JP2010199443A

JP2010199443A - 太陽光発電システム

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Publication number: JP2010199443A
Application number: JP2009044905A
Authority: JP
Inventors: Masahito Ishida; 雅人石田; Soji Kokaji; 聡司小鍛冶; Ryuji Horioka; 竜治堀岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】太陽光発電システムの直流側マイナス極を接地した場合であっても、正確に太陽光発電システムの地絡を検出し、安全性の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】ガラス基板上に形成された薄膜型太陽電池パネル１０ａを複数接続した太陽電池アレイ１０と、太陽電池アレイ１０により発電された直流電力を交流電力に変換する絶縁トランス１４を保有するパワーコンディショナ１２と、を備えた太陽光発電システムの、パワーコンディショナ１２又は、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間のマイナス極端子側配線に接地線を設け、接地線の途中に地絡検出手段を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに係り、特にマイナス極側を接地し地絡を検出する地絡検出装置を備えた太陽光発電システムに関するものである。

ガラス基板上にシリコン系薄膜などを積層して形成された薄膜型太陽電池をパネル化し、この太陽電池パネルを複数接続した太陽電池アレイを用いた太陽光発電システムが知られている。

このような太陽光発電システムでは、太陽電池パネルを複数枚並べ直列・並列接続して構成した太陽電池アレイによって発電した直流電力を、インバータ回路を含むパワーコンディショナによって、商用電源系統の交流電力に対応した交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷系統又は電力系統等に供給している。

ところで、上述の太陽光発電システムにおいては、何らかの理由により、太陽電池や配線等の絶縁が破壊され、地絡が生じる場合がある。そこで、図５に示すように、太陽電池アレイ５１側の出力プラス電極端子５２とマイナス電極端子５３との間に２つの抵抗器５４，５５を直列に接続して分圧し、両電圧をバランスさせ、両抵抗器の接続点に直流電圧検出器５６の一端を接続すると共に他端を接地することで地絡を検出しているものがある。すなわち、直流地絡が生じると、プラス電極側とマイナス電極側の電圧のバランスが崩れ、この状態を直流電圧検出器により検出することで直流地絡を検出している。このような直流地絡を検出する技術の例として、特開２００１−２１６０６号公報（特許文献１）には、太陽電池アレイの出力ライン間に分圧器を接続し、分圧器の分圧点と接地電池との間に電流検出器を接続し、この検出結果がゼロになるように分圧器の分圧比を調整することにより正確に地絡を検出する技術が開示されている。

一方、上記した薄膜型太陽電池パネルにおいては、ガラス基板に含まれるＮａイオンなどが透明電極や太陽電池モジュールの劣化の原因になることを抑制するための対策として、太陽光発電システムの直流側マイナス極の電圧が注目されつつある。特開２００８−４７８１９号公報（特許文献２）には、電力変換装置の分配部に直流電圧源を設けることで、太陽電池モジュールの対地電圧を正の値に保つ技術が開示されている。

特開２００１−２１６０６号公報特開２００８−４７８１９号公報

上記した薄膜型太陽電池パネルにおいては、その透明電極や太陽電池モジュールの劣化を防止するための対策として、太陽光発電システムのパワーコンディショナとの接続配線の直流側マイナス極を接地することが推奨されつつある。しかしながら、パワーコンディショナの直流側のマイナス極を接地した場合、図５に示すような、太陽電池アレイのプラスとマイナス出力電極端子５２，５３との間に設けた２つの抵抗器５４，５５と他端を接地した直流電圧検出器５６による従来の直流地絡検出装置では、直流側のマイナスから大地経由するループ閉回路が形成されて、常に電流が流れる経路となることから、上記の従来の直流地絡検出装置を設けずに、パワーコンディショナの直流側のマイナス極を接地する経路の一部に適当な容量のヒューズを設けることで対応しており、地絡検出の信頼性や利便性に課題があった。

