(57)【要約】【課題】太陽電池用逆流防止ダイオードの短絡故障を容易かつ確度高く検出することを可能とすることによって、太陽光発電システムの安全性の向上を図る。【解決手段】本発明の１つの太陽電池用逆流防止ダイオード２５の故障検出装置１は、逆流防止ダイオード２５及び逆流防止ダイオード２５と直列に接続される太陽電池ストリング１４に、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧印加部６と、発電時と逆方向の電圧によって、逆流防止ダイオード２５及び逆流防止ダイオード２５と直列に接続される太陽電池ストリング１４に、逆流防止ダイオード２５のカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定部２とを備え、該印加電圧は、太陽電池ストリング１４の開放電圧を超えるとともに逆流防止ダイオード２５の定格電圧以下である。【選択図】図３
2015018838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイ又は１つの太陽電池ストリングと、電気的に接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出装置であって、
前記逆流防止ダイオード及び前記逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧によって、前記逆流防止ダイオード及び前記逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、前記逆流防止ダイオードのカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定部と、
を備え、
前記電圧は、前記太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに前記逆流防止ダイオードの定格電圧以下であり、前記逆流防止ダイオードにサージ保護素子が電気的に接続されている場合には、前記太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに前記逆流防止ダイオードの定格電圧以下かつ前記サージ保護素子の最大連続使用電圧以下である、
太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出装置。
【請求項２】
複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイ又は１つの太陽電池ストリングと、電気的に接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出システムであって、
前記逆流防止ダイオード及び前記逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧によって、前記逆流防止ダイオード及び前記逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、前記逆流防止ダイオードのカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部によって測定された電流値と、所定の閾値とに基づいて、前記逆流防止ダイオードの故障の有無を判断する判断部と、
を備え、
前記電圧は、前記太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに前記逆流防止ダイオードの定格電圧以下であり、前記逆流防止ダイオードにサージ保護素子が電気的に接続されている場合には、前記太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに前記逆流防止ダイオードの定格電圧以下かつ前記サージ保護素子の最大連続使用電圧以下である、
太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出システム。
【請求項３】
前記判断部により、前記逆流防止ダイオードの故障があることが判断されたときに、
前記逆流防止ダイオードが備えられた電路を遮断する遮断部をさらに備える、
請求項２に記載の太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出システム。
【請求項４】
前記判断部により、前記逆流防止ダイオードの故障があることが判断されたときに、前記逆流防止ダイオードの故障を通報する通報部をさらに備える、
請求項２又は請求項３に記載の太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出システム。
【請求項５】
複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイ又は１つの太陽電池ストリングと、電気的に接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出方法であって、
前記逆流防止ダイオード及び前記逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧工程と、
前記電圧によって、前記逆流防止ダイオード及び前記逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、前記逆流防止ダイオードのカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定工程と、
を含み、
前記電圧は、前記太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに前記逆流防止ダイオードの定格電圧以下であり、前記逆流防止ダイオードにサージ保護素子が電気的に接続されている場合には、前記太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに前記逆流防止ダイオードの定格電圧以下かつ前記サージ保護素子の最大連続使用電圧以下である、
