JP6297945B2 - 太陽光発電システムの複合検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電パネル及び／または前記太陽光発電パネルに接続されるパワーコンディショナを評価する太陽光発電システムの複合検査装置に関する。

特許文献１には、様々な日照条件での太陽電池が模擬できる太陽光発電模擬装置を提供すること目的として、太陽光の日照量及び温度を模擬する日照計算装置と、前記各データを用いて太陽光発電の電流・電圧特性を求める太陽光特性計算装置と、前記計算結果をテーブルデータ（電圧・電流データ）として保存する複数の記憶装置と、前記各記憶装置を切換える切換装置と、前記テーブルデータを基に太陽光発電特性（ＰＶ特性）に合うように現在出力されている電圧値に対応する電流値を算出する補間装置と、前記補間装置からの設定電流を入力する出力増幅装置と、を備えたことを特徴とする太陽光発電模擬装置が提案されている。

また、特許文献２には、太陽電池発電量と系統電源電力状況の変動に対する動作安定性が高いパワーコンディショナの性能検査について、高い信頼性および効率性が得られるパワーコンディショナ検査装置を提供することを目的として、入力側にＰＶ（太陽光発電）模擬電源装置が接続され、出力側に系統模擬電源装置が接続されたパワーコンディショナを検査対象として、前記ＰＶ模擬電源装置と前記系統模擬電源装置のそれぞれに対して通信回線を介してそれぞれの出力条件を送信して設定および更新する出力条件設定手段と、前記パワーコンディショナに対する双方向通信回線を介して、前記パワーコンディショナに各種の運転指令信号を送信する運転指令手段と、前記パワーコンディショナで生成されるエラー信号を含む運転状態信号を前記双方向通信回線を介して受信する運転状態受信手段と、送信した前記運転指令信号の情報と受信した前記運転状態信号の情報からログファイルを生成して記録するログファイル記録手段とを備えたパワーコンディショナ検査装置が提案されている。

特開平０７−２３４７１６号公報 特開２０１３−３８１４３号公報

特許文献１，２に開示された太陽光発電模擬装置は、何れも太陽光発電装置で発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ装置を備えたパワーコンディショナの性能を評価するための検査装置であり、日照条件の変動等によって発電状態が様々に異なる実際の太陽光発電パネルを用いて検査することの困難さを回避するために用いられていた。

しかし、従来の太陽光発電模擬装置は、比較的よく表れる典型的な発電パターンや過去に問題が発生した発電パターンを模擬することは可能であるが、想定外の発電パターンを模擬することは容易にはできなかった。

実際に現場で発生する問題は想定外の条件が重なったような場合が多く、そのような想定外の条件を再現するためには実際の太陽光発電パネルと評価対象のパワーコンディショナを接続して検証しなければならない場合も多く、そのような場合に様々に変遷する日照条件を再現可能な太陽光模擬装置が望まれていた。

ところで、太陽光発電パネルの性能を評価するために、所定の光量で発光する光源装置を太陽光発電パネルに照射して基本的な発電性能を評価することは可能であるが、実際にパワーコンディショナに接続した場合の発電特性等、総合的な評価を行なうことができるような汎用の検査装置が無かったため、その都度適当なパワーコンディショナを用いて簡易的な試験装置を製作して検査しなければならなかった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、太陽光発電パネル及び／またはパワーコンディショナを統一的な基準で品質等評価可能な太陽光発電システムの複合検査装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による太陽光発電システムの複合検査装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、太陽光発電パネル及び／または前記太陽光発電パネルに接続されるパワーコンディショナを評価する太陽光発電システムの複合検査装置であって、前記太陽光発電パネルを照射する模擬光源装置と、系統電源に接続され前記パワーコンディショナから交流電力が供給される模擬負荷装置と、を備え、前記模擬光源装置によって前記太陽光発電パネルが照射され、前記太陽光発電パネルで生成された直流電力が前記パワーコンディショナに給電されるように構成され、前記太陽光発電パネル及び／または前記パワーコンディショナを評価するための前記模擬光源装置及び／または前記模擬負荷装置の試験条件を設定する試験条件設定部を備えている点にある。

