JP2014212212A - Switching device, fault detector, photovoltaic power generation system, and switching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング装置、故障検知装置、太陽光発電システム、及びスイッチング方法に係り、例えば、太陽光発電システム内の太陽電池を切り離すためのスイッチング装置および方法に関する。 The present invention relates to a switching device, a failure detection device, a solar power generation system, and a switching method, and for example, relates to a switching device and a method for disconnecting a solar cell in the solar power generation system.
太陽光を利用して発電を行う太陽光発電システムでは、一般的に、複数の太陽電池モジュールが直列および並列に接続されて、大電圧および大電流となった発電された電力が、パワーコンディショナー等の負荷装置に供給され、商用電力系統等に供給される。太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続されて太陽電池ストリングが構成される。そして、複数の太陽電池ストリングが並列に接続されて太陽電池アレイが構成される。 In a photovoltaic power generation system that generates power using sunlight, generally, a plurality of solar cell modules are connected in series and in parallel, and the generated power that has become a large voltage and a large current is a power conditioner or the like. Are supplied to a commercial power system and the like. In the photovoltaic power generation system, a plurality of solar cell modules are connected in series to form a solar cell string. A plurality of solar cell strings are connected in parallel to form a solar cell array.
かかる太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内に絶縁不良があると、電気回路が外部と意図しない形で接触する地絡が生じる場合がある。例えば人や物が絶縁不良箇所に触れたときや、絶縁不良箇所と金属架台等とが接触したとき等が挙げられる。地絡以外にも、太陽電池モジュールが内蔵しているバイパスダイオードの故障や、太陽電池セル間の導通不良等の不具合を生じる場合がある。そのため、太陽光発電システム内には、かかる地絡等の故障を検知する装置が配置される(例えば、特許文献1参照)。 In such a photovoltaic power generation system, if there is an insulation failure in the solar cell array, a ground fault may occur where the electric circuit contacts the outside in an unintended manner. For example, when a person or an object touches a poorly insulated part, or when a poorly insulated part comes into contact with a metal mount or the like. In addition to ground faults, problems such as failure of a bypass diode built into the solar cell module and poor conduction between solar cells may occur. Therefore, an apparatus for detecting such a fault such as a ground fault is arranged in the solar power generation system (see, for example, Patent Document 1).
かかる地絡検出等の故障検出を行うためには、検査のために太陽電池ストリングを太陽光発電システムから電気的に切り離すことが有効である。他方、太陽電池ストリングで発電された電力を供給させるためには、太陽電池ストリングを太陽光発電システムに電気的に接続させることが必要となる。よって、太陽電池ストリングを太陽光発電システムに接続および遮断するためのスイッチが必要となる。 In order to perform failure detection such as ground fault detection, it is effective to electrically disconnect the solar cell string from the photovoltaic power generation system for inspection. On the other hand, in order to supply the electric power generated by the solar cell string, it is necessary to electrically connect the solar cell string to the solar power generation system. Therefore, a switch for connecting and disconnecting the solar cell string to the photovoltaic power generation system is required.
特に、例えば、特開2011−066320に示された太陽電池アレイの診断方法では、診断対象の陽電池ストリングを他の太陽電池ストリングから切り離すことが有効である。また、特開2011−002417に示された地絡検出装置においては、太陽電池が大地から絶縁されていることが必要であり、インバータが非絶縁方式である場合には診断対象の太陽電池ストリングをインバータから切り離すことが有効である。 In particular, for example, in the solar cell array diagnosis method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-066320, it is effective to separate the positive cell string to be diagnosed from other solar cell strings. Moreover, in the ground fault detection apparatus shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-002417, it is necessary for a solar cell to be insulated from the earth, and when the inverter is a non-insulation system, the solar cell string to be diagnosed is selected. It is effective to disconnect from the inverter.
さらに、特開2011−066320に示された太陽電池アレイの診断方法において、太陽電池内の直列抵抗上昇を診断するためには、逆流防止ダイオードを経由せずに太陽電池ストリングに電流を流すことが必要であり、このためには検査対象太陽電池ストリングを、逆流防止ダイオードから解列することが有効である。この他、一般に、検査対象太陽電池ストリングがインバータに接続されていると、インバータからのノイズの影響を受けやすいため、検査対象太陽電池ストリングをインバータから解列することが有効である。 Furthermore, in the solar cell array diagnosis method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-066632, in order to diagnose an increase in series resistance in the solar cell, a current is passed through the solar cell string without going through the backflow prevention diode. For this purpose, it is effective to disconnect the solar cell string to be inspected from the backflow prevention diode. In addition, in general, when the inspection target solar cell string is connected to the inverter, it is easily affected by noise from the inverter. Therefore, it is effective to disconnect the inspection target solar cell string from the inverter.
図20は、太陽光発電システムの構成の一部を例示する概念図である。図20において、複数の太陽電池ストリング502が並列に接続されて太陽電池アレイ501が構成される。太陽電池アレイ501は、遮断器506を介して負荷装置510に接続され、電力が供給される。各太陽電池ストリング502には、正極(+)側と負極(−)側に、それぞれ遮断器或いは断路器といったスイッチ503が接続され、両極のスイッチ503を介して複数の太陽電池ストリング502が並列に接続される。また、各太陽電池ストリング502には、負荷装置510や他の太陽電池ストリング502からの漏れ電流が当該太陽電池ストリング502側に流れないように逆流防止用のダイオード504が配置されている。太陽電池ストリング502の正極側のスイッチ503とダイオード504と遮断器506は、接続箱508内に配置される。太陽電池ストリング502の負極側のスイッチ503と遮断器506は、接続箱509内に配置される。実際には、接続箱508と接続箱509は同一の筐体となる場合が多い。
FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating a part of the configuration of the photovoltaic power generation system. In FIG. 20, a plurality of
そして、スイッチ503によって太陽光発電システムから電気的に切り離された太陽電池ストリング502は、図示しない故障検知装置に接続されることになる。故障検知装置での検知作業後は、特に異常がなければ検知対象となった太陽電池ストリング502を自動で太陽光発電システムに戻す必要があるため、スイッチ503として自動制御可能なスイッチ装置が求められる。従来、太陽電池ストリング502のような直流回路においては、スイッチ503として、機械的(メカニカル)なスイッチが利用されていた。しかしながら、機械的スイッチでは、太陽電池ストリング502から電流が流れている状態で回路を開(OFF)にすると、アークが発生してしまうといった問題があった。アークを防ぐためには大型のリレー等のスイッチ装置を使用する必要があり、回路の開閉に大きな電力が必要となるといった問題があった。また、故障検知を日常的に実施するために、スイッチを日常的にON/OFFした場合は、繰り返し動作に対する耐久性の観点からも、機械的スイッチには問題があった。
And the
そこで、機械的スイッチに代わって、半導体スイッチを用いることが検討されている。半導体スイッチを用いることで開閉動作に要する電力を低減させ、繰り返し動作に対する耐久性を向上させることができる。例えば、スイッチ503として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いることが考えられる。しかしながら、太陽電池ストリング502と接続する回路のような大電圧および大電流に耐えるMOSFETには、寄生ダイオードが並列に存在する。そのため、トランジスタ機能によって回路を遮断しても、一方の方向に対して寄生ダイオードによって電流が流れてしまう。そのため、寄生ダイオードの順方向が太陽電池ストリング502から電流が流れる向きとは逆になるように配置することになる。一方、地絡等の故障検出では、完全に回路が遮断され、負荷装置510や他の太陽電池ストリング502からの漏れ電流が入り込まない状態で検査を行うことが望まれる。しかしながら、逆流防止用のダイオード504の逆方向抵抗は、電圧によって異なり、一般に低電圧で低抵抗、高電圧で高抵抗となる。よって、逆流防止用のダイオード504は、通常システムが発電している際の太陽電池ストリングが破損等する程度の大きさの逆電流を遮断することは十分に可能であるが、小さい漏れ電流に対しての遮断効果は期待できない。そのため、例えば、GΩオーダーで絶縁が必要な故障検出では、ダイオード504からの漏れ電流が寄生ダイオードを介して流れ込むことになり、地絡検出等においては高精度な検出が困難になるといった問題があった。また通常、逆流防止用ダイオード504は、太陽電池の片極(図20では正極)にしか装着されていないため、負極側からの漏れ電流を防止することは出来ない問題があった。
Therefore, it has been studied to use a semiconductor switch instead of the mechanical switch. By using a semiconductor switch, power required for opening and closing operations can be reduced, and durability against repeated operations can be improved. For example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) may be used as the
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことが可能な装置および方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has an object to provide an apparatus and a method that can overcome the above-described problems and can electrically disconnect a solar cell from a photovoltaic power generation system while reducing the power required for opening and closing operations. .
