(57)【要約】【課題】外部から電源供給しなくても通常の閉路を維持できる開閉装置及び、これを含む太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電パネルとパワーコンディショナとを互いに接続する直流電路に設けられる開閉装置であって、直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、ダイオードを介して直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、スイッチング素子を含み、コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、直流電路に挿入され、電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、を備える。【選択図】図１
2019022363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電パネルとパワーコンディショナとを互いに接続する直流電路に設けられる開閉装置であって、
前記直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、
前記ダイオードを介して前記直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、
スイッチング素子を含み、前記コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、
前記直流電路に挿入され、前記電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、
を備えている開閉装置。
【請求項２】
前記電源部は降圧コンバータを含む請求項１に記載の開閉装置。
【請求項３】
前記電源部は、前記太陽光発電パネルからの直流電路に接続される昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータの出力側に接続される降圧コンバータとを含み、両コンバータの中間に前記コンデンサが存在する請求項１に記載の開閉装置。
【請求項４】
前記コンデンサは、前記太陽光発電パネルが発電する時間帯において発電電力が所定時間の範囲内で低下した場合に、閉路している前記開閉部を前記所定時間維持するエネルギーを蓄えるキャパシタンスを有している請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の開閉装置。
【請求項５】
前記制御スイッチは、熱及び水の少なくとも一方に反応して前記開閉部を開路するように動作する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の開閉装置。
【請求項６】
前記電源部は、前記開閉部が閉路された後、閉路を保持する電力を所定レベルまで低下させる請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の開閉装置。
【請求項７】
複数の太陽光発電パネルと、これらにそれぞれ対応するパワーコンディショナとを互いに接続する複数系統の直流電路に設けられる請求項１に記載の開閉装置であって、
前記ダイオードは複数あって、前記複数系統の直流電路のそれぞれにおける高電位側電路から低電位側電路への方向を順方向としたとき逆阻止の極性となるように接続されており、
前記コンデンサは、前記ダイオードを介して前記複数系統の直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電され、
前記開閉部は複数あって、前記複数系統の直流電路にそれぞれ挿入されている、開閉装置。
【請求項８】
太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルと直流電路を介して接続されるパワーコンディショナと、前記直流電路に設けられる開閉装置と、を備える太陽光発電システムであって、前記開閉装置は、
前記直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、
前記ダイオードを介して前記直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、
スイッチング素子を含み、前記コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、
前記直流電路に挿入され、前記電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、
を備えている太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開閉装置及び太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭や工場等に設置されている太陽光発電パネルは、例えば昼間に建物内で火災が発生した場合、放水すると消防隊員が感電する可能性がある。近年、欧州や米国では緊急時に太陽光発電パネルの電路を遮断することが規格化されており、米国の電気設備基準の中のＮＥＣ６９０には「緊急遮断要求」という項目が追加されている。また、これを受けて、北米市場ではＵＬ規格が、緊急遮断（Rapid shutdown）に関する内容が反映された形で改定されようとしている。
【０００３】
