(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、前記太陽電池の出力が供給される電力変換器と、前記電力変換器に接続される連系用開閉器とを備え、前記連系用開閉器を介して配電系統と連系させた太陽光発電システムにおいて、
前記太陽電池から電力変換器を分離させる分離用開閉器と、
前記太陽電池の出力電圧が第１の電圧設定値に低下した時点から微小設定時間内に、前記太陽電池の出力電圧が第２の電圧設定値に低下したときに、前記太陽電池の出力側で短絡故障していると判定する短絡判定回路と、前記短絡判定回路の出力により前記分離用開閉器を開路すると共に、開路状態を保持する開路保持指令回路とからなる保護回路部を有する保護装置とを備え、
前記第１の電圧設定値は、前記電力変換器により変換された電力を前記配電系統に送り込める前記太陽電池の出力電圧のうちの最低出力電圧とし、前記第２の電圧設定値は、前記太陽電池の出力電圧の零近傍電圧とした太陽光発電システム。
【請求項２】
太陽電池と、前記太陽電池の出力が供給される電力変換器と、前記電力変換器に接続される連系用開閉器とを備え、前記連系用開閉器を介して配電系統と連系させた太陽光発電システムにおいて、
前記太陽電池から電力変換器を分離させる分離用開閉器と、
前記連系用開閉器が開路状態で、かつ前記太陽電池の出力電流が電流設定値以上であり、前記太陽電池の出力電圧が電圧設定値以上であるときに、前記太陽電池の出力側で短絡故障していると判定する短絡判定回路と、前記短絡判定回路の出力により前記分離用開閉器を開路すると共に、開路状態を保持する開路保持指令回路とからなる保護回路部を有する保護装置とを備え、
前記電流設定値は、前記連系用開閉器を開路状態にして、前記電力変換器を運転させたときの前記太陽電池の出力電流よりも高い目の電流とし、前記電圧設定値は、前記電力変換器により変換された電力を前記配電系統に送り込める前記太陽電池の出力電圧のうちの最低出力電圧とした太陽光発電システム。
【請求項３】
前記保護装置を作動させる作動電源部は、前記配電系統または前記保護装置に内蔵したバッテリから供給されるよりも優先して、前記太陽電池から供給されるようにした請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記保護装置は、故障状況を表示すると共に、表示を保持する表示部を設けた請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の出力を電力変換器を介して配電系統に供給する太陽光発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の出力を電力変換器により変換して、交流電力を得るようにした太陽光発電システムでは、太陽電池の出力側で短絡故障が発生した場合、太陽電池には何ら支障ないが、この状態を放置することにより種々の問題が生じることを回避するために、太陽電池から電力変換器を分離するようにしたものがある。
【０００３】
図５は従来の太陽光発電システムのブロック図である。同図において、１は太陽電池、２はブレーカ、ヒューズなどの電流依存性分離手段、３は電力変換器、４は連系用開閉器、５は配電系統、６は負荷である。
【０００４】
上記の構成において、太陽電池１から出力される直流電力は分離手段２を通り、電力変換器３により交流電力に変換され、連系用開閉器４を介して配電系統５に接続された負荷６に供給される。
【０００５】
太陽電池１は、図６のような電圧−電流特性を示し、また照度依存性を示しており、通常、その最大出力が得られる電圧Ｖｐで電力変換器３を運転するように、図示しない制御装置により制御される。この制御装置の作動電圧は太陽電池から直接供給されるようになっている。また分離手段２は、太陽電池１に照度依存性があるので、通常、その最大照度時の出力電流を考慮して選定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池１の出力側で低抵抗短絡した場合、太陽電池の特性から分るように、動作しているときの電流よりも増加するが、大きな電流が流れないので、分離手段２が開とならない。