更に、この場合は、太陽電池アレイ内の一部に地絡を発生した場合に地絡有無の検出ができない箇所が発生することが判明した。すなわち、太陽電池アレイのマイナス出力がパワーコンディショナとの接続付近よりも抵抗損出の分だけ若干のマイナス電圧になるために、太陽電池アレイのプラス出力との間で対地電圧がゼロまたはゼロ付近となっていることから地絡電流が流れず、地絡を検出することができない箇所が発生し、地絡箇所を認識できない状況になる。このような太陽光発電システムにおいて、インバータ回路のスイッチをＯＦＦにした場合でも、太陽電池アレイのプラス出力電圧が変化するために、対地電圧がゼロまたはゼロ付近の位置も変化するために、日射があれば太陽電池アレイの発電が地絡電流となって継続されることが判明した。したがい、安全性向上の観点からも、パワーコンディショナとの接続付近の直流側を接地した場合の地絡検出対策の重要性がより高まっている。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、太陽光発電システムのパワーコンディショナとの接続配線の直流側マイナス極を接地した場合であっても、正確に太陽光発電システムの地絡を検出し、安全性の向上を図ることが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。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、ガラス基板上に形成された薄膜型太陽電池パネルを複数接続した太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにより発電された直流電力を交流電力に変換する絶縁トランスを保有するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、前記パワーコンディショナ又は、前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間のマイナス極端子側配線に接地線を設け、該接地線の途中に地絡検出手段を設けたことを特徴とする太陽光発電システムを提供する。

本発明によれば、前記パワーコンディショナ又は、前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間のマイナス極端子側配線に接地線を設け、この接地線の途中に地絡検出手段を設ける。パワーコンディショナの直流側のマイナス極端子側の配線を接地することで、太陽電池アレイのマイナス出力がパワーコンディショナとの接続配線の接地付近よりも抵抗損出の分だけ若干のマイナス電圧になる。一方、太陽電池アレイを構成する太陽電池パネルの多くは、プラス電圧になる。また、太陽電池パネルを固定する金属枠は大地に接地される構造となっているので、上記ガラス基板の電位は太陽電池パネルを固定する金属枠よりも高い電位になり、太陽電池モジュールから前記ガラス基板へ向かう電界が発生し、ガラス基板内部に存在するＮａイオンなどがガラス基板から光電変換層へ向かって拡散することを抑制する。このため、透明電極層や太陽電池モジュールの劣化の原因になることを抑制することができる。また、接地線の途中に地絡検出手段を設けることで、太陽光発電システムの一部に地絡が発生した場合に、地絡を検出することが可能となる。

上記した太陽光発電システムでは、前記地絡検出手段において地絡を検出する際の電流設定値は、前記太陽電池アレイの漏れ電流の電流値よりも大きい電流値に設定されているとともに、所定時間以上検出された場合に地絡と判断することが好ましい。

太陽電池アレイを構成する太陽電池パネルは、例えば、ガラスなどを用いた基板、透明電極層と光電変換層と裏面電極層とが順に積層されてなる薄膜型太陽電池が基板保護膜及び防水シートを介して金属枠に収められた構造となっているものがある。このため、この構造に起因して太陽電池パネルがあたかもコンデンサのように機能して、基板と薄膜型太陽電池との間に電荷が蓄積され、蓄積された電荷が何らかの理由により短時間のうちに配線へ移動することにより所謂、漏れ電流を大地へ流すことがある。この漏れ電流を地絡検出手段が地絡電流として誤検出するおそれがあるため、予め地絡検出手段による地絡判定に際して、規準となる電流の設定値として、漏れ電流の電流値以上の電流値を定めておくとともに、漏れ電流の発生時間以上の時間にわたり検出される場合に、地絡と判断することが好ましい。なお、この電流値は、太陽電池アレイの規模や、静電容量等によって適切な値を選択して定めることが好ましい。例えば、漏れ電流として想定する電流値は０．５Ａ、所定時間は５秒以上、より好ましくは、１０秒が例示される。

また、本発明は、ガラス基板上に形成された薄膜型太陽電池パネルを複数接続した太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにより発電された直流電力を交流電力に変換する絶縁トランスを保有するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、前記パワーコンディショナ又は、前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間に接地線を設け、該接地線の途中に直流電源と地絡検出手段とを設けたことを特徴とする太陽光発電システムを提供する。

本発明によれば、パワーコンディショナ又は、前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間に接地線を設け、該接地線に直流電源と地絡検出手段とを設ける。直流電源を設けることで、接地線の接続点の対地電圧を直流電源が供給する直流電圧分だけシフトさせることができる。これにより、接地線が設けられた配線の端子、太陽電池アレイのプラス極側出力部分又はマイナス極側出力部分の対地電圧も直流電源が供給する直流電圧分だけプラス側にシフトする。このため、太陽光発電システムのいずれかの箇所において地絡が生じた場合に、その箇所の対地電圧が直流電圧分だけプラス側にシフトするので、地絡しているにもかかわらず地絡電流が流れないという問題を回避することができ、地絡を正確に検出することができる。

