太陽光発電設備を支える計測・監視・制御システム

NI CompactRIOと LabVIEWによる発電設備の統合監視

太陽光発電設備では、発電量を確認するだけでなく、パワーコンディショナー（PCS）、受変電設備、気象観測機器、電力量計など、さまざまな設備の状態を継続的に監視する必要があります。

さらに、異常発生時には迅速に警報を発し、必要に応じて設備を制御するとともに、計測データを蓄積して運用状況を分析できる仕組みが求められます。

ペリテックでは、こうした発電設備に対して、NI CompactRIOとLabVIEWを組み合わせた計測・監視・制御システムを構築しています。

1. 太陽光発電監視システムとは

太陽光発電監視システムは、発電設備から収集した情報を一元管理し、発電所の運転状態をリアルタイムに把握するためのシステムです。

主な監視対象には、以下のようなものがあります。

• PCSの運転・停止・待機・故障状態
• 発電電力・発電電力量
• 電圧・電流・力率・周波数
• 日射量
• 気温・湿度
• 風速・風向
• 受変電設備の状態
• 電力量計
• 太陽電池ストリングの状態

太陽光発電設備では、単純に「何 kW発電しているか」を見るだけではなく、発電量と設備状態を関連付けて監視することが重要です。

そのため、計測、通信、状態監視、警報、制御、データ保存を一つのシステムとして統合します。

2. NI CompactRIOを利用した現場データ収集

今回のシステムでは、発電所側にCompactRIOコントローラを配置し、さらにEtherCAT拡張シャーシと複数のI/Oモジュールを組み合わせています。

納品構成として確認できる主なI/O構成は、以下のとおりです。

• CompactRIOコントローラ（リアルタイムプロセッサ＋FPGA搭載）
• EtherCAT拡張シャーシ
• アナログ入力モジュール
• デジタル入力モジュール（パルス・接点信号対応）
• リレー出力モジュール

これにより、現場のアナログ信号、デジタル信号、パルス・接点信号などをシステムへ取り込むことができます。

CompactRIOコントローラは、FPGAとリアルタイムプロセッサを搭載した8スロット構成で、産業用途を想定した堅牢な組み込みコントローラです。

3. 「計測」だけではなく「制御」まで行う

太陽光発電所の監視システムで重要なのは、データを見るだけで終わらないことです。

システムでは、設備の状態を監視しながら、必要に応じて制御信号を出力します。例えば、PCS については次の状態を監視し、必要に応じて運転／待機を制御します。

• 運転
• 待機
• 停止
• 故障

また、受変電設備のVCBについても、遠方操作が許可された状態であれば、監視画面から投入／開放操作を行える構成としています。

センサ・設備 → I/O → CompactRIO → リアルタイム処理・状態判定 → 監視PC →
オペレータによる監視・制御

CompactRIOは、リアルタイムプロセッサとFPGAを組み合わせることで、監視だけでなくリアルタイム制御やハードウェアベースの処理にも対応できます。

4. LabVIEWによる監視・操作画面

現場のデータを収集するだけでは、設備運用には十分ではありません。

ペリテックでは、NI LabVIEWを利用して、収集した情報をオペレータが直感的に確認できる監視画面へ統合します。監視画面では、以下のような情報を確認できます。

• 発電所全体の状態
• PCSごとの状態
• 計測値
• 故障・待機状態
• 警報
• 警報履歴
• トレンドグラフ
• 発電量
• 日報・月報

実際のシステムでも、PCS1～PCS4を個別に表示し、それぞれの計測データや運転状態、故障・待機履歴を確認できる構成になっています。

また、アナログ信号やPCS計測データについて、トレンドグラフによる時系列監視も可能です。

5. 異常を「見る」から「知らせる」へ

発電所では、異常を見つけるだけではなく、確実に担当者へ知らせることが重要です。

システムでは、故障や待機状態が発生すると監視画面に警報メッセージを表示し、警報盤にも信号を出力します。これにより、以下のような異常通知の流れを構築できます。

設備異常 → CompactRIO／I/Oで検出 → 監視システムへ通知 → 画面表示 →
警報盤のランプ・ブザー

さらに、警報の発生・復旧履歴を保存することで、後から設備の状態変化を確認することも可能です。

6. 発電データを蓄積し、運用に活用

発電設備では、現在値を見るだけでなく、過去のデータを蓄積することが重要です。例えば、以下のようなデータを保存することで、発電設備の運用状況を長期的に分析できます。

• 日別発電量
• 月別発電量
• PCSごとの発電量
• 気象データ
• 設備状態
• 故障履歴
• ストリングデータ

実際のシステムでは、日報、月報、PCS計測データ、PCSステータス、I/Oデータ、ストリングデータなどを分けて保存する構成になっています。

7. 太陽光発電では「気象」と「発電量」の関係も重要

太陽光発電では、発電量が日射量や気温などの気象条件に大きく影響されます。

そのため、発電量だけではなく、次の情報を関連付けて記録することで、発電設備の状態をより正確に把握できます。

日射量 → 気温 → 湿度 → 風速・風向 → 積雪 → 発電量

監視画面では、日射量、気温、湿度、風速、風向、電力、電圧、電流、力率、周波数などの情報を扱っています。

8. 見学者向け情報表示にも対応

太陽光発電所では、設備を管理するだけでなく、再生可能エネルギーについて一般の方に知ってもらうことも重要です。

そのため、監視システムと連携した「見学ボード」を構築することで、以下のような情報を表示できます。

• 現在の発電量
• 本日の発電電力量
• 世帯相当の発電量
• 太陽光発電の仕組み
• 設備仕様
• パネル種類による発電量比較
• 設置角度による発電量比較
• 冬季の発電状況
• 積雪状況

これにより、設備監視システムと環境・教育向けの情報公開システムを一体化できます。

9. ペリテックが提供する「計測×制御×ソフトウェア」

太陽光発電監視システムでは、単一の製品だけではシステムを完成させることはできません。必要なのは、次の流れを一つのシステムとして設計することです。

現場設備 → センサ・信号 → I/O → 計測・制御コントローラ → 通信 →
監視ソフトウェア → データ保存 → 警報・制御 → 帳票・分析

ペリテックは、NI LabVIEWをはじめとする計測・制御技術と、CompactRIOなどのNIプラットフォームを組み合わせ、お客様の設備に合わせた計測・監視・制御システムを構築するシステムインテグレーターです。

NIのCompactRIOは、リアルタイムプロセッサ、FPGA、モジュール式I/Oを統合できるため、一般的なデータ収集だけでなく、リアルタイム制御、状態監視、エッジ処理などにも適しています。

10. 最後に

太陽光発電設備の監視では、単に「発電量を表示する」だけではなく、次の流れを一つの仕組みとして構築することが重要です。

ペリテックでは、NI CompactRIO＋LabVIEW＋各種I/O＋設備通信を組み合わせることで、発電設備に合わせた柔軟な監視・制御システムを構築できます。

太陽光発電に限らず、工場設備、エネルギー設備、研究設備、試験設備など、「現場のデータを収集し、判断し、必要な制御まで行う」システムに応用可能です。

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