に変化させた時の、測定電圧の変化値ΔVおよび電流変化ΔIからシャント抵抗値Rshを計算する(S9)。
Rsh = ΔV/ΔI …(1)
【0035】
そして、制御回路10は、算出したシャント抵抗値Rshと、メモリ105に格納された規定の抵抗閾値Thとを比較し(S10)、Rsh<Thであれば試験対象のストリングが故障と(S111)、Rsh≧Thであれば正常と判断する(S12)。
【0036】
制御回路10は、ステップS3からS11の処理を太陽電池ストリング1の数分繰り返し、各太陽電池ストリング1の故障・正常を判断する。そして、太陽電池ストリングすべての試験が終了したと判断(S13)すると、処理を終了する。なお、故障した太陽電池ストリングが合った場合の警報の発生は、ステップS11の判断直後でもよいし、上記処理の終了後でもよい。
【0037】
なお、直流電源5は電圧を上記2点の電圧V1、V2を出力できれば、安価なスイッチング電源であっても、太陽電池から充電された2次電池にレギュレータを付けたような回路であっても構わない。また、故障の報知方法は、警報の鳴動に限らず、例えば、各太陽電池ストリング1に対応するLEDを点滅したり、正常な太陽電池ストリングに対してグリーンのLEDを点灯し、故障した太陽電池ストリングに対してレッドのLEDを点灯するなどでもよい。
【0038】
なお、シャント抵抗値の低下を太陽電池ストリング1の故障と表現したが、それ自体危険な故障ではなく、太陽電池の寿命を示すものである。従って、シャント抵抗値の低下した太陽電池ストリング1があっても太陽光発電装置の運転を継続しても問題なく、その点を考慮すれば、ブザーなどの警報を鳴動させるよりは、LED表示などの静かな警報手段を用いることが望ましい。
【0039】
測定頻度は一日一回で充分である。また、リレー6にはメカニカルリレーを使用してもよいが、フォトMOSリレーなどの半導体部品で構成すれば信頼性を向上することができる。
【0040】
また、直流電源装置5の出力電圧を正確に制御することができれば、電圧ΔVを測定するための分圧器7やA/Dコンバータを省略することができる。
【0041】
試験は、太陽電池ストリング1が負荷から切り離されていれば昼間でも構わないが、昼間の太陽光の急激な変化などによる外乱を避けることを考慮すると、タイマにより、ある時間範囲(例えば夜間)を試験条件としたり、太陽電池ストリング1の電圧測定値0Vを測定条件としたり、それらを組み合わせるなどして、安定な測定を行うことが望ましい。勿論、試験条件に夜間を加えればパワーコンディショナ4が停止していることは自明であるから、ステップS1およびS2は省略可能である。
【0042】
また、太陽電池ストリング1の開放電圧が0Vであることを正確に計測することができれば、V2を0Vとしたときの電流値は0Aであると仮定することも吝かではない。その場合、測定電圧範囲が狭い分精度は低下するが、V1を印加したときの電圧値および電流値からシャント抵抗値Rsh(=V1/I1)を計算できる。
【0043】
【第2実施形態】
以下、本発明にかかる第2実施形態の故障検出装置を説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【0044】
図7は第2実施形態の故障検出装置の構成例を示すブロック図である。第1実施形態と異なるのは、故障検出装置9が、接続箱3の中ではなく、パワーコンディショナ4に内蔵されている点である。試験時の動作は第1実施形態と同様である。ただし、直流電源5は前記二点の電圧V1およびV2を出力することができれば、独立した電源でなくとも、商用電力系統から整流して電力を供給するような回路であっても構わない。
【0045】
また、電流測定器8は非発電状態を確認する必要があるために、電力変換回路41へ接続されるラインに配置する。もし、試験時の電流を正確に測定したければ、接続箱3と分圧器7との間の試験用の各ライン上に配置すればよい。
【0046】
【第3実施形態】
以下、本発明にかかる第3実施形態の故障検出装置を説明する。なお、第3実施形態において、第1実施形態と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【0047】
太陽電池ストリング1に印加する電圧V1の制御が正確に行われるとすれば、試験対象の太陽電池ストリング1の端子電圧を測定する必要はない。そして、シャント抵抗値Rshの下限を示す抵抗閾値Thから、試験時の電流の最大値Ith=V1/Thが計算可能である。従って、試験時の電流値Iが最大値Ithを超えなければ、シャント抵抗値Rshは規定より高いと判断することができる。
【0048】
図8は試験時の電流値で故障を判定する回路の構成例を示すブロック図である。
【0049】
電流測定器8から送られてくる、電流値を表す電圧V(in)をヒステリシスコンパレタ51に供給し、上記の試験時の電流の最大値Ithに対応する電圧Vrefと比較させる。V(in)>Vrefであればコンパレータ51から信号が出力され、後段のラッチ52にラッチされ、ラッチ52の出力端に接続されたLED 53が点灯し、対応する太陽電池ストリング1の故障を報知する。
【0050】
なお、この例では、V2=0Vのときの電流値が0Aであることを前提とするため、太陽電池ストリング1の開放電圧が0Vのときを測定条件にするなどして、なるべく正確な試験ができるようにすることが好ましい。
【0051】
図8に示すような判定回路を使用すれば、制御回路10には、必ずしもCPUなどを使用する必要がなく、回路も簡略化されコストダウンも可能である。
【0052】
以上説明した実施形態によれば、次の効果などが得られる。
(1) 簡単な構成により、太陽電池全体の故障検出や寿命推定ができる。
(2) 正確な故障検出ができる。
(3) バイパスダイオードの影響を受けずに故障検出や寿命推定ができる。
(4) 定量的に故障検出や寿命推定ができる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、相対的な比較ではなく、絶対的な測定値により太陽電池の故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な太陽電池の故障検出装置の構成を示す図、
【図2】シャント抵抗値低下による発電電力量への影響を示す図、
【図3】接続箱および故障検出装置の基本構成例を示すブロック図、
【図4】制御回路の構成例を示すブロック図、
【図5】第1実施形態の接続箱および故障検出装置の構成例を示すブロック図、
【図6】制御回路が実行する故障検出動作を示すフローチャート、
【図7】第2実施形態の故障検出装置の構成例を示すブロック図、
【図8】試験時の電流値で故障を判定する回路の構成例を示すブロック図である。
[0001]