上記した太陽光発電システムにおいて、前記直流電源が供給する電圧値は、少なくとも前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間の配線による電圧降下に相当する電圧値であり、及び前記直流電源が供給する電流値は、太陽電池アレイのマイナス出力点が地絡した場合の地絡電流よりも大きい電流値であることが好ましい。

太陽電池アレイのマイナス出力がパワーコンディショナとの接続配線の接地付近よりも抵抗損出の分だけ若干のマイナス電圧になるために、太陽電池アレイのプラス出力との間で対地電圧がゼロまたはゼロ付近となる箇所が存在すると、その箇所に地絡電流が流れず、地絡を検出することができない。このため、直流電源が供給する直流電圧を少なくとも太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の配線による電圧損失以上の値に設定することで、太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の配線が全てプラス電位となるので、対地電圧がゼロまたはゼロ付近となる箇所が存在しなくなり、好ましい。また、併せて、太陽電池アレイのマイナス出力点が地絡した場合には、漏れ電流の電流値以上の直流電流を供給できるようにすることで太陽電池アレイの漏れ電流との誤検出を回避することができる。

上記した太陽光発電システムにおいて、前記地絡検出手段において地絡を検出する際の電流設定値は、前記太陽電池アレイの短絡電流の電流値又は前記直流電源が供給する電流の電流値の何れか小さい方の電流値であることが好ましい。

太陽光発電システムの何れかの箇所に地絡が生じた場合、接地線に設けられた地絡検出手段には、太陽電池アレイの短絡電流または直流電源による電流が流れることが想定される。このため、太陽電池アレイのプラス出力点が地絡した場合には太陽電池アレイの短絡電流の電流値が、又は太陽電池アレイのマイナス出力点が地絡した場合には直流電源が供給する電流が接地線に流れるので、これらの電流値の何れか小さい方の電流値を前絡検出手段において地絡を検出する際の電流設定値と設定することで、確実に地絡を検出することができる。

このように、太陽光発電システムのパワーコンディショナとの接続配線の直流側マイナス極を接地した場合であっても、正確に太陽光発電システムの地絡を検出し、安全性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態にかかる太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態にかかる太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態にかかる太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。従来の太陽光発電システムの概略を示すブロック図である。

以下、本発明の太陽光発電システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示したブロック図である。
図１において、太陽光発電システムは、太陽電池アレイ１０、パワーコンディショナ１２、地絡検出装置１３を備えている。パワーコンディショナ１２は、絶縁トランス１４を保有したインバータを備えている。

太陽電池アレイ１０は、互いに直列又は並列あるいは直並列に接続された複数の太陽電池パネル１０ａを備えている。本実施形態において、太陽電池パネル１０ａは、例えば、ガラス基板上に透明電極層、シリコン系薄膜、裏面電極層を積層して形成され、太陽光の照射を受けて直流電力を発電する太陽電池をパネル化したものである。太陽電池乃至太陽電池パネル１０ａの接続数は、太陽光発電システムとして必要な電圧及び電力容量によって適宜定められる。太陽電池アレイ１０は、複数の太陽電池パネル１０ａによって発電された直流の電力を、プラス極出力部分とマイナス極出力部分とにより、接続箱１１を介してパワーコンディショナ１２に出力する。

図１においては説明の便宜上図示しないが、接続箱１１は、太陽電池アレイ１０の各太陽電池パネル１０ａで発電された直流電力を集めてパワーコンディショナ１２に供給するものであり、通常は、太陽光発電システムのメンテナンス性の向上にために設けることが多い。接続箱１１の中には、各太陽電池パネル１０ａのストリング毎に切り離すマニュアル開閉機能、サージアブソーバーなどが設けられ、制御信号を受けて太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との接続を切り離すための自動開閉器機能が設けられていてもよい。接続箱１１の自動開閉器機能は、後述する接地線２０に設けた開閉器１６があれば、省略することが可能である。従って、接続箱１１を設けた場合には、太陽電池アレイ１０のプラス極出力部分は、接続箱１１を介してパワーコンディショナ１２のプラス側入力端子に、マイナス極出力部分は接続箱１１を介してパワーコンディショナ１２のマイナス側入力端子に夫々接続されることとなる。