太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出方法。
【請求項６】
前記電流測定工程において測定された電流値と、所定の閾値とに基づいて、前記逆流防止ダイオードの故障の有無を判断する判断工程と、
前記判断工程において、前記逆流防止ダイオードの故障があることが判断されたときに、
前記逆流防止ダイオードが備えられた電路を遮断する遮断工程と、
をさらに含む、
請求項５に記載の太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出方法。
【請求項７】
前記電流測定工程において測定された電流値と、所定の閾値とに基づいて、前記逆流防止ダイオードの故障の有無を判断する判断工程と、
前記判断工程において、前記逆流防止ダイオードの故障があることが判断されたときに、
前記逆流防止ダイオードの故障を通報する通報工程と、
をさらに含む、
請求項５又は請求項６に記載の太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出装置、故障検出システム、及び故障検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、家屋の屋根上に設置された複数の太陽電池ストリングからなる太陽電池アレイと、太陽電池アレイに電気的に接続され、太陽電池アレイの保護回路や開閉器が組み込まれた接続箱と、太陽電池アレイが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを主体に構成されている。従来、この太陽光発電システムにおいては、各太陽電池ストリングに逆流防止ダイオードを接続することにより逆流防止が行なわれている。ある太陽電池ストリングに短絡事故が発生した場合や、雷等によりモジュール中のバイパスダイオードの短絡が発生した時、他の太陽電池ストリングで発電した電流が当該箇所に流れ込んで生じる大電流は、時として、発熱事故を引き起こし得る。その電流の流れ込みを防止するのが逆流防止ダイオードの役割である。従って、逆流防止ダイオードが故障した場合には、発熱や発火事故防止の観点から早期検出が必要とされる。
【０００３】
太陽電池アレイの故障検出については、太陽電池ストリングを複数個並列に接続した太陽電池アレイの測定対象部位に、太陽電池が発電していない時間帯において、太陽電池ストリング毎に充電した入力コンデンサを接続して放電させ、放電時に測定対象部位の電圧及び電流を電圧センサ及び電流センサで測定し、測定した電圧及び電流から得られるＩ−Ｖ特性の変化に基づいて、測定対象部位の電気特性を診断することによって、太陽電池の故障を発見する技術が開示されている（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２０１１−６６３２０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、上述の従来技術においては、そもそも故障原因が逆流防止ダイオードに起因するものか否かを検知することが困難である。通常、逆流防止ダイオードの故障の原因としては、短絡モードによる故障が多い。逆流防止ダイオードがオープンモードで故障した場合、故障が生じた逆流防止ダイオードと直列に接続された太陽電池ストリングの電流が遮断されるため、システム全体の出力は低下するが、発熱事故等の発生原因となることはない。
【０００６】
しかし、太陽光発電システムの運転中に、一部の逆流防止ダイオードに、短絡状態となる不具合が発生したとしても、システムの運転は継続された状態のままであるので、検出の発見が非常に難しい。従って、ある太陽電池ストリングに短絡事故が発生した場合や、雷等によりモジュール中のバイパスダイオードの短絡が発生した時、太陽電池ストリングへの逆流事故が発生する恐れがある。
【０００７】
また、故障が生じた逆流防止ダイオードを点検によって発見するのは容易ではない。太陽電池ストリングの数が多い場合、点検に非常に手間がかかるために、作業性が悪く、また、太陽電池アレイ全体の異常を常時監視することができないという問題がある。特に、メガソーラー発電所は、膨大な数の太陽電池ストリングを備えているので、作業員が太陽電池ストリング毎に確認や検査を行うことは、作業が極めて煩雑であった。
【０００８】
また、システムの施工時に、逆流防止ダイオードのチェックとして、各逆流防止ダイオードの降下電圧（ＶＦ）を測定することも考えられる。しかし、逆流防止ダイオードは、短絡に近い状態であっても通常の降下電圧を有する故障モードがある為、必ずしも有効な手段ではない。
【０００９】
本発明は、上述の少なくとも１つの問題を解決するものであり、逆流防止ダイオードの故障を容易かつ確度高く検出することを実現し得る。その結果、本発明は、太陽電池ストリングへの逆流事故を未然に防止し、太陽光発電システムの安全性の向上を図る技術の発展に貢献するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、太陽電池ストリングに接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出技術について、鋭意研究を重ねた。その結果、逆流防止ダイオードが短絡故障している場合、逆流防止ダイオード及びこの逆流防止ダイオードと電気的に接続されている太陽電池ストリングの、発電時と逆方向に流れる電流を測定することにより、逆流防止ダイオードの故障を確度高く検出することが可能となることを、本発明者は見出した。その結果、太陽光発電システムの安全性の向上を図ることが可能な逆流防止ダイオードの故障検出技術が創出された。
【００１１】