本発明の一態様のスイッチング装置は、
配線により接続された、太陽電池と太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング装置であって、
配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の開閉を行う開閉部と、
配線途中で第1の半導体素子と直列に配置され、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする。
The switching device of one embodiment of the present invention includes:
A switching device that performs an opening operation that electrically connects a solar cell and a load device that consumes or converts power generated by the solar cell and a closing operation that is connected by wiring,
The wiring is opened and closed using a first semiconductor element that is arranged in the middle of the wiring and has a transistor portion that performs switching between the source and drain and a diode portion that flows current in a predetermined direction between the source and drain of the transistor portion. An opening and closing part;
A blocking unit using the second semiconductor element, which is arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring and blocks a current flowing through the diode unit included in the first semiconductor element;
It is provided with.
遮断部によって、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断することができる。 The current flowing through the diode part included in the first semiconductor element can be interrupted by the interrupting part.
また、第1と第2の半導体素子として、共に、ソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部を有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用い、
第1と第2の半導体素子は、それぞれが有するダイオード部が逆向きになるように直列に接続されると好適である。
Further, as the first and second semiconductor elements, both MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) having a diode portion for passing a current in a predetermined direction between the source and the drain are used.
It is preferable that the first and second semiconductor elements are connected in series so that the diode portions included in the first and second semiconductor elements are opposite to each other.
また、第1と第2の半導体素子は、ソース側が向き合うように直列に接続されると好適である。 The first and second semiconductor elements are preferably connected in series so that the source sides face each other.
また、第1と第2の半導体素子の少なくとも一方に、エンハンスメント型のMOSFETを用いると好適である。 Further, it is preferable to use an enhancement type MOSFET for at least one of the first and second semiconductor elements.
また、本発明の一態様の太陽電池の故障検知装置は、
上述したスイッチング装置と、
スイッチング装置によって電気的に切り離された太陽電池の故障を検知する検知部と、
を備えたことを特徴とする。
Moreover, the failure detection device for a solar cell according to an aspect of the present invention includes:
A switching device as described above;
A detection unit for detecting a failure of the solar cell electrically disconnected by the switching device;
It is provided with.
また、本発明の一態様の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た複数の太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイと、
複数の太陽電池ストリングとそれぞれ配線によって接続され、複数の太陽電池ストリングにより発電された電力を消費又は変換する負荷装置と、
太陽電池ストリング毎の配線の正極側と負極側の少なくとも一方の途中にそれぞれ配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の前記少なくとも一方の開閉を行う開閉部と、
太陽電池ストリング毎の配線の上述した少なくとも一方の途中で第1の半導体素子と直列にそれぞれ配置され、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする。
In addition, the photovoltaic power generation system of one embodiment of the present invention includes:
A solar cell array in which a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series are connected in parallel;
A load device that is connected to a plurality of solar cell strings by wiring and that consumes or converts the power generated by the plurality of solar cell strings;
A transistor unit that is arranged in the middle of at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the wiring for each solar cell string, and that conducts current in a predetermined direction between the source and drain of the transistor unit and a transistor unit that performs switching between the source and drain An opening / closing part that opens and closes at least one of the wirings using a first semiconductor element having:
A second semiconductor element that is arranged in series with the first semiconductor element in the middle of at least one of the above-described wirings for each solar cell string and that cuts off a current flowing through a diode portion included in the first semiconductor element is used. A blocking section;
It is provided with.
また、第1と第2の半導体素子として、共に、ソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部を有する、デプレション型のMOSFETを用い、
第1と第2の半導体素子は、それぞれが有するダイオード部が逆向きになるように直列に接続され、
第1と第2の半導体素子のそれぞれのトランジスタ部を駆動する電源は、複数の太陽電池ストリングと負荷装置とを接続する配線から供給されるように構成すると好適である。
In addition, as the first and second semiconductor elements, a depletion type MOSFET having a diode portion for passing a current in a predetermined direction between the source and the drain is used.
The first and second semiconductor elements are connected in series so that the diode portions of each of the first and second semiconductor elements are opposite to each other,
It is preferable that the power source for driving each transistor portion of the first and second semiconductor elements is configured to be supplied from wirings connecting the plurality of solar cell strings and the load device.
また、本発明の一態様のスイッチング方法は、
配線により接続された、太陽電池と太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング方法であって、
配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の開動作を行う工程と、
配線途中で第1の半導体素子と直列に配置された第2の半導体素子を用いて、第1の半導体素子によって配線が開に制御された状態において、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する工程と、
を備えたことを特徴とする。
The switching method of one embodiment of the present invention includes:
A switching method for performing an open operation for electrically disconnecting a solar cell and a load device that consumes or converts the power generated by the solar cell connected by wiring and a close operation for connection,
An opening operation of the wiring is performed using a first semiconductor element that is arranged in the middle of the wiring and has a transistor portion that performs switching between the source and the drain and a diode portion that flows current in a predetermined direction between the source and the drain of the transistor portion. A process of performing;
Using the second semiconductor element arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring, the first semiconductor element flows in the diode portion of the first semiconductor element in a state where the wiring is controlled to be opened. Cutting off the current;
It is provided with.