パワーコンディショナ１２内では、絶縁トランス１４を介して系統へと接続されている。パワーコンディショナ１２は、太陽電池アレイ１０のマイナス極出力部分からの配線との接続部分付近の直流側マイナス極を接地しているが、絶縁トランス１４を備えることで系統の大地を経由したループ閉回路を形成することがない。尚、太陽電池パネル１０ａは、前述のシリコン系薄膜に限定されるものではなく、ＣＩＧＳなどの化合物半導体系のものでもよく、基板上に光電変換層を形成するものが対象となる。また薄膜シリコン系とは、アモルファスシリコン系、結晶質シリコン系（アモルファスシリコン系以外のシリコン系を意味し微結晶シリコン系や多結晶シリコン系も含む）、アモルファスシリコン系と結晶質シリコン系とを積層させた多接合型（タンデム型）を含むものを表す。

パワーコンディショナ１２は、図示しない昇圧装置、絶縁トランス１４を保有するインバータ、ノイズフィルタ等を備えており、太陽電池アレイ１０が発電した電力を所望の交流電力へ変換して、外部へ供給する。また、図示しない蓄電池を直流部分に接続して設けることで、太陽電池が発電した電力を一時的に蓄電する機能を保有していても良い。すなわち、複数の太陽電池パネル１０ａが発電した直流電力を所望の周波数及び電圧を有する交流電力に変換し、変換した交流電力を、例えば、図示しない負荷系統や商用電力系統へ供給する。また、パワーコンディショナ１２には、パワーコンディショナ１２の運転状況や異常が生じた場合の警告等を表示する表示器１２ａが設けられている。

太陽電池アレイ１０のマイナス出力部分（接続点Ｂ）とパワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所（接続点Ｓ）に接地線２０が設けられ、マイナス極端子側配線が接地されている。接地線２０の途中には、地絡検出装置１３が設けられている。なお、接続箱１１の自動開閉機能を設ける場合は、開閉器機能を用いるために、接地線２０が設けられた任意の箇所（接続点Ｓ）は、接続箱１１とパワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子の間がより好ましい。また、配線間の電圧降下の影響を少なくするにはパワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子付近がさらに好ましい。このため、接地線２０と大地Ｇの間に開閉器１６を設けることがさらに好ましい。

地絡検出装置１３は、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の地絡、すなわち直流地絡を検出するものであり、ＣＴ（カレントトランスフォーマー）１５、開閉器１６及び制御部１７を備えている。ＣＴ１５と制御部１７は、接地線２０に所定の電流値の電流が所定時間以上流れたか否かを監視し、所定の電流値の電流が所定時間以上流れた場合には、地絡であると判定して、地絡信号を必要な制御対象機器に送信する。開閉器１６は、接地線２０の大地Ｇとの接続状態を切り替えるものである。

また、制御部１７は、例えば、デジタルパネルメーターなどを含み、地絡を判断した場合には、パワーコンディショナ１２にパワーコンディショナ１２を停止するための停止信号を出力し、開閉器１６に接地線２０の大地との接続状態を切り離すための開閉器開放信号を出力する。なお、開閉器１６を接地線２０に設けることにより、制御部１７と開閉器１６の距離が近く、地絡信号を送信するケーブルが短くなり、施工性が向上しコストが低下する。さらに、接地線２０が設けられた任意の箇所（接続点Ｓ）は、パワーコンディショナ１２に近い方が、地絡信号を送信するケーブルが短くなり、より施工性が向上しコストが低下する。また、開閉器１６を接地線２０に設けない場合は、接続箱１１内に自動開閉機能を設けて、制御部１７は、接続箱１１の自動開閉器機能（図示せず）に対しても開放信号を出力して太陽電池アレイ１０を開放状態にしても良い。

ところで、太陽電池パネル１０ａは、ガラスなどの基板、透明電極層と光電変換層と裏面電極層とが順に積層されてなる薄膜型太陽電池が基板保護膜及び防水シートを介して金属枠に収められた構造となっている。このため、この構造に起因して太陽電池パネルがあたかもコンデンサのように機能して、基板と薄膜型太陽電池との間に電荷が蓄積され、蓄積された電荷が何らかの理由により短時間のうちに配線へ移動することにより、所謂漏れ電流を大地Ｇへ流すことがある。この漏れ電流を地絡検出装置が地絡電流として誤検出するおそれがあるため、ＣＴ１５で検出し制御部１７で地絡と判断する所定の電流値は、太陽電池パネルに蓄積された電荷による漏れ電流の電流値を超える値、例えば、０．５Ａ程度を閾値として設定することが好ましい。

