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本系列介紹的是就固定價格收購制度（FIT）下百萬瓦級光伏電站的運營維護（O&M）狀況等，對以光伏發電系統的構建和維護等而著稱的Next Energy and Resources（長野縣駒根市）的工作人員的采訪。前文介紹了關于監控基本方法和運用氣象傳感器的實例等。本文將介紹可把握十幾張太陽能電池板發電情況的“組串監控”以及利用獲得的監控數據及時發現故障的事例等。
——上次介紹的使用氣象傳感器的事例，是從百萬瓦級光伏電站整體或每臺逆變器（PCS）所涉及的大的水平上來掌握是否在合理發電。那么要想掌握太陽能電池板自身的發電故障，采用什么方法比較現實？
答：太陽能電池板的故障只利用上次介紹的PCS輸出數據和氣象傳感器很難掌握。掌握太陽能電池板的故障比較現實的方法，是利用以十幾張太陽能電池板為單位掌握發電情況的組串監控。
用“旁路二極管”難以發現發電故障
在百萬瓦級光伏電站等大規模光伏發電系統中，難以把握發生故障的太陽能電池板，是因為每臺PCS連接的太陽能電池板多達數十～數千張，從PCS的輸出數據無法發現幾張太陽能電池板的輸出異常。
難以檢測電池板輸出異常還有一個原因，就是“旁路二極管”的機制。太陽能電池板是串聯連接方形電池單元（發電元件）制成的，即使一個電池單元出現異常形成電阻，因有旁路二極管，電流也會繞過這個故障電池單元流過，因此發電量的降幅很小。這種機制原本是為了保障安全而設置的，用來防止異常電池單元因形成電阻而發熱（稱為熱點現象，如放任不管可能會造成起火和破損事故）。因這種旁路二極管安全裝置，太陽能電池板雖然是串聯電池單元制成的，但數個單元的異常造成的輸出功率降幅非常小，所以難以發現。
但若以十數張電池板的組串為單位監控發電量，則微弱的輸出異常也容易發現。具體來說就是在接線盒內各組串的布線上設置電流傳感器，以掌握各組串的發電量（圖1）。這樣就可以在百萬瓦級光伏電站整體范圍內比較各組串的發電量，能掌握發電量異常低的組串（圖2）。
圖1：集線箱內安裝的組串監控傳感器示例。用〇圈住的部分。
（出處：Next Energy and Resources）
圖2：上圖是根據日照傳感器的值推測的預計發電量（綠線）。黃色是整體的發電量測量值。橫軸表示時間，可以看出當天從早上7點到下午4點多一直在發電。只看上圖，看起來基本正常，但從下圖的組串監控傳感器的值可以看出，上午早些時候有幾個組串的輸出功率較低。這里是因為背陰的影響，如果某些局部發電量異常，與其他組串一比較立即就能檢測出來。
（出處：Next Energy and Resources）
掌握了發電量異常低的組串后，假如該組串由14張太陽能電池板構成，利用測量溫度的紅外傳感器攝像頭，幾分鐘就可以判斷其中的哪張電池板發生了故障。
因組串監控的采用，20年的收入會多出約6000萬日元
推薦采用組串監控系統，是因為能以比較現實的導入成本來把握這些故障。接線盒設置的傳感器的成本，幾年前為每個組串幾萬日元，由設計的改進及量產的實現，現在降到了每個組串1萬日元以下。以每個組串有14張電池板、輸出功率4kW為例，每個組串一年的售電收入為16.8萬日元，投資成本很容易就可收回。
以采用標準設計、輸出功率為2MW的百萬瓦級光伏電站為例，假設太陽能電池板的故障發生率為最近多家研究機構發布的年均0.4％左右，據我們估算，采用組串監控系統的發電站與不作維護的發電站在發電開始后的20年內會有約6000萬日元的售電收入差額（圖3）。在估算中，組串監控系統的導入費用約設定為400萬日元。導入成本在發電開始后約5年就可由售電量之差收回。
圖3：橫軸為年數，縱軸為輸出不良造成的售電收入減少。假設太陽能電池板的故障率為年均0.4％左右，則采用組串監控系統的發電站和不實施維護的發電站在開始發電20年后會有約6000萬日元的售電收入差。