本発明の１つの太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出装置は、複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイ又は１つの太陽電池ストリングと電気的に接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出装置であって、逆流防止ダイオード及び逆流防止ダイオードと直列に接続される前記太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧印加部と、該電圧によって、逆流防止ダイオード及び太陽電池ストリングに逆流防止ダイオードのカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定部とを備える。そして、印加する電圧は、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに逆流防止ダイオードの定格電圧以下である。また、逆流防止ダイオードにサージ保護素子が電気的に接続されている場合には、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに、逆流防止ダイオードの定格電圧以下かつサージ保護素子の最大連続使用電圧以下である構造を有する。
【００１２】
この逆流防止ダイオードの故障検出装置によれば、逆流防止ダイオード及び太陽電池ストリングに発電時と逆方向の電圧を印加することによって、発電時と逆方向に流れる電流を測定することにより、逆流防止ダイオードの故障を容易かつ確度高く検出することを可能とする。すなわち、１つの太陽電池ストリングから構成される太陽光発電システムのみならず、複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイから構成される太陽光発電システムにおいても、容易に逆流防止ダイオードの短絡故障を検出することが可能となる。その結果、太陽電池ストリングへの逆流事故を未然に防止し、太陽光発電システムの安全性の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の１つの太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出システムは、複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイ又は１つの太陽電池ストリングと電気的に接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出システムであって、逆流防止ダイオード及び逆流防止ダイオードと直列に接続される太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧印加部と、該電圧によって、逆流防止ダイオード及び太陽電池ストリングに逆流防止ダイオードのカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定部と、電流測定部によって測定された電流値と、所定の閾値とに基づいて、逆流防止ダイオードの故障の有無を判断する判断部とを備える。そして、印加する電圧は、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに、逆流防止ダイオードの定格電圧以下である。また、逆流防止ダイオードにサージ保護素子が電気的に接続されている場合には、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに、逆流防止ダイオードの定格電圧以下かつサージ保護素子の最大連続使用電圧以下である。
【００１４】
この太陽電池システムの逆流防止ダイオードの故障検出システムによれば、逆流防止ダイオードの状態の定期的な確認作業及び逆流防止ダイオードの短絡故障の有無を判断する判断部を備えているため、より確度高く太陽電池ストリングへの逆流事故の未然防止を図ることができる。従って、太陽光発電システムの安全性のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の１つの太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出方法は、複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイ又は１つの太陽電池ストリングと電気的に接続される逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出方法であって、逆流防止ダイオード、及び逆流防止ダイオードと直列に接続される太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する電圧工程と、該電圧によって、逆流防止ダイオード及び太陽電池ストリングに逆流防止ダイオードのカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する電流測定工程とを含む。そして、印加する電圧は、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに、逆流防止ダイオードの定格電圧以下である。また、逆流防止ダイオードにサージ保護素子が電気的に接続されている場合には、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに、逆流防止ダイオードの定格電圧以下かつサージ保護素子の最大連続使用電圧以下である。
【００１６】
この太陽電池システムの逆流防止ダイオードの故障検出方法によれば、逆流防止ダイオード及び太陽電池ストリングに、発電時と逆方向に流れる電流を測定することにより、１つの太陽電池ストリングから構成される太陽光発電システムのみならず、複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイから構成される太陽光発電システムにおいても、逆流防止ダイオードの故障を容易かつ確度高く検出することを可能とする。その結果、太陽電池ストリングへの逆流事故を未然に防止し、太陽光発電システムの安全性の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１つの太陽電池ストリングから構成される太陽光発電システムのみならず、複数の太陽電池ストリングを備える太陽電池アレイから構成される太陽光発電システムにおいても、逆流防止ダイオードの短絡による故障を容易かつ確度高く検出することが可能となる。その結果、太陽電池ストリングへの逆流事故を未然に防止し、太陽光発電システムの安全性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の故障検出装置１が備えられる太陽光発電システム５０Ａの内部構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態の故障検出装置１の内部構成を概略的に示す回路図である。
