JP2014027753A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池パネルの交換作業を容易化でき、ランニングコストを低減できる太陽光発電システムを得ること。
【解決手段】太陽光発電システムは、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルが設置される架台と、前記太陽電池パネルに電気的に接続され、前記太陽電池パネルで発電された電力をワイヤレスで送電する送電部と、前記架台に設けられ、前記送電部により送電された電力をワイヤレスで受電する受電部と、前記送電部と前記受電部とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する検知部と、前記検知部による検知結果に基づいて、前記送電部から前記受電部への送電を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに関する。

近年、二酸化炭素を発生させない、環境にやさしい発電として太陽光発電が注目を集めている。それに伴い、太陽電池パネルの価格下落が進み、家庭用の電力補助手段から、大規模な産業用の発電にも太陽光発電システムの用途が広がっている。さらに、近年では、１０００個以上の太陽電池ストリングから構成される１ＭＷ以上の発電量を持つ大規模な太陽光発電所という用途にも太陽光発電システムが使われている。

太陽電池パネルの寿命は一般に２０年以上と言われているが、実際には、結晶系Ｓｉ太陽電池の場合であると、セル間を接続するインターコネクタの接続部の劣化やＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）などの充填材の剥がれによる不具合が生じ、故障や特性の劣化が生じる。その場合、一般的には故障や特性の劣化した太陽電池パネルについては、太陽電池パネルそのものを交換する手段が用いられる。

太陽光発電所などの場合、電力品質を維持する必要があるため発電を極力止めないようにする必要がある。通常、太陽電池パネルは複数枚を直列接続してストリングとして用いるため、故障パネルを外した場合、そのストリングの発電が停止する。極力停止期間を短くするため、迅速な交換作業が必要となるが、架台の裏に回り込んでケーブルを外す作業が必要である。また、ケーブルは長期間にわたり直流電圧が印加されるため、経年劣化で取り外しが困難となる場合もある。そのため、交換作業に時間を要するため、発電量が低下し、結果としてシステムのランニングコストが増加することがある。

また、太陽電池パネルはその構造上、交換作業中においても発電を行うようになっている。例えば、直列接続されたストリングの端部に位置する太陽電池パネルの出力端子には、作業中、最大数百Ｖもの高電圧がかかっており、このような高電圧状態で接続作業を行わねばならない。そのため、夜間に作業を行うか、太陽電池パネルを遮光するなどして、発電しない状態で作業する必要がある。また、雨天時や積雪時には作業が困難である。

一方、特許文献１には、発電システムにおいて、複数の発電装置を負荷に並列的に接続し、各発電装置において、太陽光発電部、発振器、第１アンテナ、第２アンテナ、及び整流回路を直列に接続することが記載されている。具体的には、各発電装置において、太陽光発電部が発振器に直流エネルギーを供給し、発振器がＲＦエネルギーを第１アンテナへ供給し、第１アンテナが第１アンテナに共振磁界によって結合された第２アンテナへＲＦエネルギーを非接触に転送し、第２アンテナが受け取ったＲＦエネルギーを整流回路へ供給し、直流回路が直流エネルギーを出力する。これにより、特許文献１によれば、太陽光発電部の一部の特性が劣化した場合の交換作業を簡便化できるとされている。

特許文献２には、太陽電池モジュールにおいて、光起電力素子により発電された電力を出力する回路網に対して直列にスイッチ素子を配設することが記載されている。これにより、特許文献２によれば、太陽電池モジュールの配線工事を行う際にスイッチ素子を開状態にすることにより、太陽電池モジュール内の電流を遮断することができ、安全に配線工事を行うことができるとされている。

特開２０１１−４１４６４号公報 特開平５−２１８４８１号公報

特許文献１には、第１アンテナが寄生抵抗成分を有することが記載されている。これにより、特許文献１に記載の発電システムでは、太陽光発電部の交換作業を行う場合、第１アンテナが太陽光発電部に常に電気的に接続されているため、第１アンテナに電流が流れ発熱する可能性がある。また、第１アンテナの近くに鉄やステンレスなどの金属がある場合、電磁誘導により金属が加熱される可能性がある。こうした場合、太陽光発電部（太陽電池パネル）の搬送中や保管中に第１アンテナを絶縁物などで覆い、金属が近づかないようにしたり、太陽光発電部（太陽電池パネル）に光が当たらないようにその全面を遮光したりするなどの処置を行う必要がある。すなわち、特許文献１に記載の発電システムでは、太陽光発電部（太陽電池パネル）の交換作業に手間がかかる傾向にある。また、交換作業に手間がかかると、発電が停止する時間が長くなり、総発電量が低下してしまい、システムのランニングコストを増加させる可能性がある。