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a failure detection device and a method thereof, and for example, relates to a device and a method for measuring a shunt resistance value of a solar cell and detecting a failure of the solar cell.
[0002]
[Prior art]
There are various methods for detecting solar cell failure. FIG. 1 shows a configuration of a general solar cell failure detection device 906.
[0003]
The output powers of the plurality of solar cell strings 902 are respectively guided to the connection box 907, and are connected in parallel after passing through the DC breaker 903, the surge absorber 904 and the backflow prevention diode 905 in the connection box 907. After that, the output power of the solar cell is supplied to the power conditioner 908.
[0004]
The current measuring device 909 of the failure detection device 906 measures the current flowing between each solar cell string 902 and the power conditioner 908, and inputs the measurement result to the control circuit 910. The control circuit 910 always integrates the current value of each solar cell string 903 to calculate an average current per unit time. Then, when the ratio of the average current value of each string to the average current value of the string having the maximum average current becomes equal to or less than the set value, control circuit 910 counts up the internal counter. Further, when the counted number exceeds a predetermined value, the control circuit 910 determines that the output is lower than expected and issues an alarm.
[0005]
A solar cell failure detection device having such a configuration is disclosed in, for example, JP-A-2000-214938.
[0006]
The above solar cell failure detection method has the following problems.
(1) Since the judgment is made by comparing the strings, it is possible to cope with a catastrophic failure in which only one solar cell string causes a decrease in output, but the output of the entire solar cell array is decreased. It cannot be used for such a failure or for estimating the life of a solar cell.
(2) For example, when some strings are shaded for ten and several days due to construction of a neighboring house, or when some strings are always shaded in winter due to a nearby large tree, there is no trouble. Nevertheless, in order to cope with the case where an alarm is issued, it is necessary to change the set value one by one.
[0007]
Note that a string or array in which a plurality of solar cells are serialized or parallelized may be referred to as an aggregate, but for convenience, a single solar cell alone is also referred to as an aggregate.
[0008]
[Patent Document]
JP 2000-214938 A
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems individually or collectively, and has an object to detect a failure of a solar cell by an absolute measurement value, not a relative comparison.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration as one means for achieving the above object.
