JP2012199393A - 太陽電池モジュール用配線ケーブル及びこれを用いた大規模太陽発電システム並びに太陽発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールと集電箱との間を配線する配線ケーブルが地絡した場合であっても、過大な電流が配線ケーブルに流れ続けてしまうことを低減することができる太陽電池モジュール用配線ケーブルを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１１に接続する一対の配線１２ｐ，１２ｎからなる太陽電池モジュール用配線ケーブル１３において、一対の配線１２ｐ，１２ｎに接続され、一対の配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流の地絡を検知する検知器１６と、一対の配線１２ｐ，１２ｎのいずれか一方に接続され、検知器１６が地絡を検知したとき、太陽電池モジュール１１から一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器１７と、を備え、少なくとも、遮断器１７は、一対の配線１２ｐ，１２ｎの太陽電池モジュール１１側の端部に設けられているものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、地絡異常が発生した太陽電池モジュールからの電流を遮断する太陽電池モジュール用配線ケーブル及びこれを用いた大規模太陽発電システム並びに太陽発電装置に関する。

一般的な太陽発電システムは、太陽電池とパワーコンディショナとを配線ケーブルで接続して構成される。

図５（ａ）に示すように、一般的な太陽発電システム５０では、発電系５６の太陽電池５１で発電された電力は、配線ケーブル５３を経て供給系５７に供給され、供給系５７のパワーコンディショナ５２で電圧・電流を制御されて電力会社配電線５４と負荷５５（電気機器）に供給される。

この太陽電池５１とパワーコンディショナ５２とを接続する配線ケーブル５３は、太陽電池５１と同じく屋外環境に晒されるため、外力や経年劣化などにより絶縁が破壊されて地絡し、配線ケーブル５３に地絡が発生する虞がある。

この地絡について図５（ｂ）を用いて説明する。

図５（ｂ）は太陽発電システム５０の等価回路を示すものであり、この等価回路においては、図５（ａ）に示した太陽発電システム５０の発電系５６（すなわち太陽電池５１）は電流源５８とダイオード５９と並列抵抗ｒ_shの並列接続で、供給系５７は負荷ｚで表される。また直列抵抗ｒ_sは、発電系５６と供給系５７とを繋ぐ配線ケーブル５３の抵抗成分と、発電系５６内部の素子各部の抵抗成分とを表しており、太陽発電システム５０は、発電系５６と直列抵抗ｒ_sと負荷ｚの直列回路で表される。

図５（ｂ）に示すように、直列抵抗ｒ_sと負荷ｚとの間で地絡が発生したとき、すなわち、太陽発電システム５０の発電系５６と供給系５７とを接続する配線ケーブル５３で地絡が発生したとき、等価回路から負荷ｚが切り離され、発電系５６からの出力電流ｉは直列抵抗ｒ_sのみに導通するようになる。このとき、供給系５７（パワーコンディショナ５２から先）は等価回路から切り離されているので、発電系５６の電圧・電流が制御不能となると同時に、負荷ｚが切り離された分だけ等価回路の抵抗成分が小さくなって出力電流ｉが大きくなり、発電系５６と地絡点との間の配線ケーブル５３に過大な電流が流れるようになる。

配線ケーブル５３で過大な電流が流れるようになると、配線ケーブル５３が過熱したり、更には、地絡点で電気アークが生じて発火したりする虞がある。

したがって、複数の太陽電池モジュールから電力を集電する大規模太陽発電システムにおいては、複数の太陽電池モジュールと、複数の太陽電池モジュールが並列接続となるよう接続される集電箱とを並列に接続する配線ケーブルのいずれかに地絡が生じたとき、発電系と地絡点との間の配線ケーブルに過大な電流が流れるのを低減すると共に、その影響が健全な配線ケーブルおよび太陽電池モジュールに及ぶことを防ぐことが求められる。

