(57)【要約】【課題】メガソーラーシステムのような大規模の太陽光発電システムにおける短絡を検出して回路を保護可能な太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電システム１は、複数の太陽電池ストリング６を電気的に並列接続する単段または多段の接続箱７と、接続箱７に電気的に接続して太陽電池ストリング６を電力系統に連系するパワーコンディショナ１１と、接続箱７内の並列回路を遮断可能な遮断器１６と、互いに隣り合う段位にある接続箱７間または接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の電流の大きさおよび電圧の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値よりも大きくかつ所定の電圧値よりも小さい状態を所定の時間継続すると遮断器１６により並列回路を遮断する制御装置１７と、を備える。【選択図】  図２
2012253848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュールを有する複数の太陽電池ストリングと、
それぞれが前記複数の太陽電池ストリングを電気的に並列接続する単段または多段で複数の接続箱と、
前記接続箱に電気的に接続して前記太陽電池モジュールまたは前記太陽電池ストリングを電力系統に連系するパワーコンディショナと、
それぞれが前記接続箱内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器または警報を発する警報器と、
それぞれが互いに隣り合う段位にある前記接続箱間または前記接続箱と前記パワーコンディショナとの間の電流の大きさおよび電圧の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値よりも大きくかつ所定の電圧値よりも小さい状態を所定の時間継続すると前記遮断器により前記並列回路を遮断しまたは前記警報器により警報を発する複数の制御装置と、を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
それぞれが電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュールを有する複数の太陽電池ストリングと、
それぞれが前記複数の太陽電池ストリングを電気的に並列接続する単段または多段で複数の接続箱と、
前記接続箱に電気的に接続して前記太陽電池モジュールまたは前記太陽電池ストリングを電力系統に連系するパワーコンディショナと、
それぞれが前記接続箱内またはパワーコンディショナ内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器または警報を発する警報器と、
それぞれが前記太陽電池ストリングと前記接続箱との間、互いに隣り合う段位にある前記接続箱間または前記接続箱と前記パワーコンディショナとの間の逆電流を検知すると前記遮断器により前記逆電流を遮断しまたは前記警報器により警報を発する複数の制御装置と、を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項３】
前記逆電流を検出するホール素子を備えることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
それぞれが電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュールを有する複数の太陽電池ストリングと、
前記複数の太陽電池ストリングを電気的に並列接続する接続箱と、
前記接続箱に電気的に接続して前記太陽電池モジュールまたは前記太陽電池ストリングを電力系統に連系するパワーコンディショナと、
前記接続箱と前記パワーコンディショナとを電気的に接続するとともに正極側および負極側に複数の導線を有する複線のケーブルと、
それぞれが前記接続箱内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器または警報を発する警報器と、
前記導線に流れる電流の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値よりも大きくなると前記遮断器により前記並列回路を遮断しまたは前記警報器により警報を発する制御装置と、を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
それぞれが電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュールを有する複数の太陽電池ストリングと、