例えば、太陽光発電モジュールごとに開閉装置を設け、通信機能を用いて複数の太陽光発電モジュールの開閉装置を一括制御することも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５２０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の場合、開閉装置や通信機能に対する電源をどのように確保するかについての開示がなされていない。非常時に確実に解列を行うには、逆に、通常は開閉装置を閉路した状態を維持することが必要となる。閉路した状態を維持するにはエネルギーすなわち制御用の電源が必要である。しかし、その電源を外部から供給するのは施工が煩雑になり、工事費用がかさむ。また、既設の太陽光発電設備に追加する場合は、電源の供給元を再設計して施工する必要があり、これには現実的な困難性がある。
【０００６】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、外部から電源供給しなくても通常の閉路を維持できる開閉装置及び、これを含む太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一表現に係る開閉装置は、太陽光発電パネルとパワーコンディショナとを互いに接続する直流電路に設けられる開閉装置であって、前記直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、前記ダイオードを介して前記直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、スイッチング素子を含み、前記コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、前記直流電路に挿入され、前記電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、前記開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、を備えている開閉装置である。
【０００８】
また、本発明の一表現に係る太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルと直流電路を介して接続されるパワーコンディショナと、前記直流電路に設けられる開閉装置と、を備える太陽光発電システムであって、前記開閉装置は、前記直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、前記ダイオードを介して前記直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、スイッチング素子を含み、前記コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、前記直流電路に挿入され、前記電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、前記開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の開閉装置又は太陽光発電システムによれば、外部から電源供給しなくても太陽光発電に基づいて、かつ、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、開閉装置の通常の閉路状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る開閉装置を含む太陽光発電システムの接続図の一例を示す図である。
【図２】図１における電源部の内部回路の一例を示す回路図である。
【図３】開閉装置における１日の状態変化を示す図であり、（ａ）は太陽光発電パネルから開閉装置への入力電圧Ｖｉｎ、（ｂ）は電源部への入力電圧Ｖｃｉｎ、（ｃ）は電源部が出力する駆動電圧、（ｄ）は開閉部の開閉状態を、それぞれ表している。
【図４】第２実施形態に係る開閉装置を含む太陽光発電システムの接続図の一例を示す図である。
【図５】図４における電源部の内部回路の一例を示す回路図である。
【図６】第３実施形態に係る開閉装置を含む太陽光発電システムの接続図の一例を示す図である。
【図７】第４実施形態に係る開閉装置を含む太陽光発電システムの接続図の一例を示す図である。
【図８】第５実施形態に係る開閉装置を含む太陽光発電システムの接続図の一例を示す図である。
【図９】第６実施形態に係る開閉装置を含む太陽光発電システムの接続図の一例を示す図である。
【図１０】図１の変形版としての接続図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
【００１２】
（１）これは、太陽光発電パネルとパワーコンディショナとを互いに接続する直流電路に設けられる開閉装置であって、前記直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、前記ダイオードを介して前記直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、スイッチング素子を含み、前記コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、前記直流電路に挿入され、前記電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、前記開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、を備えている。
【００１３】