また、高抵抗短絡した場合の電流は、低抵抗短絡した場合の電流以上にならないので、この場合も分離手段が開とならない。このように、ブレーカ、ヒューズなどの分離手段２では、太陽電池１から電力変換器３を分離することができないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、太陽電池の出力側で短絡故障が発生した場合に、太陽電池から電力変換器を分離させることができる太陽光発電システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、太陽電池と太陽電池の出力が供給される電力変換器と電力変換器に接続される連系用開閉器とを備え、連系用開閉器を介して配電系統と連系させた太陽光発電システムに係わるものである。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、太陽電池から電力変換器を分離させる分離用開閉器と、太陽電池の出力電圧が第１の電圧設定値に低下した時点から微小設定時間内に、太陽電池の出力電圧が第２の電圧設定値に低下したときに、太陽電池の出力側で短絡故障していると判定する短絡判定回路と、短絡判定回路の出力により分離用開閉器を開路すると共に、開路状態を保持する開路保持指令回路とからなる保護回路部を有する保護装置とを備え、第１の電圧設定値は、電力変換器により変換された電力を配電系統に送り込める太陽電池の出力電圧のうちの最低出力電圧とし、第２の電圧設定値は、太陽電池の出力電圧の零近傍電圧としたものである。
【００１０】
上記の請求項１の発明においては、太陽電池の出力電圧は日射量が急激に減少しても零に近い値とならない。また、太陽が日没しても急激に零に近い値とならない。したがって、出力電圧が微小時間内に零に近い値となれば、上記の場合でないことが分かり、太陽電池の出力側で低抵抗の短絡故障が生じていると判定できる。また低抵抗の短絡判定時に、分離用開閉器を開路させ、その状態を保持させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、太陽電池から電力変換器を分離させる分離用開閉器と、連系用開閉器が開路状態で、かつ太陽電池の出力電流が電流設定値以上であり、太陽電池の出力電圧が電圧設定値以上であるときに、太陽電池の出力側で短絡故障していると判定する短絡判定回路と、短絡判定回路の出力により分離用開閉器を開路すると共に、開路状態を保持する開路保持指令回路とからなる保護回路部を有する保護装置とを備え、電流設定値は、連系用開閉器を開路状態にして、電力変換器を運転させたときの太陽電池の出力電流よりも高い目の電流とし、電圧設定値は、電力変換器により変換された電力を配電系統に送り込める太陽電池の出力電圧のうちの最低出力電圧としたものである。
【００１２】
上記の請求項２の発明においては、電力変換器から配電系統に電力を供給していないにも拘らず、太陽電池の出力電圧が高い状態で、太陽電池の出力電流が異常な値であれば、太陽電池の出力側で高抵抗の短絡故障が生じていると判定できる。また高抵抗の短絡判定時に、分離用開閉器を開路させ、その状態を保持させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、保護装置を作動させる作動電源部に、配電系統または保護装置に内蔵したバッテリから供給するよりも優先して、太陽電池から供給するようにしたものである。
【００１４】
上記の請求項３の発明においては、特に太陽が日没した後も、作動電源部に作動電圧を確保させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、保護装置に故障状況を表示させると共に、表示を保持させる表示部を設けたものである。
【００１６】
上記の請求項４の発明においては、短絡故障の表示が消滅することがないので、点検、修理などに支障を来たすことがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態による太陽光発電システムのブロック図である。同図において、１は太陽電圧、２′は分離用開閉器、３は電力変換器、４は連系用開閉器、５は配電系統、６は負荷、７は電流検出器、８は保護装置であり、この保護装置は保護回路部８Ａ及び作動電源部８Ｂからなる。
