(57)【要約】【課題】火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システム１１０であって、直列に接続された複数の太陽光発電パネル１１１と、複数の太陽光発電パネル１１１による直列接続に対して切り離しまたは接続を可能にするスイッチ１１５と、を備え、スイッチ１１５は、特定の制御信号を受けたときに動作する。これにより、火災の際、複数の太陽光発電パネル１１１の直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システムであって、
直列に接続された複数の太陽光発電パネルと、
前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を可能にするスイッチと、を備え、
前記スイッチは、特定の制御信号を受けたときに動作することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記スイッチは、前記特定の制御信号として操作を契機として発生した外部からの入力信号を受けたときに、前記入力信号に応じて前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を行なうことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記スイッチは、前記直列接続で累積された電圧が各区間で２００Ｖ以下となるように前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離せる位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記スイッチは、前記太陽光発電パネル同士の端子を接続する接続線上に設けられ、前記接続線に並列接続された制御線により伝えられる制御信号により前記接続線の切り離しおよび接続を行なうことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記接続線は、前記太陽光発電パネルの端子に接続可能なコネクタとして形成されていることを特徴とする請求項４記載の太陽光発電システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光により発電する太陽光発電パネルが知られている。太陽光発電パネルは、パネル内で複数のセルが直列に接続されており、各セルはＰＮ接合された半導体素子により構成されている。そして、太陽光発電パネルがさらに複数枚接続されることで、発電システムが構成されている。
【０００３】
このような太陽光発電パネルについては、安全性を高めようとする技術が開発されている。例えば、特許文献１記載の太陽光発電パネルは、太陽光発電セルとエネルギーを出力するコネクタとの間に連結されているスイッチを備え、スイッチにより太陽光発電パネルの設置中には接続を切り、設置後に接続することを可能にしている。これにより、電圧が印加されているプラグの接続、切り離しにより生じるアーク放電によりコネクタ、接続ボックス、他の電気部品がダメージを受けるのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５０３８４６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１記載の技術は、太陽光発電パネルの設置時の安全を高めようとするものである。一方、太陽光発電パネルを設置後にも、安全上の問題が生じうる。例えば、太陽光発電パネルの周囲またはそれ自体に火災が発生することが考えられる。このような場合には、一刻も早く消火を開始しなければならないが、正常に稼働している太陽光発電パネルは、電圧の発生を停止しない。
【０００６】
したがって、消火活動中の作業者が太陽光発電パネルに放水した場合には、太陽光発電パネルにより発生している電気が水を流れ作業者を感電させうる。また、このような感電の危険がある限り、要請があっても作業者は放水することができなくなり、太陽光発電パネルの全焼を待つしかなくなる。
【０００７】
本考案は、このような事情に鑑みてなされたものであり、火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる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】
【０００８】