上記のように構成された開閉装置では、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、コンデンサに蓄えられているエネルギーにより開閉部を閉路状態に維持することができる。直流電路の電圧が、充電されたコンデンサの電圧より低くなっても、ダイオードの存在により逆阻止され、また、コンデンサのキャパシタンスも必要最小限にすることで、直流電路への影響を抑制することができる。従って、コンデンサが、パワーコンディショナのＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御に影響を与えることを抑制できる。コンデンサの電圧に基づいて、電源部は開閉部の駆動電圧を生成し、この駆動電圧により、通常は開閉部が閉路されている。制御スイッチは、非常時に自己の動作により、開閉部を開路することができる。このようにして、外部から電源供給しなくても太陽光発電に基づいて、かつ、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、開閉装置の通常の閉路状態を維持することができる。
【００１４】
（２）また、（１）の開閉装置において、前記電源部は降圧コンバータを含むものであってもよい。
太陽光発電は一般に数百ボルトの発電電圧になるので、降圧コンバータにより適切な駆動電圧を得ることができる。
【００１５】
（３）また、（１）の開閉装置において、前記電源部は、前記太陽光発電パネルからの直流電路に接続される昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータの出力側に接続される降圧コンバータとを含み、両コンバータの中間に前記コンデンサが存在する構成であってもよい。
この場合、太陽光発電パネルの発電電圧にかかわらず、コンデンサには安定した電圧を印加することができる。従って、コンデンサに蓄えられるエネルギーを安定して一定に維持することができる。
【００１６】
（４）また、（１）〜（３）のいずれかの開閉装置において、前記コンデンサは、前記太陽光発電パネルが発電する時間帯において発電電力が所定時間低下した場合に、閉路している前記開閉部を前記所定時間維持するエネルギーを蓄えるキャパシタンスを有していることが好ましい。
この場合、例えば日射の一時的な（短時間の）低下で発電電力が急落しても、所定時間は開閉部の閉路を維持することができる。従って、頻繁に開閉部が開路動作して開閉部の寿命が短くなる、という事態を抑制することができる。
【００１７】
（５）また、（１）〜（４）のいずれかの開閉装置において、前記制御スイッチは、熱及び水の少なくとも一方に反応して前記開閉部を開路するように動作するようにしてもよい。
この場合、火災の熱や放水の水により開閉部が開路されることにより、開閉装置からパワーコンディショナまでの電路に発電電圧が現れないようにすることができる。
【００１８】
（６）また、（１）〜（５）のいずれかの開閉装置において、前記電源部は、前記開閉部が閉路された後、閉路を保持する電力を所定レベルまで低下させてもよい。
この場合、例えば開閉部がリレーである場合、定格動作電圧より釈放電圧が低いことを利用して駆動電圧を低下させ、電力消費を低減することができる。
【００１９】
（７）また、（１）の開閉装置が、複数の太陽光発電パネルと、これらにそれぞれ対応するパワーコンディショナとを互いに接続する複数系統の直流電路に設けられる場合、前記ダイオードは複数あって、前記複数系統の直流電路のそれぞれにおける高電位側電路から低電位側電路への方向を順方向としたとき逆阻止の極性となるように接続されており、
前記コンデンサは、前記ダイオードを介して前記複数系統の直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電され、前記開閉部は複数あって、前記複数系統の直流電路にそれぞれ挿入されている、という構成であってもよい。
この場合、太陽光発電パネルとパワーコンディショナとの組が複数組あっても、ダイオードをそれぞれの組に設けることと、キャパシタンスの増量とにより対応することができる。
【００２０】
（８）また、これは、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルと直流電路を介して接続されるパワーコンディショナと、前記直流電路に設けられる開閉装置と、を備える太陽光発電システムであって、前記開閉装置は、前記直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオードと、前記ダイオードを介して前記直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサと、スイッチング素子を含み、前記コンデンサの両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部と、前記直流電路に挿入され、前記電源部の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部と、前記開閉部の開閉を制御する制御スイッチと、を備えている。
【００２１】