【００１８】
分離用開閉器２′は、電力変換器３により変換された交流電力を配電系統５に送り込める太陽電池１の出力電圧のうち、図６に示すように、日射量が最低出力電圧Ｖｏを発生するときの日射量よりも大きいときに閉路し、逆に小さいときに開路する。
【００１９】
連系用開閉器４は、太陽電池１の出力を電力変換器３を介して配電系統５に供給できる状態となった場合に閉路し、配電系統５との連系点において、過電圧、異常電圧低下、停電、過電流、異常周波数変動などが起った場合、また電力変換器３に異常温度上昇、直流地絡などが起った場合に開路する。
【００２０】
保護回路部８Ａは、短絡判定回路８Ａ′及び開路保持指令回路８Ａ″からなり、太陽電池１の出力電流、出力電圧及び連系用開閉器４の開閉状態を常に短絡判定回路８Ａ′により監視しており、短絡故障を判定したときに、開路保持指令回路８Ａ″により分離用開閉器２′を開路すると共に、この開路状態を保持させる。
【００２１】
作動電源部８Ｂは、太陽電池１、配電系統５または保護装置８に内蔵したバッテリのいずれかから供給されて直流定電圧を出力するが、配電系統５またはバッテリから供給するよりも優先して、太陽電池１から供給される。
【００２２】
図２は図１の保護回路部を構成する短絡判定回路の詳細図である。図示するように、太陽電池１の出力電圧Ｖは、第１の電圧設定器８１から出力される設定値ＶS1と共に比較回路８２に入力される。この設定値ＶS1は上記の最低出力電圧Ｖｏが設定される。比較回路８２の出力は、Ｖ＜ＶS1のときに「Ｈ」レベル、Ｖ≧ＶS1のときに「Ｌ」レベルとなり、「Ｈ」レベルになると同時に、タイマー回路８３の出力が「Ｈ」レベルとなり、設定時間経過後に「Ｌ」レベルとなる。
【００２３】
タイマー回路８３の出力は、比較回路８２の出力を反転するＮＯＴ回路８５の出力と共にＯＲ回路８４に入力される。このＮＯＴ回路８５の出力はＡＮＤ回路９１にも入力される。
【００２４】
太陽電池の出力電圧Ｖはまた、第２の電圧設定器８６から出力される設定値ＶS2と共に比較回路８７に入力される。この設定値ＶS2は零近傍の電圧が設定される。比較回路８７の出力は、Ｖ≦ＶS2のときに「Ｈ」レベル、Ｖ＞ＶS2のときに「Ｌ」レベルとなり、タイマー回路８３の出力と共にＡＮＤ回路８８に入力される。
【００２５】
電流検出器７で検出される太陽電池の出力電流Ｉは、電流設定器８９から出力される設定値ＩS と共に比較回路９０に入力される。この設定値ＩS は、連系用開閉器４を開路状態にして、電力変換器３を運転させたときの太陽電池１の出力電流よりも多少高い目の電流が設定される。比較回路９０の出力は、Ｉ≧ＩS のときに「Ｈ」レベル、Ｉ＜ＩS のときに「Ｌ」レベルとなり、ＡＮＤ回路９１に入力される。
【００２６】
連系用開閉器４から出力される開閉信号４S は、開路状態のときに「Ｈ」レベル、閉路状態のときに「Ｌ」レベルとなり、ＡＮＤ回路９１に入力される。
【００２７】
図３は図１の保護回路部を構成する開路保持指令回路の詳細図である。図示するように、短絡判定回路８Ａ′のＯＲ回路８４の出力がトランジスタＴＲのベースに入力され、このトランジスタは分離用開閉器２′を動作させるリレーＲＹ1 のコイルＸ１と２つのリレーＲＹ2 ，ＲＹ3 のコイルＸ２，Ｘ３の各常閉接点Ｘ2b，Ｘ3bとが直列接続されており、ＯＲ回路８４の出力が「Ｈ」レベルのときに分離用開閉器２′が閉路状態になり、「Ｌ」レベルのときに開路状態となる。
【００２８】
ＡＮＤ回路８８の出力がサイリスタＳＣＲ１のゲートに入力され、このサイリスタはそれぞれコイルＸ２と故障表示灯Ｐ１とに直列接続されており、この出力が「Ｈ」レベルのときにコイルＸ２が励磁され、また表示灯Ｐ１が点灯する。これにより常閉接点Ｘ2bが開くので、トランジスタＴＲがオン状態であれば、分離用開閉器２′は開路状態となる。
【００２９】