（１）上記の目的を達成するため、本考案の太陽光発電システムは、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システムであって、直列に接続された複数の太陽光発電パネルと、前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を可能にするスイッチと、を備え、前記スイッチは、特定の制御信号を受けたときに動作することを特徴としている。これにより、火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。なお、複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離すとは、切り離す位置にかかわらず発電機能の直列接続を複数の区間に切り離すことを意味する。
【０００９】
（２）また、本考案の太陽光発電システムは、前記スイッチが、前記特定の制御信号として操作を契機として発生した外部からの入力信号を受けたときに、前記入力信号に応じて前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を行なうことを特徴としている。これにより、火災が発生した場合でも作業者の意図で外部から太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができる。
【００１０】
（３）また、本考案の太陽光発電システムは、前記スイッチが、前記直列接続で累積された電圧が各区間で２００Ｖ以下となるように前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離せる位置に設けられていることを特徴としている。少なくとも家庭用電源の電圧より大きくならないように太陽光発電パネルによる直列接続を切り離すことで、火災の放水の際に人体に流れる電流を防止し、感電を防止できる。
【００１１】
（４）また、本考案の太陽光発電システムは、前記スイッチが、前記太陽光発電パネル同士の端子を接続する接続線上に設けられ、前記接続線に並列接続された制御線により伝えられる制御信号により前記接続線の切り離しおよび接続を行なうことを特徴としている。これにより、外部からの制御で一度に複数個所の接続を切り離すことができ、操作を容易にすることができる。
【００１２】
（５）また、本考案の太陽光発電システムは、前記接続線が、前記太陽光発電パネルの端子に接続可能なコネクタとして形成されていることを特徴としている。これにより、従来用いられている太陽光発電パネルにコネクタで接続線を接続することで容易に太陽光発電パネルによる直列接続を切り離せるシステムを構成できる。
【考案の効果】
【００１３】
本考案によれば、火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の太陽光発電アレイを示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の太陽光発電システムおよびパワーコンディショナー本体を示すブロック図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）それぞれ太陽光発電パネルの接続に対するスイッチの設け方の一例を示す図である。
【図４】太陽光発電パネルの接続に対するスイッチの設け方の別の例を示す図である。
【図５】第２の実施形態の太陽光発電システムを示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態の太陽光発電アレイを示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態の太陽光発電システムおよび直流接続箱を示すブロック図である。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
次に、本考案の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、太陽光発電アレイ１００を示すブロック図である。太陽光発電アレイ１００は、太陽光発電ストリング１１０（太陽光発電システム）、パワーコンディショナー１２０、交流集電箱１３０およびキュービクル１４０を備えている。
【００１７】
太陽光発電ストリング１１０は、太陽光発電パネル１１１が直列に接続されて構成され、太陽光エネルギーを電力に変換する。太陽光発電パネル１１１は、太陽光発電モジュールとも呼ばれ、太陽光セルが複数個接続され、防水処理等が施され、金属フレームを付けてパネルとして形成されている。太陽光発電ストリング１１０には、太陽光発電パネル１１１の直列接続を切り離すためのスイッチが設けられている。
【００１８】
パワーコンディショナー１２０は、太陽光発電ストリング１１０から流れる直流電流を交流に変換し家庭などの環境で使用できるようにするインバータの一種である。パワーコンディショナー１２０は、不安定な電圧や電流の入力を安定した出力に調整する機能を有している。なお、パワーコンディショナー１２０内に操作部を設け、上記のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御できるように設計することが好ましい。