上記のように構成された太陽光発電システムにおける開閉装置は、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、コンデンサに蓄えられているエネルギーにより開閉部を閉路状態に維持することができる。直流電路の電圧が、充電されたコンデンサの電圧より低くなっても、ダイオードの存在により逆阻止され、また、コンデンサのキャパシタンスも必要最小限にすることで、直流電路への影響を抑制することができる。従って、コンデンサが、パワーコンディショナのＭＰＰＴ制御に影響を与えることを抑制できる。コンデンサの電圧に基づいて、電源部は開閉部の駆動電圧を生成し、この駆動電圧により、通常は開閉部が閉路されている。制御スイッチは、非常時に自己の動作により、開閉部を開路することができる。このようにして、外部から電源供給しなくても太陽光発電に基づいて、かつ、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、開閉装置の通常の閉路状態を維持することができる太陽光発電システムを提供することができる。
【００２２】
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る開閉装置について、図面を参照して説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
《回路構成》
図１は、第１実施形態に係る開閉装置１を含む太陽光発電システム１００の接続図の一例を示す図である。図において、開閉装置１は、太陽光発電パネル２とパワーコンディショナ３とを互いに接続する直流電路４に介在する形で設けられている。パワーコンディショナ３は、交流電路５と接続される。なお、開閉装置１は、自己が開路したときの、太陽光発電パネル２から開閉装置１までの活線部位を短くする観点から、なるべく太陽光発電パネル２に近い場所に設けられることが好ましい。
【００２４】
開閉装置１は、ダイオード１１、コンデンサ１２、電源部１３、開閉部１４、及び、外部にではあるが、制御スイッチ１５と、を備えている。ダイオード１１のアノードは直流電路４の高電位側電路４ｐに接続されている。太陽光発電パネル２の直流電路４の低電位側電路４ｎと、ダイオード１１のカソードとの間には、コンデンサ１２が接続されている。コンデンサ１２は、低電位側電路４ｎと、ダイオード１１のカソードとの間に現れる電圧すなわち、太陽光発電パネル２の発電電圧により充電される。
【００２５】
コンデンサ１２の両端には電源部１３が接続されている。電源部１３は降圧コンバータを含み、所定の直流電圧を出力する。電源部１３が出力する直流電圧は内部の制御電源電圧になると共に、開閉部１４の駆動電圧となる。開閉部１４は例えば、励磁コイルと接点とを有するリレーである。制御スイッチ１５は、開閉装置１の構成要素でもあるが、この例では、外部に設けられている。制御スイッチ１５は、例えば需要家のユーザが手動操作により開閉することができる。
【００２６】
図２は、図１における電源部１３の内部回路の一例を示す回路図である。図において、この電源部１３の実体は、コンデンサ１２の両端電圧を所定の直流電圧に変換（降圧）する非絶縁の降圧コンバータ１３Ｄである。すなわち、降圧コンバータ１３Ｄの基本的な構成要素として、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であるスイッチング素子１３１と、ダイオード１３２と、リアクトル１３３と、コンデンサ１３４とを、図示のように備えている。太陽光発電は一般に数百ボルトの発電電圧になるので、降圧コンバータ１３Ｄにより適切な駆動電圧を得ることができる。
【００２７】
スイッチング素子１３１は、ドレインが高電位側入力電路Ｐｉｎに接続されている。ダイオード１３２は、スイッチング素子１３１のソース側にカソードが、低位電位側入力電路Ｎｉｎにアノードが、それぞれ接続されている。リアクトル１３３は、スイッチング素子１３１に対して直列に接続されている。コンデンサ１３４の両端からは、高電位側出力電路Ｐｏｕｔ、低電位側出力電路Ｎｏｕｔが引き出される。
【００２８】
スイッチング素子１３１は、例えばＩＣ１３０に搭載されている。ＩＣ１３０は、スイッチング素子１３１のゲートに接続された制御部１３５と、起動回路１３６とを備えている。起動回路１３６は、高電位側入力電路ＰｉｎとＩＣ１３０のＶｃｃ端子との間に設けられている。制御部１３５はＶｃｃ端子から制御電源電圧を受けている。ＩＣ１３０の外側には、ダイオード１３７と、コンデンサ１３８とが設けられている。ダイオード１３７は、そのカソードがＶｃｃ端子に接続され、アノードが高電位側出力電路Ｐｏｕｔに接続されている。コンデンサ１３８は、Ｖｃｃ端子とＧＮＤ端子との間に接続されている。
【００２９】
制御部１３５は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御、ＦＥＴドライバ、フィードバック制御等の機能を有している。起動回路１３６は、電源部１３を自立的に立ち上げる機能を有している。
【００３０】
《開閉装置の動作》
次に開閉装置１の動作について説明する。
図１において、通常、制御スイッチ１５は閉路されている。また、例えば夜であるとすると、電源部１３からは出力電圧が得られず、開閉部１４は開路している。この状態から朝になり、太陽光発電パネル２が発電できる状態になると、直流電路４の線間（４ｐ−４ｎ間）に直流電圧が印加され、ダイオード１１を介して、コンデンサ１２が充電される。
【００３１】
図２において、高電位側入力電路Ｐｉｎの電圧が０から上昇して所定の電圧（例えば２９Ｖ程度）に達すると、起動回路１３６は動作を開始し、定電流でコンデンサ１３８の充電を開始する。これによりコンデンサ１３８に電荷が蓄積され、Ｖｃｃ端子の電圧が所定の電圧（例えば１５Ｖ）になると、制御部１３５が制御動作を開始する。すなわち、制御部１３５は、スイッチング素子１３１のスイッチング制御（ＰＷＭ制御）を開始する。これにより、電源部１３は、降圧コンバータ１３Ｄとして起動し、高電位側出力電路Ｐｏｕｔと低電位側出力電路Ｎｏｕｔとの間に、所定の電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）を出力する。