【図３】太陽光発電システム５０Ｂに故障検出装置１を取り付けた例を示す図である。
【図４】実施例１の太陽光発電システム５０Ｃの概略構成を示す図である。
【図５】実施例２の太陽光発電システム５０Ｄの概略構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態の故障検出システム１００を備えた例である太陽光発電システム１５０の機能的構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態の故障検出システム１００の機能的構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の故障検出システム１００の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
【００２１】
図１は、第１の実施形態である太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出装置（以下、故障検出装置とも称する。）１が備えられる太陽光発電システム５０Ａの内部構成の一例を概略的に示す図である。また、図２は、本実施形態の故障検出装置１の内部構成を概略的に示す回路図である。図２（ａ）は、故障検出装置１の内部構成を示す回路図であり、図２（ｂ）は、太陽光発電システム５０Ａに故障検出装置１を接続した状態の例を示す回路図である。
【００２２】
図１に示すように、太陽電池アレイ１０を一部に備えた例である太陽光発電システム５０Ａは、家屋の屋根上に設置されて太陽光を電力に変換する太陽電池アレイ１０、太陽電池アレイ１０に電気的に接続された接続箱２０、及び各モジュール（太陽電池）１２が発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ４５を備える。
【００２３】
また、太陽電池アレイ１０は、複数の太陽電池ストリング１４から構成される。また、モジュール１２は、太陽電池ストリング１４ごとに接続箱２０に接続されている。太陽電池ストリング１４は、太陽電池の取扱最小構成単位であるモジュール１２を何枚か組み合わせた上で電気的に直列に接続されることにより構成される。なお、本実施形態においては、太陽電池の形態として、複数の太陽電池ストリング１４から構成される太陽電池アレイ１０を備えているが、１つの太陽電池ストリング１４から構成される形態であってもよい。
【００２４】
接続箱２０は、モジュール１２で発電した電気を集めてパワーコンディショナ４５に送り出すために用いられる。接続箱２０は、太陽電池ストリング１４を区分けするためのスイッチ２６、逆流防止ダイオード２５、モジュール１２において発生された電力を、パワーコンディショナ４５に送り出すための遮断器または開閉器（以下、遮断器等とも称する。）２８を備える。
【００２５】
本実施形態においては、遮断器等２８内には、回路を電気的に接続または遮断する複数のスイッチ２１，２３が設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、スイッチ２１には、端子２２ａ，２２ｂが設けられ、スイッチ２３には、端子２４ａ，２４ｂが設けられている。遮断器等２８は、使用者に操作されることにより接続箱２０とパワーコンディショナ４５との間の電路を接続状態または遮断状態となる。
【００２６】
回路の保護及び加熱や発火等の事故防止のため、太陽電池ストリング１４間で電圧差が生じても、電圧の低い方の太陽電池ストリング１４へ逆流させないための逆流防止ダイオード２５が、太陽電池ストリング１４と電気的に直列に接続されている。各太陽電池ストリング１４は、逆流防止ダイオード２５を介して並列接続される。そして、逆流防止ダイオード２５が、太陽電池ストリング１４と遮断器等２８との間に設けられている。
【００２７】
パワーコンディショナ４５は、モジュール１２で発電した直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ４５は、接続箱２０を介してモジュール１２に電気的に接続される。
【００２８】
次に、逆流防止ダイオードの故障を検出する故障検出装置１について説明する。図２（ａ）に示すように、第１の実施形態である故障検出装置１は、電源６と電流測定部２と、抵抗部３と、整流ダイオード４と、正極端子５ａと、負極端子５ｂとを備える。
【００２９】
電圧印加部である電源６は、逆流防止ダイオード２５、及び逆流防止ダイオード２５と直列に接続される太陽電池ストリング１４に、発電時と逆方向の電圧を印加する。
【００３０】
電流測定部２は、電圧印加部６によって印加された発電時と逆方向の電圧によって、逆流防止ダイオード２５及び太陽電池ストリング１４に、逆流防止ダイオード２５のカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する。
【００３１】
故障検出装置１は、電源６から、逆流防止ダイオード２５及び太陽電池ストリング１４に、発電時と逆方向の電圧を印加することが可能となるように、太陽光発電システム５０Ａに電気的に接続される。具体的には、太陽電池ストリング１４を区分けするためのスイッチ２６を全て閉状態にするとともに、遮断器等２８のスイッチ２１，２３を開状態にした後、図２（ｂ）に示すように、故障検出装置１の負極端子５ｂと遮断器等２８のスイッチ２１の端子２２ａとが接続され、故障検出装置１の正極端子５ａと遮断器等２８のスイッチ２３の端子２４ａとが接続される。
【００３２】