ＡＮＤ回路９１の出力がサイリスタＳＣＲ２に入力され、このサイリスタはそれぞれコイルＸ３と故障表示灯Ｐ2 とに直列接続されており、この出力が「Ｈ」レベルのときにコイルＸ３が励磁され、また表示灯Ｐ2 が点灯する。これにより常閉接点Ｘ3bが開くので、トランジスタＴＲがオン状態であれば、分離用開閉器２′は開路状態となる。
【００３０】
図４は図１の作動電源部の詳細図である。図示するように、太陽電池１の出力電圧及び配電系統５の電圧が入力されており、太陽電池１の出力は、逆流防止ダイオード９２を介して定電圧回路９３に入力され、保護回路部８Ａの作動電圧として出力される。配電系統５の電圧は、整流回路９４に入力され、並列接続されるコイルＸ２，Ｘ３の各常開接点Ｘ2a，Ｘ3aを介して定電圧回路９３に入力され、作動電圧として出力される。バッテリ９５が内蔵されている場合、その出力は並列接続される常開接点Ｘ2a，Ｘ3aと逆流防止ダイオード９６とを介して定電圧回路９３に入力される。なお、太陽電池１の出力があるときには、定電圧回路９３は、太陽電池１からの出力で優先して動作するように、整流回路９４及びバッテリ９５の出力を、定電圧回路９３が動作可能な最低電圧に設定する。
【００３１】
上記の構成において、太陽光発電システムが正常に動作している場合、太陽電池１の出力電圧Ｖは設定値ＶS1よりも高いが、何らかの理由によりＶS1よりも低下したとすると、比較回路８２の出力が「Ｈ」レベルとなり、同時にタイマー回路８３がスタートし、その出力が「Ｈ」レベルとなる。この「Ｈ」レベルの出力がＯＲ回路８４に入力されているので、Ｖ＜ＶS1であるにも拘らず分離用開閉器２′を閉路状態とする開閉器閉指令信号８X1がＯＲ回路８４から出力されたままである。
【００３２】
太陽電池１の出力電圧Ｖがさらに低下し、Ｖ≦ＶS2であるときに、比較回路８７の出力が「Ｈ」レベルとなり、しかもＶ＝ＶS2となるタイミングがタイマー回路８３により設定される微小時間、例えば１００ms以内であれば、太陽電池１の出力側、例えば電力変換器３の内部で低抵抗の短絡故障が生じていると判定することができる。
【００３３】
この場合、Ｖ＜ＶS1となったときから、タイマー回路８３及び比較回路８７の出力が共に「Ｈ」レベルとなる期間が存在することになるので、この期間はＡＮＤ回路８８の出力が「Ｈ」レベルとなり、ＡＮＤ回路８８から低抵抗短絡判定信号８S1が出力される。
【００３４】
低抵抗の短絡故障であると判定する根拠は、例えば雲などにより日射量が急激に減少した場合、Ｖ＜ＶS1となるが、Ｖ≦ＶS2となることはない。また、日没後の場合、Ｖ≦ＶS2となるのに１００ms以上かかるので、ＡＮＤ回路８８の出力が「Ｈ」レベルとなる期間が存在しない。
【００３５】
本システムでは、上記のように、太陽電池１の出力を保護装置８の作動電源部８Ｂへ直接供給するようにしているので、低抵抗の短絡故障を判定する場合、太陽電池の出力電圧は瞬時に零近傍となるために、比較回路８７が動作する段階では、作動電圧が作動電源部８Ｂに確保されていない状態になっている。そこで、Ｖ＜ＶS1となったときからタイマー回路８３により設定される時間内は作動電源部に電圧が充分確保できるように、作動電源部８Ｂに図示しない電解コンデンサを設けて、太陽電池の出力を蓄えておく必要がある。
【００３６】
また上記の構成において、太陽光発電システムが配電系統５と連系可能な状態となるまでは、連系用開閉器４は開路状態となっているので、その開閉信号４S が「Ｈ」レベルとなる。また、太陽電池１の出力電流ＩがＩ≧ＩS であるとすると、比較回路９０の出力が「Ｈ」レベルとなり、さらに太陽電池の出力電圧ＶがＶ≧ＶS1であるとすると、ＮＯＴ回路８５の出力が「Ｈ」レベルとなる。
【００３７】
これら３つの出力の全てが同時に「Ｈ」レベルとなれば、太陽電池の出力側、例えば電力変換器３、保護装置８または図示しない電力変換器３の制御装置の内部で高抵抗の短絡故障が生じていると判定することができる。この場合、ＡＮＤ回路９１の出力が「Ｈ」レベルとなり、ＡＮＤ回路９１から高抵抗短絡判定信号８S2が出力される。
【００３８】