[0011]
The present invention, when detecting a failure of an aggregate in which one or more solar cells are serialized or parallelized, determines whether the output of the aggregate and the load are connected, the aggregate When the output is not connected to the load, a voltage is applied to the aggregate to measure the resistance value of the aggregate, and a failure of the aggregate is determined based on the measured resistance value.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Overview]
FIG. 2 is a diagram showing the effect of a decrease in the shunt resistance value on the power generation amount. Based on the power generation amount data of samples having sufficiently high shunt resistance values (ie, normal samples) actually measured in various parts of Japan, FIG. 7 shows a result of simulating how the amount of generated power changes due to a change in resistance value. Of course, the accuracy of the simulation has been verified by comparing the result of the simulation with the amount of generated power of the sample in which a short circuit has actually occurred. As can be seen from the results shown in FIG. 2, the decrease in the shunt resistance starts to gradually affect the amount of generated power around 50 kΩ · cm 2 or less, and when the value falls below 10 kΩ · cm 2, the amount of generated power decreases rapidly. cause.
[0013]
In the present embodiment, the failure of the solar cell is detected by focusing on the decrease in the shunt resistance value of the solar cell. By detecting the decrease in the shunt resistance value of the solar cell, it is not necessary to perform the failure of the solar cell by the relative comparison as described above.
[0014]
Further, in the method of detecting the shunt resistance value of the solar cell, even if a part of the solar cell array is replaced, its influence can be completely ignored in determining a failure. As a result, the shunt resistance of an unreplaced solar cell decreases due to aging, etc., and can be regarded as a failure when it finally decreases until it affects power generation, thus maximizing the life of the solar cell. In addition to being usable, the remaining life can be estimated from the shunt resistance value of the solar cell, and the solar cell having a short life can be replaced in advance.
[0015]
Note that the failure detection method of the present embodiment is particularly effective in a thin-film solar cell having a relatively large number of short-circuit failure modes. The solar cell does not always fall into the short-circuit failure mode, but has various failure modes. Therefore, it is preferable that the failure determination of the solar cell be performed not only by one method but also by using some well-known failure detection methods.
[0016]
[Constitution]
Hereinafter, a solar cell failure detection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a basic configuration example of the connection box 3 and the solar cell failure detection device 9 of the embodiment. Note that, like the connection box 907 shown in FIG. 1, the connection box 3 includes a DC breaker 903 and a surge absorber 904, but these are omitted in FIG.
[0018]
The output of the solar cell string 1, which is an aggregate of solar cells, is supplied to the connection box 3, and is supplied to the power conditioner 4 through the backflow prevention diode 2 in the connection box 3. Note that the failure detection device 9 shows an example of connecting a group of solar cells having a string configuration that is generally used frequently. However, a case where a group of solar cells connected in parallel is connected can also be used.
[0019]
In the failure detection device 9, a variable output type bipolar DC power supply device 5 is connected to the solar cell string 1 through a relay 6. The positive electrode of the DC power supply 5 is connected to the positive electrode of the solar cell string 1, and the negative electrode is connected to the negative electrode of the solar cell string 1.
[0020]
The output voltage of the solar cell string 1 is divided by the resistor voltage divider 7, input to the control circuit 10, and converted into digital information by the A / D converter in the control circuit 10.
[0021]
The current value supplied from the solar cell string 1 to the power conditioner 4 is converted into a voltage signal by the current measuring device 8 and input to the control circuit 10, and is converted into digital information by the A / D converter in the control circuit 10. You.
[0022]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the control circuit 10.
[0023]
The CPU 104 controls the operation of the failure detection device 9 according to the program stored in the ROM area of the memory 105, using the RAM area of the memory 105 as a work memory. Then, when executing the test incorporated in the program, the CPU 104 causes the D / A converter 106 to output the control voltage Vc to be input to the DC power supply 5. DC power supply device 5 outputs an output voltage according to control voltage Vc.
[0024]
A voltage signal 101 indicating the current value of the string output from the current measuring device 8 and a voltage signal 102 indicating the output voltage value of the string output from the voltage divider 7 are converted into digital signals by the A / D converter 103, It is input to 104.
[0025]
The alarm device 11 and the relay 6 are connected to the I / O port 108 connected to the CPU 104, and the CPU 104 can sound the alarm device 11 and open and close the relay 6.
[0026]
As will be described later in detail, a prescribed resistance threshold is stored in the ROM area of the memory 105. Further, power for driving the control circuit 10 and the DC power supply 5 is obtained from a commercial power supply or from a secondary battery charged by the output of the solar cell string and the output of the solar cell string installed in the connection box 3. Just get it.