また、図３は、太陽電池ストリング１４を複数個接続した太陽電池サブアレイ１５を複数個有する太陽電池アレイ１０を備える太陽光発電システム５０Ｂに故障検出装置１を取り付けた例を示す図である。太陽光発電システム５０Ｂにおいては、集電箱３０複数の遮断器又は開閉器（以下、遮断器等とも称する。）３１，３４，…３７等が設けられている。また、遮断器等３１内には、回路を電気的に接続または遮断するスイッチ３２，３３が設けられ、遮断器等３４内には、スイッチ３５，３６が設けられ、遮断器等３７内には、スイッチ３８，３９が設けられている。さらに、複数の遮断器等３１，３４，…３７等の下流側にこれらの遮断器等と電気的に接続される遮断器等４０が設けられ、遮断器等４０内には、スイッチ４１，４３が設けられている。スイッチ４１には、端子４２ａ，４２ｂが設けられ、スイッチ４３には、端子４４ａ，４４ｂが設けられている。太陽光発電システム５０Ｂの例では、太陽電池ストリング１４を区分けするためのスイッチ２６及び複数の遮断器等３１，３４，…３７等のスイッチ３２，３３，３５，３６，…３８，３９等を全て閉状態にするとともに、遮断器等４０のスイッチ４１，４３を開状態にする。そして、故障検出装置１の負極端子５ｂと遮断器等４０のスイッチ４１の端子４２ａとが接続され、故障検出装置１の正極端子５ａと遮断器等４０のスイッチ４３の端子４４ａとが接続される。
【００３３】
次に、故障検出装置１による故障検出方法について、図２（ｂ）を参照して説明する。故障検出装置１は、逆流防止ダイオード２５及び逆流防止ダイオード２５と直列に接続される太陽電池ストリング１４に電圧を印加可能な位置に配置される。
【００３４】
最初に、電圧印加部６は、逆流防止ダイオード２５及び太陽電池ストリング１４に、発電時と逆方向の電圧を印加する。印加される電圧は、太陽電池ストリング１４の開放電圧を超える電圧であるとともに、逆流防止ダイオード２５の定格電圧以下とする。そして、電流測定部２によって、逆流防止ダイオード２５及び太陽電池ストリング１４に、逆流防止ダイオード２５のカソードからアノード方向へ発電時と逆方向（図２（ｂ）に示す矢印Ｆ）に流れる電流を測定する。
【００３５】
その結果、電流測定部２によって測定された電流値と、予め定められた閾値とに基づいて、逆流防止ダイオード２５の故障の有無を判断する。換言すれば、逆流防止ダイオード２５が短絡故障している場合、故障した逆流防止ダイオード２５、及びこの逆流防止ダイオード２５と直列に電気接続される太陽電池ストリング１４において、発電時と逆方向に流れる電流が発生する。この逆方向に流れる電流を測定することで、逆流防止ダイオード２５の短絡故障を検出するものである。そして、図３に示すように、太陽電池ストリング１４を複数個接続した複数の太陽電池サブアレイ１５からなる太陽電池アレイ１０を備え、多数の太陽電池ストリングを有する太陽光発電システム５０Ｂであっても、故障検出装置１によって、容易に逆流防止ダイオード２５の短絡故障を検出することが可能となる。
【００３６】
また、一般に、正常な逆流防止ダイオードであれば、常温で逆方向の高電圧を印加しても、逆流防止ダイオードの漏れ電流レベルである数μＡ程度の電流が流れるにとどまる。従って、本実施形態における上述の閾値は、例えば、０μＡ以上１００μＡ以下の範囲の値とすることができる。
【００３７】
＜実施例＞
以下、上述の第１の実施形態をより詳細に説明するために、実施例をあげて説明するが、上述の実施形態はこれらの例によって限定されるものではない。以下に、故障検出装置１を用いて逆流防止ダイオード及び太陽電池ストリングに逆電圧印加試験を行った結果を示す。
【００３８】
１．実施例１ 
（１）試験が実施される太陽光発電システムの構成
図４は、実施例１の試験が実施される太陽光発電システム５０Ｃの概略構成を示す図である。太陽光発電システム５０Ｃは、開閉器７５を備える以外は、太陽光発電システム５０Ａと同一の構成である。太陽光発電システム５０Ｃのモジュール１２の仕様は、公称開放電圧（Ｖｏｃ）を２９．５Ｖとし、公称短絡電流（Ｉｓｃ）８．６３Ａとした。太陽電池アレイ１０は、モジュール１２の直列数を６直列とし、太陽電池ストリング１４の回路数を４回路（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）とした。また、開放電圧（Ｖｏｃ）は１５０．２Ｖ（実験時測定値）とした。
【００３９】
（２）発電時と逆方向の電流が流れ始める電圧の測定
［i］試験器
実験では、上述の図２（ａ）に示す構成の故障検出装置１を試験器として用いた。また、試験器は、電圧を可変とし、電流を制限可能とした。
【００４０】
［ii］実験方法
図４の太陽光発電システム５０Ｃに故障検出装置１を接続した。具体的には、図２（ｂ）と同様に、遮断器等２８のスイッチ２１，２３を開状態にした後、故障検出装置１の負極端子５ｂと遮断器等２８のスイッチ２１の端子２２ａとを接続し、故障検出装置１の正極端子５ａと遮断器等２８のスイッチ２３の端子２４ａとを接続する。また、開閉器７５は閉状態（すなわち、逆流防止ダイオード２５が短絡状態）にした。そして、故障検出装置１から、１４０Ｖ，１５０Ｖ，１６０Ｖの発電時と逆方向の各電圧を印加した際に流れる各電流値を測定した。なお、各試験においては、故障検出装置１の電流値が、１００００μＡが上限となるように設定した。
【００４１】
［iii］実験結果
発電時と逆方向の電圧を印加した際に流れる電流値を測定した結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2015018838.tif 000003
【００４３】
表１に示すように、開放電圧（１５０．２Ｖ）を超える電圧（１６０Ｖ）を発電時と逆方向に印加すると、発電時とは逆方向に、試験器の上限値の電流（１００００μＡ）が太陽電池ストリング１４ｄに流れた。
【００４４】
（３）逆流防止ダイオードの短絡検出
［i］実験方法
【００４５】