特許文献２に記載の太陽電池モジュールでは、スイッチ素子がネジであり、作業者がネジを取り付ける必要があるので、配線作業が複雑であり、作業者のミスを誘発し、接続不良を生じさせる可能性がある。また、作業者がネジの取り付けを忘れた場合、作業者が安全に配線工事を行うことが困難になる可能性がある。すなわち、特許文献２に記載の太陽電池モジュールでは、太陽電池モジュール（太陽電池パネル）の交換作業に手間がかかる傾向にある。また、交換作業に手間がかかると、発電が停止する時間が長くなり、総発電量が低下してしまい、システムのランニングコストを増加させる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池パネルの交換作業を容易化でき、ランニングコストを低減できる太陽光発電システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる太陽光発電システムは、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルが設置される架台と、前記太陽電池パネルに電気的に接続され、前記太陽電池パネルで発電された電力をワイヤレスで送電する送電部と、前記架台に設けられ、前記送電部により送電された電力をワイヤレスで受電する受電部と、前記送電部と前記受電部とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する検知部と、前記検知部による検知結果に基づいて、前記送電部から前記受電部への送電を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、検知部は、送電部と受電部とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知し、制御部は、検知部による検知結果に基づいて、送電部から受電部への送電を制御する。これにより、交換作業中における送電部への電力供給を遮断できるので、送電部に金属が近づかないようにしたり、太陽電池パネルに光が当たらないようにその全面を遮光したりするなどの処置を行わなくても、安全に太陽電池パネルの交換作業を行うことができる。この結果、太陽電池パネルの交換作業を容易化できるので、発電が停止される時間を短縮でき、総発電量の低下を抑制でき、システムのランニングコストを低減できる。すなわち、太陽電池パネルの交換作業を容易化でき、ランニングコストを低減できる。

図１は、実施の形態１に係る太陽光発電システムを説明するための模式図である。 図２は、実施の形態１に係る太陽光発電システムを説明するための模式図である。 図３は、実施の形態１における太陽電池パネルを説明するための模式図である。 図４は、実施の形態１における送電回路を説明するための模式図である。 図５は、実施の形態１における検知部を説明するための断面模式図である。 図６は、実施の形態１に係る太陽光発電システムを説明するための模式図である。 図７は、実施の形態１に係る太陽光発電システムの設置例を説明するための断面模式図である。 図８は、実施の形態１に係る太陽電池システムの設置例を説明するための模式図である。 図９は、実施の形態１に係る太陽電池システムの設置例を説明するための模式図である。 図１０は、実施の形態１に係る太陽電池システムにおいて送電コイルと受電コイルの位置ずれに対する検知部の検出強度を説明するための模式図である。 図１１は、実施の形態１に係る太陽電池システムにおいて送電コイルと受電コイルの位置ずれに対する検知部の検出強度を説明するための模式図である。 図１２は、実施の形態１に係る太陽光発電システムを説明するための模式図である。 図１３は、実施の形態２に係る太陽光発電システムを説明するための模式図である。 図１４は、実施の形態３に係る太陽光発電システムを説明するための模式図である。 図１５は、基本の形態に係る太陽光発電システムを説明するための斜視図である。

以下に、本発明にかかる太陽光発電システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる太陽光発電システム１００（図１参照）に対する基本の形態について図１５を用いて説明する。図１５は、基本の形態にかかる太陽光発電システム１０に用いられる太陽電池パネル１を裏面側から見た斜視図を示す。

基本の形態にかかる太陽光発電システム１０は、例えば、複数の太陽電池パネル１、架台２（図７参照）、端子ボックス２０、リード線２１、及びコネクタ２２を備える。

太陽電池パネル１には、例えば複数の太陽電池セルが配列され、複数の太陽電池セルから電力を取出す正負の出力取出し配線（不図示）が内部で接続された端子ボックス２０が設けられている。端子ボックス２０には、内部で出力取出し配線と接続されたリード線２１が接続されており、リード線２１の先端には、コネクタ２２が取り付けられている。太陽光発電システム１０を構成する場合、例えば複数の太陽電池パネル１を架台２に並べて設置した後、隣接する太陽電池パネル１のコネクタ２２同士を接続する。

基本の形態にかかる太陽光発電システム１０の場合、１つの太陽電池パネル１に不具合が生じ、交換する際に、架台２の裏側のコネクタ２２を外す作業が必要である。

例えば、太陽光発電所のような太陽電池パネル１を１０００枚以上使用した大規模な太陽光発電システム１０の場合、架台２が大きくなるため、太陽電池パネル１の裏側のコネクタ２２へのアクセスに１パネルあたり例えば数分から数１０分の作業時間が必要である。

あるいは、例えば、屋根などに敷き詰められた太陽光発電システム１０の場合、太陽電池パネル１を取り外さなければコネクタ２２にアクセスできないため、数１０分から数時間の作業時間が必要である。

このように、交換作業に例えば数時間程度かかるため、発電が停止される時間が長くなり、総発電量が低下してしまい、システムのランニングコストを増加させる可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、以下の工夫を行うことで、太陽電池パネルの交換作業を容易化しランニングコストを低減することを目指す。以下、実施の形態１にかかる太陽光発電システムについて図を用いて説明する。

太陽光発電システム１００は、図１に示すように、複数の太陽電池パネル１−１〜１−３、架台２、複数の検知部１１５−１〜１１５−３、複数の制御部１１６−１〜１１６−３、複数の送電部１１３−１〜１１３−３、複数の受電部１１４−１〜１１４−３、複数の昇圧部１０３−１〜１０３−３、母線１０４、及びパワーコンディショナ１０５を備える。図１は、実施の形態１にかかる太陽光発電システム１００について、太陽電池パネル１−１〜１−３の個数が３個の場合の構成を例示的に示しているが、太陽電池パネル１−１〜１−３の個数は３個に限定されない。