これに対し、例えば、集電箱内に、検出器と、検出器からの異常信号により、開状態に遷移する中間開閉器と、を設けた太陽光発電用集電箱がある（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の技術では、地絡などの異常が発生した太陽電池ストリング（複数の太陽電池モジュールを直列接続してなる）を配線ケーブルとともに集電箱で切り離して、正常な太陽電池ストリングの運転を継続可能にし、他方、切り離した太陽電池ストリングの安全性を確保し、地絡の発生に伴う損傷部の過熱を防止することができるとされている。

特許第３７５４８９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、地絡の発生した太陽電池ストリング（あるいは太陽電池モジュール）を配線ケーブルと共に集電箱で切り離すものであるため、実際には、太陽電池ストリングと集電箱との間を接続する配線ケーブルが地絡した場合には、電圧・電流を制御するパワーコンディショナから先が切り離された状態となり、電圧・電流の制御が出来なくなるとともに、抵抗が非常に小さくなる。その結果、過大な電流が配線ケーブルに流れ続けてしまい、配線ケーブルが過熱したり、地絡点で電気アークが生じて発火したりするという問題があった。

特に近年では、発電能力を数百〜千ｋＶ程度まで向上させた太陽電池モジュールで効率よく発電することが求められており、発電能力の向上した太陽電池モジュールでは地絡に伴う配線ケーブル過熱の虞が増大することから、地絡によって配線ケーブルが過熱する虞をさらに低減することが要求される。

そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、太陽電池モジュールと集電箱との間を配線する配線ケーブルが地絡した場合であっても、過大な電流が配線ケーブルに流れ続けてしまうことを低減できる太陽電池モジュール用配線ケーブル及びそれを用いた大規模太陽発電システム並びに太陽発電装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために創案された本発明は、太陽電池モジュールに接続する一対の配線からなる太陽電池モジュール用配線ケーブルにおいて、前記一対の配線に接続され、前記一対の配線に流れる電流の地絡を検知する検知器と、前記一対の配線のいずれか一方に接続され、前記検知器が地絡を検知したとき、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器と、を備え、少なくとも、前記遮断器は、前記一対の配線の前記太陽電池モジュール側の端部に設けられているものである。

前記配線は、前記太陽電池モジュールに設けられたモジュール側コネクタに接続するケーブル側コネクタを有し、前記検知器および前記遮断器は、前記ケーブル側コネクタ内に設けられると良い。

前記検知器は、前記一対の配線に流れる電流の時間当たりの増加量から地絡を検知すると共に、地絡を検知すると異常信号を発信し、前記遮断器は、前記検知器が地絡を検知したとき発信した異常信号を受けて、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断すると良い。

前記遮断器は、サイリスタからなると良い。

前記遮断器は、リレー回路からなっても良い。

前記遮断器は、陰極側の前記配線を遮断すると良い。

また本発明は、複数の太陽電池モジュールが、それぞれ一対の配線からなる太陽電池モジュール用配線ケーブルで接続され、該太陽電池モジュール用配線ケーブルが、前記複数の太陽電池モジュールが並列接続となるように集電箱に接続され、その集電箱から電力を供給する大規模太陽発電システムにおいて、前記各太陽電池モジュール用配線ケーブルは、前記一対の配線に接続され、前記一対の配線に流れる電流の地絡を検知する検知器と、前記一対の配線のいずれか一方に接続され、前記検知器が地絡を検知したとき、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器と、を備え、少なくとも、前記遮断器は、前記一対の配線の前記太陽電池モジュール側の端部に設けられ、前記並列接続された太陽電池モジュール用配線ケーブル中、地絡が発生した太陽電池モジュール用配線ケーブルの配線を前記遮断器で遮断し、残りの配線ケーブルで電力を供給するようにしたものである。