それぞれが前記複数の太陽電池ストリングを電気的に並列接続する単段または多段で複数の接続箱と、
前記接続箱に電気的に接続して前記太陽電池モジュールまたは前記太陽電池ストリングを電力系統に連系するパワーコンディショナと、
それぞれが前記接続箱内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器または警報を発する警報器と、
互いに隣り合う段位にある前記接続箱間を接続するケーブルの両端部または前記接続箱と前記パワーコンディショナとの間を接続するケーブルの両端部における電流の大きさと向きを略同時に計測し、この計測結果を取得し比較して両端部における測定結果の差が予め定める所定の差分を超えると前記遮断器により前記回路を遮断しまたは前記警報器により警報を発する制御装置と、を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は、太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、受光面に光を受けて発電する太陽電池モジュールを複数有する発電システムであり、複数の太陽電池モジュールを直列、並列に接続して所望の直流電圧と発電電力を得る。具体的には、太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続して太陽電池ストリングを構成し、複数の太陽電池ストリングを並列に接続して所望の直流電圧と発電電力を得る。
【０００３】
ところで、一般家庭用の太陽光発電システムのように小規模な太陽光発電システムは、回路に短絡が発生しても短絡電流値が余り大きくならず、しかも太陽の位置や天候によって太陽電池モジュールが受ける放射強度が著しく変化するため、回路の電流変化を計測しても短絡の発生の有無を判断することが難しい。
【０００４】
そこで、太陽電池モジュールの出力電流と出力電圧とを計測して回路の短絡を検知する太陽光発電システムが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８２２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、所謂メガソーラーシステムと呼ばれ、１ＭＷを超える発電能力を有する太陽光発電システムの開発が進んでいる。メガソーラーシステムは、数十Ｗの発電能力を有する太陽電池モジュールを極めて多量（例えば、数千枚以上）に備える。そこで、メガソーラーシステムのような太陽光発電システムは、複数の太陽電池ストリングを並列に接続する多段の接続箱を用いて、複数の太陽電池ストリングを並列かつ多段階に接続する。
【０００７】
メガソーラーシステムのような大規模な太陽光発電システムは、一般家庭用の太陽光発電システムに比べて大電流を扱う。このため、大規模な太陽光発電システムは、短絡箇所の発熱、火災を防ぐために短絡時の許容電流の高い高コストなケーブルが必要になるという問題がある。
【０００８】
一方、従来の短絡検出装置を大規模な太陽光発電システムに適用しても、短絡時に正常な（非短絡の）太陽電池ストリングから電流が回り込む（所謂、逆電流）虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、メガソーラーシステムのような大規模の太陽光発電システムにおける短絡を検出して回路を保護可能な太陽光発電システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る太陽光発電システムは、それぞれが電気的に直列接続する複数の太陽電池モジュールを有する複数の太陽電池ストリングと、それぞれが前記複数の太陽電池ストリングを電気的に並列接続する単段または多段で複数の接続箱と、前記接続箱に電気的に接続して前記太陽電池モジュールまたは前記太陽電池ストリングを電力系統に連系するパワーコンディショナと、それぞれが前記接続箱内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器または警報を発する警報器と、それぞれが互いに隣り合う段位にある前記接続箱間または前記接続箱と前記パワーコンディショナとの間の電流の大きさおよび電圧の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値よりも大きくかつ所定の電圧値よりも小さい状態を所定の時間継続すると前記遮断器により前記並列回路を遮断しまたは前記警報器により警報を発する複数の制御装置と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置を示すブロック図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の制御装置を示すブロック図