（出處：Next Energy and Resources）
如上所述，因采用的成本已比較親民，歐洲已經普遍采用組串監控系統，日本的采用也在增加。本公司的客戶從2013年開始也紛紛來咨詢，很多光伏電站都在準備導入。
只憑顯示器上的顯示無法發現逆變器停止
——在遠程監控系統的導入和運用中，發電運營商需要做什么？
答：要使監控內容便于查看、構建經由互聯網等容易查看的顯示系統，并定期確認顯示內容，等等。下面介紹兩個例子。
一個是2012年開始發電的中等規模光伏發電系統。這個光伏發電系統在開始發電半年以后的約半年時間里，4臺PCS中因有1臺發生無法自動恢復的故障而停機，但發電運營商卻沒有注意到。
這個光伏發電系統是在商業設施中設置的。因此，為了向顧客大力宣傳，商業設施內還利用顯示器顯示發電情況等。即便如此，卻沒有注意到發生了故障。
之后，本公司在檢查中發現，這臺PCS因為故障已經完全不輸出了。在這個例子中，如果改進遠程監控系統的顯示，至少顯示PCS的錯誤代碼，應該也會立即發現故障。本公司是推薦O&M客戶顯示PCS錯誤代碼的，但這個例子是客戶指定不顯示的。
雷擊也會造成遠程監控系統和警報裝置停機
另一個是輸出功率約為2MW的百萬瓦級光伏電站的例子。這電站所在的地區在發電開始后的2012年8月15日遭到了雷擊。受雷擊的影響，百萬瓦級光伏電站內所有的PCS都停機了。不僅PCS停止運轉，連遠程監控系統和警報系統也停止了。
8月15日，日本的企業大多都在休盂蘭盆假。但這座百萬瓦級光伏電站的運營商在第二天8月16日早上就發現了前一天的發電量異常，并報告了本公司。
為什么能在盂蘭盆假期中迅速發現故障呢？因為這座百萬瓦級光伏電站運營商的專務養成了每天早上用智能手機確認發電情況的習慣，所以立即發現了（圖4）。接到報告后，本公司立即通過遠程監控系統確認了情況，并派技術人員前往現場解決了問題。
圖4：采用智能手機的發電量遠程監控系統示例
（出處：Next Energy and Resources）
像這樣僅是使用了警報系統和遠程監控系統，也并非能夠發現所有的異常。還需要建立運行方面的體制，確保每天有人確認發電情況，并與O&M運營商展開合作等。
——上次介紹的使用氣象傳感器的事例，是從百萬瓦級光伏電站整體或每臺逆變器（PCS）所涉及的大的水平上來掌握是否在合理發電。那么要想掌握太陽能電池板自身的發電故障，采用什么方法比較現實？
答：太陽能電池板的故障只利用上次介紹的PCS輸出數據和氣象傳感器很難掌握。掌握太陽能電池板的故障比較現實的方法，是利用以十幾張太陽能電池板為單位掌握發電情況的組串監控。
用“旁路二極管”難以發現發電故障
在百萬瓦級光伏電站等大規模光伏發電系統中，難以把握發生故障的太陽能電池板，是因為每臺PCS連接的太陽能電池板多達數十～數千張，從PCS的輸出數據無法發現幾張太陽能電池板的輸出異常。
難以檢測電池板輸出異常還有一個原因，就是“旁路二極管”的機制。太陽能電池板是串聯連接方形電池單元（發電元件）制成的，即使一個電池單元出現異常形成電阻，因有旁路二極管，電流也會繞過這個故障電池單元流過，因此發電量的降幅很小。這種機制原本是為了保障安全而設置的，用來防止異常電池單元因形成電阻而發熱（稱為熱點現象，如放任不管可能會造成起火和破損事故）。因這種旁路二極管安全裝置，太陽能電池板雖然是串聯電池單元制成的，但數個單元的異常造成的輸出功率降幅非常小，所以難以發現。
但若以十數張電池板的組串為單位監控發電量，則微弱的輸出異常也容易發現。具體來說就是在接線盒內各組串的布線上設置電流傳感器，以掌握各組串的發電量（圖1）。這樣就可以在百萬瓦級光伏電站整體范圍內比較各組串的發電量，能掌握發電量異常低的組串（圖2）。
圖1：集線箱內安裝的組串監控傳感器示例。用〇圈住的部分。
（出處：Next Energy and Resources）