図４の太陽光発電システム５０Ｃにおいて、図２（ｂ）と同様に、遮断器等２８のスイッチ２１，２３を開状態にした後、故障検出装置１の負極端子５ｂと遮断器等２８のスイッチ２１の端子２２ａとを接続し、故障検出装置１の正極端子５ａと遮断器等２８のスイッチ２３の端子２４ａとを接続する。また、開閉器７５は開状態（すなわち、逆流防止ダイオード２５により逆流防止が正常に行われる状態）及び閉状態（すなわち、逆流防止ダイオード２５が短絡状態）の各状態において、試験を行った。そして、試験器から、４５０Ｖの発電時と逆方向の電圧を印加した際に流れる電流値を測定した。試験においては、試験器の電流値が、１００００μＡが上限となるように設定した。
【００４６】
［ii］実験結果
開閉器７５の開閉の各状態で、発電時と逆方向の電圧を印加した際に流れる電流値を測定した結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
2015018838.tif 000004
【００４８】
表２に示すように、開閉器７５が開状態（すなわち、逆流防止ダイオード２５により逆流防止が正常に行われる状態）の場合は、太陽光発電システム５０Ｃの開放電圧を超える電圧を発電時と逆方向に印加しても、電流値は、逆流防止ダイオード２５の漏れ電流レベルである２μＡ程度で抑えられた。一方、開閉器７５が閉状態の時、すなわち、逆流防止ダイオード２５が短絡状態にある場合は、太陽光発電システム５０Ｃの開放電圧を超える、発電時と逆方向の電圧を印加すると、試験器の上限となるように設定された最大電流（１００００μＡ）が流れた。
【００４９】
２．実施例２
（１）試験が実施される太陽光発電システムの構成
図５は、実施例２の試験が実施される太陽光発電システム５０Ｄの概略構成を示す図である。太陽光発電システム５０Ｄは、実施例１で使用した太陽光発電システム５０Ｃにおいて、太陽電池アレイ１０のモジュール１２の直列数を４直列とし、太陽電池ストリング１４の回路数を４回路から３回路（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）にする以外は同様の構成とした。太陽光発電システム５０Ｄのモジュール１２の仕様は、公称開放電圧（Ｖｏｃ）を５０．９Ｖとし、公称短絡電流（Ｉｓｃ）５．５７Ａとした。また、開放電圧（Ｖｏｃ）は１８６．６Ｖ（実験時測定値）とした。
【００５０】
（２）発電時と逆方向の電流が流れ始める電圧の測定
［i］試験器
実施例１で使用した故障検出装置１を使用した。
【００５１】
［ii］実験方法
上述の図５の太陽光発電システム５０Ｄにおいて、実施例１の試験と同様に、遮断器等２８のスイッチ２１，２３を開状態にした後、故障検出装置１の負極端子５ｂと遮断器等２８のスイッチ２１の端子２２ａとを接続し、故障検出装置１の正極端子５ａと遮断器等２８のスイッチ２３の端子２４ａとを接続する。また、開閉器７５は閉状態（すなわち、逆流防止ダイオード２５が短絡状態）にした。そして、故障検出装置１から、１７０Ｖ，１８０Ｖ，１９０Ｖの発電時と逆方向の各電圧を印加した際に流れる各電流値を測定した。なお、各試験においては、故障検出装置１の電流値が、１００００μＡが上限となるように設定した。
【００５２】
［iii］実験結果
発電時と逆方向の電圧を印加した際に流れる電流値を測定した結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
2015018838.tif 000005
【００５４】
表３に示すように、開放電圧（１８６．６Ｖ）を超える電圧（１９０Ｖ）を発電時と逆方向に印加すると、発電時とは逆方向に、故障検出装置１の上限値の電流（１００００μＡ）が太陽電池ストリング１４ｃに流れた。
【００５５】
（３）逆流防止ダイオードの短絡検出
［i］実験方法
図５の太陽光発電システム５０Ｄにおいて、実施例１と同様の条件で実験を行った。
【００５６】
［ii］実験結果
開閉器７５の開閉の各状態で、発電時と逆方向の電圧を印加した際に流れる電流値を測定した結果を表４に示す。
【００５７】
【表４】
2015018838.tif 000006
【００５８】
表４に示すように、開閉器７５が開状態（すなわち、逆流防止ダイオード２５により逆流防止が正常に行われる状態）の場合は、太陽光発電システム５０Ｄの開放電圧を超える電圧を発電時と逆方向に印加しても、電流値は、逆流防止ダイオード２５の漏れ電流レベルである１μＡ程度で抑えられた。一方、開閉器７５が閉状態の時、すなわち、逆流防止ダイオード２５が短絡状態にある場合は、太陽光発電システム５０Ｄの開放電圧を超える電圧を印加すると、試験器の上限となるように設定された最大電流（１００００μＡ）が流れた。
【００５９】
以上の実施例１及び実施例２の実験結果より、太陽光発電システムの集電部で、太陽光発電システムの開放電圧を超える、発電時と逆方向の電圧を印加し、その際に流れる電流を測定することで、逆流防止ダイオードの短絡を検出することが可能であることが実証された。
【００６０】
上述のとおり、本実施形態の故障検出装置１によれば、逆流防止ダイオードの短絡による故障を容易かつ確度高く検出することができ、早期に対応を図ることに寄与する。その結果、太陽電池ストリングへの逆流を原因とする太陽光発電システムの事故を未然の防止を図ることが可能となる。
【００６１】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出システムにおいては、逆流防止ダイオードに故障があることが判断されたときに、逆流防止ダイオードが備えられた電路の遮断及び／又は逆流防止ダイオードの故障の通報を行う。
【００６２】
図６は、本実施形態の太陽電池用逆流防止ダイオードの故障検出システム（以下、故障検出システムとも称する。）１００が、太陽光発電システムに備えられた例である太陽光発電システム１５０の機能的構成を示す図である。また、図７は、故障検出システム１００の機能的構成を示す図である。なお、第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００６３】
図６に示すように、太陽電池アレイ１１０を備えた太陽光発電システム１５０は、接続箱１２０とパワーコンディショナ１４５との間に電気的に接続された故障検出システム１００を備える。太陽電池アレイ１１０は、逆流防止ダイオード１２５と直列に接続される太陽電池ストリングを備えている。また、接続箱１２０は、各太陽電池ストリングを区分けするためのスイッチ１２６、逆流防止ダイオード１２５、遮断器又は開閉器１２８、雷等の異常電圧から機器を保護するためのサージ保護素子１３７を備える。