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の短絡判定範囲を示す線図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の短絡判定時間を示す線図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出システムを示すブロック図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の制御装置を示す図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る太陽光発電システムの断線・短絡検出装置を示すブロック図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る太陽光発電システムの実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
本発明に係る太陽光発電システムの第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、先ず、本実施形態に係る太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール５を直列、並列に接続して所望の直流電圧と発電能力を得ることが可能であり、小規模な太陽光発電システムからメガソーラーシステムのような大規模な太陽光発電システムまで、発電能力に応じて必要数の太陽電池モジュール５を備える。
【００１６】
太陽光発電システム１は、それぞれが電気的に直列に接続する複数の太陽電池モジュール５を有する複数の太陽電池ストリング６と、それぞれが複数の太陽電池ストリング６を電気的に並列に接続する多段の接続箱７と、接続箱７に電気的に接続して太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６を電力系統１０１に連系するパワーコンディショナ１１と、を備える。
【００１７】
太陽電池モジュール５は、数十Ｗの発電能力を有し、長方形状の受光面で光を受けて発電する。太陽電池ストリング６は、所望の直流電圧に応じて所要数の太陽電池モジュール５を直列に接続した回路である。なお、太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング６に代えて単体の太陽電池モジュール５を電気的に並列に接続するものでも良く、太陽電池モジュール５および太陽電池ストリング６の数量は合計２つ以上であればいくつでも良い。太陽電池モジュール５および太陽電池ストリング６を総称して、単に「太陽電池５、６」と呼ぶ。
【００１８】
接続箱７は、それぞれが複数の太陽電池ストリング６を電気的に並列に接続する接続箱７ａと、複数の接続箱７ａを電気的に並列接続する接続箱７ｂと、を備え、太陽電池ストリング６を並列かつ多段に接続する。太陽光発電システム１が小規模であり太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６の数量が比較的少数である場合、接続箱７は、第一段目の接続箱７ａをパワーコンディショナ１１に接続する単段の構成にすることもできる。
【００１９】
パワーコンディショナ１１は、太陽電池５、６が出力する直流電力を所定周波数（例えば、商用電源周波数）の交流電力に変換し、交流系統に接続する負荷設備（図示省略）に電力供給したり、電力系統１０１に並列接続して電力供給したりする。また、パワーコンディショナ１１は、太陽電池５、６の出力が日射強度や太陽電池５、６の表面温度によって変動するために、最大出力点を追従するように太陽電池５、６の動作点を変化して太陽電池５、６から最大電力（最大出力）を取り出す最大電力追従制御（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を行う。最大電力追従制御は、パワーコンディショナ１１の直流動作電圧もしくは直流電流またはこれらの両方を一定時間間隔でわずかに変動し、そのときの太陽電池５、６の出力電力と前回の出力電力記憶値とを比較して常に太陽電池５、６の出力電力が大きくなるようにパワーコンディショナ１１の直流動作電圧を変化する。
【００２０】
太陽電池モジュール５、太陽電池ストリング６、接続箱７およびパワーコンディショナ１１を接続するケーブル１２は、正極側の導線および負極側の導線を有する。
【００２１】