【００３２】
電源部１３が出力を開始すると、起動回路１３６は自動的に停止し、起動回路１３６による電力消費を抑える。リアクトル１３３、ダイオード１３７、及び、コンデンサ１３８は閉回路を構成し、コンデンサ１３８は常時、充電されている状態となる。
【００３３】
図１に戻り、電源部１３の出力電圧は開閉部１４の駆動電圧となる。制御スイッチ１５が閉路されていると、駆動電圧が開閉部１４に与えられ、開閉部１４は接点を閉路する。開閉部１４は、直流電路４上に介在している。従って、太陽光発電パネル２は直流電路４（４ｐ，４ｎ）を介してパワーコンディショナ３と互いに接続されている状態となる。開閉部１４の閉路によりパワーコンディショナ３はスタンバイ状態から起動し、太陽光発電パネル２の発電出力に対してＭＰＰＴ制御を開始し、交流電路５に交流電力を提供する。
【００３４】
ＭＰＰＴ制御により、直流電路４の線間電圧は絶えず微小変化をしている。例えば、ＭＰＰＴ制御により、直流電路４の線間電圧がコンデンサ１２の両端電圧より低くなった場合、ダイオード１１の存在により、コンデンサ１２の両端電圧は直流電路４の線間電圧に影響を与えない。逆に、直流電路４の線間電圧がコンデンサ１２の両端電圧より高くなった場合、ダイオード１１を通してコンデンサ１２に電流が流れ込むが、コンデンサ１２のキャパシタンスを適切に選定することにより電流を抑制し、ＭＰＰＴ制御に実質的な影響を与えないようにすることができる。
【００３５】
図３は、開閉装置１における１日の状態変化を示す図である。（ａ）は太陽光発電パネル２から開閉装置１への入力電圧Ｖｉｎ、（ｂ）は電源部１３への入力電圧Ｖｃｉｎ、（ｃ）は電源部１３が出力する駆動電圧、（ｄ）は開閉部１４の開閉状態を、それぞれ表している。
【００３６】
この例では、入力電圧Ｖｉｎは、時刻Ｔ１より少し前に立ち上がり時刻Ｔ１より少し後には安定する。時刻Ｔ３には例えば天候の急激な変化による日射急変により、入力電圧Ｖｉｎが低下し、一旦０になった後、時刻Ｔ５に元の状態に復帰する。時刻Ｔ６には日没が近くなり、その後、入力電圧が低下して０になる。
【００３７】
このような入力電圧Ｖｉｎの変化に対して、電源部１３への入力電圧Ｖｃｉｎすなわちコンデンサ１２の両端電圧は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までは（ａ）の入力電圧Ｖｉｎと同じように推移する。時刻Ｔ３以後、入力電圧Ｖｃｉｎも低下するが、コンデンサ１２の存在により低下が緩慢になり、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの保持時間ΔＴの間、下限値Ｖｃｉｎ＿ｍｉｎ以上を保持する。この下限値Ｖｃｉｎ＿ｍｉｎとは、一旦閉路した開閉部１４を閉路状態で保持できる最低電圧（釈放電圧より高い）を駆動電圧として電源部１３から出力するために、入力電圧Ｖｃｉｎとして必要な最低の電圧である。
【００３８】
一方、電源部１３が出力する（ｃ）の駆動電圧は、電源部１３が動作を開始した時刻Ｔ１から立ち上がり、所定の電圧となる。これにより、（ｄ）に示すように、開閉部１４は閉路する。その後、時刻Ｔ２において電源部１３は、節電のため、駆動電圧を低下させ、時刻Ｔ７までその状態となる。駆動電圧は、釈放電圧より高ければよい。すなわち、開閉部１４がリレーである場合、定格動作電圧より釈放電圧が低いことを利用して駆動電圧を低下させ、開閉部１４の電力消費を低減することができる。なお、電力消費を低減できればよいので、駆動電圧・駆動電流の少なくとも一方を低下させる手段であればよい。
【００３９】
入力電圧Ｖｃｉｎは、時刻Ｔ５に元の状態に復帰する。時刻Ｔ６には日没が近くなり、電圧が低下していく。時刻Ｔ７までは、下限値Ｖｃｉｎ＿ｍｉｎ以上の電圧が入力されるので、駆動電圧を維持することができ、開閉部１４は閉路している。その後、さらに入力電圧Ｖｃｉｎが低下して下限値Ｖｃｉｎ＿ｍｉｎより低い電圧になると、開閉部１４の閉路を維持する駆動電圧は出力できなくなり、開閉部１４は開路する。すなわち、１日の発電終了である。
【００４０】
なお、もし、この需要家で太陽光発電中に火災が発生し、消火活動が必要になる場合には、制御スイッチ１５を開くことにより、開閉部１４を強制的に開路することができる。開閉部１４が開路されれば、開閉装置１からパワーコンディショナ３までの直流電路４には電圧は印加されない状態となり、放水時の電気的な安全性が確保できる。
【００４１】
《コンデンサの容量計算》
火災のような非常時を除けば、太陽光発電中は日射急変等があっても、開閉部１４を閉路すなわち励磁した状態に維持できることが好ましい。開閉部１４を閉路状態で維持するためのエネルギーは、常時、コンデンサ１２に蓄えられている。そのために必要な、いわば最低限のキャパシタンスＣｉｎは、以下のようにして求められる。
【００４２】
まず、各記号は以下の通りである。
Ｖｉｎ：太陽光発電パネル２から電源部１３への入力電圧（例えば定格電圧）
Ｖｉｎ＿ｍｉｎ：開閉部１４の閉路状態を維持するための入力電圧の下限値（≒Ｖｃｉｎ＿ｍｉｎ）
η：電源部１３の変換効率
Ｐ：電源部１３の消費電力
Δｔ：図３の保持時間
【００４３】
この場合、コンデンサ１２に蓄えられるエネルギーは、
（１／２）×Ｃｉｎ×（Ｖｉｎ−Ｖｉｎ＿ｍｉｎ）２