本発明の一態様によれば、開閉動作に要する電力を低減し、かつ耐久性を維持しながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to electrically disconnect a solar cell from a photovoltaic power generation system while reducing power required for opening and closing operations and maintaining durability.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における太陽光発電システムの構成を示す構成図である。図1において、太陽光発電システム500は、太陽光エネルギーを利用して発電するシステムである。太陽光発電システム500は、故障検知装置200と、太陽電池アレイ300と、負荷装置400と、を備えている。電気的に直列に接続された複数の太陽電池モジュール10a〜d(太陽電池の一例)によって太陽電池ストリング12(太陽電池の一例)が構成される。各太陽電池モジュール10は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換し、直流電力として出力するモジュールである。そして、太陽電池アレイ300は、並列に配置された複数の太陽電池ストリング12a〜dによって構成される。複数の太陽電池ストリング12a〜dは、故障検知装置200内部で電気的に並列に接続される。図1の例では、各太陽電池ストリング12が直列に接続された4つの太陽電池モジュール10a〜dによって構成されているが、これに限るものではない。直列数は、2つでも、3つでも、或いは5つ以上であってもよい。適宜設定すればよい。同様に、太陽電池アレイ300は、並列に接続された4つの太陽電池ストリング12a〜dによって構成されているが、これに限るものではない。並列数は、2つでも、3つでも、或いは5つ以上であってもよい。適宜設定すればよい。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the photovoltaic power generation system in the first embodiment. In FIG. 1, a solar
故障検知装置200内には、スイッチ機構100と、スイッチング装置31,33と、検知部36と、制御部38と、ゲートドライブ回路104とが配置される。スイッチ機構100は、複数のスイッチング装置102a〜hによって構成される。各スイッチング装置102の一方側に、太陽電池ストリング12の正極(+)或いは負極(−)が接続される。各スイッチング装置102の他方側に、逆流防止ダイオード20或いは逆流防止ダイオード21が接続される。逆流防止ダイオード20,21は、太陽電池ストリング12から供給される電流が流れる方向が順方向になるように配置される。スイッチング装置102は、太陽電池ストリング12の両極に配置可能な数が配置される。
In the
図1の例では、スイッチング装置102aの一方側に、太陽電池ストリング12aの負極(−)が接続される。スイッチング装置102aの他方側に、逆流防止ダイオード21aが接続される。逆流防止ダイオード21aは順方向が太陽電池ストリング12aの負極(−)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102bの一方に、太陽電池ストリング12aの正極(+)が接続される。スイッチング装置102bの他方に、逆流防止ダイオード20aが接続される。逆流防止ダイオード20aは順方向が太陽電池ストリング12aの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
In the example of FIG. 1, the negative electrode (-) of the
同様に、スイッチング装置102cの一方側に、太陽電池ストリング12bの負極(−)が接続される。スイッチング装置102cの他方側に、逆流防止ダイオード21bが接続される。逆流防止ダイオード21bは順方向が太陽電池ストリング12bの負極(−)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102dの一方に、太陽電池ストリング12bの正極(+)が接続される。スイッチング装置102dの他方に、逆流防止ダイオード20bが接続される。逆流防止ダイオード20bは順方向が太陽電池ストリング12bの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
Similarly, the negative electrode (-) of the
同様に、スイッチング装置102eの一方側に、太陽電池ストリング12cの負極(−)が接続される。スイッチング装置102eの他方側に、逆流防止ダイオード21cが接続される。逆流防止ダイオード21cは順方向が太陽電池ストリング12cの負極(−)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102fの一方に、太陽電池ストリング12cの正極(+)が接続される。スイッチング装置102fの他方に、逆流防止ダイオード20cが接続される。逆流防止ダイオード20cは順方向が太陽電池ストリング12cの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
Similarly, the negative electrode (-) of the
同様に、スイッチング装置102gの一方側に、太陽電池ストリング12dの負極(−)が接続される。スイッチング装置102gの他方側に、逆流防止ダイオード21dが接続される。逆流防止ダイオード21dは順方向が太陽電池ストリング12dの負極(−)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102hの一方に、太陽電池ストリング12dの正極(+)が接続される。スイッチング装置102hの他方に、逆流防止ダイオード20dが接続される。逆流防止ダイオード20dは順方向が太陽電池ストリング12dの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
Similarly, the negative electrode (−) of the
そして、各逆流防止ダイオード20a〜dは、並列に遮断器402に接続される。各逆流防止ダイオード21a〜dは、並列に遮断器404に接続される。そして、遮断器402,404は、それぞれ負荷装置400に接続される。以上のようにして、太陽電池アレイ300の正極(+)側は遮断器402を介して、負極(−)側は遮断器404を介して、それぞれ負荷装置400に接続される。負荷装置400は、複数の太陽電池ストリング12により発電された電力を消費又は変換する。負荷装置400として、例えば、パワーコンディショナー等が挙げられる。太陽電池アレイ300から負荷装置400に供給された直流電力は、負荷装置400内で例えば三相交流電力等に変換され、例えば、商用電力系統等に供給される。
And each
各太陽電池ストリング12の正極(+)側は、スイッチング装置102と並列に分岐して、複数のスイッチで構成されるスイッチング装置31の対応するスイッチに接続される。各太陽電池ストリング12の負極(−)側は、スイッチング装置102と並列に分岐して、複数のスイッチで構成されるスイッチング装置33の対応するスイッチに接続される。そして、スイッチング装置31,33のそれぞれのスイッチは、検知部36に接続される。
The positive electrode (+) side of each
そして、検知部36では、制御部38による制御に基づいて、後述するように故障検知を行う。故障検知は、太陽電池ストリング12毎に実施され、故障検知を行う際、制御部38は、検査対象となる太陽電池ストリング12の両極に接続されたスイッチング装置102が開(OFF)となるようにゲートドライブ回路104に制御信号を送信する。そして、ゲートドライブ回路104は、対応するスイッチング装置102が開(OFF)となるように制御する。その後、制御部38は、検査対象となる太陽電池ストリング12の両極に接続されたスイッチング装置31,33が閉(ON)となるように制御する。かかる動作により、検査対象となる太陽電池ストリング12が太陽光発電システムから電気的に切り離され、検知部36に接続されることになる。なお、図1では、便宜上、複数のスイッチング装置102が直列にゲートドライブ回路104と接続しているように示しているが、各スイッチング装置102は、並列にゲートドライブ回路104から制御信号を受信する。
Then, the
図2は、実施の形態1におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図2において、スイッチング装置102は、2つのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)30,40を組み合わせて使用する。MOSFET30(第1の半導体素子)は、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部34とトランジスタ部34のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部32(寄生ダイオード)とを有する。同様に、MOSFET40(第2の半導体素子)は、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部44とトランジスタ部44のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部42(寄生ダイオード)とを有する。スイッチング装置102として、MOSFETを用いることで、開閉動作に要する電力を低減させることができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the first embodiment. In FIG. 2, the switching device 102 uses two MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) 30 and 40 in combination. The MOSFET 30 (first semiconductor element) includes a
MOSFET30は、太陽電池ストリング12と負荷装置400とを繋ぐ配線途中に配置される。そして、MOSFET30は、かかる配線の開閉を行う開閉部として機能する。MOSFET40は、かかる配線途中でMOSFET30と直列に配置される。そして、MOSFET40は、MOSFET30が有するダイオード部32によって流れる電流を遮断する遮断部として機能する。MOSFET30とMOSFET40は、それぞれが有するダイオード部32,42が逆向きになるように直列に接続される。図2の例では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETを用いる。さらに、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続される。ソース同士が接続されることで、MOSFET30,40のゲートを同電位にすることができる。実施の形態1では、MOSFET30,40を同時駆動する。よって、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御できる。図2では、エンハンスメント型を識別するようにゲート部が点線で示されている。
各太陽電池ストリング12a〜cの両極には、同様のスイッチング装置102a〜fが接続される。図2では、図1の4つの太陽電池ストリング12a〜dのうち、太陽電池ストリング12dについての構成について記載を省略している。かかるMOSFET30とMOSFET40によって構成されるスイッチング装置102によって、配線により接続された、検査対象の太陽電池ストリング12(太陽電池)の一方の極と太陽電池ストリング12により発電された電力を消費又は変換する負荷装置400の対応する一方の極とを電気的に切り離す開動作(OFF)と接続する閉動作(ON)とを行う。
例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断(OFF)する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。このように、MOSFET40は、MOSFET30によって配線が開(OFF)に制御された状態において、MOSFET30が有するダイオード部32によって流れる電流を遮断する。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
For example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断(OFF)する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。このように、MOSFET40は、MOSFET30によって配線が開(OFF)に制御された状態において、負極側と同様、MOSFET30が有するダイオード部32によって流れる電流を遮断する。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
なお、スイッチング装置102a,102bへと印加しているソース・ゲート間電圧をOFFにするタイミングは、同時が望ましいが、ずれても構わない。そして、スイッチング装置102a,102bが共にOFFになり、太陽電池ストリング12aが、他の太陽電池ストリング12b等や負荷装置400と電気的に切り離された後、制御部38の制御の基、スイッチング装置31,33のうち、太陽電池ストリング12aに対応する各スイッチをON(閉)にする。これにより、太陽電池ストリング12aを検知部36に接続することができる。また、検知部36に他の太陽電池ストリング12b等や負荷装置400からの電流等の入流を回避できる。逆に故障検知動作後は、異常がなければ、太陽電池ストリング12aが、他の太陽電池ストリング12b等や負荷装置400と電気的につなげることになる。かかる場合には、まず、制御部38の制御の基、スイッチング装置31,33のうち、太陽電池ストリング12aに対応する各スイッチをOFF(開)にする。その後、スイッチング装置102a,102bへソース・ゲート間電圧を印加すればよい。これにより、太陽電池ストリング12aを発電システムに復帰させることができる。なお、他の太陽電池ストリング12b等用のスイッチング装置102c,d等の開閉動作についても、太陽電池ストリング12aと同様である。
Note that the timing for turning off the source-gate voltage applied to the