図２は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置を示すブロック図である。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態に係る太陽光発電システム１の短絡検出装置１５は、ケーブル１２の正極側の導線と負極側の導線とが接続点をもつ短絡を検出し、短絡箇所を回路から遮断したり、警報を発したりする。短絡検出装置１５は、太陽電池ストリング６、接続箱７、パワーコンディショナ１１の他に、それぞれが接続箱７内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器１６と、それぞれが互いに隣り合う段位にある接続箱７間または接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の電流の大きさおよび電圧の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値Ｉｓよりも大きくかつ所定の電圧値Ｖｓよりも小さい状態を所定の時間継続すると遮断器１６により並列回路を遮断する複数の制御装置１７と、を備える。
【００２３】
また、短絡検出装置１５は、遮断器１６に代えてまたは加えて、警報を発する警報器１８を備えることもできる。この場合、制御装置１７は、それぞれが互いに隣り合う段位にある接続箱７間または接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の電流の大きさおよび電圧の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値Ｉｓよりも大きくかつ所定の電圧値Ｖｓよりも小さい状態を所定の時間継続すると警報器１８により警報を発する。
【００２４】
遮断器１６は、接続箱７内で並列回路が合流する出力側にあり、接続箱７よりも太陽電池モジュール５および太陽電池ストリング６側を一括して遮断することができる。なお、遮断器１６は、並列回路を遮断可能な開閉器であっても良い。また、遮断器１６は、接続箱７内で並列回路が分岐する入力側のケーブル１２にそれぞれ個別にあっても良い。
【００２５】
なお、「開閉器」（ｓｗｉｔｃｈ）とは、電気回路を開閉する器具であり、特定の動作負荷条件を含め通常回路条件で電流を投入、通電および遮断し、短絡など特定の異常回路条件で指定時間の間電流を通電できる器具である。「遮断器」（ｃｉｒｃｕｉｔ−ｂｒｅａｋｅｒ）とは、正常状態において電流投入、保持および遮断を行い、短絡など指定された異常回路状態において電流投入、指定された時間保持および遮断を行う器具である。
【００２６】
警報器１８は、太陽光発電システム１の設置場所や、太陽光発電システム１を遠隔で監視可能な中央制御室などの施設に対して警報を発することができるものであれば良く、聴覚や視覚を通じて回路の短絡を知らせる。
【００２７】
図３は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の制御装置を示すブロック図である。
【００２８】
図３に示すように、本実施形態に係るそれぞれの制御装置１７は、接続箱７内で並列回路が合流する出力側の電流の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値Ｉｓよりも大きい場合に電流異常信号を出力する電流監視判定部２１と、接続箱７内で並列回路が合流する出力側の電圧の大きさを計測し、この計測結果が所定の電圧値Ｖｓよりも小さい場合に電圧異常信号を出力する電圧監視判定部２２と、電圧監視判定部２２に接続して電圧異常信号の遅延処理を所定の時間行う遅延部２３と、電流異常信号および電圧異常信号の論理積を演算し、電流異常信号および電圧異常信号が同時に揃うと遮断器１６により並列回路を遮断しまたは警報器１８により警報を発する論理演算部２５と、を備える。
【００２９】
遅延部２３は、電流監視判定部２１に接続して電流異常信号の遅延処理を所定の時間行うものでも良い。
【００３０】
図４は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の短絡判定範囲を示す線図である。
【００３１】
図４に示すように、本実施形態に係る太陽電池ストリング６は、短絡電流Ｉｓｃのとき出力電圧＝０、開放電圧Ｖｏｃのとき出力電流＝０となる原点に向かって凹形状の電流−電圧特性ＩＶを有する。なお、太陽電池ストリング６の電流−電圧特性ＩＶは、個々の太陽電池モジュール５の電流−電圧特性ｉｖの合計から損失を除いたものに略等しい。
【００３２】
この電流−電圧特性に示すとおり、太陽光発電システム１の出力回路に短絡が生じてケーブル１２の正極側と負極側との間の抵抗が小さくなると太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６の出力電圧が小さくなる。なお、太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６は、通常、パワーコンディショナ１１による最大電力追従制御（ＭＰＰＴ）によって最適動作点（最大出力動作電流Ｉｐｍ、最大出力動作電圧Ｖｐｍ）近傍で動作する。