太陽光発電システム１００では、例えば、複数の太陽電池パネル１−１〜１−３が母線１０４及びパワーコンディショナ１０５に対して並列に接続される。並列接続の場合、一部の太陽電池パネルが日陰になった場合でも出力の低下を小さくすることができる。太陽光発電システム１００では、複数の太陽電池パネル１−１〜１−３に対応して、複数の検知部１１５−１〜１１５−３、複数の制御部１１６−１〜１１６−３、複数の送電部１１３−１〜１１３−３及び複数の受電部１１４−１〜１１４−３が設けられている。各送電部１１３は、対応する太陽電池パネル１に、対応する制御部１１６及び検知部１１５経由で電気的に接続されている。各送電部１１３は、対応する太陽電池パネル１で発電された電力をワイヤレスで送電する。各受電部１１４は、対応する送電部１１３が近接して送受電可能なように配置されている場合、対応する送電部１１３により送電された電力をワイヤレスで受電する。

このとき、各検知部１１５は、対応する送電部１１３と対応する受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する。各検知部１１５は、その検知結果を制御部１１６へ供給する。制御部１１６は、検知部１１５による検知結果に基づいて、送電部１１３から受電部１１４への送電を制御する。例えば、制御部１１６は、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置された場合に、送電部１１３から受電部１１４への送電が開始されるように送電部１１３を制御する。すなわち、複数の制御部１１６−１〜１１６−３は、複数の検知部１１５−１〜１１５−３による検知結果に基づいて、複数の送電部１１３−１〜１１３−３から複数の受電部１１４−１〜１１４−３への送電を互いに個別に制御する。これにより、各太陽電池パネル１で発電された電力を各太陽電池パネル１に電気的に接続された送電部１１３からワイヤレスで受電部１１４に送電することが可能である。

受電部１１４−１は、架台２側に設けられ、予め他の受電部１１４−２、１１４−３と接続されていることが好ましい。すなわち、各受電部１１４は、母線１０４を介して他の受電部１１４に接続されるように、予め架台２に配線されている。例えば、各受電部１１４は対応する昇圧部１０３を介して、母線１０４に接続され、母線１０４はパワーコンディショナ１０５に接続される。すなわち、複数の受電部１１４−１〜１１４−３に対応して、複数の昇圧部１０３−１〜１０３−３が設けられている。各昇圧部１０３は、対応する受電部１１４と母線１０４との間に電気的に接続されている。

各送電部１１３は、例えば図２に示すように、送電回路１１３ａ及び送電コイル１１３ｂを有する。図２は、１つの太陽電池パネル１に対応する構成を示す図である。各太陽電池パネル１で発電されたＤＣ電力は送電回路１１３ａでＡＣ電力に変換され、変換されたＡＣ電力は送電コイル１１３ｂへ供給される。送電コイル１１３ｂは、ＡＣ電力が供給されると、対応する受電部１１４へＡＣ電力を送電する。受電部１１４は、送電コイル１１３ｂにより送電されたＡＣ電力を受電コイル１１４ｂで受電し、受電回路１１４ａに含まれる整流回路などでＤＣ電力に変換し、昇圧部１０３に供給する。昇圧部１０３は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いてＤＣ電力のレベルを調整し、母線１０４に供給される電力の定電圧化を行う。

仮に、単なる並列接続を行った場合、すなわち複数の受電部１１４−１〜１１４−３と母線１０４との間に複数の昇圧部１０３−１〜１０３−３を設けない場合、一部の太陽電池パネル１の特性が劣化し受電部１１４から母線１０４に供給される電圧が低下する可能性がある。この場合、他の太陽電池パネル１に対応する受電部１１４が影響を受け（例えば、他の受電部１１４から母線１０４に供給される電圧も引っ張られて低下し）、システム全体の発電効率が大幅に低下してしまう可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、昇圧部１０３により母線１０４に供給される電力の電圧を一定とするよう調整するので、発電効率の低下を抑制できる。さらに、システム全体の発電効率を上昇させるために、受電部１１４と昇圧部１０３との間にＭＰＰＴ（最大電力追従）制御装置を加えても良い。あるいは昇圧部１０３自身がＭＰＰＴ制御を行ってもよい。

本実施の形態で用いられるワイヤレス電力伝送について簡単に説明する。本実施の形態では、電磁誘導方式または磁界共鳴方式を用いる。電磁誘導方式のワイヤレス電力伝送では、送電側と受電側とで磁束を共有する必要があり、効率良く電力を送るには送電側と受電側とを極近接して配置する必要があり、結合の軸合わせも重要である。一方、磁界共鳴方式を用いたワイヤレス給電方式は、電磁誘導方式よりも距離を離して電力伝送することができ、かつ、多少軸合わせが悪くても伝送効率があまり落ちないという利点がある。なお、近年では磁界共鳴方式の研究が進み、電磁誘導方式と磁界共鳴方式は原理的に同じものであるという説がある。本実施の形態においてもこれらの説に倣い特に区別して述べるものではない。なお、ワイヤレス電力伝送にはこの他に電界共鳴方式がある。本実施の形態では送受電コイルを近接させて、電磁誘導方式あるいは磁界共鳴方式によるワイヤレス電力伝送を行う例について示すが、これに限定されるものではない。

以下、各部の具体的な構成および機能の一例について説明する。

図３に太陽電池パネル１の裏面側から見た模式図を示す。図３では送電コイル１１３ｂには平面状のものを用い、対向して電力を送電する例について示している。送電部１１３が太陽電池パネル１の裏面に取付けられた例について示したが、これに限定されず、配線により接続されていれば、太陽電池パネル１から離れていても良い。また、太陽電池パネル１の内部に配置されていても良い。また、基本の形態のモジュール（図１５参照）のコネクタ２２を接続可能であり、送電部１１３、検知部１１５、制御部１１６が接続された枠を用いても良い。