【００１９】
交流集電箱１３０は、パワーコンディショナー１２０を経由した太陽光発電ストリング１１０の出力を交流で集電し、キュービクル１４０へ出力する。キュービクル１４０は、交流集電箱１３０からの出力電圧を、売電等を目的として系統に合致した電圧ヘ昇圧する。キュービクル１４０には、例えば、電圧等の測定、表示を行なう計器類、回路の開閉等を行なう開閉器類、過電流発生時の機器の保護、過電圧抑制等を行なう保護装置、電圧の変圧を行なう変圧器が収容されている。
【００２０】
図２は、配線に直列接続を切り離すスイッチが設けられている太陽光発電ストリング１１０（太陽光発電システム）およびパワーコンディショナー本体１２０ａを示すブロック図である。太陽光発電ストリング１１０は、複数の太陽光発電パネル１１１、接続線１１２およびスイッチ１１５を備えている。なお、接続線は、発電機能の直列接続を構成する線を指す。
【００２１】
太陽光発電ストリング１１０は、複数の太陽光発電パネル１１１が接続線１１２により直列接続され、太陽光発電パネル１１１で太陽光エネルギーから変換された直流電圧を直列接続で高電圧にしパワーコンディショナー本体１２０ａへ出力する。接続線１１２には、スイッチ１１５が設けられており、スイッチ１１５により、複数の太陽光発電パネル１１１による直列接続を切り離すことを可能にしている。
【００２２】
操作部１１６ａは、操作を受け付け、スイッチ１１５を制御するための制御信号を送出する。操作部１１６ａが受け付けたＯＮ、ＯＦＦの操作が制御線１１６によりスイッチ１１５へ伝わることによりスイッチ１１５のＯＮ／ＯＦＦがなされる。これにより、火災の際、複数の太陽光発電パネル１１１の直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。
【００２３】
スイッチ１１５は、直列接続で累積された電圧が各区間で２００Ｖ以下となるように複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離す位置に設けられていることが好ましい。少なくとも家庭用電源の電圧より大きくならないように太陽光発電パネルによる直列接続を切り離すことで、火災の放水の際に人体に流れる電流を防止し、感電を防止できる。
【００２４】
なお、スイッチ１１５は、直列接続で累積された電圧が各区間で１００Ｖ以下となるように設けることがさらに好ましい。図２に示す例では、太陽光発電パネル１１１ごとにスイッチ１１５を設け、接続を切り離すことができるため、切り離された直列接続の各区間で累積された電圧は、数十Ｖ以下になる。
【００２５】
スイッチ１１５は、太陽光発電パネル１１１の端子を接続する接続線１１２上に設けられ、接続線１１２に並列接続する制御線１１６が伝える信号により接続線１１２の切り離しおよび接続を行なう。これにより、外部からの制御で一度に複数個所の接続を切り離すことができ、操作を容易にすることができる。例えば、スイッチ１１５は、外部からの信号がＨｉｇｈＬｅｖｅｌの時ＯＮとなるように設計できる。なお、上記の例では、太陽光発電パネル１１１ごとに接続を切り離すスイッチ１１５を設けているが、複数の太陽光発電パネル１１１のストリングごとに設けてもよい。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ太陽光発電パネル１１１の接続に対するスイッチの設け方の一例を示す図である。図３（ａ）〜（ｃ）に示すいずれの例においても、太陽光発電パネル１１１内の太陽光セル１１７の接続構造については同様であり、太陽光発電パネル１１１は、複数個の太陽光セル１１７が２本の接続線１１７ａにより直列に接続されている。太陽光セル１１７は、シリコンウェファーにＰＮ接合を形成した半導体素子で、太陽光が当たると電流を発生させる。
【００２７】
図３（ａ）〜（ｃ）に示す例は、太陽光セル１１７を受光面側から見た状態を表しており、太陽光セル１１７の受光面から裏面へと接続される２本の接続線１１７ａには、受光面上に広く先端の一方が接続するように設けられた多数の細線の他方が接続されており、電流が集められている。一方、太陽光セル１１７の裏面は、受光する必要がないため全面に一様な電極が設けられている。なお、接続線１１７ａは２本の方が効率が良いが、１本でもよい。
【００２８】
バイパスダイオード１１３は、直列接続された所定数の太陽光セル１１７ごとに端子１１８同士を接続するように設けられている。バイパスダイオード１１３は、一部の太陽光セル１１７に不具合が発生してもその不具合部分を回避して電流を流すためのバイパスとして機能する。これにより、不具合の被害が太陽光発電パネル１１１全体に及ぶのを防止できる。
【００２９】