【００３３】
そこで、本実施形態に係る短絡検出装置１５は、最大出力動作電流Ｉｐｍよりも大きい所定の電流値Ｉｓと最大出力動作電圧Ｖｐｍよりも小さい所定の電圧値Ｖｓを設定する。そして、短絡検出装置１５は、太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６の動作点が所定の電流値Ｉｓよりも大きく、所定の電圧値Ｖｓよりも小さい短絡判定領域（図４中の斜線領域）に入り、この状態が所定の時間継続すると遮断器１６により並列回路を遮断しまたは警報器１８により警報を発する。
【００３４】
なお、電流−電圧特性ＩＶは放射強度によって大きく変わるが、放射強度の最大を考慮することによってケーブル１２の短絡時許容電流に安全を見込むことができる。
【００３５】
図５は、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の短絡判定時間を示す線図である。
【００３６】
図５に示すように、短絡検出装置１５による遅延処理に係る所定の時間ｔは、ケーブル１２の許容電流曲線Ｌを考慮して予め定める時間であり、ある短絡時許容電流における短絡継続時間Ｔよりも短い時間である。この所定の時間ｔは、パワーコンディショナ１１による最大電力追従制御（ＭＰＰＴ）によって動作点が一時的に短絡判定領域に入った場合の短絡の誤判定を防ぐ。
【００３７】
ここで、太陽光発電システム１における短絡の発生を仮定する。例えば、図１に示すように太陽電池ストリング６と第一段目の接続箱７ａとを接続するケーブル１２ａに短絡Ｆａが生じた場合、第一段目の接続箱７ａと第二段目の接続箱７ｂとを接続するケーブル１２ｂに短絡Ｆｂが生じた場合または第二段目の接続箱７ｂとパワーコンディショナ１１とを接続するケーブル１２ｃに短絡Ｆｃが生じた場合を仮定する。
【００３８】
これらケーブル１２ａ、１２ｂ、１２ｃにそれぞれ短絡Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃが生じても、太陽電池ストリング６からパワーコンディショナ１１へ向かう電流は変化しない。そして、それぞれの短絡Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃへ並列に接続する他の太陽電池ストリング６または接続箱７から所謂、逆電流が回り込む（図１中の実線矢）。この逆電流は、短絡Ｆａの場合、同じ接続箱７ａに接続する太陽電池ストリング６の数量に比例して大きくなり、短絡Ｆｂの場合、同じ接続箱７ｂに接続する他の接続箱７に連なる太陽電池ストリング６の数量に比例して大きくなり、短絡Ｆｃの場合、同じパワーコンディショナ１１に接続する他の接続箱７に連なる太陽電池ストリング６の数量に比例して大きくなる。
【００３９】
例えば、ケーブル１２ａは、太陽電池ストリング６の定格出力電流の約１．２倍から約１．２５倍の許容電流を有するものを適用することが一般的に行われる。また、ケーブル１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それぞれに回り込む逆電流の大きさが異なり、例えば短絡Ｆｃが生じた場合にケーブル１２ｃに回り込む逆電流は千アンペアを超える。しかしながら、短絡Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃへ回り込む逆電流を考慮してケーブル１２ａ、１２ｂ、１２ｃを選定することは、定常運用に対して極めてオーバースペックなものを選定することになり、ケーブル１２の原価、敷設の工数などの費用面で負担が大きい。また、逆電流の回り込みを防ぐダイオードを適宜に設ける対策も考えられるが、ダイオードの電力損失により発電効率が下がってしまう。
【００４０】
そこで、図２に示すように、本実施形態に係る短絡検出装置１５は、同じ接続箱７またはパワーコンディショナ１１に接続するケーブル１２のいずれかに短絡Ｆが生じ、太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６の動作点が短絡判定領域（図４中の斜線領域）の状態を所定の時間継続すると、遮断器１６により並列回路を遮断して短絡Ｆに流れ込む電流を遮断（図２中の×）し、または警報器１８により短絡の発生を知らせる警報を発する。
【００４１】
したがって、本実施形態に係る短絡検出装置１５は、太陽電池モジュール５または太陽電池ストリング６の動作点を監視し適宜に遮断器１６を作動することによって、短絡箇所のケーブル１２に大きな逆電流が回り込むことを防ぐ。これによって、短絡検出装置１５は、定常運用に対して極めてオーバースペックなケーブル１２を適用する必要が無く、費用面で負担を軽減できる。