なお、この電流値は、太陽電池パネル又は太陽電池アレイの規模や静電容量等に応じて、実際の発電システムを運用しながら定めることが望ましい。また、上述したように、太陽電池パネルに蓄積された電荷が電流として流れるのは短時間であるため、ＣＴ１５では、所定の電流値以上の電流が所定の時間継続して流れたことを検出することにより誤検出を防止することができる。このため、例えば、所定時間の閾値として５秒、さらに好ましくは１０秒を設定することが好ましい。

このような太陽光発電システムにおいて、何れかの箇所、例えば太陽電池アレイ１０もしくは配線の一部に地絡が生じた場合には、地絡した箇所と大地とが電気的に接続された状態となり、接地線を介してループ回路が形成され、接地線２０を介してＣＴ１５に地絡電流が流れる。ＣＴ１５では、予め定められた電流値（例えば、０．５Ａ）以上の電流が予め定められた時間（例えば、１０秒以上）流れたか否かを監視しており、地絡電流が流れると、形成されたループ回路が切断されるまでＣＴ１５に地絡電流が流れることとなるため、ＣＴ１５が地絡を検出する。ＣＴ１５と制御部１７は地絡の検出に基づいて、地絡信号を必要な制御対象機器に出力する。

制御部１７は、地絡と判断した場合には、パワーコンディショナ１２にパワーコンディショナ１２を停止するための停止信号を出力する。また、制御部１７は、開閉器１６に接地線２０と大地との接続状態を切り離すための開閉器開放信号を出力する。また開閉器１６を接地線２０に設けない場合は、接続箱１１内に自動開閉機能を設けて、接続箱１１の自動開閉器機能（図示せず）に対しても開放信号を出力しても良い。これにより、パワーコンディショナ１２の表示器１２ａに地絡検出装置１３が地絡を検出した旨が表示されるとともにパワーコンディショナ１２の運転が停止される。また、開閉器１６が解列されて地絡検出装置と大地との接続が切り離されてループ回路が切断され、さらに接続箱１１の自動開閉器機能も解列されることで太陽電池アレイ１０は開放状態になる。

このように、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所に接地線２０を設け、この接地線２０に地絡検出装置１３を配置することで、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の地絡、すなわち直流地絡を確実に検出することができる。また、地絡検出装置１３のＣＴ１５と制御部１７は、地絡電流を検出するための電流値及び時間の閾値を設定しているため、太陽電池アレイ１０に蓄積された電荷による漏れ電流を地絡電流として誤検出するのを防止することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施形態の太陽光発電システムが第１の実施形態と異なる点は、地絡検出装置として接点付ヒューズ２３が適用された点である。以下、本実施形態の太陽光発電システムについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図２に示すように、地絡検出装置として接点付ヒューズ２３が適用される。すなわち、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所に設けられた接地線２０の途中に、地絡検出装置としての接点付ヒューズ２３が設けられている。第１の実施形態と同様に、接続箱１１内に自動開閉機能が設けられる場合は、接続箱１１の自動開閉器機能として接点付ヒューズを設ける。接地線２０が設けられた任意の箇所（接続点Ｓ）は、接続箱１１とパワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子の間がより好ましく、パワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子付近がさらに好ましい。このため、接地線２０と大地Ｇの間に接点付ヒューズ２３を設けることがさらに好ましい。

接点付ヒューズ２３は、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の地絡、すなわち直流地絡を検出する地絡検出装置として機能し、ヒューズ２４及びヒューズ２４の切断を検知する検知器２５を備えている。ヒューズ２４は、予め設定された電流値以上の電流が流れると接地線２０の大地との接続状態を切断するようになっている。また、検知器２５は、ヒューズ２４が切断されたことを受けて、パワーコンディショナ１２に対してパワーコンディショナ１２を停止するための停止信号を出力する。