太陽電池パネル１には単結晶Ｓｉ太陽電池などの結晶系太陽電池、Ｓｉ系薄膜太陽電池、化合物系太陽電池などを用いることができる。

太陽電池パネル１における太陽電池セルで得られる電力は直流であり、この直流電力（ＤＣ電力）の出力を取出すために設けられた出力取出し配線により、太陽電池パネル１の外部に取出され、送電部１１３と接続される。送電部１１３は送電コイル１１３ｂ及び送電回路１１３ａを有し、送電コイル１１３ｂの両端には送電回路１１３ａを介して太陽電池セルからの正負の出力取出し配線が接続されている。

図４（ａ）、（ｂ）に送電部１１３の回路構成例を示す。送電部１１３は、ＬＣ成分を備えており、送電回路１１３ａ及び送電コイル１１３ｂを有する。送電回路１１３ａは、容量素子Ｃ１、Ｃ２、及びトランジスタＴｒを有する。容量素子Ｃ１は、一端が入力端子ＩＴ２及びトランジスタＴｒの一端に接続され、他端が入力端子ＩＴ１及び容量素子Ｃ２の他端に接続されている。容量素子Ｃ２は、一端がトランジスタＴｒの他端及び送電コイル１１３ｂの一端に接続され、他端が入力端子ＩＴ１、容量素子Ｃ２の他端、及び送電コイル１１３ｂの他端に接続されている。トランジスタＴｒのゲートには、トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦを制御する発振回路が接続されている。

送電回路１１３ａは、太陽電池パネル１で発電されたＤＣ電力を、入力端子ＩＴ１、ＩＴ２を介して受ける。このとき、トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦを数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、好ましくは１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数のゲート信号で制御することにより、共振電流が送電コイル１１３ｂに流れ、送電コイル１１３ｂに磁界が形成される。送電の制御を行うには、図４（ａ）に示すように送電回路１１３ａのトランジスタＴｒのゲート信号の制御により行うか、図４（ｂ）に示すように開閉器ＳＷを設けることで行うことが可能である。

開閉器ＳＷは、太陽電池パネル１から送電回路１１３ａへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦする。例えば、開閉器ＳＷは、制御部１１６からの制御信号に従い開状態になることで、太陽電池パネル１から送電回路１１３ａへの電力供給をＯＦＦし、制御部１１６からの制御信号に従い閉状態になることで、太陽電池パネル１から送電回路１１３ａへの電力供給をＯＮする。開閉器ＳＷは、例えば、一端が入力端子ＩＴ１に接続され、他端が容量素子Ｃ１の他端、容量素子Ｃ２の他端、及び送電コイル１１３ｂの他端に接続されている。

制御部１１６（図２参照）は、送電部１１３からの送電を制御するために設けられており、トランジスタＴｒのゲート信号の発振の制御や開閉器ＳＷの制御を行う。制御部１１６は、太陽電池パネル１を電源とすることが好ましく、太陽電池パネル１の発電開始とともに起動を開始し、太陽電池パネル１での発電が停止した場合に運転を停止する。また、太陽電池パネル１の発電状態により、起動または制御動作を開始または停止してもよい。例えば、発電量がある閾値を超えたときに起動を開始し、閾値を下回った場合に運転を停止するようにすれば良い。

また、太陽電池パネル１には、太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送受電可能な位置に配置されたことを検知する検知部１１５が設けられている。

検知部１１５の具体的な構成例を図５（ａ）〜図５（ｄ）の断面模式図で示す。

図５（ａ）、（ｂ）に示す構成の場合、検知部１１５は、機械的な方法を用いて、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する。例えば、検知部１１５は、プランジャ１０６、シリンダー１３１、及びスイッチ１０７を有する。太陽電池パネル１が架台２に設置されていない状態（図５（ａ）参照）では、プランジャ１０６の一部がシリンダー１３１内に位置し、プランジャ１０６の他の一部がシリンダー１３１の端面から突出するように、プランジャ１０６が付勢されている。太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送電可能な位置に配置された場合（図５（ｂ）参照）に、プランジャ１０６が架台２によってシリンダー１３１内に押込まれ、シリンダー１３１内のスイッチ１０７の常開接点１０７ａが押されてスイッチ１０７の一端１０７ｂ及び他端１０７ｃに接触し、スイッチ１０７がオン状態となって、検知される。このとき、検知部１１５から制御部１１６に検知信号が供給され、検知信号をもとに制御部１１６が送電を開始するように送電部１１３を制御し、送電が開始される。

図５（ｃ）、（ｄ）に示す構成の場合、検知部１１５は、磁気的な方法を用いて、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する。例えば、検知部１１５は、線材１０８ａ、１０８ｂ、筐体１３２、及び磁石１０９を有する。線材１０８ａ、１０８ｂは、筐体１３２内に収容されており、例えば、磁化可能な材質（例えば、鉄）で形成されている。太陽電池パネル１が架台２に設置されていない状態（図５（ｃ）参照）では、筐体１３２内で線材１０８ａ及び線材１０８ｂが互いに非接触の状態にある。太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送電可能な位置に配置された場合（図５（ｄ）参照）に、予め架台２に設置された磁石１０９に近づいた際に線材１０８ａ、１０８ｂがそれぞれ磁化することで互いに接触し、検知される。このとき、検知部１１５から制御部１１６に検知信号が供給され、検知信号をもとに制御部１１６が送電を開始するように送電部１１３を制御し、送電が開始される。