[0027]
[First Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the junction box and the failure detection device according to the first embodiment.
[0028]
The control circuit 10 keeps the relay 6 off while the solar cell string 1 is generating power.
[0029]
During the failure detection operation, it is necessary that the solar cell string 1 to be measured is not connected to a load such as the power conditioner 4. It is desirable to measure the shunt resistance value when the solar cell is not irradiated with sufficient light. In other words, it is preferable to measure the shunt resistance value when power is not being generated. Note that the shunt resistance during non-power generation does not necessarily mean the dark shunt resistance when a solar cell is placed in a dark room. Also includes the shunt resistance value in the state. The shunt resistance has a characteristic that is hardly affected by the external environment. However, when the solar radiation is very strong, the measurement result of the shunt resistance is affected by the fluctuation of the solar radiation. Therefore, in this embodiment, in order to eliminate such an influence, the shunt resistance value during non-power generation is measured.
[0030]
FIG. 6 is a flowchart showing a failure detection operation performed by the control circuit 10.
[0031]
The control circuit 10 measures the current flowing from each of the strings 1 to the power conditioner 4 in order to determine that the power is not being generated (S1). The power conditioner 4 cuts off the connection between the solar cell and the output side of the power conditioner 4 (for example, a commercial power system) when it determines that the power generation amount of the solar cell is small or the power generation state is not generated. Therefore, if the current flowing from each string 1 to the power conditioner 4 is zero or extremely small, it can be determined that the power is not generated (S2). The control circuit 10 detects the non-power generation state by performing steps S1 and S2 periodically, and executes the subsequent failure detection operation.
[0032]
When detecting the non-power generation state, the control circuit 10 causes the DC power supply device 5 to output a voltage V1 of about 1/3 to 1/2 of the open voltage of the solar cell string 1 (S3), and the test target solar cell The relay 6 connected to the string 1 is closed (S4), and the terminal voltage and current of the test target solar cell string 1 are measured (S5).
[0033]
Next, the control circuit 10 supplies the DC power supply device 5 with a voltage obtained by multiplying the forward drop voltage Vf of the bypass diode in the solar cell string 1 by the number of series of bypass diodes, for example, Vf = 0.8 V and the number of series is reduced. If it is 10, a negative voltage V2 within 8 V (for example, -8 V to 0 V) is output (S6). The negative voltage is a voltage having a polarity opposite to the direction of the voltage generated when the solar cell string 1 generates power. Then, the terminal voltage and current of the solar cell string 1 to be tested are measured (S7), and then the relay 6 is opened (S8).
[0034]
Next, the control circuit 10 calculates the shunt resistance value Rsh from the measured voltage change ΔV and the current change ΔI when the voltage applied to the test target solar cell string 1 is changed from V1 to V2 (S9). .
Rsh = ΔV / ΔI (1)
[0035]
Then, the control circuit 10 compares the calculated shunt resistance value Rsh with a specified resistance threshold value Th stored in the memory 105 (S10), and if Rsh <Th, the string to be tested fails (S111). , Rsh ≧ Th, it is determined to be normal (S12).
[0036]
The control circuit 10 repeats the processes of steps S3 to S11 for the number of the solar cell strings 1 and determines whether each solar cell string 1 is faulty or normal. Then, when it is determined that all the tests of the solar cell string have been completed (S13), the processing is terminated. The generation of the alarm when the failed solar cell string matches may be performed immediately after the determination in step S11 or after the above processing is completed.
[0037]
The DC power supply 5 may be an inexpensive switching power supply or a circuit in which a regulator is attached to a secondary battery charged from a solar cell as long as it can output the voltages V1 and V2 at the above two points. I do not care. The method of notifying the failure is not limited to the sounding of the alarm. For example, the LED corresponding to each solar cell string 1 blinks or the green LED is turned on for the normal solar cell string, and the failed solar cell For example, a red LED may be turned on for the string.
[0038]
Although the decrease in the shunt resistance value is expressed as a failure of the solar cell string 1, it is not a dangerous failure per se, but indicates the life of the solar cell. Therefore, even if there is a solar cell string 1 having a lowered shunt resistance, there is no problem even if the operation of the solar power generation device is continued. In view of this, an LED display or the like is used rather than sounding an alarm such as a buzzer. It is desirable to use quiet alarm means.
[0039]
The frequency of measurement once a day is sufficient. Further, a mechanical relay may be used as the relay 6, but reliability can be improved by using a semiconductor component such as a photo MOS relay.