試験条件設定部で設定された試験条件に基づいて模擬光源装置及び／または模擬負荷装置が動作し、模擬光源装置から照射される模擬太陽光に応答して太陽光発電パネルで発電された直流電力がパワーコンディショナに入力され、パワーコンディショナから交流電力が模擬負荷装置に出力される。様々な日照条件に対応して模擬光源装置から模擬太陽光が照射されることによって、例えばＶ−Ｉ特性等の太陽光発電パネルの様々な発電特性が評価され、例えば最大電力点追従制御等のパワーコンディショナの様々な制御特性が評価され、太陽光発電パネルとパワーコンディショナを連動させた総合的な評価が可能になる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記試験条件設定部は、前記太陽光発電パネルを基準として前記パワーコンディショナの動作を評価し、または前記パワーコンディショナを基準として前記太陽光発電パネルを評価するための試験条件を設定するように構成されている点にある。

太陽光発電パネルとパワーコンディショナを連動させて双方を同時に評価する場合に、様々な問題となる事象が発生しても、その原因が何れにあるのかを特定し辛い場合がある。しかし、既に性能等が評価された太陽光発電パネルと評価対象であるパワーコンディショナを連動させることにより、様々な局面でのパワーコンディショナの動作性能を適切に評価することができ、既に性能等が評価されたパワーコンディショナと評価対象である太陽光発電パネルを連動させることにより、様々な局面での太陽光発電パネルの動作性能を適切に評価することができるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記模擬光源装置は、二次元的に分散配置された複数の光源ランプと、前記試験条件設定部により設定される試験条件に基づいて前記複数の光源ランプから前記太陽光発電パネルに照射する光量及び／または光量分布を調整する調光制御部を備えている点にある。

二次元的に分散配置された複数の光源ランプを調光制御部で調光することによって、様々な日照条件の変動に対応した光量及び／または光量分布の調整が行なわれ、様々な日照条件の変動に対応した太陽光発電パネルの発電特性が評価でき、また当該発電特性に対応するパワーコンディショナの動作性能が評価できるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記模擬光源装置は、前記複数の光源ランプから照射される前記太陽光発電パネルの温度を調整する温度制御部をさらに備えている点にある。

太陽光発電パネルの発電特性が温度条件によって変動するため、単に複数の光源ランプの調光制御のみでは適正な評価ができない。そのような場合でも温度制御部によって太陽光発電パネルの温度が調整されるので、日照条件の変動のみではなく、その時々の太陽光発電パネルの温度条件をも変動させて、総合的に評価することができるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記試験条件設定部は、前記模擬負荷装置の作動状態を動的に変化させる模擬負荷状態設定部を備えている点にある。

模擬負荷状態設定部によって模擬負荷装置の動作状態、例えばインピーダンス等を動的に変化させることによって、模擬負荷装置への給電状態が動的に変化する場合のパワーコンディショナの動作特性を適正に評価することができる。例えば、系統連系時の逆潮流動作特性や自立運転時の給電特性等を適正に評価できるようになる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記太陽光発電パネル及び／または前記パワーコンディショナの挙動を計測する複数の計測信号を収集する信号計測部を備え、前記信号計測部で収集された信号を前記試験条件設定部で設定された試験条件に対応付けて記憶する信号記憶部を備えている点にある。

信号計測部を介して収集する計測信号によって太陽光発電パネル及び／またはパワーコンディショナの動作状態が数値的に把握でき、試験条件設定部で設定された試験条件に対応付けて計測信号を信号記憶部に記憶することによって、各種の状態を正確に再現でき、適切に評価することができるようになる。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第六の特徴構成に加えて、前記信号記憶部に記憶された計測信号を表示部に表示する表示制御部を備え、予め設定された抽出条件を満たす計測信号を選択して強調表示するスクリーニング部を備えている点にある。