図3は、実施の形態1におけるMOSFETの一例を示す断面図である。太陽電池ストリングからは、例えば、数100Vの大電圧が生じる。例えば、500V程度の電圧が生じる。また、数A或いは数10Aの大電流が流れる。例えば、10Aの電流が流れる。実施の形態1では、かかる大電圧および大電流の負荷に耐えるMOSFETを用いる。そのためには、パワー半導体素子である、例えば、縦型のMOSFETを用いると好適である。図3では、例えば、n型の縦型MOSFETの断面の一例が示されている。図3の例では、n型半導体基板にpウェルを形成し、pウェル内にnウェルを形成した構成になっている。そして、nウェルとn型半導体基板との間のpウェル上にゲート(G)が形成されている。また、ソース(S)電極は、ゲートとは反対側のpウェルに跨るようにnウェル上に形成される。ドレイン(D)電極は、n型半導体基板の裏面に形成される。かかるゲート(G)とソース(S)とドレイン(D)によってトランジスタ部が形成される。通常、ゲート(G)にソース・ゲート間電圧を印加すると、ソース(S)とドレイン(D)間のpウェルにnチャネルが形成されることで、ソース(S)とドレイン(D)間に電流が流れることになる。逆に、ゲート(G)にソース・ゲート間電圧を印加しなければ、ソース(S)とドレイン(D)間に電流が流れないことになる。しかしながら、図3に示す構造のように、ソース(S)側の電極がpウェルにも接続する場合、ソース(S)とドレイン(D)間にPN接合が存在する。そのため、図3の例では、かかるPN接合部が、ソース(S)からドレイン(D)に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードとなってしまう。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the MOSFET in the first embodiment. For example, a large voltage of several hundred volts is generated from the solar cell string. For example, a voltage of about 500V is generated. Further, a large current of several A or several 10 A flows. For example, a current of 10 A flows. In the first embodiment, a MOSFET that can withstand such a large voltage and large current load is used. For this purpose, it is preferable to use, for example, a vertical MOSFET, which is a power semiconductor element. In FIG. 3, for example, an example of a cross section of an n-type vertical MOSFET is shown. In the example of FIG. 3, a p-well is formed in an n-type semiconductor substrate, and an n-well is formed in the p-well. A gate (G) is formed on the p-well between the n-well and the n-type semiconductor substrate. The source (S) electrode is formed on the n-well so as to straddle the p-well opposite to the gate. The drain (D) electrode is formed on the back surface of the n-type semiconductor substrate. A transistor portion is formed by the gate (G), the source (S), and the drain (D). Normally, when a source-gate voltage is applied to the gate (G), an n-channel is formed in the p-well between the source (S) and the drain (D), so that the source (S) and the drain (D) are connected. Current will flow. Conversely, if no source-gate voltage is applied to the gate (G), no current flows between the source (S) and the drain (D). However, when the source (S) side electrode is also connected to the p-well as in the structure shown in FIG. 3, a PN junction exists between the source (S) and the drain (D). Therefore, in the example of FIG. 3, such a PN junction becomes a parasitic diode in which the direction from the source (S) to the drain (D) is the forward direction.
よって、スイッチング装置102に、1つのMOSFETだけが配置された場合、上述したように、MOSFETのトランジスタ機能によって回路を遮断しても、一方の方向に対して寄生ダイオードによって電流が流れてしまう。また、寄生ダイオードの順方向が太陽電池ストリング12から電流が流れる向きとは逆になるように配置しても、上述したように、逆流防止用のダイオード20,21の漏れ電流に対しての遮断効果は期待できない。図3では、一例として、縦型MOSFETを示したが、寄生ダイオードが存在するのであれば、横型であっても同様の問題が生じる。以下、実施の形態1の比較例として、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの両極をそれぞれ1つずつのMOSFETによってスイッチ動作を行う場合の問題点について以下、説明する。
Therefore, when only one MOSFET is arranged in the switching device 102, as described above, even if the circuit is shut off by the transistor function of the MOSFET, a current flows through the parasitic diode in one direction. Further, even if the forward direction of the parasitic diode is arranged so as to be opposite to the direction in which the current flows from the
図4は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の一例を示す図である。図4の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの両極をそれぞれ1つずつのMOSFET50によってスイッチ動作を行う場合を示している。MOSFET50には、トランジスタ部54と上述した寄生ダイオードとなるダイオード部52とを有する。両極のMOSFET50は、ダイオード部52の順方向が太陽電池ストリング12から電流が流れる向きとは逆になるように配置されている。また、太陽電池ストリング12aの両極には、同様に、順方向が太陽電池ストリング12から電流が流れる向きとは逆になるように逆流防止用のダイオード20,21が配置されている。図4の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aは、その両極に接続されたMOSFET54がOFFとなり、負荷および他の太陽電池ストリングから解列され、その結果、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも高く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(−)側の電位が、他の太陽電池ストリングの負極(−)側の電位よりも低い場合を示している。かかる場合、検査対象の太陽電池ストリングの正極(+)が、発電中の他の太陽電池ストリングの正極(+)より、高電位であれば、寄生ダイオードがあっても、発電中のシステムから電流は流れないので影響を受けない。同様に、検査対象の太陽電池ストリングの負極が、発電中の太陽電池ストリングの負極より、低電位であれば、寄生ダイオードがあっても、発電中のシステムへと電流は流れないので影響を受けない。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a solar cell array and a switching device as a comparative example of the first embodiment. In the example of FIG. 4, a case is shown where both poles of the
図5は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の他の一例を示す図である。図5の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも高く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(−)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの負極(−)側の電位よりも高い場合を示している。その他の構成は、図4と同様である。かかる場合、検査対象の太陽電池ストリングの正極(+)側は、図4と同様、発電中のシステムから影響を受けない。しかしながら、検査対象の太陽電池ストリングの負極が、発電中の太陽電池ストリングの負極より、高電位であると、寄生ダイオードによって発電中のシステムへと電流が流れてしまうので影響を受ける。かかる影響はブロッキングダイオード21によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。
FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the solar cell array and the switching device, which is a comparative example of the first embodiment. In the example of FIG. 5, the potential on the positive electrode (+) side of the failure detection target
図6は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の他の一例を示す図である。図6の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも低く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(−)側の電位が、他の太陽電池ストリングの負極(−)側の電位よりも低い場合を示している。その他の構成は、図4と同様である。かかる場合、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(−)側は、図4で説明したように、発電中のシステムから影響を受けない。しかしながら、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)が、発電中ストリングの正極より、低電位であると、寄生ダイオードによって発電中のシステムから電流が流れてしまうので発電中のシステムから影響を受ける。この影響はブロッキングダイオード20によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。
FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a solar cell array and a switching device that are comparative examples of the first embodiment. In the example of FIG. 6, the potential on the positive electrode (+) side of the failure detection target
図7は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の他の一例を示す図である。図7の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも低く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(−)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの負極(−)側の電位よりも高い場合を示している。その他の構成は、図4と同様である。かかる場合、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)が、発電中ストリングの正極より、低電位であると、図6で説明したように、寄生ダイオードによって発電中のシステムから電流が流れてしまうので発電中のシステムから影響を受ける。この影響はブロッキングダイオード20によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。そして、検査対象の太陽電池ストリングの負極が、発電中の太陽電池ストリングの負極より、高電位であると、図5で説明したように、寄生ダイオードによって発電中のシステムへと電流が流れてしまうので影響を受ける。かかる影響はブロッキングダイオード21によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of a solar cell array and a switching device that are comparative examples of the first embodiment. In the example of FIG. 7, the potential on the positive electrode (+) side of the failure detection target
そこで、実施の形態1では、図2に示したように、2つのMOSFET30とMOSFET40のそれぞれが有するダイオード部32,42が逆向きになるように直列に接続させる。これにより、寄生ダイオードによる問題を回避できる。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the
以上のように、実施の形態1によれば、開閉動作に要する電力を低減し、かつ耐久性を維持しながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。よって、高精度な地絡検出等が可能になる。
As described above, according to
実施の形態2.