図５（ｅ）に示す構成の場合、検知部１１５は、電気的な方法を用いて、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する。例えば、検知部１１５は、電極１３３及び高周波回路１３４を有する。電極１３３は、架台２との間で容量素子を形成するような、平行平板型の電極である。太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送電可能な位置に配置された場合、電極１３３と架台２の間の距離が変化することにより、静電容量が変化する。例えば、太陽電池パネル１が架台２に設置されていない状態では、電極１３３と架台２の間の距離が大きいために、電極１３３及び架台２で形成される容量素子の静電容量が非常に小さく、太陽電池パネル１が架台２に設置された状態では、電極１３３と架台２の間の距離が小さいために、電極１３３及び架台２で形成される容量素子の静電容量が大きくなっている。その静電容量を回路のＣ成分として、検出回路であるＣＲ発振形の高周波回路１３４の発振の開始、停止により検出する。例えば、太陽電池パネル１が架台２に設置されていない状態では、静電容量が非常に小さいために、高周波回路１３４が発振を停止しており、太陽電池パネル１が架台２に設置された状態では、静電容量が大きくなっているために、高周波回路１３４が発振を行っている。

また、高周波回路１３４は、送電回路１１３ａのトランジスタＴｒ（図４（ａ）、（ｂ）参照）を制御するゲート信号の発振回路を兼ねてもよく、架台２への接近、離脱によってゲート信号の発振が開始、停止し、送電を制御するようにしてもよい。

図５（ｆ）に示す構成の場合、検知部１１５は、光学的な方法を用いて、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する。例えば、検知部１１５は、発光素子１１１及び受光素子１１２を有する。発光素子１１１は、例えば、レーザーダイオードなどであり、受光素子１１２は、例えば、フォトダイオードなどである。太陽電池パネル１が架台２に設置されていない状態では、例えば、発光素子１１１から射出された光が受光素子１１２で受光されない。太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送電可能な位置に配置された場合、発光素子１１１から照射される例えばレーザ光１１７が架台２で反射し受光素子１１２で受光される。例えば、受光素子１１２で反射したレーザ光１１７の強度を測定し、ある閾値を超えたことを検知した場合に、送電を開始するように制御してもよい。

なお、送電部１１３を検知部１１５の一部として用いても良い。例えば、図６に示すように、送電部１１３には検知部１１５が接続され、受電部１１４に受電コイル１１４ｂと接続された第２の送電回路１１３ｃを設ける。第２の送電回路１１３ｃを通じて受電コイル１１４ｂから連続的または断続的に電力を送電するようにしておく。検知部１１５では送電コイル１１３ｂの電圧、電流、あるいは送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂの相互インダクタンスなどを測定し、ある閾値を超えたことを検知し、送電を開始するように制御してもよい。

図７に本実施の形態の太陽電池パネル１の設置例の模式図を示す。図７では、送電コイル１１３ｂ、受電コイル１１４ｂには平面状のものを用い、送電コイル１１３ｂ及び受電コイル１１４ｂが互いに対向させることで、電力を送電する例について示している。伝送効率を良くするため、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが磁界を共有するように近接、対向させることが好ましい。検知部１１５は、太陽電池パネル１が架台２に設置された際に、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂの太陽電池パネル１の受光面に沿った方向での位置ずれＬと、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂの間の太陽電池パネル１の受光面に垂直な方向での距離Ｄが規定されるように設置されることが好ましい。太陽電池パネル１は、例えば、架台２に取り付け用金具１３５−１、１３５−２などを用いてねじ止め等で固定されるため、太陽電池パネル１と架台２の位置関係はほぼ一定にすることができる。したがって、予め検知部１１５が検知するパネル取付け状態において、送電部１１３、受電部１１４の取付け位置を位置ずれＬが位置ずれの許容範囲内に収まり、距離Ｄが距離の許容範囲内に収まるようにしておけばよい。

太陽電池パネル１の取付け精度や送電部１１３、受電部１１４、検知部１１５などの取付け精度が問題になる場合、図８に示すように、検知部１１５は、太陽電池パネル１の主面に沿って配された複数のセンサ１１５ａ、１１５ｂを有していてもよい。例えば、複数のセンサ１１５ａ、１１５ｂを設けて、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂの位置関係を２次元的に精度良く規定してもよく、複数のセンサ１１５ａ、１１５ｂが全て検知した場合に、送電されるように制御することで、送電コイル１１３及び受電コイル１１４の取付け精度を２次元的に向上できる。

また、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂの位置関係を精度良く規定するために、位置ずれＬやコイル間の距離Ｄに対して、検知部１１５における検出強度に変化があるような検知方法を用いてもよい。例えば、図９に示すように、架台２側にレーザーダイオードなどの発光素子１３６を設けて、検知部１１５の受光素子１３７で光強度を測定すればよく、受光素子１３７により測定された光強度が図１０に示すようになる場合、閾値ＬＩｔｈを超えたことを検知するようにすれば、位置ずれＬを一定の範囲ＲＧ内に納めることが可能である。

また、送電部１１３を検知部１１５の一部として用いても良い。その場合、図６に示すように送電部１１３には検知部１１５が接続され、受電部１１４に受電コイル１１４ｂと接続された第２の送電回路１１３ｃを設ける。第２の送電回路１１３ｃを通じて受電コイル１１４ｂからは連続的または断続的に電力を送電するようにしておく。検知部１１５では送電コイル１１３ｂの電圧、電流、あるいは送電コイルと受電コイルの相互インダクタンスなどを測定しておく。例えば、位置ずれＬに対して、電流値が図１１のようになる場合、閾値Ｉｔｈを超えたことを検知するようにすれば、位置ずれＬを一定の範囲ＲＧ内に納めることが可能である。