信号記憶部に記憶された計測信号が表示制御部によって表示部に表示されることにより、評価者が各種の計測信号を目視評価することができるようになり、スクリーニング部によって予め設定された抽出条件を満たす計測信号が抽出されて強調表示されるので、評価対象に関する各種の計測信号を効果的に目視評価することができるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、太陽光発電パネル及び／またはパワーコンディショナを統一的な基準で品質等評価可能な太陽光発電システムの複合検査装置を提供することができるようになった。

本発明による太陽光発電システムの複合検査装置の機能ブロック構成図 本発明による太陽光発電システムの複合検査装置の正面視要部説明図 本発明による太陽光発電システムの複合検査装置の側面視要部説明図

以下、本発明による太陽光発電システムの複合検査装置を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明による太陽光発電システムの複合検査装置１の機能ブロック構成が示されている。複合検査装置１は、太陽光発電パネルＡ及び太陽光発電パネルＡに接続されるパワーコンディショナＢを評価する複合検査装置１で、太陽光発電パネルＡを照射する模擬光源装置２と、系統電源１００に接続されパワーコンディショナＢから交流電力が供給される模擬負荷装置３と、試験条件を設定する試験条件設定部４とを備えて構成されている。

模擬光源装置２によって太陽光発電パネルＡが照射され、太陽光発電パネルＡで生成された直流電力がパワーコンディショナＢに給電されるように接続され、試験条件設定部４によって太陽光発電パネルＡ及びパワーコンディショナＢを評価するための模擬光源装置２及び／または模擬負荷装置３の試験条件が設定される。

試験条件設定部４には、試験条件等を入力する入力部５と、試験結果を表示する表示部７と、表示部７を制御する表示制御部６が接続されている。試験条件設定部４及び表示制御部６は、所定の制御プログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータ及び入出力等の周辺回路を備えた制御回路で構成されている。

太陽光発電パネルＡ、パワーコンディショナＢ、模擬光源装置２及び模擬負荷装置３には、試験条件設定部４に備えたインタフェース部ＩＦ１と信号を入出力するインタフェース部ＩＦ２が設けられ、インタフェース部ＩＦ１とインタフェース部ＩＦ２との間が通信線で接続されている。

当該通信線は、試験条件設定部４から出力された試験用のコマンドを各部２，３，Ａ，Ｂに送信し、各部２，３，Ａ，Ｂからアンサーを返信するシリアル通信線と、必要に応じて計測信号を出力するパラレル通信線で構成されている。但し、通信線の態様はこれに限らず、シリアル通信線のみで構成してもよいし、パラレル通信制のみで構成してもよい。前者の場合には複数の計測信号がシリアル通信線を介して試験条件設定部４に送信される。

インタフェース部ＩＦ１は、試験条件設定部４から送信された試験用のコマンドを受信して、それぞれが所定の試験動作または信号計測を行なうように内部の制御部等に動作指令を出力し、或いは予め組み込まれた各種のセンサからの出力値を試験条件設定部４に送信する。

照度センサ、温度センサ、電流センサ、電圧センサ等の必要なセンサが各部２，３，Ａ，Ｂに設けられ、それらの値がアナログ信号またはデジタル信号としてインタフェース部ＩＦ１に入力され、インタフェース部ＩＦ１から試験条件設定部４のインタフェース部ＩＦ２に出力される。

試験条件設定部４には、太陽光発電パネルＡ及びパワーコンディショナＢの挙動や模擬光源装置２及び模擬負荷装置３の挙動を計測する複数の計測信号を収集する信号計測部４ａを備え、信号計測部４ａで収集された信号を試験条件設定部４で設定された試験条件に対応付けて記憶する信号記憶部４ｂを備えている。

