太陽光発電システム 故障診断技術の開発

Ishida Lab.
University of Tsukuba
太陽光発電システム
故障診断技術の開発
筑波大学大学院 システム情報工学研究科
構造エネルギー工学専攻
修士１年 大橋俊也
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太陽電池アレイの故障検出
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太陽光発電
・発電時にCO2排出しない
・太陽光がエネルギ源
太陽電池
「屋外において、20年以上の期間
にわたってメンテナンスフリーで機
能し続ける」と言われている
(社団法人太陽光発電普及推進協会ホームページより)
設置数年の太陽電池
アレイから故障が報告
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故障診断システム
University of Tsukuba
太陽電池アレイ
(太陽電池ストリングが並列接続されたもの)
太陽電池モジュール
接続箱
ストリング
(太陽電池モジュールが直列接続されたもの)
太陽電池アレイの構成図
(パワーコンディショナ)
故障診断システム
実測値と推定値の
比較により，不具
合の存在を検出
不具合
部位の特定
太陽電池
アレイ側不具合
太陽電池アレイの
不具合箇所・種類
の特定
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TDR測定による故障検出方法
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TDR測定の原理
（Time Domain Reflectometry）
ケーブルやプリント基板の配線に高速なパルス
やステップ信号を印加し，返ってくる反射波形を
観測することで，伝送路における特性インピー
ダンスの変化を計測する．
入力信号
信号発生器
参照信号
反射信号
測定対象
合成信号
オシロスコープ
オシロスコープにより，
合成信号を観測する
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実験条件・方法
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・多結晶シリコン太陽電池モジュール(定格150W)10枚で1ストリングを構成．
・信号発生器の正極端子をストリングの正極に，信号発生器の負極端子を接続箱の接
地極に接続し，ストリングの負極は開放．
Y10
Y9
Y8
Y7
Y6
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
オシロスコープ
参照信号
信号発生器
入力信号
の位置
合成
信号
反射信号
を開放する
断線模擬
に直列抵抗を入れる
劣化模擬
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開発目標
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故障の判断基準
ある施工業者 ：
FFが0.5以下
太陽電池メーカーの機器10年保証の内容例
公称最大出力の90%以下
：
(http://ja.wikipedia.org/wiki)
抵抗なし
R=1Ω
R=10Ω
R=47Ω
FF
0.68
0.67
0.50
0.26
Pmax[W]
900
870
650
250
97%
72%
28%
Pmax ratio 100%
Vmax×Imax
FF= ──────
Voc×Isc
───
開発目標
10Ωの直列抵抗増加を検出できる！！
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断線模擬
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7
劣化模擬47Ω
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8
劣化模擬10Ω
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現在わかっていること
¾
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ステップ信号
¾断線，劣化47Ω模擬の箇所を推測できる
¾劣化10Ω模擬の箇所の推測は困難
¾
正弦波
¾断線箇所は推測できる
¾劣化模擬の箇所は推測困難
¾
インパルス
¾断線，劣化模擬の箇所推測は困難
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今後の予定
¾
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TDR測定を用いた実験・検討
¾実験データの数値解析により故障箇所の検出を
行う
¾
太陽電池回路のモデル化を行い，数値計算
と実験データとの比較を行う
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