次に、本実施の形態の太陽光発電システム１００において、太陽電池パネル１を交換する場合について説明する。太陽光発電システム１００では、各太陽電池パネル１は母線１０４に対して並列に電力供給可能なように接続されているため、一枚の太陽電池パネル１を取外しても、他の太陽電池パネル１の発電、送電は停止しない。太陽電池パネル１は、太陽電池パネル１に設けた取り付け用金具１３５−１、１３５−２（図７参照）を架台２にネジ止め等することで固定されている。このとき、送電部１１３と受電部１１４との間に配線がないので、配線を取外すことなく太陽電池パネル１を取外せる。

取外した太陽電池パネル１は検知部１１５が送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂとが近接して送受電可能なように配置されたことを検知しないため、送電を行わないように制御部１１６が送電部１１３を制御する（例えば、図４（ａ）に示すトランジスタＴｒをＯＦＦする、あるいは、図４（ｂ）に示す開閉器ＳＷをＯＦＦする）ことで、送電コイル１１３ｂへ電力が送られないようにすることができる。

次に、新しい太陽電池パネル１を架台２に設置すると、検知部１１５が送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂとが近接して送受電可能なように配置されたことを検知し、送電を行うように制御部１１６が送電部１１３を制御する（例えば、図４（ａ）に示すトランジスタＴｒをＯＮする、あるいは、図４（ｂ）に示す開閉器ＳＷをＯＮする）ことで、送電コイル１１３ｂへ電力が送られるようにすることができ、送電を開始できる。

このとき、作業者に送電が開始されたことを知らせるために、図１２のように太陽電池パネル１側もしくは架台２側に報知部１１８を設けても良い。報知部１１８は、例えば、送電が開始されたことを視覚的に報知する表示部であり、例えば、ＬＥＤなどから構成され、送電が開始されたときに点灯、表示する。送電開始時だけでなく、検知部１１５が検知したときに点灯、表示しても良い。あるいは、報知部１１８は、例えば、ディスプレイを有し、送電が開始されたことをメッセージや図形で表示してもよい。あるいは、報知部１１８は、例えば、送電が開始されたことを聴覚的に報知する音声出力部であり、例えば、送電が開始されたことを示すブザーやアナウンス音声を出力してもよい。

ここで、仮に、太陽光発電システム１００が送電部１１３及び受電部１１４を有しない場合について考える。この場合、１つの太陽電池パネル１に不具合が生じ、交換する際に、架台２の裏側のコネクタ２２を外す作業が必要である。この交換作業に例えば数時間程度かかるため、発電が停止される時間が長くなり、総発電量が低下してしまい、システムのランニングコストを増加させる可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、送電部１１３が、太陽電池パネル１で発電された電力をワイヤレスで送電し、受電部１１４が、送電部１１３により送電された電力をワイヤレスで受電する。これにより、送電部１１３と受電部１１４との間に配線を設ける必要がないので、故障や特性劣化した際のパネル交換時に、故障したパネルを架台から取外し、新しいパネルを設置するだけで良い。すなわち、配線の取外しをする必要が無いため、作業時間を短縮することが可能となるので、発電が停止される時間を短縮でき、総発電量の低下を抑制でき、システムのランニングコストを低減できる。