[0040]
If the output voltage of the DC power supply 5 can be controlled accurately, the voltage divider 7 and the A / D converter for measuring the voltage ΔV can be omitted.
[0041]
The test may be performed in the daytime as long as the solar cell string 1 is disconnected from the load. However, in consideration of avoiding disturbance due to a sudden change in sunlight during the day, a certain time range (for example, at night) is set by a timer. It is desirable to perform stable measurement by using test conditions, measuring the voltage of the solar cell string 1 at 0 V as a measurement condition, or combining them. Obviously, if the night is added to the test conditions, it is obvious that the power conditioner 4 is stopped, so that steps S1 and S2 can be omitted.
[0042]
If it is possible to accurately measure that the open-circuit voltage of the solar cell string 1 is 0 V, it is not unfortunate to assume that the current value when V2 is 0 V is 0 A. In this case, although the accuracy is reduced because the measurement voltage range is narrow, the shunt resistance value Rsh (= V1 / I1) can be calculated from the voltage value and the current value when V1 is applied.
[0043]
[Second embodiment]
Hereinafter, a failure detection device according to a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0044]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the failure detection device according to the second embodiment. The difference from the first embodiment is that the failure detection device 9 is built in the power conditioner 4 instead of in the junction box 3. The operation during the test is the same as in the first embodiment. However, the DC power supply 5 is not limited to an independent power supply and may be a circuit that rectifies and supplies power from a commercial power system as long as it can output the voltages V1 and V2 at the two points.
[0045]
The current measuring device 8 is arranged on a line connected to the power conversion circuit 41 because it is necessary to check the non-power generation state. If it is desired to accurately measure the current during the test, it may be arranged on each test line between the junction box 3 and the voltage divider 7.
[0046]
[Third embodiment]
Hereinafter, a failure detection device according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0047]
As long as the voltage V1 applied to the solar cell string 1 is accurately controlled, it is not necessary to measure the terminal voltage of the solar cell string 1 to be tested. Then, the maximum value Ith = V1 / Th of the current at the time of the test can be calculated from the resistance threshold value Th indicating the lower limit of the shunt resistance value Rsh. Therefore, if the current value I during the test does not exceed the maximum value Ith, it can be determined that the shunt resistance value Rsh is higher than the specified value.
[0048]
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a circuit that determines a failure based on a current value during a test.
[0049]
The voltage V (in) representing the current value sent from the current measuring device 8 is supplied to the hysteresis comparator 51, and is compared with the voltage Vref corresponding to the maximum value Ith of the current during the test. If V (in)> Vref, a signal is output from the comparator 51, latched by the latch 52 at the subsequent stage, and the LED 53 connected to the output terminal of the latch 52 is turned on to notify the failure of the corresponding solar cell string 1. I do.
[0050]
In this example, since it is assumed that the current value at the time of V2 = 0V is 0 A, the test is performed as accurately as possible, for example, when the open-circuit voltage of the solar cell string 1 is 0V. It is preferable to be able to do so.
[0051]
If a determination circuit as shown in FIG. 8 is used, the control circuit 10 does not necessarily need to use a CPU or the like, and the circuit can be simplified and the cost can be reduced.
[0052]
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) With a simple configuration, failure detection and life estimation of the entire solar cell can be performed.
(2) Accurate failure detection is possible.
(3) Failure detection and life estimation can be performed without being affected by the bypass diode.
(4) Quantitative failure detection and life estimation are possible.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a failure of a solar cell can be detected not by a relative comparison but by an absolute measurement value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a general solar cell failure detection device;
FIG. 2 is a diagram showing an influence on a generated power amount due to a decrease in a shunt resistance value;
FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration example of a connection box and a failure detection device.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a control circuit;
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of a connection box and a failure detection device according to the first embodiment;
FIG. 6 is a flowchart showing a failure detection operation performed by the control circuit;
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a failure detection device according to a second embodiment;
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a circuit that determines a failure based on a current value during a test.