実施の形態1では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態2では、その他の接続方法について説明する。実施の形態2における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the sources of n-type enhancement type FETs are connected as the
図8は、実施の形態2におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図8において、MOSFET30,40として、図2と同様に、n型エンハンスメント型FETを用いる。但し、図8では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態2では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the second embodiment. In FIG. 8, n-type enhancement type FETs are used as the
図9は、実施の形態2におけるMOSFETの外観図の一例である。図9において、MOSFET60の外側には、放熱板62が配置される。そして、かかる放熱板62は、ドレインに接続されている。よって、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板を配置する際に、放熱板同士の絶縁に注意を払う必要が無く、さらに共通化し大型の放熱板を使用することもできるため、デバイスの熱設計が容易になる。
FIG. 9 is an example of an external view of the MOSFET in the second embodiment. In FIG. 9, a
図8において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 8, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the second embodiment, as in the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態3.
実施の形態1では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETを用いたが、これに限るものではない。実施の形態3では、その他のMOSFETを用いる場合について説明する。実施の形態3における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
In the first embodiment, n-type enhancement type FETs are used as the
図10は、実施の形態3におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図10において、MOSFET30,40として、p型エンハンスメント型FETを用いる。そのため、ソース・ゲート間電圧の極性が実施の形態1の場合と逆になる。その他の構成は、図2と同様である。すなわち、図10では、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続されており、このため、ソース・ゲート間電圧を同電位にできるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を共通にできる。言い換えれば、実施の形態3では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the third embodiment. In FIG. 10, p-type enhancement type FETs are used as the
図10において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 10, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態3によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the third embodiment, as in the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態4.
実施の形態3では、MOSFET30,40として、p型エンハンスメント型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態4では、その他の接続方法について説明する。実施の形態4における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
In the third embodiment, the case where the sources of the p-type enhancement type FETs are connected as the
図11は、実施の形態4におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図11において、MOSFET30,40として、図10と同様に、p型エンハンスメント型FETを用いる。但し、図11では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態4では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the fourth embodiment. 11, p-type enhancement type FETs are used as the
また、図9で説明したように、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板同士を接続できるので、素子の放熱性を向上させることができる。
Further, as described with reference to FIG. 9, when the drains are connected to each other, the heat dissipation plates of the
図11において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 11, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the fourth embodiment, as in the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態5.
実施の形態1では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETを用いたが、これに限るものではない。実施の形態5では、その他のMOSFETを用いる場合について説明する。実施の形態5における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
In the first embodiment, n-type enhancement type FETs are used as the
図12は、実施の形態5におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図12において、MOSFET30,40として、n型デプレション型FETを用いる。そのため、OFF動作時において、ソース・ゲート間電圧を印加する。この時、印加電圧は、実施の形態1におけるON動作の時と逆極性の電圧を印加する。その他の構成は、図2と同様である。すなわち、図12では、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続されており、このため、ソース・ゲート間電圧が同電位にできるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を共通にできる。言い換えれば、実施の形態5では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御する。図12では、デプレション型を識別するようにゲート部が実線で示されている。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the fifth embodiment. In FIG. 12, n-type depletion type FETs are used as the
図12において、デプレション型FETは、ゲートに電圧を印加していない状態ではソース・ドレイン間に電流が流れるノーマリONとなる。そのため、各太陽電池ストリング12は、対応するスイッチング装置102のMOSFET30,40の両ゲートに電圧が印加されていなくても発電した電力を負荷装置400へと供給できる。よって、実施の形態5では、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
In FIG. 12, the depletion type FET is normally ON in which a current flows between the source and drain when no voltage is applied to the gate. Therefore, each
図12において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 12, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態5によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the fifth embodiment, similarly to the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態6.
実施の形態5では、MOSFET30,40として、n型デプレション型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態6では、その他の接続方法について説明する。実施の形態6における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
Embodiment 6 FIG.
In the fifth embodiment, the case where the sources of the n-type depletion type FETs are connected as the
図13は、実施の形態6におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図13において、MOSFET30,40として、図12と同様に、n型デプレション型FETを用いる。但し、図13では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態6では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図12と同様である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the sixth embodiment. In FIG. 13, n-type depletion type FETs are used as the
実施の形態6では、図9で説明したように、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板同士を接続できるので、素子の放熱性を向上させることができる。
In the sixth embodiment, as described with reference to FIG. 9, when the drains are connected, the heat dissipation plates of the
また、実施の形態6では、デプレション型FETを用いている。よって、実施の形態6では、実施の形態5と同様、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
In the sixth embodiment, a depletion type FET is used. Therefore, in the sixth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the
図13において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加にする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 13, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加にする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態6によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the sixth embodiment, as in the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態7.
実施の形態5では、MOSFET30,40として、n型デプレション型FETを用いたが、これに限るものではない。実施の形態7では、その他のMOSFETを用いる場合について説明する。実施の形態7における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
Embodiment 7 FIG.
Although the n-type depletion type FET is used as the
図14は、実施の形態7におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図14において、MOSFET30,40として、p型デプレション型FETを用いる。そのため、ソース・ゲート間電圧の極性が、実施の形態5の場合と逆向きになる。その他の構成は、図12と同様である。すなわち、図14では、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続されており、ソース・ゲート間電圧が同電位にできるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を共通にできる。言い換えれば、実施の形態7では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図12と同様である。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the seventh embodiment. In FIG. 14, p-type depletion type FETs are used as the
また、実施の形態7では、デプレション型FETを用いている。よって、実施の形態7では、実施の形態5と同様、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
In the seventh embodiment, a depletion type FET is used. Therefore, in the seventh embodiment, as in the fifth embodiment, the
図14において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 14, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態7によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the seventh embodiment, as in the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態8.
実施の形態7では、MOSFET30,40として、p型デプレション型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態4では、その他の接続方法について説明する。実施の形態8における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
Embodiment 8 FIG.
In the seventh embodiment, the case where the sources of the p-type depletion type FETs are connected as the
図15は、実施の形態8におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図15において、MOSFET30,40として、図14と同様に、p型デプレション型FETを用いる。但し、図15では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態8では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the eighth embodiment. In FIG. 15, p-type depletion type FETs are used as the
また、図9で説明したように、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板同士を接続できるので、素子の放熱性を向上させることができる。
Further, as described with reference to FIG. 9, when the drains are connected to each other, the heat dissipation plates of the
また、実施の形態8では、デプレション型FETを用いている。よって、実施の形態8では、実施の形態5と同様、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
In the eighth embodiment, a depletion type FET is used. Therefore, in the eighth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the
図15において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 15, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、実施の形態8によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the eighth embodiment, similarly to the first embodiment, the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
実施の形態9.
