即便有远程监控，还是发生了未能觉察的逆变器“罢工”现象

本系列介绍的是就固定价格收购制度（FIT）下百万瓦级光伏电站的运营维护（O&M）状况等，对以光伏发电系统的构建和维护等而著称的Next Energy and Resources（长野县驹根市）的工作人员的采访。前文介绍了关于监控基本方法和运用气象传感器的实例等。本文将介绍可把握十几张太阳能电池板发电情况的“组串监控”以及利用获得的监控数据及时发现故障的事例等。

——上次介绍的使用气象传感器的事例，是从百万瓦级光伏电站整体或每台逆变器（PCS）所涉及的大的水平上来掌握是否在合理发电。那么要想掌握太阳能电池板自身的发电故障，采用什么方法比较现实？

答：太阳能电池板的故障只利用上次介绍的PCS输出数据和气象传感器很难掌握。掌握太阳能电池板的故障比较现实的方法，是利用以十几张太阳能电池板为单位掌握发电情况的组串监控。

用“旁路二极管”难以发现发电故障

在百万瓦级光伏电站等大规模光伏发电系统中，难以把握发生故障的太阳能电池板，是因为每台PCS连接的太阳能电池板多达数十～数千张，从PCS的输出数据无法发现几张太阳能电池板的输出异常。

难以检测电池板输出异常还有一个原因，就是“旁路二极管”的机制。太阳能电池板是串联连接方形电池单元（发电元件）制成的，即使一个电池单元出现异常形成电阻，因有旁路二极管，电流也会绕过这个故障电池单元流过，因此发电量的降幅很小。这种机制原本是为了保障安全而设置的，用来防止异常电池单元因形成电阻而发热（称为热点现象，如放任不管可能会造成起火和破损事故）。因这种旁路二极管安全装置，太阳能电池板虽然是串联电池单元制成的，但数个单元的异常造成的输出功率降幅非常小，所以难以发现。

但若以十数张电池板的组串为单位监控发电量，则微弱的输出异常也容易发现。具体来说就是在接线盒内各组串的布线上设置电流传感器，以掌握各组串的发电量（图1）。这样就可以在百万瓦级光伏电站整体范围内比较各组串的发电量，能掌握发电量异常低的组串（图2）。



图1：集线箱内安装的组串监控传感器示例。用〇圈住的部分。

（出处：Next Energy and Resources）



图2：上图是根据日照传感器的值推测的预计发电量（绿线）。黄色是整体的发电量测量值。横轴表示时间，可以看出当天从早上7点到下午4点多一直在发电。只看上图，看起来基本正常，但从下图的组串监控传感器的值可以看出，上午早些时候有几个组串的输出功率较低。这里是因为背阴的影响，如果某些局部发电量异常，与其他组串一比较立即就能检测出来。

（出处：Next Energy and Resources）

掌握了发电量异常低的组串后，假如该组串由14张太阳能电池板构成，利用测量温度的红外传感器摄像头，几分钟就可以判断其中的哪张电池板发生了故障。 

因组串监控的采用，20年的收入会多出约6000万日元

推荐采用组串监控系统，是因为能以比较现实的导入成本来把握这些故障。接线盒设置的传感器的成本，几年前为每个组串几万日元，由设计的改进及量产的实现，现在降到了每个组串1万日元以下。以每个组串有14张电池板、输出功率4kW为例，每个组串一年的售电收入为16.8万日元，投资成本很容易就可收回。

以采用标准设计、输出功率为2MW的百万瓦级光伏电站为例，假设太阳能电池板的故障发生率为最近多家研究机构发布的年均0.4％左右，据我们估算，采用组串监控系统的发电站与不作维护的发电站在发电开始后的20年内会有约6000万日元的售电收入差额（图3）。在估算中，组串监控系统的导入费用约设定为400万日元。导入成本在发电开始后约5年就可由售电量之差收回。

 

图3：横轴为年数，纵轴为输出不良造成的售电收入减少。假设太阳能电池板的故障率为年均0.4％左右，则采用组串监控系统的发电站和不实施维护的发电站在开始发电20年后会有约6000万日元的售电收入差。

（出处：Next Energy and Resources）

如上所述，因采用的成本已比较亲民，欧洲已经普遍采用组串监控系统，日本的采用也在增加。本公司的客户从2013年开始也纷纷来咨询，很多光伏电站都在准备导入。

只凭显示器上的显示无法发现逆变器停止

——在远程监控系统的导入和运用中，发电运营商需要做什么？

答：要使监控内容便于查看、构建经由互联网等容易查看的显示系统，并定期确认显示内容，等等。下面介绍两个例子。

一个是2012年开始发电的中等规模光伏发电系统。这个光伏发电系统在开始发电半年以后的约半年时间里，4台PCS中因有1台发生无法自动恢复的故障而停机，但发电运营商却没有注意到。

这个光伏发电系统是在商业设施中设置的。因此，为了向顾客大力宣传，商业设施内还利用显示器显示发电情况等。即便如此，却没有注意到发生了故障。

之后，本公司在检查中发现，这台PCS因为故障已经完全不输出了。在这个例子中，如果改进远程监控系统的显示，至少显示PCS的错误代码，应该也会立即发现故障。本公司是推荐O&M客户显示PCS错误代码的，但这个例子是客户指定不显示的。

雷击也会造成远程监控系统和警报装置停机

另一个是输出功率约为2MW的百万瓦级光伏电站的例子。这电站所在的地区在发电开始后的2012年8月15日遭到了雷击。受雷击的影响，百万瓦级光伏电站内所有的PCS都停机了。不仅PCS停止运转，连远程监控系统和警报系统也停止了。

8月15日，日本的企业大多都在休盂兰盆假。但这座百万瓦级光伏电站的运营商在第二天8月16日早上就发现了前一天的发电量异常，并报告了本公司。

为什么能在盂兰盆假期中迅速发现故障呢？因为这座百万瓦级光伏电站运营商的专务养成了每天早上用智能手机确认发电情况的习惯，所以立即发现了（图4）。接到报告后，本公司立即通过远程监控系统确认了情况，并派技术人员前往现场解决了问题。

 

图4：采用智能手机的发电量远程监控系统示例

（出处：Next Energy and Resources）

像这样仅是使用了警报系统和远程监控系统，也并非能够发现所有的异常。还需要建立运行方面的体制，确保每天有人确认发电情况，并与O&M运营商展开合作等。