【００４２】
また、本実施形態に係る短絡検出装置１５は、短絡箇所のケーブル１２が逆電流に対して比較的長時間の耐性を維持できる場合には、警報器１８により当該短絡の発生を知らせて補修、修理を促しつつ、太陽光発電システム１の運転を継続し稼働率を維持することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
本発明に係る太陽光発電システムの第２実施形態について、図６を参照して説明する。
【００４４】
図６は、本発明の第２実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出システムを示すブロック図である。
【００４５】
本実施形態に係る短絡検出装置１５Ａにおいて第１実施形態の短絡検出装置１５と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図６に示すように、本実施形態に係る太陽光発電システム１の短絡検出装置１５Ａは、ケーブル１２の正極側の導線と負極側の導線とが接続点をもつ短絡を検出し、短絡箇所を回路から遮断したり、警報を発したりする。短絡検出装置１５Ａは、それぞれが接続箱７内またはパワーコンディショナ１１内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器３６と、それぞれが太陽電池ストリング６と接続箱７との間、互いに隣り合う段位にある接続箱７間または接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の逆電流を検知すると遮断器３６により並列回路を遮断する複数の制御装置３７と、を備える。
【００４７】
また、短絡検出装置１５Ａは、遮断器３６に代えてまたは加えて、警報を発する警報器３８を備えることもできる。この場合、制御装置３７は、それぞれが太陽電池ストリング６と接続箱７との間、互いに隣り合う段位にある接続箱７間または接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の逆電流を検知すると警報器３８により警報を発する。
【００４８】
遮断器３６は、接続箱７内またはパワーコンディショナ１１内で並列回路の分岐している入力側にそれぞれ個別にあり、接続箱７よりも太陽電池モジュール５および太陽電池ストリング６側を遮断することができる。なお、遮断器１６は、並列回路を遮断可能な開閉器であっても良い。
【００４９】
警報器３８は、太陽光発電システム１の設置場所や、太陽光発電システム１を遠隔で監視可能な中央制御室などの施設に対して警報を発することができるものであれば良く、聴覚や視覚を通じて回路の短絡を知らせる。
【００５０】
制御装置３７は、接続箱７内またはパワーコンディショナ１１内で並列回路の分岐している入力側の電流の向きを検出し、ケーブル１２に逆電流が発生すると遮断器３６により並列回路を遮断しまたは警報器３８により警報を発する。
【００５１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置の制御装置を示す図である。
【００５２】
図７に示すように、本実施形態に係るそれぞれの制御装置３７は、周の一部に切り欠きのある環形状を有してケーブル１２の周囲を囲む鉄心４１と、鉄心４１の切り欠きに位置してケーブル１２に流れる逆電流を検出するホール素子４２を備える。
【００５３】
鉄心４１は、ケーブル１２に流れる電流（貫通電流）に比例する磁束を収束する。
【００５４】
ホール素子４２は、ホール効果によって鉄心４１が収束する磁束の磁束密度Ｂと制御電流Ｉｃとに比例する出力電圧ＶＨを発生する半導体素子である。ホール素子４２はケーブル１２に流れる電流の損失をともなわないことが有利であるが、逆電流を検出にシャント抵抗器などの素子を用いてもよい。
【００５５】
本実施形態に係る短絡検出装置１５Ａは、接続箱７またはパワーコンディショナ１１に接続する入力側のケーブル１２のいずれかに短絡Ｆが生じ、逆電流が発生すると、遮断器３６により並列回路を遮断して短絡Ｆに流れ込む電流を遮断し、または警報器３８により短絡の発生を知らせる警報を発する。
【００５６】
したがって、本実施形態に係る短絡検出装置１５Ａは、ケーブル１２に流れる電流の向きを監視し適宜に遮断器３６を作動することによって、短絡箇所のケーブル１２に大きな逆電流が回り込むことを防ぐ。これによって、短絡検出装置１５Ａは、定常運用に対して極めてオーバースペックなケーブル１２を適用する必要が無く、費用面で負担を軽減できる。
【００５７】