あるいは、仮に、太陽光発電システム１００が各検知部１１５及び各制御部１１６を有しない場合について考える。この場合、送電部１１３の送電コイル１１３ｂが太陽電池パネル１に常に電気的に接続されているため、送電コイル１１３ｂに常に電流が流れ、送電コイル１１３ｂの寄生抵抗成分により発熱する可能性がある。また、送電コイル１１３ｂの近くに鉄やステンレスなどの金属がある場合、電磁誘導により金属が加熱される可能性がある。こうした場合、安全に太陽電池パネル１の交換作業を行うために、太陽電池パネル１の搬送中や保管中に送電コイル１１３ｂを絶縁物などで覆い、金属が近づかないようにしたり、太陽電池パネル１に光が当たらないようにその全面を遮光したりするなどの処置を行う必要がある。すなわち、太陽電池パネル１の交換作業に手間がかかる傾向にある。また、交換作業に手間がかかると、発電が停止する時間が長くなり、総発電量が低下してしまい、システムのランニングコストを増加させる可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、検知部１１５が、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知し、制御部１１６が、検知部１１５による検知結果に基づいて、送電部１１３から受電部１１４への送電を制御する。これにより、交換作業中における送電コイル１１３ｂへの電力供給を遮断できるので、送電コイル１１３ｂに金属が近づかないようにしたり、太陽電池パネル１に光が当たらないようにその全面を遮光したりするなどの処置を行わなくても、安全に太陽電池パネル１の交換作業を行うことができる。この結果、太陽電池パネル１の交換作業を容易化できるので、発電が停止される時間を短縮でき、総発電量の低下を抑制でき、システムのランニングコストを低減できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、制御部１１６が、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置された場合に、送電部１１３から受電部１１４への送電が開始されるように送電部１１３を制御する。これにより、交換作業中における送電コイル１１３ｂへの電力供給を遮断できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、検知部１１６が、太陽電池パネル１に電気的に接続されている。これにより、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知した場合に、太陽電池パネル１で発電された電力を用いて検知結果の信号を容易に生成できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、例えば、報知部１１８が、送電部１１３と受電部１１４とが送受電可能な状態になったことを報知する。これにより、太陽電池パネル１の交換作業において、太陽電池パネル１の設置が完了したことや送電が開始されたことを作業者に知らせることができる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、検知部１１５が、例えば、機械的、磁気的、光学的、及び電気的のいずれかの方法を用いて、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する。これにより、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを確実に検知できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、検知部１１５が、例えば、太陽電池パネル１の主面に沿って配された複数のセンサ１１５ａ、１１５ｂを有する。これにより、送電部１１３と受電部１１４との位置合わせ精度を２次元的に向上できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、架台２に、複数の太陽電池パネル１−１〜１−３が設置される。複数の送電部１１３−１〜１１３−３は、複数の太陽電池パネル１−１〜１−３で発電された電力をワイヤレスで互いに並列に送電し、複数の受電部１１４−１〜１１４−３は、複数の送電部１１３−１〜１１３−３により送電された電力をワイヤレスで互いに並列に受電する。このとき、複数の検知部１１５−１〜１１５−３は、複数の送電部１１３−１〜１１３−３と複数の受電部１１４−１〜１１４−３とが近接して送受電可能なように配置されたことを互いに個別に検知し、複数の制御部１１６−１〜１１６−３は、複数の検知部１１５−１〜１１５−３による検知結果に基づいて、複数の送電部１１３−１〜１１３−３から複数の受電部１１４−１〜１１４−３への送電を互いに個別に制御する。これにより、太陽光発電システム１００において１つの太陽電池パネル１に不具合が生じ交換する際に、他の太陽電池パネル１の発電、送電を継続的に維持できるので、この観点からも、発電効率の低下を抑制できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、複数の受電部１１４−１〜１１４−３が母線１０４に対して並列に電気的に接続され、複数の昇圧部１０３−１〜１０３−３のそれぞれが、受電部１１４及び母線１０４の間に電気的に接続されている。これにより、影などにより複数の太陽電池パネル１−１〜１−３における一部の太陽電池パネルの出力が低下した場合に、母線１０４の電圧の低下を抑制できるので、この観点からも、発電効率の低下を抑制できる。

また、実施の形態１では、太陽光発電システム１００において、各受電部１１４が、予め架台２に配線されている。これにより、太陽電池パネル１の交換作業において、配線作業が必要なくなるので、太陽電池パネル１の交換作業を容易化できる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる太陽光発電システム２００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、太陽電池パネル１側に検知部１１５を設けて、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂの接近を検知し、送電するように制御を行っている。太陽電池パネル１側に検知部１１５を設けた場合、太陽電池パネル１の運搬中や保管中に検知部１１５が誤検知する可能性がある。

そこで、実施の形態２では、架台２側に検知部２２５を設ける。具体的には、図１３に示すように、太陽光発電システム２００は、複数の検知部１１５に代えて複数の検知部２２５を備え、複数の送信部２１９及び複数の受信部２２０をさらに備える。図１３は、太陽光発電システム２００における１つの太陽電池パネル１に対応する構成を示す図である。

すなわち、各太陽電池パネル１に対応して、架台２側に検知部２２５を設け、検知信号を検知部２２５に接続された送信部２１９から、太陽電池パネル１側の制御部１１６に接続された受信部２２０に無線で送信できるようにしている。太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送電可能な位置に配置された場合に検知信号が送信部２１９から受信部２２０に送信され、受信部２２０が受信した検知信号を制御部１１６に供給する。これにより、制御部１１６は、検知信号に応じて、送電部１１３から受電部１１４への送電を制御する。例えば、制御部１１６は、検知信号に応じて、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたと判断される場合に、送電部１１３から受電部１１４への送電が開始されるように送電部１１３を制御する。

なお、受電コイル１１４ｂと送電コイル１１３ｂがそれぞれ送信部２１９と受信部２２０を兼ねるように構成しても良い。

このように、実施の形態２では、架台２側に検知部２２５を設けたので、太陽電池パネル１の運搬中や保管中に検知部２２５が誤検知することを抑制できる。また、架台２側に検知部２２５を設けたので、太陽電池パネル１の構成を簡単にできるという効果も奏する。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる太陽光発電システム３００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、太陽電池パネル１が架台２に設置され、送電コイル１１３ｂと受電コイル１１４ｂが送電可能な位置に配置されたことを検知し、送電を開始するようにしている。しかし、火災や地震など異常が発生した場合のことは、何ら考慮していない。

そこで、実施の形態３では、火災や地震など異常が発生した場合に、送電を停止する。具体的には、図１４に示すように、太陽光発電システム３００は、複数の制御部１１６に代えて複数の制御部３１６を備え、第２の検知部３３７をさらに備える。図１４は、太陽光発電システム３００における１つの太陽電池パネル１に対応する構成を示す図である。

すなわち、各太陽電池パネル１に対応して、第２の検知部３３７を設ける。第２の検知部３３７は、火災の発生による温度上昇や地震による振動を検知するように構成されている。第２の検知部３３７は、例えば、建物に設置されている火災報知機や地震計を用いても良い。

本実施の形態の太陽光発電システム３００の動作について説明する。太陽電池パネル１が設置され、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知部１１５が検知する。検知部１１５は、検知結果を制御部３１６へ供給する。

制御部３１６は、送電部１１３と受電部１１４とが近接して送受電可能なように配置された場合に、送電部１１３から受電部１１４への送電が開始されるように送電部１１３を制御する。