実施の形態1〜8では、MOSFET30,40として、同じ種類のMOSFETを使用する例について説明したが、これに限るものではない。実施の形態9では、MOSFET30,40として、異なる種類のMOSFETを使用する場合について説明する。実施の形態9における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
In the first to eighth embodiments, the example in which the same type of MOSFET is used as the
図16は、実施の形態9におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図16において、MOSFET30として、n型エンハンスメント型FETを用いる。そして、MOSFET40として、p型デプレション型FETを用いる。そして、MOSFET30のソース側と、MOSFET40のドレイン側とが向き合うように直列に接続される。ここでは、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態9では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the ninth embodiment. In FIG. 16, an n-type enhancement type FET is used as the
図16において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30のゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。そして、スイッチング装置102aのMOSFET40のゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(−)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(−)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
In FIG. 16, for example, when the
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30のゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。そして、スイッチング装置102aのMOSFET40のゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
Similarly, in the
以上のように、MOSFET30,40の一方に、エンハンスメント型のMOSFETを用い、他方にデプレション型のMOSFETを用いてもよい。n型エンハンスメント型FETとp型デプレション型FETの組み合わせにすることで、ゲート電圧の符号を正に合わせることができる。
As described above, an enhancement type MOSFET may be used for one of the
以上のように、実施の形態9によれば、異なる種類のMOSFETを使用する場合でも、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。 As described above, according to the ninth embodiment, even when different types of MOSFETs are used, as in the first embodiment, the solar cell is electrically removed from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation. Can be separated.
実施の形態10.
実施の形態1〜9では、図1に示したように、故障検知装置200内に逆流防止用のダイオード20,21を配置したが、これに限るものではない。実施の形態10では、その他の構成について説明する。
In the first to ninth embodiments, as shown in FIG. 1, the
図17は、実施の形態10における太陽光発電システムの構成の一部を示す構成図である。図17において、太陽光発電システム500は、故障検知装置200と、接続箱202,204と、太陽電池アレイ300と、図示しない負荷装置400と、を備えている。図17では、接続箱202内に、各太陽電池ストリング12a〜dの正極(+)側の逆流防止用のダイオード20a〜dと、遮断器402と、遮断器或いは断路器といったスイッチ22a〜dと、が配置された点、接続箱204内に、各太陽電池ストリング12a〜dの正極(+)側の逆流防止用のダイオード21a〜dと、遮断器404と、遮断器或いは断路器といったスイッチ24a〜dと、が配置された点、以外は、図1と同様である。図17に示すように、接続箱202,204を故障検知装置200とは別に用意してもよい。
FIG. 17 is a configuration diagram illustrating a part of the configuration of the photovoltaic power generation system according to the tenth embodiment. In FIG. 17, the photovoltaic
図18は、各実施の形態における検知部の内部構成の一例を示す図である。まず、複数の太陽電池ストリングの中から一の太陽電池ストリング12aを選択する(S1)。続いて、選択した一の太陽電池ストリング12aの正極側と負極側とに対応する解列用のスイッチング装置102a,102bをオフにする。これにより、当該太陽電池ストリング12aを太陽光発電システム500から電気的に切り離して解列し、解列状態とする(S2)。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a detection unit in each embodiment. First, one
続いて、解列状態の太陽電池ストリング12aにおける正極側と負極側とに接続するスイッチング装置31,33を閉(ON)にし、この太陽電池ストリング12aを検知部36に接続する(S3)。続いて、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、図18に示す正極側スイッチ素子8xをオンにすると共に負極側スイッチ素子8yをオフにし、正極側のみを検出抵抗9の他方側に接続すると共に負極側を解放する(S4)。この状態で、電圧検出器6により検出抵抗9の第1電圧降下値とその符号とを測定する(S5)。スイッチ素子8は、制御部38からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。
Subsequently, the
また、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、正極側スイッチ素子8xをオフ状態にすると共に負極側スイッチ素子8yをオンにし、負極側のみを検出抵抗9の他方側に接続すると共に正極側を解放する(S6)。この状態で、電圧検出器6により検出抵抗9の第2電圧降下値とその符号とを測定する(S7)。
Further, for the
さらに、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yの両方をオフにし、検出抵抗9に対して非接続とする(切り離す)。この状態で、電圧検出器6により太陽電池ストリング103の極間電圧値とその符号とを測定する(S8,9)。なお、上記S4,5と上記S6,7と上記S8,9とは、互いに順不同であり、上記S6,7を最初に実施してもよいし、上記S8,9を最初に実施してもよい。
Further, for the
続いて、制御部38は、測定した第1及び第2電圧降下値、極間電圧値、及びこれらの符号を用いて、絶縁抵抗値を演算する(S10)。具体的には、以下の式(1)を用いて、絶縁抵抗値Rleakを算出する。
(1) Rleak=Rd×|V0/(V1−V2)|−Rd
Then, the
(1) R leak = R d × | V 0 / (V 1 −V 2 ) | −R d
但し、
Rd:検出抵抗9の抵抗値、
V0:極間電圧値
V1:第1電圧降下値
V2:第2電圧降下値
However,
R d : resistance value of the
V 0 : Inter-electrode voltage value V 1 : First voltage drop value V 2 : Second voltage drop value
続いて、制御部38は、演算した絶縁抵抗値Rleakと、予め設定された基準抵抗値とを比較し、地絡判定を行う(S11)。具体的には、演算した絶縁抵抗値Rleakが基準抵抗値以上であれば、「地絡無し」と判定する一方、絶縁抵抗値Rleakが基準抵抗値未満であれば、「地絡あり」と判定する。
Subsequently, the
続いて、地絡判定結果が「地絡無し」であれば、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、解列用のスイッチング装置102a,102bをオン状態にして太陽光発電システム500に接続すると共に、測定用のスイッチング装置31,33をオフにして検知部36から切り離す。
Subsequently, if the ground fault determination result is “no ground fault”, the
以上のように、太陽電池アレイ300内の地絡検出の際、太陽電池アレイ300を構成する太陽電池ストリング12を太陽光発電システム500から解列し、そして、この解列状態の太陽電池ストリング12の地絡を検出する。このように、地絡検出対象を小さい単位として地絡を検出することから、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ(つまり、地絡検出対象の電路を短くし、及び総面積を小さくすることができ)、対地静電容量により流れる電流の悪影響が地絡検出に及ぶのを抑制することが可能となる。
As described above, when detecting a ground fault in the
さらに、地絡検出時に太陽電池ストリング12がパワーコンディショナー等の負荷装置400に対して電気的に切り離されることとなり、よって、当該パワーコンディショナーに起因して発生するノイズの悪影響が地絡検出に及ぶのをも抑制することができる。従って、本実施形態によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
Furthermore, the