また、本実施形態に係る短絡検出装置１５Ａは、短絡箇所のケーブル１２が逆電流に対して比較的長時間の耐性を維持できる場合には、警報器１８により当該短絡の発生を知らせて補修、修理を促しつつ、太陽光発電システム１の運転を継続し稼働率を維持することができる。
【００５８】
［第３の実施形態］
本発明に係る太陽光発電システムの第３実施形態について、図８を参照して説明する。
【００５９】
図８は、本発明の第３実施形態に係る太陽光発電システムの断線・短絡検出装置を示すブロック図である。
【００６０】
なお、本実施形態に係る太陽光発電システム１は、説明を簡単にするために接続箱７を単段で示しているが、複数段の接続箱７を備えていても同様の効果を奏する。
【００６１】
図８に示すように、本実施形態に係る太陽光発電システム１の断線・短絡検出装置１５Ｂは、接続箱７とパワーコンディショナ１１とを電気的に接続するとともに正極Ｐ側および負極Ｎ側に複数の導線４３を有する複線のケーブル４５と、それぞれが接続箱７内の並列回路を遮断可能な複数の遮断器４６と、導線４３に流れる電流の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値よりも大きくなると遮断器４６により並列回路を遮断する制御装置４７と、を備える。
【００６２】
また、断線・短絡検出装置１５Ｂは、遮断器４６に代えてまたは加えて、警報を発する警報器４８を備えることもできる。この場合、制御装置４７は、導線４３に流れる電流の大きさを計測し、この計測結果が所定の電流値よりも大きくなると警報器４８により警報を発する。
【００６３】
遮断器４６は、接続箱７内で並列回路が合流する出力側にあり、かつ複数の導線４３毎に個別にあり、接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の回路を一括して遮断することができる。なお、遮断器１６は、並列回路を遮断可能な開閉器であっても良い。
【００６４】
警報器４８は、太陽光発電システム１の設置場所や、太陽光発電システム１を遠隔で監視可能な中央制御室などの施設に対して警報を発することができるものであれば良く、聴覚や視覚を通じて回路の短絡を知らせる。
【００６５】
ケーブル４５の導線４３は、例えば正極Ｐ側に２本の導線４３ａ、４３ｂを備え、負極Ｎ側に２本の導線４３ｃ、４３ｄを備える。導線４３ａ、４３ｂおよび導線４３ｃ、４３ｄは、それぞれ協働して接続箱７からパワーコンディショナ１１へ出力電流を流す。したがって、仮に正極Ｐ側のいずれかの導線４３ａに断線または短絡Ｆが生じると、正極Ｐ側の他の導線４３ｂに流れる電流が大きくなる。
【００６６】
本実施形態に係る断線・短絡検出装置１５Ｂは、接続箱７とパワーコンディショナ１１とを電気的に接続する導線４３のいずれか、例えば正極Ｐ側のいずれかの導線４３ａに断線または短絡Ｆが生じ、正極Ｐ側の他の導線４３ｂに流れる電流が所定の電流値よりも大きくなると、遮断器４６により並列回路を遮断して導線４３ｂに流れ込む過大な電流を遮断し、または警報器４８により断線または短絡の発生を知らせる警報を発する。
【００６７】
したがって、本実施形態に係る断線・短絡検出装置１５Ｂは、ケーブル１２の導線４３に流れる電流の大きさ監視し適宜に遮断器４６を作動することによって、健全な導線４３に過大な電流が流れ込むことを防ぐ。これによって、断線・短絡検出装置１５Ｂは、定常運用に対して極めてオーバースペックなケーブル１２を適用する必要が無く、費用面で負担を軽減できる。
【００６８】
また、本実施形態に係る断線・短絡検出装置１５Ｂは、断線または短絡Ｆの発生により通常時よりも過大な電流を流す導線４３がこの過大な電流に対して比較的長時間の耐性を維持できる場合には、警報器４８により当該断線または短絡の発生を知らせて補修、修理を促しつつ、太陽光発電システム１の運転を継続し稼働率を維持することができる。
【００６９】
［第４の実施形態］
本発明に係る太陽光発電システムの第４実施形態について、図９を参照して説明する。
【００７０】
図９は、本発明の第４実施形態に係る太陽光発電システムの短絡検出装置を示すブロック図である。
【００７１】
本実施形態に係る短絡検出装置１５Ｃにおいて第１実施形態の短絡検出装置１５と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
図９に示すように、本実施形態に係る太陽光発電システム１の短絡検出装置１５Ｃは、互いに隣り合う段位にある接続箱７間を接続するケーブル１２の両端部または接続箱７とパワーコンディショナ１１との間を接続するケーブル１２の両端部における電流の大きさと向きを略同時に計測し、この計測結果を取得し比較して両端部における測定結果の差が予め定める所定の差分を超えると遮断器５６により回路を遮断する制御装置５７と、を備える。
【００７３】