である。一方、電力及び保持時間より必要なエネルギーは、
（Ｐ／η）×Δｔ
である。従って、
（１／２）×Ｃｉｎ×（Ｖｉｎ−Ｖｉｎ＿ｍｉｎ）２＝（Ｐ／η）×Δｔ
・・・（１）
を満たすキャパシタンスＣｉｎであればよい。
式（１）をＣｉｎについて解くと、
Ｃｉｎ＝（２×Ｐ×Δｔ）／｛η×（Ｖｉｎ−Ｖｉｎ＿ｍｉｎ）２｝    ・・・（２）
となる。
【００４４】
かかるキャパシタンスＣｉｎを有するコンデンサ１２は、太陽光発電パネル２が発電する時間帯において発電電力が所定時間の範囲内で一時的に低下しても、閉路している開閉部１４を所定時間維持するエネルギーを蓄えることができる。従って、例えば日射の一時的な（短時間の）低下で発電電力が急落しても、所定時間は開閉部１４の閉路を維持することができる。従って、頻繁に開閉部１４が開路動作して開閉部１４の寿命が短くなる、という事態を抑制することができる。
【００４５】
［第２実施形態］
《回路構成》
図４は、第２実施形態に係る開閉装置１を含む太陽光発電システム１００の接続図の一例を示す図である。図において、この開閉装置１が、図１の開閉装置１と異なるのは、図１の位置にコンデンサ１２が存在しない点である。図４に示すその他の回路構成及び機能は図１と同様であるので、説明を省略する。このような開閉装置１では、太陽光発電パネル２の発電電圧にかかわらず、コンデンサ１２（図５）には安定した電圧を印加することができる。従って、コンデンサ１２に蓄えられるエネルギーを安定して一定に維持することができる。
【００４６】
図５は、図４における電源部１３の内部回路の一例を示す回路図である。図において、この電源部１３の実体は、太陽光発電パネル２からの直流電路に接続される昇圧コンバータ１６と、その出力側に接続される降圧コンバータ１３Ｄとの間に、コンデンサ１２が設けられたものである。
【００４７】
昇圧コンバータ１６は、コンデンサ１６１、リアクトル１６２、スイッチング素子１６３、ダイオード１６４、及び、スイッチング素子１６３の制御部１６５を、図示のように接続して構成されている。スイッチング素子１６３は例えばＭＯＳ−ＦＥＴである。コンデンサ１２は、図１では電源部１３の外にあったが、この実施形態では、昇圧コンバータ１６の出力側の２線間に接続されている。降圧コンバータ１３Ｄの内部開路構成及び機能は、図２の降圧コンバータ１３Ｄと概ね同じであるので同じ部分についての説明は省略するが、異なるのは、降圧コンバータ１３Ｄの高電位側出力電路Ｐｏｕｔの電圧を、昇圧コンバータ１６の制御部１６５の制御電源電圧としても利用している点である。なお、昇圧コンバータ１６の制御部１６５の制御電源電圧を、降圧コンバータ１３Ｄからもらうのは一例であり、昇圧コンバータ１６にも起動回路を設けて独自に制御電源電圧を得るようにしてもよい。
【００４８】
《開閉装置の動作》
次に、図４，図５の開閉装置１の動作について説明する。
図５において、太陽光発電パネル２（図４）の発電による出力電圧がダイオード１１（図４）を介して電源部１３に入力される。高電位側入力電路Ｐｉｎと、低電位側入力電路Ｎｉｎとの線間電圧により、停止状態の昇圧コンバータ１６におけるリアクトル１６２及びダイオード１６４を介して、コンデンサ１２が充電される。
【００４９】
図５において、コンデンサ１２の両端の電圧が０から上昇して所定の電圧（例えば２９Ｖ程度）に達すると、起動回路１３６は動作を開始し、定電流でコンデンサ１３８の充電を開始する。これによりコンデンサ１３８に電荷が蓄積され、Ｖｃｃ端子の電圧が所定の電圧（例えば１５Ｖ）になると、制御部１３５が制御動作を開始する。すなわち、制御部１３５は、スイッチング素子１３１のスイッチング制御（ＰＷＭ制御）を開始する。これにより、電源部１３は、降圧コンバータ１３Ｄとして起動し、高電位側出力電路Ｐｏｕｔと低電位側出力電路Ｎｏｕｔとの間に、所定の電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）を出力する。
【００５０】
電源部１３が出力を開始すると、起動回路１３６は自動的に停止し、起動回路１３６による電力消費を抑える。リアクトル１３３、ダイオード１３７、及び、コンデンサ１３８は閉回路を構成し、コンデンサ１３８は常時、充電されている状態となる。
【００５１】
一方、Ｖｃｃ端子の電圧により昇圧コンバータ１６もスイッチング素子１６３のスイッチングを開始し、昇圧動作が行われる。このように昇圧コンバータ１６で入力電圧を一旦昇圧することで、太陽光発電パネル２が出力する電圧にかかわらず、コンデンサ１２を一定電圧以上の電圧で充電することができる。これにより、コンデンサ１２には一定値以上のエネルギーを蓄えることができるので、必要最小限のキャパシタンスでもエネルギーは足りる。逆に言えば、必要以上にキャパシタンスを大きくする必要がない。
【００５２】
図４に戻り、電源部１３の出力電圧は開閉部１４の駆動電圧となる。制御スイッチ１５が閉路されていると、駆動電圧が開閉部１４に与えられ、開閉部１４は接点を閉路する。開閉部１４は、直流電路４上に介在している。従って、太陽光発電パネル２は直流電路４（４ｐ，４ｎ）を介してパワーコンディショナ３と互いに接続されている状態となる。開閉部１４の閉路によりパワーコンディショナ３はスタンバイ状態から起動し、太陽光発電パネル２の発電出力に対してＭＰＰＴ制御を開始し、交流電路５に交流電力を提供する。
【００５３】