ジャンクションボックス１１４は、太陽光発電パネル１１１と一体で設けられており、太陽光発電パネル１１１の端子１１８に接続線１１２ケーブルを接続するためのコネクタの機能を有する。ジャンクションボックス１１４は、太陽光発電パネル１１１の裏面に配置されていることが好ましい。
【００３０】
太陽光セル１１７は光が当たっていれば、常に発電状態にある。このような状態では、火災等で太陽光発電ストリング１１０の一部、または、太陽光発電パネル１１１の一部の電極（活部）が露出した場合に、消火のための放水で、水を介して放水作業者が感電する。スイッチ１１５ａ〜ｃを設けることで、上記のような事態を阻止し、太陽光発電ストリング１１０の出力電圧、または太陽光発電パネル１１１の水がかかりうる区間の出力電圧を低下させることができる。
【００３１】
太陽光発電ストリング１１０は、通常、複数枚の太陽光発電パネル１１１を直列に接続して形成され、数百ボルトの電圧を発生させる。このような太陽光発電パネル１１１内部、または太陽光発電パネル１１１同士の接続部に、外部信号でＯＮ／ＯＦＦできるスイッチを設ける。
【００３２】
その結果、太陽光発電パネル１１１単体、または、小規模の太陽光発電ストリング１１０（出力電圧が１００Ｖ以下）に直列接続を切り離すことにより、太陽光発電ストリング１１０の出力電圧を低下させることができる。
【００３３】
太陽光発電パネル１１１単体での出力電圧は、場合により異なるが通常は数十ボルト以下であり、この状態であれば、放水によって感電することはなく、一般家屋の火災と同じに扱うことができる。
【００３４】
図３（ａ）に示す例では、スイッチ１１５ａが太陽光発電パネル１１１の端子部分に設けられており、接続線１１２と並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ａのＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、スイッチ１１５ａを制御する制御線１１６は、太陽光発電パネル１１１の電力取り出し用のケーブルと一体に設けられており、制御線１１６と接続線１１２とが同じケーブルで太陽光発電パネル１１１に接続されている。スイッチ１１５ａがＯＦＦされると、太陽光発電パネル１１１ごとにそれらの直列接続が切り離される。
【００３５】
図３（ｂ）に示す例では、スイッチ１１５ｂが太陽光発電パネル１１１の端子部分に設けられており、接続線１１２と並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御されている。これらの点では図３（ａ）に示す例と同様である。ただし、接続線１１２と制御線１１６とは、それぞれ異なるケーブルで太陽光発電パネル１１１に接続される。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、接続線１１２が、ジャンクションボックス１１４内に設けられることで、太陽光発電パネル１１１の端子に接続可能なコネクタとして形成できる。これにより、従来用いられている太陽光発電パネル１１１にジャンクションボックス１１４により接続線１１２を端子に接続することで容易に太陽光発電パネル１１１による直列接続を切り離せるシステムを構成できる。
【００３７】
図３（ｃ）に示す例では、４つのスイッチ１１５ｃのそれぞれが太陽光発電パネル１１１内において複数の太陽光セル１１７の直列接続ごとに設けられており、スイッチ１１５ｃがＯＦＦされると、複数の太陽光セル１１７の直列接続ごとに接続が切り離される。したがって、この場合には図３（ａ）、（ｂ）に示す例より切り離される直列接続の区間が短くなり電圧は低くなる。この場合にも、接続線１１２に並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ｃのＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、接続線１１２と制御線１１６とは、異なるケーブルで太陽光発電パネル１１１に接続されているが、同じケーブルで接続してもよい。
【００３８】
図３（ａ）〜（ｃ）に示す例では、スイッチ１１５ａ〜１１５ｃが太陽光発電パネル１１１と一体にもうけられており、太陽光発電パネル１１１が直列に接続されたときに制御線１１６はデージーチェーンで接続できる配線設備を備えていることが好ましい。これにより、規模に応じて太陽光発電パネル１１１を設けることができる。
【００３９】
図４は、太陽光発電パネル１１１の接続に対するスイッチの設け方の別の例を示す図である。図４に示す例では、スイッチ１１５ｄが、太陽光発電パネル１１１およびジャンクションボックス１１４の外に設けられている。接続線１１２と並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ｄのＯＮ／ＯＦＦが制御され、スイッチ１１５ｄがＯＦＦされると、太陽光発電パネル１１１ごとに直列接続が切り離される。