また本発明は、太陽電池モジュールと一対の配線からなる太陽電池モジュール用配線ケーブルとをコネクタ部を介して接続した太陽発電装置において、前記コネクタ部は、前記一対の配線に接続され、前記一対の配線に流れる電流の地絡を検知する検知器と、前記一対の配線のいずれか一方に接続され、前記検知器が地絡を検知したとき、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器とを備えたものである。

本発明によれば、太陽電池モジュールと集電箱との間を配線する配線ケーブルが地絡した場合であっても、過大な電流が配線ケーブルに流れ続けてしまうことを低減できる。

本発明の一実施の形態に係る太陽発電システムを示す模式図である。 本発明の一実施の形態に係る太陽発電装置を示す模式図である。 本発明の他の実施の形態に係る太陽発電装置を示す模式図である。 本発明に係る検知器および遮断器の動作を説明する流れ図である。 （ａ）は太陽電池システムの構成を示す模式図、（ｂ）は太陽電池システムの等価回路図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュール用配線ケーブルを用いた大規模太陽発電システムの構成を示す模式図である。

この大規模太陽発電システム１０は、複数の太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｎと、一端に設けられたコネクタ部１４を介して複数の太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｎと接続される複数の太陽電池モジュール用配線ケーブル１３と、からなる太陽発電装置２０と、この複数の太陽電池モジュール用配線ケーブル１３の他端が並列接続となるように接続される集電箱１５と、を有する。複数の太陽電池モジュール用配線ケーブル１３は、それぞれ一対の配線１２ｐ，１２ｎからなる。また、集電箱１５は、図示しないパワーコンディショナ（ＰＣＳ）に接続される。

この本実施の形態に係る太陽電池モジュール用配線ケーブル１３には、図２に示すように、一対の配線１２ｐ，１２ｎに接続され、一対の配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流の地絡を検知する検知器１６と、一対の配線１２ｐ，１２ｎのいずれか一方に接続され、検知器１６が地絡を検知したとき、太陽電池モジュール１１から一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器１７が備えられる。また遮断器１７は、少なくとも一対の配線１２ｐ，１２ｎの太陽電池モジュール１１側の端部に設けられる。

本実施の形態では、太陽電池モジュール用配線ケーブル１３は、太陽電池モジュール１１に設けられたモジュール側コネクタ１８に接続するケーブル側コネクタ１９を有し、検知器１６および遮断器１７は、ケーブル側コネクタ１９の内部に設けられる。つまり、ここでは太陽発電装置２０のコネクタ部１４はモジュール側コネクタ１８にケーブル側コネクタ１９を接続してなる。

検知器１６は太陽電池モジュール１１から配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流の地絡を検知するものである。太陽発電では天候により発電量が増減して地絡前後の電流の値も変化するので、本実施の形態に係る検知器１６は、配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流の電流値を検出し、その電流値の時間当たりの変化量が予め設定される所定の閾値よりも大となったとき、地絡を検知して異常信号を発信するように構成される。ただし本発明はこれに限られるものではなく、一対の配線１２ｐ，１２ｎの電位差を用いて地絡を検知するようにしても良い。また、異常信号の発信を電波で行い、遠隔の太陽発電監視装置などに地絡を検知したことを報知するようにしても良い。

遮断器１７は、通常時には閉状態で電流を導通させ、太陽電池モジュール用配線ケーブル１３が地絡して検知器１６が異常信号を発信したときには、検知器１６が発進した異常信号を受けて開状態となり、太陽電池モジュール１１から一方の配線に流れる電流を遮断するものである。本実施の形態では遮断器１７はサイリスタ１７ｓからなり、検知器１６からの異常信号を受けたときに速やかに電流を遮断できるようにされる。なお本発明は遮断器１７をサイリスタ１７ｓに限定するものではなく、図３に示すように、機械的な開閉遷移を行うリレー回路１７ｒからなっても良い。

本実施の形態では、遮断器１７は、陰極側の配線１２ｎに接続されている。陰極側の配線１２ｎは、低電位側の配線であるので、遮断器１７を高耐電圧用のものとしなくてもよく、使用する遮断器１７に自由度を持たせることが可能である。