ＭＰＰＴ制御により、直流電路４の線間電圧は絶えず微小変化をしている。例えば、ＭＰＰＴ制御により、直流電路４の線間電圧がコンデンサ１２の両端電圧より低くなった場合、ダイオード１１の存在により、コンデンサ１２の両端電圧は直流電路４の線間電圧に影響を与えない。逆に、直流電路４の線間電圧がコンデンサ１２の両端電圧より高くなった場合、ダイオード１１を通して昇圧コンバータ１６のコンデンサ１６１、及び、コンデンサ１２に電流が流れ込むが、コンデンサ１６１及びコンデンサ１２の各キャパシタンスを適切に選定することにより電流を抑制し、ＭＰＰＴ制御に実質的な影響を与えないようにすることができる。
【００５４】
［第３実施形態］
《回路構成》
図６は、第３実施形態に係る開閉装置１を含む太陽光発電システム１００の接続図の一例を示す図である。図において、この開閉装置１が、図１の開閉装置１と異なるのは、例えばパワーコンディショナ３から、開閉部１４の駆動電圧のアシストを受けている点である。すなわち、電源部１３の出力の２線と並列に、パワーコンディショナ３から同等の出力電圧が与えられる。ダイオード１７は、逆流防止のために挿入されている。図６に示すその他の回路構成及び機能は図１と同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
図６のような回路構成の場合は、開閉装置１の外部から駆動電圧のアシストを受けるので、コンデンサ１２のキャパシタンスをさらに低減することができる。
【００５６】
［第４実施形態］
《回路構成》
図７は、第４実施形態に係る開閉装置１を含む太陽光発電システム１００の接続図の一例を示す図である。図において、開閉装置１は、太陽光発電パネル２Ａとパワーコンディショナ３Ａとを互いに接続する直流電路４Ａ（４Ａｐ，４Ａｎ）に介在する形で設けられている。また、開閉装置１は、太陽光発電パネル２Ｂとパワーコンディショナ３Ｂとを互いに接続する直流電路４Ｂ（４Ｂｐ，４Ｂｎ）に介在する形で設けられている。パワーコンディショナ３Ａ，３Ｂは、交流電路５と接続される。なお、開閉装置１は、自己が開路したときの、太陽光発電パネル２Ａ，２Ｂから開閉装置１までの活線部位を短くする観点から、なるべく太陽光発電パネル２Ａ，２Ｂに近い場所に設けられることが好ましい。
【００５７】
開閉装置１は、ダイオード１１Ａ，１１Ｂ、コンデンサ１２、電源部１３、開閉部１４Ａ，１４Ｂ、及び、外部にではあるが、制御スイッチ１５と、を備えている。ダイオード１１Ａのアノードは直流電路４Ａの高電位側電路４Ａｐに接続されている。太陽光発電パネル２Ａの直流電路４Ａの低電位側電路４Ａｎと、ダイオード１１Ａのカソードとの間には、コンデンサ１２が接続されている。コンデンサ１２は、低電位側電路４Ａｎと、ダイオード１１Ａのカソードとの間に現れる電圧すなわち、太陽光発電パネル２Ａの発電電圧により充電される。
【００５８】
また、ダイオード１１Ｂのアノードは直流電路４Ｂの高電位側電路４Ｂｐに接続されている。太陽光発電パネル２Ｂの直流電路４Ｂの低電位側電路４Ｂｎと、ダイオード１１Ｂのカソードとの間には、コンデンサ１２が接続されている。コンデンサ１２は、低電位側電路４Ｂｎと、ダイオード１１Ｂのカソードとの間に現れる電圧すなわち、太陽光発電パネル２Ｂの発電電圧により充電される。なお、太陽光発電パネル２Ｂの発電電圧は、太陽光発電パネル２Ａの発電電圧と、同等であるとする。
【００５９】
コンデンサ１２の両端には電源部１３が接続されている。電源部１３は降圧コンバータを含み、所定の直流電圧を出力する。電源部１３が出力する直流電圧は内部の制御電源電圧になると共に、開閉部１４Ａ，１４Ｂの駆動電圧となる。開閉部１４Ａ，１４Ｂは例えば、励磁コイルと接点とを有するリレーである。開閉部１４Ａは直流電路４Ａ上に介在し、開閉部１４Ｂは直流電路４Ｂ上に介在する。制御スイッチ１５は、開閉装置１の構成要素でもあるが、この例では、外部に設けられている。制御スイッチ１５は、例えば需要家のユーザが手動操作により開閉することができる。
【００６０】
このように、太陽光発電パネルが複数系統存在する場合でも、開閉装置１は共通のものとし、電源部１３も共用できる。この場合、電源部１３は、２つの開閉部１４Ａ，１４Ｂに駆動電圧を与えるので、所要電力が大きくなり、その分、コンデンサ１２のキャパシタンスを大きくする必要がある。
すなわち、太陽光発電パネルとパワーコンディショナとの組が複数組あっても、ダイオードをそれぞれの組に設けることと、キャパシタンスの増量とにより簡単に対応することができる。
【００６１】
［第５実施形態］
《制御スイッチの変形例１》
図８は、第５実施形態に係る開閉装置１を含む太陽光発電システム１００の接続図の一例を示す図である。図において、図１との違いは、制御スイッチ１５が通信部１８により開閉される点であり、その他の構成及び機能は同様である。図８の回路構成では、制御スイッチ１５及び通信部１８は、開閉装置１の内部に設けられている。需要家のユーザは、離れた場所から、操作部１９により開閉の操作を行う。開閉の操作信号は例えば無線信号で通信部１８に受信され、これを受けて通信部１８が制御スイッチ１５の開閉を行う。この場合、万一の火災の際、消防隊員による消火活動が始まってからでも安全に開閉部１４を開路することができる。
【００６２】
［第６実施形態］
《制御スイッチの変形例２》
図９は、第６実施形態に係る開閉装置１を含む太陽光発電システム１００の接続図の一例を示す図である。図において、図１との違いは、制御スイッチ１５として、温度ヒューズ１５ｆが使用されている点である。通常は、温度ヒューズ１５ｆは溶断しておらず、電路の繋ぎとなっている。万一の火災の際には、火災の熱によって溶断し、開閉部１４が開路する、というものである。この場合、人の操作に依存せず、開閉部１４を開路することができる。