このような太陽光発電システムにおいて、何れかの箇所、例えば太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の一部に地絡が生じた場合には、地絡した箇所と大地とが電気的に接続された状態となり、接地線を介してループ回路が形成され、接地線２０を介して接点付ヒューズ２３に地絡電流が流れる。接点付ヒューズ２３では、漏れ電流による誤検知を避けるように、予め定められた電流値（例えば、０．５Ａ）以上の電流が流れるとヒューズ２４が切断される。これにより接地線２０の大地との接続状態が切断されループ回路が遮断されることとなる。

また、検知器２５は、ヒューズ２４が切断されたことを検知して、パワーコンディショナ１２にパワーコンディショナ１２を停止するための停止信号を出力する。これにより、パワーコンディショナ１２の表示器１２ａに地絡検出装置としての接点付ヒューズ２３が地絡を検出した旨が表示されるとともにパワーコンディショナ１２の運転が停止される。また、接地線２０に接点付ヒューズ２３を設けずに、接続箱１１内に自動開閉機能を設ける場合は、検知器２５は接続箱１１の内部に設けて、接続箱１１の自動開閉器機能の接点付ヒューズ（図示せず）により接続箱１１の開閉器機能も解列され太陽電池アレイ１０を開放し、検知器２５は、ヒューズが切断されたことを検知してもよい。

このように、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所に接地線２０を設け、この接地線２０に地絡検出装置として接点付ヒューズを配置することで、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の地絡、すなわち直流地絡を簡易かつ低コストな回路で確実に検出することができる。また、接点付ヒューズ２３は、地絡電流を検出するための電流値の閾値を設定しているため、太陽電池アレイ１０に蓄積された電荷による漏れ電流を地絡電流として誤検出することを防止する。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態の太陽光発電システムは、第１の実施形態同様に、地絡検出装置１３がＣＴ１５、開閉器１６及びこれらの制御部１７を備えている。本実施形態の太陽光発電システムが第１の実施形態と異なる点は、接地線２０の接続点Ｓ、すなわち、地絡検出装置１３よりもパワーコンディショナ１２側に直流電源２０を設けた点である。第１の実施形態と同様に、接地線２０が設けられた任意の箇所（接続点Ｓ）は、接続箱１１とパワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子の間がより好ましく、パワーコンディショナ１２（接続点Ａ）の間のマイナス極端子付近がさらに好ましい。このため、接地線２０と大地Ｇの間に開閉器１６を設けることがさらに好ましい。
以下、本実施形態の太陽光発電システムについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

上述したように、本実施形態における太陽光発電システムにおいては、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所（接続点Ｓ）に設けられた接地線２０に、直流電源１８及び直流電源１８と並列に地絡電流が流れたときに直流電源１８を保護するためのバイパスダイオード１９が設けられている。直流電源１８は、接地線２０に対して所定の電圧を供給するものであり、接地線２０の接続点Ｓの対地電圧を直流電源１８が供給する直流電圧分だけシフトさせることができる。これにより、配線の抵抗損出で接続点Ｓよりもマイナス側へシフトしていた太陽電池アレイ１０のマイナス極側出力部分（接続点Ｂ）の対地電圧は、直流電源１８が供給する直流電圧分だけプラス側にシフトさせることができる。

なお、直流電源１８としては、系統電力を利用した直流定電圧装置や、蓄電池装置でも良いが、太陽光発電システムの運転に対応して直流電圧を発生し、太陽光発電システムと同じ寿命が想定できる太陽電池がより好ましく、この場合にはバイパスダイオードにより太陽電池の短絡電流を流すことでその保護を図ることができる。直流電源としての太陽電池は、メンテナンスフリーであるとともに、太陽光発電システムの発電時に併せて直流電圧を発生するので、太陽光発電システムの独立運用性がより向上して好ましい。

ここで、対地電圧がゼロとなる箇所が存在すると、その箇所に地絡電流が流れず、地絡を検出することができないため、直流電源１８が供給する直流電圧は、少なくとも太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線抵抗による電圧損失以上の値に設定する必要がある。すなわち、本実施形態においては、接地線２０が太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線に設けられているため、接続点Ａと接続点Ｂとの間の配線による電圧損失以上の値に設定する必要がある。また、太陽電池アレイのマイナス出力部分（Ｂ点）が地絡した場合には、地絡検出装置１３が太陽電池アレイ１０の漏れ電流との誤検出を避けるためには、漏れ電流の電流値以上の直流電流を供給できることも必要である。