さらに本発明では、検知器１６が発信した異常信号を受けて、太陽電池モジュール用配線ケーブル１３の地絡を検知したことを表示するための表示器をケーブル側コネクタ１９などに設けることができる。このようにすることで、地絡の発生した太陽電池モジュール用配線ケーブル１３を点検作業者が容易に特定できることとなり、速やかな太陽電池モジュール用配線ケーブル１３の交換を実施することができる。

次に、本発明に係る検知器１６および遮断器１７の動作について図４を用いて説明する。

太陽電池モジュール１１による発電が行われている間、検知器１６および遮断器１７は以下の動作を行う。

まずステップＳ４１において、検知器１６は配線１２ｐ，１２ｎを流れる電流の電流値Ａを検出し、電流値Ａの時間当たりの増加量ΔＡを求める。

次にステップＳ４２において、検知器１６は地絡を検出するための閾値Ａ_thと電流値Ａの時間当たりの増加量ΔＡを比較する。本実施の形態では、閾値Ａ_thは予め太陽発電装置２０の予備試験により求められた一定の値に設定される。電流値Ａの時間当たりの増加量ΔＡが閾値Ａ_th以下であるとき、太陽電池モジュール用配線ケーブル１３は地絡を起こしていないと判断するのでステップＳ４１に戻り、ステップＳ４１，Ｓ４２を繰り返して地絡の監視を継続する。他方、電流値Ａの時間当たりの増加量ΔＡが閾値Ａ_thよりも大きいとき、配線ケーブル１３の地絡を検知し、ステップＳ４３に進んで異常信号を発信する。

次いでステップＳ４４では、検知器１６が発信した異常信号を受けて遮断器１７としてのサイリスタ１７ｓが機能し、太陽電池モジュール１１から陰極側の配線１２ｎに流れる電流を遮断する。

続くステップＳ４５では、検知器１６が発信した異常信号を受けて、地絡を検知したことを表示器が表示し、動作を終了する。

以上要するに、本発明では太陽電池モジュール１１に接続する配線ケーブル１３に、配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流の地絡を検知する検知器１６と、検知器１６が地絡を検知したとき、太陽電池モジュール１１から配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流を遮断する遮断器１７とを備え、少なくとも、遮断器１７は、一対の配線１２ｐ，１２ｎの太陽電池モジュール１１側の端部に設けられることにより、太陽電池モジュール用配線ケーブル１３に地絡が発生した場合であっても、太陽電池モジュール１１から配線１２ｐ，１２ｎに流れる電流を遮断するので、過大な電流が太陽電池モジュール用配線ケーブル１３に流れ続けてしまうことを低減することが可能である。

また、本発明に係る太陽電池モジュール用配線ケーブル１３は、ケーブル側コネクタ１９に検知器１６および遮断器１７を備えるので、既設の太陽発電システムに対しても容易に適用することができる。

さらに、本発明に係る大規模太陽発電システム１０では、複数の太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｎのうち、地絡の発生した太陽電池モジュール用配線ケーブル１３のみ、太陽電池モジュール１１から太陽電池モジュール用配線ケーブル１３に流れる電流を遮断し、残りの太陽電池モジュール１１での電力の供給を継続するようにできるため、地絡が発生した場合においても、配線ケーブル１３の損傷と、大規模太陽発電システム１０の運転停止を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、太陽電池モジュール１１と一対の配線１２ｐ，１２ｎからなる配線ケーブルとを接続するコネクタ部１４に、検知器１６および遮断器１７を設けた太陽発電装置２０であっても良い。