ここで、異常が発生した場合に、第２の検知部３３７が異常を検知する。第２の検知部３３７は、異常を検知した場合に、異常信号を制御部３１６へ供給する。第２の検知部３３７は、異常を検知しない場合に、異常信号を制御部３１６へ供給しない。

制御部３１６は、異常信号が供給された場合、異常が発生しているものと認識し、送電が停止されるように送電部１１３を制御する。また、制御部３１６は、第２の検知部３３７が異常を検知しなくなれば送電を再開する。例えば、制御部３１６は、異常信号が供給されなくなったら、異常信号が供給されない時間をカウントし始め、カウントされた時間が所定の閾値時間を超えたら、異常の発生が収まったものと認識し、送電が再開されるように送電部１１３を制御する。なお、送電の再開に別の手段を用いてもよく、例えば、太陽光発電システム３００の使用者が送電開始信号を制御部３１６に送信し、送電を開始するようにしても良い。

このように、実施の形態３では、太陽光発電システム３００において、制御部３１６が、第２の検知部３３７により異常が検知された場合に送電が停止されるように送電部１１３を制御する。これにより、火災や地震など異常が発生した場合に、各太陽電池パネル１からの送電を停止することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる太陽光発電システムは、太陽電池パネルの交換に有用である。

１，１−１〜１−３ 太陽電池パネル、 ２ 架台、 １０ 太陽光発電システム、 ２０ 端子ボックス、 ２１ リード線、 ２２ コネクタ、 １００ 太陽光発電システム、 １０３，１０３−１〜１０３−３ 昇圧部、 １０４ 母線、 １０５ パワーコンディショナ、 １０６ プランジャ、 １０７ スイッチ、 １０８ａ，１０８ｂ 線材、 １０９ 磁石、 １１１ 発光素子、 １１２ 受光素子、 １１３，１１３−１〜１１３−３ 送電部、 １１３ａ 送電回路、 １１３ｂ 送電コイル、 １１３ｃ 第２の送電回路、 １１４，１１４−１〜１１４−３ 受電部、 １１４ａ 受電回路、 １１４ｂ 受電コイル、 １１５，１１５−１〜１１５−３ 検知部、 １１５ａ，１１５ｂ センサ、 １１６，１１６−１〜１１６−３ 制御部、 １１７ レーザ光、 １１８ 報知部、 １３１ シリンダー、 １３２ 筐体、 １３３ 電極、 １３４ 高周波回路、 １３５−１，１３５−２ 取り付け用金具、 １３６ 発光素子、 １３７ 受光素子、 ２００ 太陽光発電システム、 ２１９ 送信部、 ２２０ 受信部、 ２２５ 検知部、 ３００ 太陽光発電システム、 ３１６ 制御部、 ３３７ 第２の検知部。

Claims (11)

1. 太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルが設置される架台と、
   前記太陽電池パネルに電気的に接続され、前記太陽電池パネルで発電された電力をワイヤレスで送電する送電部と、
   前記架台に設けられ、前記送電部により送電された電力をワイヤレスで受電する受電部と、
   前記送電部と前記受電部とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する検知部と、
   前記検知部による検知結果に基づいて、前記送電部から前記受電部への送電を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
2. 前記制御部は、前記送電部と前記受電部とが近接して送受電可能なように配置された場合に、前記送電部から前記受電部への送電が開始されるように前記送電部を制御する
   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。
3. 前記検知部は、前記太陽電池パネルに電気的に接続された
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記検知部は、前記架台に設けられ、
   前記太陽光発電システムは、
   前記架台に設けられ、前記検知部による検知結果を示す信号をワイヤレスで前記制御部に送信する送信部と、
   前記送信部により送信された信号を受信して前記制御部に供給する受信部と、
   をさらに備えた、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
5. 前記送電部と前記受電部とが送受電可能な状態になったことを報知する報知部をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
6. 前記太陽電池パネルの異常を検知する第２の検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２の検知部により異常が検知された場合に送電が停止されるように前記送電部を制御する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
7. 前記検知部は、機械的、磁気的、光学的、及び電気的のいずれかの方法を用いて、前記送電部と前記受電部とが近接して送受電可能なように配置されたことを検知する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
8. 前記検知部は、前記太陽電池パネルの主面に沿って配された複数のセンサを有する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
9. 前記架台は、複数の前記太陽電池パネルが設置され、
   複数の前記送電部は、前記複数の太陽電池パネルで発電された電力をワイヤレスで互いに並列に送電し、
   複数の前記受電部は、前記複数の送電部により送電された電力をワイヤレスで互いに並列に受電し、
   複数の前記検知部は、前記複数の送電部と前記複数の受電部とが近接して送受電可能なように配置されたことを互いに個別に検知し、
   複数の前記制御部は、前記複数の検知部による検知結果に基づいて、前記複数の送電部から前記複数の受電部への送電を互いに個別に制御する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
10. 前記架台は、複数の前記太陽電池パネルが設置され、
    複数の前記送電部は、複数の前記太陽電池パネルで発電された電力をワイヤレスで送電し、
    複数の前記受電部は、前記複数の送電部により送電された電力をワイヤレスで受電し、
    前記複数の受電部は、母線に対して並列に電気的に接続され、
    前記太陽光発電システムは、前記受電部及び前記母線の間にそれぞれ電気的に接続された複数の昇圧部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
11. 前記受電部は、予め前記架台に配線されている
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

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