圖2：上圖是根據日照傳感器的值推測的預計發電量（綠線）。黃色是整體的發電量測量值。橫軸表示時間，可以看出當天從早上7點到下午4點多一直在發電。只看上圖，看起來基本正常，但從下圖的組串監控傳感器的值可以看出，上午早些時候有幾個組串的輸出功率較低。這里是因為背陰的影響，如果某些局部發電量異常，與其他組串一比較立即就能檢測出來。
（出處：Next Energy and Resources）
掌握了發電量異常低的組串后，假如該組串由14張太陽能電池板構成，利用測量溫度的紅外傳感器攝像頭，幾分鐘就可以判斷其中的哪張電池板發生了故障。
因組串監控的采用，20年的收入會多出約6000萬日元
推薦采用組串監控系統，是因為能以比較現實的導入成本來把握這些故障。接線盒設置的傳感器的成本，幾年前為每個組串幾萬日元，由設計的改進及量產的實現，現在降到了每個組串1萬日元以下。以每個組串有14張電池板、輸出功率4kW為例，每個組串一年的售電收入為16.8萬日元，投資成本很容易就可收回。
以采用標準設計、輸出功率為2MW的百萬瓦級光伏電站為例，假設太陽能電池板的故障發生率為最近多家研究機構發布的年均0.4％左右，據我們估算，采用組串監控系統的發電站與不作維護的發電站在發電開始后的20年內會有約6000萬日元的售電收入差額（圖3）。在估算中，組串監控系統的導入費用約設定為400萬日元。導入成本在發電開始后約5年就可由售電量之差收回。
圖3：橫軸為年數，縱軸為輸出不良造成的售電收入減少。假設太陽能電池板的故障率為年均0.4％左右，則采用組串監控系統的發電站和不實施維護的發電站在開始發電20年后會有約6000萬日元的售電收入差。
（出處：Next Energy and Resources）
如上所述，因采用的成本已比較親民，歐洲已經普遍采用組串監控系統，日本的采用也在增加。本公司的客戶從2013年開始也紛紛來咨詢，很多光伏電站都在準備導入。
只憑顯示器上的顯示無法發現逆變器停止
——在遠程監控系統的導入和運用中，發電運營商需要做什么？
答：要使監控內容便于查看、構建經由互聯網等容易查看的顯示系統，并定期確認顯示內容，等等。下面介紹兩個例子。
一個是2012年開始發電的中等規模光伏發電系統。這個光伏發電系統在開始發電半年以后的約半年時間里，4臺PCS中因有1臺發生無法自動恢復的故障而停機，但發電運營商卻沒有注意到。
這個光伏發電系統是在商業設施中設置的。因此，為了向顧客大力宣傳，商業設施內還利用顯示器顯示發電情況等。即便如此，卻沒有注意到發生了故障。
之后，本公司在檢查中發現，這臺PCS因為故障已經完全不輸出了。在這個例子中，如果改進遠程監控系統的顯示，至少顯示PCS的錯誤代碼，應該也會立即發現故障。本公司是推薦O&M客戶顯示PCS錯誤代碼的，但這個例子是客戶指定不顯示的。
雷擊也會造成遠程監控系統和警報裝置停機
另一個是輸出功率約為2MW的百萬瓦級光伏電站的例子。這電站所在的地區在發電開始后的2012年8月15日遭到了雷擊。受雷擊的影響，百萬瓦級光伏電站內所有的PCS都停機了。不僅PCS停止運轉，連遠程監控系統和警報系統也停止了。
8月15日，日本的企業大多都在休盂蘭盆假。但這座百萬瓦級光伏電站的運營商在第二天8月16日早上就發現了前一天的發電量異常，并報告了本公司。
為什么能在盂蘭盆假期中迅速發現故障呢？因為這座百萬瓦級光伏電站運營商的專務養成了每天早上用智能手機確認發電情況的習慣，所以立即發現了（圖4）。接到報告后，本公司立即通過遠程監控系統確認了情況，并派技術人員前往現場解決了問題。
圖4：采用智能手機的發電量遠程監控系統示例
（出處：Next Energy and Resources）
像這樣僅是使用了警報系統和遠程監控系統，也并非能夠發現所有的異常。還需要建立運行方面的體制，確保每天有人確認發電情況，并與O&M運營商展開合作等。
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