この太陽発電装置２０では、コネクタ部１４はモジュール側コネクタ１８とケーブル側コネクタ１９に分割できるものでも良く、また分割不能なものであっても良い。

また、この太陽発電装置２０では、コネクタ部１４が分割できるものであった場合には、検知器１６および遮断器１７をモジュール側コネクタ１８とケーブル側コネクタ１９とに分散して設けたり、双方をモジュール側コネクタ１８に設けたりすることができ、コネクタ部１４が分割不能であった場合には、そのコネクタ部１４内に双方を設けたりと、適宜変更可能である。

このようにされる太陽発電装置２０においても、上記実施の形態と同じく、配線ケーブルに地絡が発生した場合に、太陽電池モジュールから配線に流れる電流を遮断して、過大な電流が配線ケーブルに流れ続けてしまうことを防止できるという優れた効果を発揮できる。

１１ 太陽電池モジュール
１２ｐ 正極側の配線
１２ｎ 陰極側の配線
１３ 太陽電池モジュール用配線ケーブル（配線ケーブル）
１６ 検知器
１７ 遮断器

Claims (8)

1. 太陽電池モジュールに接続する一対の配線からなる太陽電池モジュール用配線ケーブルにおいて、
   前記一対の配線に接続され、前記一対の配線に流れる電流の地絡を検知する検知器と、
   前記一対の配線のいずれか一方に接続され、前記検知器が地絡を検知したとき、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器と、を備え、
   少なくとも、前記遮断器は、前記一対の配線の前記太陽電池モジュール側の端部に設けられていることを特徴とする太陽電池モジュール用配線ケーブル。
2. 前記配線は、前記太陽電池モジュールに設けられたモジュール側コネクタに接続するケーブル側コネクタを有し、
   前記検知器および前記遮断器は、前記ケーブル側コネクタ内に設けられる請求項１記載の太陽電池モジュール用配線ケーブル。
3. 前記検知器は、前記一対の配線に流れる電流の時間当たりの増加量から地絡を検知すると共に、地絡を検知すると異常信号を発信し、
   前記遮断器は、前記検知器が地絡を検知したとき発信した異常信号を受けて、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する請求項１又は２記載の太陽電池モジュール用配線ケーブル。
4. 前記遮断器は、サイリスタからなる請求項１〜３いずれか記載の太陽電池モジュール用配線ケーブル。
5. 前記遮断器は、リレー回路からなる請求項１〜３いずれか記載の太陽電池モジュール用配線ケーブル。
6. 前記遮断器は、陰極側の前記配線を遮断する請求項１〜５いずれか記載の太陽電池モジュール用配線ケーブル。
7. 複数の太陽電池モジュールが、それぞれ一対の配線からなる太陽電池モジュール用配線ケーブルで接続され、該太陽電池モジュール用配線ケーブルが、前記複数の太陽電池モジュールが並列接続となるように集電箱に接続され、その集電箱から電力を供給する大規模太陽発電システムにおいて、
   前記各太陽電池モジュール用配線ケーブルは、前記一対の配線に接続され、前記一対の配線に流れる電流の地絡を検知する検知器と、前記一対の配線のいずれか一方に接続され、前記検知器が地絡を検知したとき、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器と、
   を備え、
   少なくとも、前記遮断器は、前記一対の配線の前記太陽電池モジュール側の端部に設けられ、
   前記並列接続された太陽電池モジュール用配線ケーブルのうち、地絡が発生した太陽電池モジュール用配線ケーブルの配線を前記遮断器で遮断し、残りの太陽電池モジュール用配線ケーブルで電力を供給するようにしたことを特徴とする大規模太陽発電システム。
8. 太陽電池モジュールと一対の配線からなる太陽電池モジュール用配線ケーブルとをコネクタ部を介して接続した太陽発電装置において、
   前記コネクタ部は、前記一対の配線に接続され、前記一対の配線に流れる電流の地絡を検知する検知器と、前記一対の配線のいずれか一方に接続され、前記検知器が地絡を検知したとき、前記太陽電池モジュールから一方の配線に流れる電流を遮断する遮断器とを備えたことを特徴とする太陽発電装置。