成果報告書詳細
管理番号20150000000015
タイトル平成21年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 太陽電池アレイ故障診断技術の開発
公開日2015/5/1
報告書年度2009 - 2012
委託先名株式会社システム・ジェイディー 阪和電子工業株式会社 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成21年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 太陽電池アレイ故障診断技術の開発

太陽光発電システム(PVシステム) は、化石燃料代替エネルギー供給システムとして期待されており、数多くの太陽電池モジュールが各家庭に設置され、また、メガソーラ等の大規模PVシステムが設置されるなど、急速に普及している。一般に、PVシステムは、屋外において20年以上にわたってメンテナンスフリーで機能し続けていると言われている。しかし、経年劣化等による出力低下などの故障や不具合などの報告事例がある。したがって、PVシステムの故障診断技術は、システムの故障や劣化による、運転停止時間を最短化し、システムの生涯出力をより大きくするために必要不可欠なものである。さらに、太陽電池モジュールの不具合に起因すると思われる事故も報告されており、不具合を早期に発見するための保守・点検技術の必要性が高まっている。本事業では、PVシステムの直流側であるPVアレイについて、アレイ中の不具合モジュールや配線の断線を発見し、その位置を特定するために、TDR (Time Domain Reflectometry) 法をベースとした計測器の研究開発を行った。具体的には、計測器の形態として、携帯型と据置型の二種類の試作を行い、想定される障害に対して、その有効性を確認するための実証評価を行った。携帯型計測器のプロトタイプの試作では、2010年7月開催のPV-JAPANに1号機の展示を行い、2号機は、TDR機能に絞って開発した。3号機は屋外の現場で使えるように筐体を軽くし、さらに防水・防塵等も考慮した。製品版サンプルとして試作の他に、フィールドテストに使用した。4号機は製品をターゲットとして、ユーザI/Fの改良、測定精度の向上を目的としたソフトウェアの改良、電圧測定機能を実装するとともに、落下防止と耐衝撃性を向上させた。実証評価(フィールドテスト)は、2011年7月から2012年3月までの1年半に及ぶ期間、5カ所で実施した。その中で、サーモカメラ、IVチェッカーと同時に計測しながら、検出可能な障害の内容を調査した。それぞれのフィールドは、11年から25年経過した施設であり、以下の結果を得た。(1)ストリングにおけるPVモジュール間断線を検出。(2)ストリング内の異常個所を検出。(3)オンサイトにおける故障事例と整合性チェックを実施。故障事例の多くは、ケーブルの腐食と断線、PVモジュール内の断線(バイパスダイオードの発熱等が観測された)であった。また、ピンポイントで、不具合位置を指摘することができ、大幅な工数削減につながった。TDR手法では検出できない不具合(ガラス割れ)があること、複数の不具合を内包するストリングでは、不具合位置推定を見落とすことがあり、不具合位置推定のアルゴリズムの改良が必要である等の課題が明らかになった。しかしながら、現場での運用を考慮した場合、以下の二点の特徴を確認することができ、今後のPVシステムの普及に伴い、メンテナンスを行う際の強力な計測器として活用できる見通しを得た。(1)PVの発電状態に依存せず、障害の有無を判別することが可能。(2)障害の場所を特定するのに有効。上記、特徴を持った計測器を核としたバリューチェーンとビジネスプランの検討を行い、新しいビジネスマーケットの創出についても大きな期待ができることを確認することができた。
英文要約Title: New Energy Technology Research Development /New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Photovoltaic Power Generation) / Developments of Fault Diagnosis Systems for Photovoltaic Array (FY2009-FY2012) FY2012 Final Report

As fossil fuel alternative energy, the photovoltaic system (PV system) is in the limelight. Many solar modules are installed in each home, and large-scale PV systems, such as mega-solar systems, has spread quickly. In general, it is said that PV system is maintenance-free and is continuing functioning over 20 years or more on the outdoors. However, fault examples, such as an output fall by aged deterioration, have been reported. Therefore, the fault-diagnosis technology of PV system is indispensable in order to reduce shutdown time by failure and degradation of a system and to enlarge the whole life power generation of a system more. Furthermore, the accident considered to originate in the fault of a solar module has also been reported, and the necessity for maintenance technology to detect the fault at an early stage is increasing. In this project, we developed a tester based on the TDR (Time Domain Reflectometry) method to pinpoint a fault module or a disconnection part in PV array. Specifically, we developed two kinds of trial productions, "a portable type" and "a fixed-mount type". We evaluated the efficiency of our testers for real obstacles in PV system. As for the prototype of a portable tester, we have four generations. First one was exhibited in the PV-JAPAN held in July, 2010. In second one, we limited to the TDR function. Third one had such a light case that it could use at the outdoor spot, and also we took into consideration about waterproofing and protection against dust. It was used for the field test of a trial production as a release version. Forth one targets a product. We improve the performance. Also we added a voltage measurement function. Actual evaluation (field test) was carried out at five places (the age of PV system is from 11 to 25 years). We investigated the detectable obstacle using a thermocamera and an IV checker. The period of the field test is from July 2011 to March 2012. The test result is as follows. (1) A disconnection between PV modules in a PV string was detected. (2) Error places were detected on each string. (3) The failure example in on-site was investigated and compatibility with a detection result using the developed tester. Many of failure examples originated in two terms, one is corrosion and disconnection of a cable, and the other is disconnection in a PV module. Moreover, the fault position could be pointed out at pinpoint and it led to drastic man day reduction. As the results of experiments, we found that there exists an undetectable fault (glass crack) by the TDR technique, and the fault position presumption may become worse for a string with two or more faults. As a future work, we need to improve the algorithm to specify fault positions in case that two or more obstacles exist in a string. However, from the viewpoint of employment at the spot, the following two features could be confirmed. (1) It is possible to distinguish the existence of an obstacle without being dependent on the power generation state of PV. (2) It is effective in pinpointing the place of an obstacle. We discussed on the value chain and the business model of a tester with the above features, and we concluded that the TDR method is suitable for a powerful tester at the maintaining of PV systems. Furthermore, it is great expectable that a new business market can be created.
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