【００４０】
図４に示す例では、太陽光発電パネル１１１間の接続線１１２の途中にスイッチ１１５ｄが設けられている。したがって、現在用いられている太陽光発電アレイ１００に容易にスイッチ１１５を含む配線を取り付けることができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
上記の実施形態では、太陽光発電パネル１１１ごと、または複数の太陽光セル１１７の直列接続ごとにスイッチが設けられているが、太陽光セル１１７内に素子構造としてスイッチを設けてもよい。図５は、太陽光セル内にスイッチが設けられている太陽光発電パネル２１１を示すブロック図である。
【００４２】
図５に示すように、太陽光発電パネル２１１は、接続線２１７ａによる太陽光セル２１７の直列接続で形成されている。太陽光セル２１７は、シリコンウェファーにＰＮ接合を形成した半導体素子であり、半導体素子内部に発電部２１７ｂとともにスイッチ２１５ｄが設けられている。
【００４３】
太陽光セル２１７は、操作部２１６ａから制御線２１６を介してＯＦＦの制御信号がスイッチ２１５ｄに伝達されると、スイッチ２１５ｄは太陽光セル２１７ごとに太陽光セル２１７の直列接続を切り離す。これにより、太陽光発電パネル１１１内のスイッチで太陽光セルの直列接続を切り、切り離した区間の電圧を低下させることができる。
【００４４】
［第３の実施形態］
上記の実施形態の太陽光発電アレイでは、太陽光発電ストリングにより発生した直流電流をまず交流に変換した後、集電してキュービクルに出力するが、太陽光発電ストリングにより発生した直流電流をまず集電し、その後段で直流電流を交流に変換してキュービクルに出力する太陽光発電アレイであってもよい。
【００４５】
図６は、太陽光発電アレイ３００を示すブロック図である。太陽光発電アレイ３００は、太陽光発電ストリング１１０（太陽光発電システム）、直流接続箱３２０、直流集電箱３２５、パワーコンディショナー３３０およびキュービクル１４０を備えている。
【００４６】
直流接続箱３２０は、太陽光発電ストリング１１０で生じた直流電流を直流集電箱３２５へ出力している。直流集電箱３２５は、直流接続箱３２０を経由した太陽光発電ストリング１１０の出力を直流で集電し、パワーコンディショナー３３０へ出力する。パワーコンディショナー３３０は、入力された直流電流を交流に変換し家庭などの環境で使用できるようにし、キュービクル１４０へ出力する。キュービクル１４０は、出力電圧を目的に合致した電圧ヘ昇圧する。
【００４７】
図７は、配線に直列接続を切り離すスイッチが設けられている太陽光発電ストリング１１１（太陽光発電システム）および直流接続箱３２０を示すブロック図である。太陽光発電ストリング１１０は、複数の太陽光発電パネル１１１、接続線１１２およびスイッチ１１５を備えている。
【００４８】
太陽光発電ストリング１１０は、太陽光発電パネル１１１で太陽光エネルギーから変換された直流電圧を直列接続で高電圧にし直流接続箱３２０へ出力する。接続線１１２には、スイッチ１１５が設けられており、操作部１１６ａからの操作に応じてスイッチ１１５により、複数の太陽光発電パネル１１１による直列接続を切り離すことを可能にしている。
【００４９】
なお、以上の実施形態では、太陽光発電ストリングを本考案の太陽光発電システムとして説明しているが、太陽光発電アレイまたは太陽光発電パネルを本考案の太陽光発電システムと捉えることも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  太陽光発電アレイ
１１０  太陽光発電ストリング
１１１  太陽光発電パネル
１１２  接続線
１１３  バイパスダイオード
１１４  ジャンクションボックス
１１５、１１５ａ〜１１５ｄ  スイッチ
１１６  制御線
１１６ａ  操作部
１１７  太陽光セル
１１７ａ  接続線
１１８  端子
１２０  パワーコンディショナー
１２０ａ  パワーコンディショナー本体
１３０  交流集電箱
１４０  キュービクル
２１１  太陽光発電パネル
２１５ｄ  スイッチ
２１６  制御線
２１６ａ  操作部
２１７  太陽光セル
２１７ａ  接続線
２１７ｂ  発電部
３２０  直流接続箱
３２５  直流集電箱
３３０  パワーコンディショナー
【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７】
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【図６】
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