例えば、試験条件設定部４で設定され通信線を介して送信された試験条件に対応して、所定時間間隔で各種のサンプリングデータが通信線を介して受信され、試験条件に対応して時系列に信号記憶部４ｂに記憶され、或いは当該試験条件に対応して、通信線を介して受信された各種のサンプリングデータのうち、特定の種類のサンプリングデータが特定の信号状態になった時点をトリガーとして各種のサンプリングデータが時系列に信号記憶部４ｂに記憶される。

信号計測部４ａを介して収集する計測信号によって太陽光発電パネルＡ及び／またはパワーコンディショナＢの動作状態が数値的に把握でき、試験条件設定部４で設定された試験条件に対応付けて計測信号を信号記憶部４ｂに記憶することによって、各種の状態を正確に再現でき、適切に評価することができるようになる。

信号記憶部４ｂに記憶された計測信号は、表示制御部６により読み出されて表示部７に表示され、これにより評価者が各種の計測信号を目視評価することができるようになる。

さらに、表示制御部６には、予め設定された抽出条件を満たす計測信号を選択して強調表示するスクリーニング部を備えており、スクリーニング部によって予め設定された抽出条件を満たす計測信号が抽出されて強調表示されるので、評価対象に関する各種の計測信号を効果的に目視評価することができるようになる。尚、強調表示とは、当該信号が他の信号よりも目視容易な態様での表示で、色を異ならせた表示、ハイライト表示等、公知の表示態様を適宜用いることができる。

つまり、試験条件設定部４で設定された試験条件に基づいて模擬光源装置２及び／または模擬負荷装置３が動作し、模擬光源装置２から照射される模擬太陽光に応答して太陽光発電パネルＡで発電された直流電力がパワーコンディショナＢに入力され、パワーコンディショナＢから交流電力が模擬負荷装置３に出力される。

模擬光源装置２は、複数の光源ランプ２１と各光源ランプ２１への給電量を調整して光源ランプ２１からの出力光量を調整する調光制御部２２を備えている。光源ランプ２１としてハロゲンランプを好適に用いることができ、調光制御部２２によってハロゲンランプの出力光量が可変調整される。

例えば、ｎ×ｍ個（ｎ，ｍは正整数）のハロゲンランプを複数のブロックに分割して結線し、ブロック毎にスライダックを介して電源線と接続し、ブロック毎に出力光量を調整すれば、各種の日照条件の変動を細かく設定することができ、日射量の変動、部分的陰の発生等の様々な状態を模擬することができ、それぞれについて太陽光発電パネルＡの発電特性を評価でき、パワーコンディショナＢの最大電力点追従制御特性等を評価することができる。この場合、スライダックが調光制御部２２として機能する。尚、スライダックは手動調整する態様に限らず、電動機等を用いてリモート調整可能な態様でも実現可能である。

即ち、模擬光源装置２は、二次元的に分散配置された複数の光源ランプ２１と、試験条件設定部４により設定される試験条件に基づいて複数の光源ランプ２１から太陽光発電パネルＡに照射する光量及び／または光量分布を調整する調光制御部２２を備えて構成されている。

このような模擬光源装置２を用いれば、様々な日照条件に対応して模擬光源装置２から模擬太陽光が照射されることによって、例えばＶ−Ｉ特性等の太陽光発電パネルＡの様々な発電特性が評価され、例えば最大電力点追従制御等のパワーコンディショナＢの様々な制御特性が評価され、太陽光発電パネルＡとパワーコンディショナＢを連動させた総合的な評価が可能になる。

当該複合検査装置１の試験条件設定部４は、太陽光発電パネルＡを基準としてパワーコンディショナＢの動作を評価し、またはパワーコンディショナＢを基準として太陽光発電パネルＡを評価するための試験条件を設定するように構成されていることが好ましい。