高抵抗の短絡故障であると判定する根拠は、連系用開閉器４が開路状態で、太陽電池の出力電流ＩがＩ≧ＩS であれば、そのときの出力電流は、電力変換器３から配電系統５に電力を供給しているときの電流ではなく、異常な電流ということになるが、Ｉ≧ＩS では、低抵抗の短絡故障時の電流を含むことになり、この短絡時と同じ動作が行われる。そこで、ＮＯＴ回路８５の出力がＶ≧ＶS1のときに「Ｈ」レベルとなる条件を加えることにより、低抵抗の短絡故障を判別することがなくなる。
【００３９】
ここで、低抵抗の短絡故障が判定され、短絡判定回路８Ａ′から低抵抗短絡判定信号８S1が出力されると、開路保持指令回路８Ａ″のサイリスタＳＣＲ１がオンして、コイルＸ２が励磁されることにより、このコイルＸ２の常閉接点Ｘ2bが開き、分離用開閉器２′用のコイルＸ１の励磁が解かれるので、分離用開閉器２′が開路する。
【００４０】
上記のように、サイリスタを使用しているので、コイルＸ２の励磁が保持され、分離用開閉器２′の開路状態を保持すると共に、表示灯Ｐ1 で低抵抗短絡故障の表示を保持することができる。
【００４１】
また高抵抗の短絡故障が判定されて、高抵抗短絡判定信号８S2が出力されると、サイリスタＳＣＲ２がオンして、コイルＸ３が励磁されて保持されることにより、このコイルＸ３の常閉接点Ｘ3bが開き、分離用開閉器２′用のコイルＸ１の励磁が解かれるので、分離用開閉器２′の開路状態を保持すると共に、表示灯Ｐ2 で高抵抗短絡故障の表示を保持することができる。
【００４２】
特に開路保持指令回路８Ａ″は、作動電源部８Ｂへ太陽電池１の出力のみを供給するようにしていると、日没後にサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２がオフするので、短絡故障の表示が消滅することになり、点検、修理などに支障を来たすことになる。
【００４３】
そこで、短絡故障の表示を保持させるために、短絡故障であると判定した時点で、作動電源部８Ｂに設けたコイルＸ２，Ｘ３の各常開接点Ｘ2a，Ｘ3aを閉じ、配電系統５またはバッテリ９５により、作動電源部８Ｂの作動電圧を確保させる準備をしておく。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、太陽電池の出力側で低抵抗の短絡故障が生じていると判定でき、また低抵抗の短絡判定時に、太陽電池から電力変換器を分離させると共に、それを保持させることができる。
【００４５】
また請求項２の発明によれば、太陽電池の出力側で高抵抗の短絡故障が生じていると判定でき、また高抵抗の短絡判定時に、太陽電池から電力変換器を分離させると共に、それを保持させることができる。
【００４６】
さらに請求項３の発明によれば、特に太陽が日没した後も、作動電源部に作動電圧を確保させることができる。
【００４７】
また請求項４の発明によれば、短絡故障の表示が消滅することがないので、点検、修理などに支障を来たすことが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による太陽光発電システムのブロック図である。
【図２】図１の保護回路部を構成する短絡判定回路の詳細図である。
【図３】図１の保護回路部を構成する開路保持指令回路の詳細図である。
【図４】図１の作動電源部の詳細図である。
【図５】従来の太陽光発電システムのブロック図である。
【図６】太陽電池の出力特性を示す図である。
【符号の説明】
１  太陽電池
２′  分離用開閉器２
３  電力変換器
４  連系用開閉器
５  配電系統
８  保護装置
８Ａ  保護回路部
８Ｂ  作動電源部
８Ａ′  短絡判定回路
８Ａ″  開路保持指令回路
Ｖ  太陽電池の出力電圧
Ｉ  太陽電池の出力電流
ＶS1  第１の電圧設定値（電圧設定値）
ＶS2  第２の電圧設定値
ＩS   電流設定値
４S   開閉信号
【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】
0003731970.tif 000006
【図６】
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