【００６４】
また、図７に示すように、本実施形態の故障検出システム１００は、故障検出システム１００全体を管理するシステム管理部６０と、逆電流検出部７０と、電路遮断部８０と、故障通報部９０とから構成されている。なお、上述の構成間は、公知の技術に基づき、有線又は無線によって接続され得る。
【００６５】
逆電流検出部７０は、電圧印加部７２と、電流測定部７４とを備える。電圧印加部７２は、逆流防止ダイオード１２５及び太陽電池アレイ１１０を構成する太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する。電流測定部７４は、電圧印加部７２によって印加された発電時と逆方向の電圧によって、逆流防止ダイオード１２５、及び太陽電池アレイ１１０を構成する太陽電池ストリングに、逆流防止ダイオード１２５のカソードからアノード方向へ発電時と逆方向に流れる電流を測定する。
【００６６】
逆流防止ダイオード１２５にサージ保護素子１３７が電気的に接続されている状態においては、電圧印加部７２は、太陽電池アレイ１１０を構成する太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに逆流防止ダイオード１２５の定格電圧以下、かつサージ保護素子１３７の最大連続使用電圧以下の電圧を印加することによって、サージ保護素子１３７の保護を図ることが可能となる。なお、サージ保護素子１３７を取り外した後に故障検出処理を行うようにしてもよく、この場合は、印加電圧は、太陽電池ストリングの開放電圧を超えるとともに逆流防止ダイオード１２５の定格電圧以下でよい。
【００６７】
システム管理部６０は、制御部６２と、記憶部６４と通信部６６とを備える。制御部６２は、開始時期検知部６２１と、電流情報取得部６２２と、故障判断部６２３とを含む。制御部６２は、たとえばＣＰＵ（Central
Processing Unit）によって構成され、記憶部６４に記憶されるプログラムを実行することによって、上述の機能を実現する。
【００６８】
開始時期検知部６２１は、故障検出システム１００の故障検出処理の開始時期を検知する。具体的には、故障検出システム１００に故障検出開始時期を設定するタイマーが設置され、開始時期検知部６２１がタイマーから故障検出開始時期を検知することによって、太陽光発電システム１５０の運転開始前及び／又は運転終了後等の所定の時間に、定期的に故障検出処理を開始させる。電流情報取得部６２２は、測定された電流値に関する電流情報を電流測定部７４から取得する。故障判断部６２３は、電流測定部７４によって測定された電流値と、所定の閾値とに基づいて、逆流防止ダイオード１２５の故障の有無を判断する。
【００６９】
記憶部６４は、たとえば半導体メモリなどの記憶装置によって構成される。記憶部６４は、制御部６２で実行されるプログラム、プログラムを実行する際に必要なデータ、及び電流情報取得部６２２から受け取った電流情報を記憶する。
【００７０】
通信部６６は、システム管理部６０と、逆電流検出部７０、電路遮断部８０、故障通報部９０それぞれとの間で通信を確立して情報を送受信する通信インタフェースである。
【００７１】
電路遮断部８０は、スイッチ制御部８２と、スイッチング素子８４とを備える。スイッチング素子８４は、逆流防止ダイオード１２５が備えられた電路を接続状態または遮断状態にする。スイッチ制御部８２は、スイッチング素子８４に指令を与えて逆流防止ダイオード１２５が備えられた電路の遮断操作又は接続操作を行う機能を備えている。加えて、故障判断部６２３により、逆流防止ダイオード１２５の故障があることが判断されたときに、スイッチ制御部８２は、逆流防止ダイオード１２５が備えられた電路を遮断する。
【００７２】
故障通報部９０は、通報制御部９２と通報部９４を備え、故障判断部６２３により、逆流防止ダイオード１２５の故障があることが判断されたときに、逆流防止ダイオード１２５の故障を通報する。具体的には、故障判断部６２３により逆流防止ダイオード１２５の故障があることが判断されたときに、通報制御部９２は、通報部９４に逆流防止ダイオード１２５の故障を太陽光発電システム１５０の管理部門等へ通報させる。通報部９４は、有線又は無線の手段を介して太陽光発電システム１５０の管理部門等に故障情報を通信する。有線又は無線の手段としては、電話回線、インターネット、赤外線通信、無線ＬＡＮ（Local
Area Network）等が挙げられる。なお、通報部９４は、警報信号の出力を行ったり、ブザーや警報装置など、音を発生させることによって、故障を通報するものであってもよい。
【００７３】
なお、本実施形態では、電路遮断部８０と故障通報部９０とが備えられているが、この形態に限定されない。例えば、電路遮断部８０又は故障通報部９０のいずれか一方のみが備えられた故障検出システムも採用し得る他の一態様である。但し、安全性を高める観点から、電路遮断部８０と故障通報部９０との両方が備えられることが好ましい。
【００７４】
次に、故障検出システム１００において実行される処理について説明する。
【００７５】
図８は、故障検出システム１００の処理を示すフローチャートである。開始時期検知部６２４により、故障検出システム１００の故障検出処理の開始時期が検知されるとステップＳ１に移る。
【００７６】
ステップＳ１では、電圧印加部７２が、逆流防止ダイオード１２５及び太陽電池アレイ１１０を構成する太陽電池ストリングに、発電時と逆方向の電圧を印加する。
【００７７】
ステップＳ２では、ステップＳ１で印加された電圧によって、逆流防止ダイオード１２５及び太陽電池アレイ１１０を構成する太陽電池ストリングに、発電時と逆方向に流れる電流を測定する。
【００７８】
ステップＳ３では、故障判断部６２３が、電流測定部７４によって測定された電流値が予め定める閾値以上であるか否かを判定する。電流値が予め定める閾値以上である場合に、逆流防止ダイオード１２５の故障があると判断される。電流値が予め定める閾値以上でない場合、すなわち故障がないと判断された場合は、故障検出システム１００において実行される処理を終了する。電流値が予め定める閾値以上と判定された場合、すなわち、逆流防止ダイオード１２５の故障があることが判断された場合は、ステップＳ４へ進む。