太陽光発電パネルＡとパワーコンディショナＢを連動させて双方を同時に評価する場合に、様々な問題となる事象が発生しても、その原因が何れにあるのかを特定し辛い場合がある。しかし、既に性能等が評価された太陽光発電パネルＡと評価対象であるパワーコンディショナＢを連動させることにより、様々な局面でのパワーコンディショナＢの動作性能を適切に評価することができ、既に性能等が評価されたパワーコンディショナＢと評価対象である太陽光発電パネルＡを連動させることにより、様々な局面での太陽光発電パネルＡの動作性能を適切に評価することができるようになる。つまり、太陽光発電パネル及び／または太陽光発電パネルに接続されるパワーコンディショナを評価することができるようになる。

基準となる太陽光発電パネルＡに、予め評価が確立した太陽光発電パネルＡを用いればよく、基準となるパワーコンディショナＢに予め評価が確立したパワーコンディショナＢを用いればよい。

試験条件設定部４は、日照条件を設定する日照条件設定部と、模擬負荷装置３の作動状態を動的に変化させる模擬負荷状態設定部を備えている。日照条件設定部で設定される日照条件に基づいて太陽光発電パネルＡのＩ−Ｖ特性等が評価でき、パワーコンディショナＢの最大電力点追従制御等が評価でき、模擬負荷状態設定部で設定される消費電力やインピーダンス等の模擬負荷状態に基づいてパワーコンディショナＢの系統連系時の逆潮流動作特性や自立運転時の給電特性等を評価できる。

例えば、インピーダンスをダイナミックに変化させることにより自立運転時の突入電流の影響等を評価でき、消費電力をダイナミックに変化させることにより逆潮流動作の追従性等を評価できる。

日照条件設定部によって通常は発生しないような速い周期で日照条件を変動させたり、擬負荷状態設定部によって通常は発生しないような大きな負荷変動を発生させたりすることにより、例えばパワーコンディショナを市場に投入する前に制御プログラムのバグや制御回路に起因する問題を発見し対処することができるようになり、市場に投入後に発生した様々な問題の検証を高い確率で再現させることができるようになる。

以下に、複合検査装置１の具体例を説明する。
図２及び図３に示すように、複合検査装置１は金属製パイルで構成される６本の縦フレーム１０と１２本の横フレーム１１で区画される直方体領域に構成されている。

最下段の横フレーム１１を前後に横断するように４本の木製の支持板１２が架け渡され、その上に支持台１３が設置され、支持台１３の上に２枚の太陽光発電パネルＡ（Ａ１，Ａ２）が載置されている。

中段の横フレーム１１を前後に横断するように１５本の木製の支持板１４が架け渡され、各支持板１４に沿って左右方向に１４列、各列前後方向に９個合計１２６個の光源ランプ２１が配置されている。光源ランプ２１はハロゲンランプで構成され、各列９個の光源ランプ２１が直列接続され、それぞれが調光制御部２２としてのスライダックを介して電源に接続されている。さらに、左右端部で中段と最上段の横フレーム１１の間に一対の送風ファン１６が設けられている。

右側中段に配電盤１５が設けられ、光源ランプ２１、送風ファン１６、太陽光発電パネルＡの出力線等が接続されている。また、フレーム１０，１１で構成された直方体領域の近傍には、パワーコンディショナＢ、試験条件設定部４、模擬負荷装置３、調光制御部２２としての複数のスライダックが設置され、試験条件設定部４と各部２，３，Ａ，Ｂ，１６が通信線で接続されている。