上述した各実施の形態では、検知部36を、太陽電池ストリング12の正極(+)側および負極側の双方に接続する場合について説明したが、これに限定する必要はなく、正極(+)側または負極側に接続する構成としても良い。
In each of the above-described embodiments, the case where the
図19は、各実施の形態における検知部の内部構成の別の一例を示す図である。図19において、検知部36は、第1接地電路81A、第1抵抗84A、第1直流電源82A及び第1電流計86Aを含む第1測定系と、第2接地電路81B、第2抵抗84B、第2直流電源82B及び第2電流計86Bを含む第2測定系と、を有している。
FIG. 19 is a diagram illustrating another example of the internal configuration of the detection unit in each embodiment. In FIG. 19, the
第1接地電路81Aは、その一方側が大地Gに接続されている。また第1接地電路81Aは、その他方側が、検知対象となる太陽電池ストリング12aの正極(+)側の配線(電路)に接続可能とされている。具体的には、第1接地電路81Aの他方側は、第1スイッチ部80A及びスイッイング装置31を介して、太陽電池ストリング12aの正極(+)側の配線に接続されている。
One side of the first grounding
第1スイッチ部80Aは、太陽電池ストリング12aに対する第1接地電路81Aの電気的な接続/非接続を切り替えるものである。第1スイッチ部80Aとしては、FET等の半導体スイッチや、リレースイッチ等の機械式スイッチを用いることができる。この第1スイッチ部80Aは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。
The
第1抵抗84Aは、第1接地電路81A上において第1スイッチ部80Aと大地Gとの間に設けられている。この第1抵抗84Aの抵抗値Rdは、地絡発生時の安全性の観点から所定下限値以上とされ、且つ、測定値の測定容易性の観点から所定上限値以下とされている(以下の第1抵抗84Bにおいて同様)。
The
第1直流電源82Aは、第1接地電路81A上において第1スイッチ部80Aと第1抵抗84Aとの間(第1抵抗84Aよりも太陽電池ストリング12a側)に設けられている。つまり、第1直流電源82Aは、その負極側としての一方側が第1抵抗84Aに接続され、その正極側としての他方側が第1スイッチ部80Aを介して太陽電池ストリング12aの正極側に接続されている。この第1直流電源82Aは、太陽電池ストリング12aの正極側に対し正電圧の直流電圧(DC電圧)を印加する。ここでは、第1直流電源82Aは、第1直流電圧値V1の直流電圧を印加する。
The first
第1直流電圧値V1は、地絡検出の感度向上の観点から所定下限値以上とされ、且つ、測定対象の太陽電池回路を破損防止する観点から所定上限値以下とされている(以下の直流電圧値において同様)。この第1直流電源82Aは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第1直流電圧値V1を印加する。
The first DC voltage value V 1 is set to a predetermined lower limit value or more from the viewpoint of improving the sensitivity of ground fault detection, and is set to a predetermined upper limit value or less from the viewpoint of preventing damage to the solar cell circuit to be measured (the following Same for DC voltage value). The first
第1電流計86Aは、第1接地電路81A上において第1抵抗84Aと大地Gとの間に設けられている。この第1電流計86Aは、第1接地電路81Aにて第1抵抗84Aを介して流れる漏れ電流値としての第1電流値(第1測定値)I1を測定する。また、第1電流計86Aは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第1直流電圧値V1の測定を実行する。第1電流計86Aとしては、例えばホール素子を利用した直流零相電流検出器等が用いられる。
The
他方、第2接地電路81Bは、その一方側が大地Gに接続されている。また第2接地電路81Bは、その他方側が太陽電池ストリング12aの正極の配線(電路)に接続可能とされている。具体的には、第2接地電路81Bの他方側は、第2スイッチ部80B及びスイッチング装置31を介して、太陽電池ストリング12aの正極側の配線に接続されている。
On the other hand, the second grounding
第2スイッチ部80Bは、太陽電池ストリング12aに対する第2接地電路81Bの電気的な接続/非接続を切り替えるものである。第2スイッチ部80Bとしては、第1スイッチ部80Aと同様に、FET等の半導体スイッチや、リレースイッチ等の機械式スイッチを用いることができる。この第2スイッチ部80Bは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。
The
第2抵抗84Bは、第2接地電路81B上において第2スイッチ部80Bと大地Gとの間に設けられている。この第2抵抗84Bの抵抗値は、第1抵抗84Aと等しい抵抗値Rdにすると好適である。
The
第2直流電源82Bは、第2接地電路81B上において第2スイッチ部80Bと第1抵抗84Bとの間(第2抵抗22Bよりも太陽電池ストリング12a側)に設けられている。つまり、第2直流電源82Bは、その負極側としての一方側が第2抵抗84Bに接続され、その正極側としての他方側が第2スイッチ部80Bを介して太陽電池ストリング12aの正極側に接続されている。この第2直流電源82Bは、太陽電池ストリング12aの正極側に対し正電圧の直流電圧(DC電圧)を印加する。ここでは、第2直流電源82Bは、第2直流電圧値V2の直流電圧を印加する。
The second
第2直流電圧値V2は、第1直流電圧値V1とは異なる電圧値とされている。この第2直流電源82Bは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第2直流電圧値V2を印加する。
Second DC voltage V 2 is different from the voltage value from the first DC voltage value V 1. The second
第2電流計86Bは、第2接地電路81B上において第2抵抗84Bと大地Gとの間に設けられている。この第2電流計86Bは、第2接地電路81Bにて第2抵抗84Bを介して流れる漏れ電流値としての第2電流値(第2測定値)I2を測定する。また、第2電流計86Bは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第2直流電圧値V2の測定を実行する。第2電流計86Bとしては、第1電流計24Aと同様に、例えばホール素子を利用した直流零相電流検出器等が用いられる。
The
図19に示すように、第1直流電源82Aから第1直流電圧値V1が印加される電圧印加箇所と、第2直流電源82Bから第2直流電圧値V2が印加される電圧印加箇所とは、少なくとも太陽電池ストリング12aの定格出力想定時において電位が互いに等しくなっている。換言すると、第1及び第2所定箇所は、設計上の電位が互いに等しくされている。
As shown in FIG. 19, a voltage application location where the first DC voltage value V 1 is applied from the first
また、制御部38は、測定結果に基づき演算を実施し、地絡箇所Tの絶縁抵抗値RL及び電位VLを検出すると共に地絡の有無を検出(判定)する地絡検出機能を有している。
Further, the
まず、第1スイッチ部80Aをオンとし、第1接地電路81Aを太陽電池ストリング12aの正極側と接続すると共に、第2スイッチ部80Bをオフのままとし、第2接地電路81Bを太陽電池ストリング12aの正極側と非接続にする。これと共に、第1直流電源82Aにより、太陽電池ストリング12aの正極側に正電圧の第1直流電圧値V1を印加する。この状態で、第1接地電路81Aにて流れる第1電流値I1を電流計86Aにより測定する。
First, the
続いて、第1スイッチ部80Aをオフとし、第1接地電路81Aを太陽電池ストリング12aの正極側と非接続にすると共に、第2スイッチ部80Bをオンとし、第2接地電路81Bを太陽電池ストリング12aの正極側と接続する。これと共に、第2直流電源82Bにより、太陽電池ストリング12aの正極側に正電圧の第2直流電圧値V2を印加する。この状態で、第1接地電路81Bにて流れる第2電流値I2を電流計86Bにより測定する。
Subsequently, the
続いて、第1及び第2電流値I1,I2の変化に基づいて、地絡の有無を判定する。すなわち、以下の式(2)により第1及び第2電流値I1,I2から絶縁抵抗値RLを演算し検出する。
(2) RL=(V1−V2)/(I1−I2)
−(Rd2×I2−Rd1×I1)/(I1−I2)
Subsequently, the presence / absence of a ground fault is determined based on changes in the first and second current values I 1 and I 2 . That is, the insulation resistance value R L is calculated and detected from the first and second current values I 1 and I 2 according to the following equation (2).
(2) R L = (V 1 −V 2 ) / (I 1 −I 2 )
− (R d2 × I 2 −R d1 × I 1 ) / (I 1 −I 2 )
また、以下の式(3)により第1及び第2電流値I1,I2から地絡箇所Tの電位VLを演算し検出する。
(3) VL=(V1・I2−V2・I1+I1・I2×(Rd2―Rd1))/(I1−I2)
Further, the potential V L of the ground fault location T is calculated and detected from the first and second current values I 1 and I 2 by the following equation (3).