さらに、図３において、例えば、太陽電池アレイのマイナス出力部分（Ｂ点）で地絡が生じた場合には、直流電源１８から供給される電流が、太陽電池アレイのプラス出力部分（Ｃ点）で地絡が生じた場合には太陽電池アレイ１０の短絡電流が、接地線２０に地絡電流として流れるため、何れかの電流の電流値の小さい方を地絡検出装置１３が地絡を検出する際の電流値の閾値とする。すなわち、地絡検出装置１３は、太陽電池アレイのマイナス出力部分（Ｂ点）が地絡した場合の地絡電流値以上に設定された直流電源の電流値または、太陽電池アレイのプラス出力部分（Ｃ点）で地絡が生じた場合の太陽電池アレイ１０の短絡電流の何れか小さい方の電流値を基準として、この電流値以上の電流が所定の時間以上に地絡検出装置１３を流れた場合に地絡を検出する。

このような太陽光発電システムにおいて、何れかの箇所、例えば太陽電池アレイ１０の一部に地絡が生じた場合には、地絡した箇所と大地Ｇとが電気的に接続された状態となり、接地線を介してループ回路が形成され、接地線２０の途中に設置したＣＴ１５が地絡電流を検出する。ＣＴ１５と制御部１７では、予め定められた、配線間の電圧損失及び漏れ電流の電流値以上に設定された直流電源の電流値または、太陽電池アレイ１０の短絡電流の何れか小さい方の電流値以上の電流が予め定められた時間（例えば、１０秒以上）流れたか否かを監視している。地絡電流が流れると、形成されたループ回路が切断されるまでＣＴ１５で地絡電流を検出することとなるため、ＣＴ１５は地絡の検出に基づいて、制御部１７が地絡を判断する。

制御部１７は、地絡発生の判断を行うと、パワーコンディショナ１２にパワーコンディショナ１２を停止するための停止信号を出力する。また、制御部１７は、開閉器１６に接地線２０と大地との接続状態を切り離すための開閉器開放信号を出力する。また開閉器１６を接地線２０に設けない場合は、接続箱１１内に自動開閉機能を設けて、接続箱１１の自動開閉器機能（図示せず）に対しても開放信号を出力しても良い。これにより、パワーコンディショナ１２の表示器１２ａに地絡検出装置１３が地絡を検出した旨が表示されるとともにパワーコンディショナ１２の運転が停止される。また、開閉器１６が解列されて地絡検出装置と大地との接続が切り離されてループ回路が切断され、接続箱１１の自動開閉器機能も解列されて太陽電池アレイ１０を開放しても良い。

このように、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所に接地線２０を設け、この接地線２０に直流電源１８を設けるとともに地絡検出装置１３を配置することで、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の地絡、すなわち直流地絡をさらに確実に検出することができる。また、直流電源１８の供給可能な電流値を適宜設定することができ、これに応じて、地絡検出装置１３のＣＴ１５が地絡電流を検出するための電流値として、太陽電池アレイのマイナス出力点が地絡した場合の地絡電流値以上に設定された直流電源の電流値または、太陽電池アレイ１０の短絡電流の何れか小さい方の電流値を予め定めているため、地絡検出ができない箇所がなくなり、確実に地絡を検出することができ、太陽光発電システムの信頼性が向上する。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態の太陽光発電システムは、第２の実施形態と同様に地絡検出装置１３が接点付ヒューズであり、第３の実施形態と同様に接地線２０の地絡検出装置１３よりもパワーコンディショナ１２側に直流電源１８を設けている。以下、本実施形態の太陽光発電システムについて、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

上述したように、本実施形態における太陽光発電システムは、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所（接続点Ｓ）に設けられた接地線２０に、直流電源１８及び直流電源１８と並列に直流電源１８を保護するためのバイパスダイオード１９が設けられている。また、接地線２０に、地絡検出装置として、ヒューズ２４及び検知器２５からなる接点付ヒューズ２３が設けられている。

このような太陽光発電システムにおいて、何れかの箇所、例えば太陽電池アレイ１０の一部に地絡が生じた場合には、地絡した箇所と大地とが電気的に接続された状態となり、接地線を介してループ回路が形成され、接地線２０を介して接点付ヒューズ２３に地絡電流が流れる。接点付ヒューズ２３では、予め定められた、太陽電池アレイのマイナス出力部分が地絡した場合の地絡電流値以上に設定された直流電源１８の電流値または、太陽電池アレイ１０の短絡電流の何れか小さい方の電流値以上の電流が流れるとヒューズ２４が切断される。これにより接地線２０の大地との接続状態が切断されループ回路が遮断されることとなる。