なお、その他、例えば電池（太陽電池も可）を内蔵した水検知スイッチのｂ接点を制御スイッチ１５として用いてもよい。その場合、通常は、ｂ接点が電路の繋ぎとなっているが、放水により水検知スイッチが動作すれば、ｂ接点は開くので、開閉部１４を開路することができる。
【００６３】
このように、制御スイッチ１５が、熱及び水の少なくとも一方に反応して開閉部１４を開路する動作をするように構成すれば、火災の熱や放水の水により開閉部１４が開路されることにより、開閉装置１からパワーコンディショナ３までの電路に発電電圧が現れないようにすることができる。
【００６４】
なお、上述の各実施形態については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。
【００６５】
［その他］
図１０は、図１の変形版とも言える接続図の一例である。図１との違いは、コンデンサ１２の低圧側端子（下端）と直流電路４の低電位側電路４ｎとの間にダイオード１１Ｃを設けている点であり、その他の構成は図１と同様である。ダイオード１１Ｃは、カソードが低電位側電路４ｎに接続されている。この場合、ダイオード１１は省略（直結）して、ダイオード１１Ｃのみでもよい。すなわち、ダイオードは、ダイオード１１を「一のダイオード」、ダイオード１１Ｃを「他のダイオード」とするならば、高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方が存在すればよい。また、ダイオード１１又は１１Ｃは、直流電路４の高電位側電路４ｐから低電位側電路４ｎへの方向を順方向とした場合に、逆阻止の極性になるように設けられていればよい。これにより、コンデンサ１２に蓄えられた電荷を直流電路４に逆流させないようにすることができる。このことは、他の実施形態についても同様である。
【００６６】
［まとめ］
以上詳述したように、各実施形態の開閉装置１は、直流電路の高電位側電路にアノードが接続された一のダイオード、及び、低電位側電路にカソードが接続された他のダイオード、の少なくとも一方のダイオード１１と、ダイオード１１を介して直流電路から与えられる直流電圧に基づいて充電されるコンデンサ１２と、コンデンサ１２の両端の電圧を所望の電圧に変換して出力する電源部１３と、電源部１３の出力する電圧を駆動電圧とする開閉部１４と、開閉部１４の開閉を制御する制御スイッチ１５と、を備えている。
【００６７】
このように構成された開閉装置１では、コンデンサ１２に蓄えられるエネルギーにより、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、開閉部１４を閉路状態に維持することができる。直流電路の電圧が、充電されたコンデンサ１２の電圧より低くなっても、ダイオード１１の存在により逆阻止され、また、コンデンサ１２のキャパシタンスも必要最小限にすることで、直流電路への影響を抑制することができる。従って、コンデンサ１２が、パワーコンディショナ３のＭＰＰＴ制御に影響を与えることを抑制できる。コンデンサ１２の電圧に基づいて、電源部１３は開閉部１４の駆動電圧を生成し、この駆動電圧により、通常は開閉部１４が閉路されている。制御スイッチ１５は、非常時に自己の動作により、開閉部１４を開路することができる。このようにして、外部から電源供給しなくても太陽光発電に基づいて、かつ、太陽光発電の発電電力が大きく変動しても、開閉装置１の通常の閉路状態を維持することができる。
【００６８】
［補記］
なお、上記各実施形態における開閉部１４はリレーを用いる例を示したが、開閉装置１は系統連系をする装置ではないので、系統連系規定の縛りを受けることはなく、従って、解列にリレーではなく半導体スイッチを使うことも可能である。但し、現状では、開路時の確実な絶縁の確保や、駆動する電力抑制の観点から、リレーが好適と考えられる。
【００６９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
１  開閉装置
２，２Ａ，２Ｂ  太陽光発電パネル
３，３Ａ，３Ｂ  パワーコンディショナ
４，４Ａ，４Ｂ  直流電路
４ｐ，４Ａｐ，４Ｂｐ  高電位側電路
４ｎ，４Ａｎ，４Ｂｎ  低電位側電路
５  交流電路
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  ダイオード
１２  コンデンサ
１３  電源部
１３Ｄ  降圧コンバータ
１４，１４Ａ，１４Ｂ  開閉部
１５  制御スイッチ
１５ｆ  温度ヒューズ
１６  昇圧コンバータ
１７  ダイオード
１８  通信部
１９  操作部
１００  太陽光発電システム
１３０  ＩＣ
１３１  スイッチング素子
１３２  ダイオード
１３３  リアクトル
１３４  コンデンサ
１３５  制御部
１３６  起動回路
１３７  ダイオード
１３８  コンデンサ
１６１  コンデンサ
１６２  リアクトル
１６３  スイッチング素子
１６４  ダイオード
１６５  制御部
Ｐｉｎ  高電位側入力電路
Ｎｉｎ  低電位側入力電路
Ｐｏｕｔ  高電位側出力電路
Ｎｏｕｔ  低電位側出力電路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019022363.tif 000009
【図８】
2019022363.tif 000010
【図９】
2019022363.tif 000011
【図１０】
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