制御装置５７は、それぞれが接続箱７内またはパワーコンディショナ１１内にある機側制御部６１と、広域または閉域のネットワーク回線６２を通じて機側制御部６１と協働する中央判定処理部６３と、を備える。
【００７４】
機側制御部６１は、接続箱７内またはパワーコンディショナ１１内でケーブル１２のいずれかの端部における電流の大きさと向きを計測し、ネットワーク回線６２を通じてこの計測結果を中央判定処理部６３へ送る。それぞれの機側制御部６１、特に同一のケーブル１２の電流の大きさと向きを計測する機側制御部６１の対は、時刻同期して当該計測を行う。機側制御部６１の時刻同期は、ネットワーク回線６２を通じてＳＮＴＰ（Simple Network Time Protocol）あるいはＩＥＥＥ１５８８を利用したり、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用したりする。
【００７５】
また、機側制御部６１は、中央判定処理部６３がケーブル１２の短絡発生を判定すると、当該短絡Ｆを回路から切り離すために遮断器５６により並列回路を遮断する。
【００７６】
中央判定処理部６３は、ネットワーク回線６２を通じて機側制御部６１から計測結果を取得し、同時刻における計測結果を比較して両端部における測定結果の差が予め定める所定の差分を超えると、当該計測結果を取得した機側制御部６１へ短絡判定信号を送る。
【００７７】
遮断器５６は、ケーブル１２の両端にあり、接続箱７とパワーコンディショナ１１との間の回路を遮断することができる。なお、遮断器５６は、並列回路を遮断可能な開閉器であっても良い。
【００７８】
警報器５８は、太陽光発電システム１の設置場所や、太陽光発電システム１を遠隔で監視可能な中央制御室などの施設に対して警報を発することができるものであれば良く、聴覚や視覚を通じて回路の短絡を知らせる。また、警報器５８は、ネットワーク回線６２に接続していても良く、それぞれの機側制御部６１に接続していても良い。
【００７９】
本実施形態に係る短絡検出装置１５Ｃは、ケーブル１２のいずれかに短絡Ｆが生じ、ケーブル１２の両端部間における電流の大きさと向きが大きく異なると、遮断器５６により並列回路を遮断して短絡Ｆに流れ込む電流を遮断し、または警報器５８により短絡の発生を知らせる警報を発する。
【００８０】
したがって、本実施形態に係る短絡検出装置１５Ｃは、ケーブル１２に流れる電流の大きさと向き監視し適宜に遮断器５６を作動することによって、短絡箇所のケーブル１２に大きな逆電流が回り込むことを防ぐ。これによって、短絡検出装置１５Ｃは、定常運用に対して極めてオーバースペックなケーブル１２を適用する必要が無く、費用面で負担を軽減できる。
【００８１】
また、本実施形態に係る短絡検出装置１５Ｃは、短絡箇所のケーブル１２が逆電流に対して比較的長時間の耐性を維持できる場合には、警報器５８により当該短絡の発生を知らせて補修、修理を促しつつ、太陽光発電システム１の運転を継続し稼働率を維持することができる。
【００８２】
したがって、本実施形態に係る太陽光発電システム１によれば、メガソーラーシステムのような大規模の太陽光発電システムにおける短絡を検出して回路を保護することができる。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１  太陽光発電システム
５  太陽電池モジュール
６  太陽電池ストリング
７、７ａ、７ｂ  接続箱
１１  パワーコンディショナ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  ケーブル
１５、１５Ａ、１５Ｃ  短絡検出装置
１５Ｂ  断線・短絡検出装置
１６  遮断器
１７  制御装置
１８  警報器
２１  電流監視判定部
２２  電圧監視判定部
２３  遅延部
２５  論理演算部
３６  遮断器
３７  制御装置
３８  警報器
４１  鉄心
４２  ホール素子
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ  導線
４５  ケーブル
４６  遮断器
４７  制御装置
４８  警報器
５６  遮断器
５７  制御装置
６１  機側制御部
６２  ネットワーク回線
６３  中央判定処理部
５８  警報器
１０１  電力系統
【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】
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【図８】
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【図９】
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