模擬負荷装置３は、複数のコイル、複数の抵抗、複数の容量で構成されるＬＲＣ回路が複数設けられスイッチにより接続状態が変更可能に構成されている。

外光の影響を回避すべく、左右一対の送風ファン１６を除いて直方体領域は暗幕等で被覆されている。送風ファン１６は、複数の光源ランプ２１から照射される太陽光発電パネルＡの温度を調整する温度制御部として機能する。太陽光発電パネルＡの発電特性が温度条件によって変動するため、単に複数の光源ランプ２１の調光制御のみでは適正な評価ができない虞がある。そのような場合でも温度制御部によって太陽光発電パネルＡの温度が調整されるので、日照条件の変動のみではなく、その時々の太陽光発電パネルの温度条件をも変動させて、総合的に評価することができるようになる。

このように構成された複合検査装置１であれば、組立または解体が柔軟に行なえ、設置場所を問わずに容易に構成することができる。

試験条件設定部４に備えた信号記憶部４ａに、入力部５を介して設定された試験条件が記憶され、当該信号記憶部４ａに記憶された試験条件に基づいて模擬光源装置２及び模擬負荷装置３が制御され、その時々の太陽光発電パネルＡ及びパワーコンディショナＢの動作状態を監視する各種のセンサからの信号が試験条件設定部４に入力され、当該信号記憶部４ａに記憶される。

上述した施形態は本発明による複合検査装置の一具体例を説明するものに過ぎず、本発明による複合検査装置は、上述した具体例に限定されるものではなく、本発明の作用効果を奏する範囲で適宜変更設計できることは言うまでもない。

１：複合検査装置
２：模擬光源装置
３：模擬負荷装置
４：試験条件設定部
４ｂ：信号記憶部
５：入力部
６：表示制御部
７：表示部
Ａ：太陽光発電パネル
Ｂ：パワーコンディショナ

Claims (7)

1. 太陽光発電パネル及び／または前記太陽光発電パネルに接続されるパワーコンディショナを評価する太陽光発電システムの複合検査装置であって、
   前記太陽光発電パネルを照射する模擬光源装置と、系統電源に接続され前記パワーコンディショナから交流電力が供給される模擬負荷装置と、を備え、
   前記模擬光源装置によって前記太陽光発電パネルが照射され、前記太陽光発電パネルで生成された直流電力が前記パワーコンディショナに給電されるように構成され、
   前記太陽光発電パネル及び／または前記パワーコンディショナを評価するための前記模擬光源装置及び／または前記模擬負荷装置の試験条件を設定する試験条件設定部を備えている太陽光発電システムの複合検査装置。
2. 前記試験条件設定部は、前記太陽光発電パネルを基準として前記パワーコンディショナの動作を評価し、または前記パワーコンディショナを基準として前記太陽光発電パネルを評価するための試験条件を設定するように構成されている請求項１記載の太陽光発電システムの複合検査装置。
3. 前記模擬光源装置は、二次元的に分散配置された複数の光源ランプと、前記試験条件設定部により設定される試験条件に基づいて前記複数の光源ランプから前記太陽光発電パネルに照射する光量及び／または光量分布を調整する調光制御部を備えている請求項１または２記載の太陽光発電システムの複合検査装置。
4. 前記模擬光源装置は、前記複数の光源ランプから照射される前記太陽光発電パネルの温度を調整する温度制御部をさらに備えている請求項３記載の太陽光発電システムの複合検査装置。
5. 前記試験条件設定部は、前記模擬負荷装置の作動状態を動的に変化させる模擬負荷状態設定部を備えている請求項１から４の何れかに記載の太陽光発電システムの複合検査装置。
6. 前記太陽光発電パネル及び／または前記パワーコンディショナの挙動を計測する複数の計測信号を収集する信号計測部を備え、前記信号計測部で収集された信号を前記試験条件設定部で設定された試験条件に対応付けて記憶する信号記憶部を備えている請求項１から５の何れかに記載の太陽光発電システムの複合検査装置。
7. 前記信号記憶部に記憶された計測信号を表示部に表示する表示制御部を備え、予め設定された抽出条件を満たす計測信号を選択して強調表示するスクリーニング部を備えている請求項６記載の太陽光発電システムの複合検査装置。

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