Claims (11)

一または複数の太陽電池セルが直列化または並列化された集合体の故障を検出する検出方法であって、
前記集合体の出力と負荷とが接続されているか否かを判定し、
前記集合体の出力と前記負荷とが非接続の場合、前記集合体に電圧を印加して前記集合体の抵抗値を測定し、
測定した抵抗値に基づき前記集合体の故障を判定することを特徴とする故障検出方法。
A detection method for detecting a failure of an aggregate in which one or more solar cells are serialized or parallelized,
Determine whether the output of the aggregate and the load are connected,
When the output of the aggregate and the load are not connected, measure the resistance value of the aggregate by applying a voltage to the aggregate,
A failure detection method comprising: determining a failure of the assembly based on the measured resistance value.
前記抵抗値は、前記電圧印加時の前記集合体の端子電圧および前記集合体に流れる電流の測定値から計算することを特徴とする請求項1に記載された故障検出方法。The method according to claim 1, wherein the resistance value is calculated from a terminal voltage of the assembly when the voltage is applied and a measured value of a current flowing through the assembly. 前記集合体に電圧値が異なる電圧を順次印加し、各電圧印加時に前記集合体に流れる電流値を測定し、電圧に対する電流の傾きから前記抵抗値を計算することを特徴とする請求項1に記載された故障検出方法。2. The method according to claim 1, wherein voltages having different voltage values are sequentially applied to the assembly, a current value flowing through the assembly at each voltage application is measured, and the resistance value is calculated from a slope of a current with respect to the voltage. The described failure detection method. 前記集合体に印加する電圧は、前記集合体の開放電圧の1/2以下であることを特徴とする請求項3に記載された故障検出方法。4. The failure detection method according to claim 3, wherein a voltage applied to the aggregate is equal to or less than 1/2 of an open-circuit voltage of the aggregate. 前記集合体に負電圧を印加する場合、前記集合体に組み込まれたバイパスダイオードの順方向電圧と前記バイパスダイオードの直列数の積より小さい絶対値の電圧を印加することを特徴とする請求項3または請求項4に記載された故障検出方法。4. The method according to claim 3, wherein when applying a negative voltage to the assembly, a voltage having an absolute value smaller than a product of a forward voltage of a bypass diode incorporated in the assembly and the number of series of the bypass diodes is applied. Alternatively, the failure detection method according to claim 4. さらに、前記集合体の数分、前記接続判定、前記測定および前記故障判定を繰り返すことを特徴とする請求項1に記載された故障検出方法。The failure detection method according to claim 1, further comprising repeating the connection determination, the measurement, and the failure determination for the number of the assemblies. 前記抵抗値が、50kΩを前記集合体を構成する太陽電池セルの総面積で除した値以下の場合、前記集合体を故障と判定することを特徴とする請求項1に記載された故障検出方法。The failure detection method according to claim 1, wherein when the resistance value is equal to or smaller than a value obtained by dividing 50 kΩ by a total area of the solar cells constituting the assembly, the assembly is determined to be a failure. . 前記集合体から負荷に出力される電流を測定し、前記負荷電流がなくなった場合に前記非接続と判定することを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載された故障検出方法。8. The failure detection method according to claim 1, wherein a current output from the assembly to a load is measured, and the connection is determined to be non-connected when the load current is exhausted. . 現在時刻が夜間である場合に前記非接続と判定することを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載された故障検出方法。The failure detection method according to any one of claims 1 to 7, wherein the connection is determined when the current time is nighttime. 前記集合体の発生電圧を測定し、前記発生電圧と所定の電圧閾値とを比較して前記非接続を判定することを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載された故障検出方法。The failure detection according to any one of claims 1 to 7, wherein a generated voltage of the assembly is measured, and the non-connection is determined by comparing the generated voltage with a predetermined voltage threshold. Method. 一または複数の太陽電池セルが直列化または並列化された集合体に電力を供給する電源と、
前記電源と前記集合体との間に流れる電流を測定する測定手段と、
前記電源を制御し、前記測定手段の測定結果を取得する制御手段とを有し、
前記制御手段は、測定手段の測定結果に基づき前記集合体の出力と負荷とが非接続と判定される場合、前記電源を制御して、前記集合体に電圧を印加し、前記測定手段の測定結果に基づき前記集合体の故障を判定することを特徴とする故障検出装置。
A power supply for supplying power to an aggregate of one or more solar cells serialized or parallelized;
Measuring means for measuring a current flowing between the power supply and the assembly,
Controlling the power supply, and control means for acquiring a measurement result of the measurement means,
The control unit controls the power supply to apply a voltage to the aggregate when the output of the aggregate and the load are determined to be disconnected based on the measurement result of the measurement unit, A failure detection device that determines a failure of the assembly based on a result.
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