(3) V L = (V 1 · I 2 −V 2 · I 1 + I 1 · I 2 × (R d2 −R d1 )) / (I 1 −I 2 )
そして、演算した絶縁抵抗値RLと、予め設定されている基準抵抗値とを比較し、太陽電池ストリング12aの地絡判定を行う。具体的には、絶縁抵抗値RLが基準抵抗値よりも小さい場合、「地絡あり」と判定する一方、絶縁抵抗値RLが基準抵抗値以上の場合、「地絡無し」と判定する。
Then, the calculated insulation resistance value RL is compared with a preset reference resistance value to determine the ground fault of the
従って、本実施形態によれば、低コストで精度よく地絡を検出することが可能となる。また、地絡を検出するに当たって短絡動作が必要とされず、安全性を高めることも可能となる。さらには、例えば零相電流検出法による地絡検出の場合のように、地絡検出に事故電流の発生が前提となっていないため、当該事故電流の発生を抑制することが可能となる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to detect a ground fault with low cost and high accuracy. Moreover, when detecting a ground fault, a short circuit operation is not required, and safety can be improved. Furthermore, since the occurrence of an accident current is not a prerequisite for ground fault detection, as in the case of ground fault detection by the zero-phase current detection method, for example, the occurrence of the accident current can be suppressed.
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した例では、遮断部として機能する半導体素子として、MOSFET40を用いたが、これに限るものではない。代わりに、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等を用いても好適である。遮断部として用いるIGBTは、MOSFETに比べ高耐圧の要求、高電流を遮断するときに有効で、更に、高耐圧の要求、高電流の遮断を要求される場合は、SCR(Silicon Controlled Rectifier)又は、GTO(Gate Turn Off Thyristor)を用いることが有効である。更に、上記のMOSFET、IGBT、SCR、GTOは、シリコンで構成されるが、シリコンよりもスイッチング性能の良いと言われている炭化ケイ素で構成したものであっても構わない。更に、他のスイッチング速度を高めるには、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムアルミニウム等の化合物半導体のスイッチング素子を用いることも可能である。また、上述した故障検知の手法は、一例であって、図18、図19で説明したものに限るものではない。その他の地絡等の故障検知手法を用いてもよい。
The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, in the above-described example, the
また、上述した各実施形態においては、正極側と負極側の両方を切断する場合について説明したが、検知方法によっては、何れか一方極のみ切断する構成としても良い。 Moreover, in each embodiment mentioned above, although the case where both the positive electrode side and the negative electrode side were cut | disconnected was demonstrated, it is good also as a structure which cut | disconnects only any one pole depending on the detection method.
また、上述した各実施形態においては、正極側と負極側の両方に逆流防止ダイオードを使用する構成について説明したが、正極側または負極側の何れか一方極のみに使用する構成としても良い。 Moreover, in each embodiment mentioned above, although the structure which uses a backflow prevention diode for both the positive electrode side and the negative electrode side was demonstrated, it is good also as a structure used only for either the positive electrode side or the negative electrode side.
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。 In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used.
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのスイッチング装置、故障検知装置、太陽光発電システム、及びスイッチング方法は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all switching devices, failure detection devices, solar power generation systems, and switching methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
6 電圧検出器
8 スイッチ素子
9 検出抵抗
10 太陽電池モジュール
12,502 太陽電池ストリング
20,21,504 ダイオード
30,40,50 MOSFET
31,33 スイッチング装置
32,42,52 ダイオード部
34,44,54 トランジスタ部
36 検知部
38 制御部
80 スイッチ部
81 接地電路
84 抵抗
82 直流電源
86 電流計
100 スイッチ機構
102 スイッチング装置
104 ゲートドライブ回路
200 故障検知装置
202,204,508,509 接続箱
300,501 太陽電池アレイ
400,510 負荷装置
402,404,506 遮断器
500 太陽光発電システム
503 スイッチ
6 Voltage detector 8
31, 33
Claims (8)
前記配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部と前記トランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて前記配線の開閉を行う開閉部と、
前記配線途中で前記第1の半導体素子と直列に配置され、前記第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とするスイッチング装置。 A switching device that performs an opening operation for electrically disconnecting a solar cell and a load device that consumes or converts the power generated by the solar cell and a closing operation that are connected by wiring,
The first semiconductor element having a transistor portion arranged in the middle of the wiring and switching between a source and a drain and a diode portion for passing a current in a predetermined direction between the source and the drain of the transistor portion is used. An opening / closing part for opening and closing;
A blocking section using a second semiconductor element, which is arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring and blocks a current flowing through a diode section included in the first semiconductor element;
A switching device comprising:
前記第1と第2の半導体素子は、それぞれが有する前記ダイオード部が逆向きになるように直列に接続されることを特徴とする請求項1記載のスイッチング装置。 As the first and second semiconductor elements, both MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) having a diode portion for passing a current in a predetermined direction between the source and the drain are used.
2. The switching device according to claim 1, wherein the first and second semiconductor elements are connected in series so that the diode portions of the first and second semiconductor elements are in opposite directions.
前記スイッチング装置によって電気的に切り離された前記太陽電池の故障を検知する検知部と、
を備えたことを特徴とする太陽電池の故障検知装置。 A switching device according to any one of claims 1 to 4,
A detection unit for detecting a failure of the solar cell electrically disconnected by the switching device;
A failure detection device for a solar cell, comprising:
前記複数の太陽電池ストリングとそれぞれ配線によって接続され、前記複数の太陽電池ストリングにより発電された電力を消費又は変換する負荷装置と、
太陽電池ストリング毎の前記配線の正極側と負極側の少なくとも一方の途中にそれぞれ配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部と前記トランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて前記配線の前記少なくとも一方の開閉を行う開閉部と、
太陽電池ストリング毎の前記配線の前記少なくとも一方の途中で前記第1の半導体素子と直列にそれぞれ配置され、前記第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 A solar cell array in which a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series are connected in parallel;
A load device connected to each of the plurality of solar cell strings by wiring and consuming or converting the power generated by the plurality of solar cell strings;
A transistor part that is arranged in the middle of at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the wiring for each solar cell string, and allows current to flow in a predetermined direction between the source and drain of the transistor part An opening / closing part for opening / closing at least one of the wirings using a first semiconductor element having a diode part;
A second semiconductor element arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring for each solar cell string and blocking a current flowing through a diode portion included in the first semiconductor element; The blocking part used,
A photovoltaic power generation system characterized by comprising:
前記第1と第2の半導体素子は、それぞれが有する前記ダイオード部が逆向きになるように直列に接続され、
前記第1と第2の半導体素子のそれぞれの前記トランジスタ部を駆動する電源は、前記複数の太陽電池ストリングと前記負荷装置とを接続する配線から供給されることを特徴とする請求項6記載の太陽光発電システム。 As the first and second semiconductor elements, both use a depletion type MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) having a diode part for passing a current in a predetermined direction between the source and the drain,
The first and second semiconductor elements are connected in series so that the diode portions included in each of the first and second semiconductor elements are opposite to each other,
The power source for driving each of the transistor portions of the first and second semiconductor elements is supplied from a wiring connecting the plurality of solar cell strings and the load device. Solar power system.
前記配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部と前記トランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて前記配線の開動作を行う工程と、
前記配線途中で前記第1の半導体素子と直列に配置された第2の半導体素子を用いて、前記第1の半導体素子によって前記配線が開に制御された状態において、前記第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する工程と、
を備えたことを特徴とするスイッチング方法。 A switching method that performs an opening operation for electrically disconnecting a solar cell and a load device that consumes or converts the power generated by the solar cell and a closing operation that are connected by wiring;
The first semiconductor element having a transistor portion arranged in the middle of the wiring and switching between a source and a drain and a diode portion for passing a current in a predetermined direction between the source and the drain of the transistor portion is used. A process of performing an opening operation;
In the state where the wiring is controlled to be opened by the first semiconductor element using the second semiconductor element arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring, the first semiconductor element is Cutting off the current flowing by the diode part having,
A switching method comprising:
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