【００７９】
ステップＳ４では、電路遮断部８０による逆流防止ダイオード１２５が備えられた電路の遮断、又は故障通報部９０による逆流防止ダイオード１２５の故障の通報、あるいは、電路の遮断及び故障の通報の双方の処理が行われ、故障検出システム１００において実行される処理を終了する。
【００８０】
このように、本実施形態の故障検出システム１００においては、逆流防止ダイオードの状態の定期的な確認作業及び逆流防止ダイオードの短絡故障の検出を自動的に行うことが可能となるため、より確度高く逆流防止ダイオードの短絡故障による太陽電池ストリングの事故の未然防止を図ることができる。従って、太陽光発電システムの安全性のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態における故障検出装置及び故障検出システムは、逆流防止ダイオードの短絡故障を容易に検出することが可能となるため、安全性に優れた太陽光発電システムの提供に大きく貢献するものである。
【００８２】
＜その他の実施形態＞
【００８３】
ところで、上述の故障検出システム１００においては、逆電流検出部が１つ備えられていたが、逆電流検出部を複数個設けて、電気的に接続させてもよい。逆電流検出部を複数個所に設置することによって、故障が生じた逆流防止ダイオードの特定をより容易にすることが可能となる。
【００８４】
また、上述の故障検出システムにおいては、故障開始時期を設定するタイマーが設置されることによって、所定の時間に装置の故障検出操作を行っていたが、サージ保護素子を太陽光発電システムに備えている場合は、雷等によるサージを検知した場合にも、制御部から故障検出処理の開始させるようにしてもよい。また、所定の時間に故障検出操作を行う代わりに、朝に太陽光発電システムが起動し始め、発電された電気が所定の電圧値に達したときを発電開始時期として、故障検出操作を行うようにしてもよいし、光センサを設けて朝に太陽光を検知し始めたときに、装置の故障検出操作を行うようにしてもよい。
【００８５】
上述の故障検出システムの逆電流検出部は、接続箱とパワーコンディショナとの間に配置されていたが、上述の故障検出システムはその態様に限定されない。例えば、接続箱や、集電箱もしくはパワーコンディショナ内部に配置されることも、採用し得る他の態様である。
【００８６】
上述の各実施形態の変形例においても上述の少なくとも一部の効果が奏され得る。
【００８７】
上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８８】
１                                      故障検出装置
２，７４                                電流測定部
６，７２                                電圧印加部
１０、１１０                            太陽電池アレイ
１２                                    モジュール
１４                                    太陽電池ストリング
１５                                    太陽電池サブアレイ
２０、１２０                            接続箱
２５，１２５                            逆流防止ダイオード
２８，３１，３４，３７，４０，１２８    遮断器又は開閉器
４５，１４５                            パワーコンディショナ
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，１５０  太陽光発電システム
６０                                    システム管理部
６２                                    制御部
６４                                    記憶部
７０                                    逆電流検出部
７５                                    開閉器
８０                                    電路遮断部
８２                                    スイッチ制御部
８４                                    スイッチング素子
９０                                    故障通報部
９２                                    通報制御部
９４                                    通報部
１００                                  故障検出システム
１３７                                  サージ保護素子
６２１                                  開始時期検知部
６２２                                  電流情報取得部
６２３                                  故障判断部
【図１】
2015018838.tif 000007
【図２】
2015018838.tif 000008
【図３】
2015018838.tif 000009
【図４】
2015018838.tif 000010
【図５】
2015018838.tif 000011
【図６】
2015018838.tif 000012
【図７】
2015018838.tif 000013
【図８】
2015018838.tif 000014