また、検知器２５は、ヒューズ２４が切断されたことを検知して、パワーコンディショナ１２にパワーコンディショナ１２を停止するための停止信号を出力する。これにより、パワーコンディショナ１２の表示器１２ａに地絡検出装置としての接点付ヒューズ２３が地絡を検出した旨が表示されるとともにパワーコンディショナ１２の運転が停止される。また、接地線２０に接点付ヒューズ２３を設けずに、接続箱１１内に自動開閉機能を設ける場合は、検知器２５は、接続箱内に設けて、接続箱１１の自動開閉器機能の接点付ヒューズ（図示せず）により接続箱の自動開閉器機能も解列され、検知器２５は、ヒューズが切断されたことを検知しても良い。

このように、太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所に接地線２０を設け、この接地線２０に直流電源１８を設けるとともに地絡検出装置として接点付ヒューズを配置することで、太陽電池アレイ１０及び太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２との間の配線の地絡、すなわち直流地絡を簡易で安価なシステムで確実に検出することができる。

また、接点付ヒューズ２３は、地絡電流を検出するための電流値の閾値を設定しているため、太陽電池アレイ１０に蓄積された電荷による漏れ電流を地絡電流として誤検出することを防止する。また、直流電源の供給可能な電流値を適宜設定することができ、これに応じて、ヒューズ２４が地絡電流を検出するための電流値として、漏れ電流の電流値以上に設定された直流電源の電流値または、太陽電池アレイ１０の短絡電流の何れか小さい方の電流値を予め定めているため、地絡検出ができない箇所がなくなり、確実に地絡を検出することができ、太陽光発電システムの信頼性が向上する。

なお、上記した第３の実施形態及び第４の実施形態においては、直流電源１８を設けた接地線２０を太陽電池アレイ１０とパワーコンディショナ１２の間のマイナス極端子側配線の任意の箇所に設けたが、直流電源１８を設けた接地線２０はプラス極側配線の任意の箇所に設けられてもよい。この場合には、接地線２０に設ける直流電源１８は、図３に示す、太陽電池アレイ１０のプラス極出力端子（接続点Ｃ）とパワーコンディショナ１２のプラス極側入力端子（接続点Ｄ）との間の電圧損失以上の直流電圧を供給できることが要求される。

１０太陽電池アレイ
１０ａ太陽電池パネル
１１接続箱
１２パワーコンディショナ
１２ａ表示器
１３地絡検出装置
１４絶縁トランス
１５ＣＴ（カレントトランスフォーマー）
１６開閉器
１７制御器
１８直流電源
１９バイパスダイオード
２０接地線
２３接点付ヒューズ
２４ヒューズ
２５検知器

Claims

ガラス基板上に形成された薄膜型太陽電池パネルを複数接続した太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにより発電された直流電力を交流電力に変換する絶縁トランスを保有するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、
前記パワーコンディショナ又は、前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間のマイナス極端子側配線に接地線を設け、該接地線の途中に地絡検出手段を設けたことを特徴とする太陽光発電システム。
前記地絡検出手段において地絡を検出する際の電流設定値は、前記太陽電池アレイの漏れ電流の電流値よりも大きい電流値に設定されているとともに、所定時間以上検出された場合に地絡と判断することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
ガラス基板上に形成された薄膜型太陽電池パネルを複数接続した太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにより発電された直流電力を交流電力に変換する絶縁トランスを保有するパワーコンディショナと、を備えた太陽光発電システムであって、
前記パワーコンディショナ又は、前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間に接地線を設け、該接地線の途中に直流電源と地絡検出手段とを設けたことを特徴とする太陽光発電システム。
前記直流電源が供給する電圧値は、少なくとも前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとの間の配線による電圧降下に相当する電圧値であり、及び前記直流電源が供給する電流値は、太陽電池アレイのマイナス出力点が地絡した場合の地絡電流よりも大きい電流値であることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
前記地絡検出手段において地絡を検出する際の電流設定値は、前記太陽電池アレイの短絡電流の電流値又は前記直流電源が供給する電流の電流値の何れか小さい方の電流値であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の太陽光発電システム。