JP3754898B2 - 太陽光発電用集電箱、太陽光発電装置および制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電用集電箱、太陽光発電装置およびその制御方法に関し、特に、建物の屋根などに配置された、複数の太陽電池パネルが直列接続された太陽電池ストリングから構成される、太陽電池アレイを有する太陽光発電装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力需要の増加に伴い、大規模発電所を補完する役割をもつ商用電力系統へ連系可能な太陽光発電システムが普及してきている。しかしながら、現在、系統連係型の太陽光発電システムを運用するには、安全性を常に厳しく確保しておかなければならない。また、発電システムを商用電力系統に連系せず、独立に使用する場合においても同様に、厳しい安全性確保を常に行うことが好ましい。太陽光発電システムを、今後一層、一般家庭に普及させるには、使用者に意識させることなく、安定的に電力を供給し、ことさら安全な状態にしておくことが必要であり、そのような機能をもったシステムが必要になる。
【０００３】
図７は太陽光発電システムの構成例を示す図である。このシステムは、直流電源である太陽電池アレイ１０１、太陽電池アレイ１０１の出力を集電する集電箱１０２、電力変換装置であるパワーコンディショナ１０３、および負荷１０４より構成されている。パワーコンディショナ１０３には、入出力が非絶縁のインバータ１０６、連系保護用のリレー１０７が設けられている。
【０００４】
太陽電池アレイ１０１の出力電圧は、太陽光発電システムとして必要な電圧が得られる様に適宜構成すればよい。個人住宅向けの３ｋＷ出力、単相２００Ｖに連系する太陽光発電システムでは、パワーコンディショナ１０３の変換効率や、開放電圧での最大電圧を考慮すると、パワーコンディショナ１０３の入力電圧（動作電圧）が２００Ｖ程度になるように、太陽電池アレイ１０１が構成されることが好ましい。なお、図７に示す構成では、太陽電池アレイ１０１、または、太陽電池アレイ１０１からパワーコンディショナ１０３の間の電路に異常が発生した時は、インバータ１０６の動作を停止し、連系保護用のリレー１０７を開くように動作する。
【０００５】
また、特公昭６１−１８４２３号公報には、図８に示す如くパワーコンディショナ１０３の停止時には太陽電池アレイ１０１の出力を短絡する構成が開示されている。図８の構成であれば、太陽電池アレイ１０１の地絡異常が検出された時に短絡開閉器１１１を閉じることで、太陽電池アレイ１０１の出力電圧を０Ｖとすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示す構成では、地絡などの異常が発生してパワーコンディショナ１０３の運転を停止しても、修理者が修理を行うまで太陽電池アレイ１０１の出力電圧は、太陽電池のストリング数（太陽電池パネルの直列数）分の開放電圧を発生した状態が持続される。
【０００７】
太陽電池のストリングの出力電圧を予め低い電圧、言い換えればストリング数を抑えて太陽光発電システムを構成することも可能であるが、２００Ｖ系統へ連系する場合、パワーコンディショナ１０３の昇圧比が大きくなることによる変換効率の悪化を招いてしまう。また、図７の構成では、一つのストリングに異常が発生した場合でも、太陽光発電システム全体の運転を停止しなければならないという欠点もある。図８に示す構成も、異常発生時にはシステム全体を停止しなければならないことは同様である。
【０００８】
また、太陽電池アレイ１０１と集電箱１０２を接続するケーブルが損傷することにより地絡が発生した場合などは、短絡電流がケーブル損傷部に流れ続け、損傷部が過熱するという問題もある。
【０００９】
本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するためのもので、変換効率の悪化を招くことがなく、太陽光発電システムの安全性を確保することを目的とする。また、太陽電池アレイの一部で地絡が発生した場合に、太陽光発電システム全体の運転を停止する必要をなくすことを他の目的とする。さらに、太陽電池アレイと集電箱を接続するケーブルが激しく損傷した場合に、損傷部の過熱を防ぐことを他の目的とする。
なお、本発明の特徴及び効果については、以下において、図面等によりさらに詳しく説明する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決する為に、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングの異常を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、前記太陽電池ストリングの途中に設けられ該検出器からの異常検出信号により開状態に遷移する少なくとも一つの中間開閉器とを備えている太陽光発電用集電箱を提案する。
【００１１】
前記検出器は異常として少なくとも地絡を検出することが望ましく、前記太陽電池ストリング毎に切り離し可能なストリング開閉器を有し、前記検出器の異常検出信号により前記ストリング開閉器も開放することが望ましく、前記中間開閉器が前記ストリング開閉器より遅れて開放することが可能であり、前記異常検出信号を所定時間遅延する遅延器をさらに備え、前記異常検出信号は、前記ストリング開閉器へ直接供給され、前記中間開閉器へは前記遅延器を介して供給されることが好ましく、前記検出器から異常検出信号が出力されると警報を発する警報器を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングの途中に設けた複数の中間開閉器、断路器のうちから選定したいずれか一方を有し、選定されたそのいずれか一方が、同時に開閉可能である太陽光発電用集電箱であってもよい。
【００１３】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングの地絡を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、前記異常検出信号により開状態に遷移する少なくとも一つの開閉器とを有し、前記少なくとも一つの開閉器が前記太陽電池ストリングの途中に設けられている太陽光発電装置を提案する。この太陽光発電装置の場合、前記少なくとも一つの開閉器は複数ある場合にそれらが同時に開閉可能なことが望ましく、前記検出器および少なくとも一つの開閉器は、前記太陽電池ストリングから分離された集電箱に格納されていてもよい。
【００１４】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリング毎にその地絡を検出すると異常検出信号を出力する複数の検出器と、前記異常検出信号により開状態に遷移する第一の開閉器とを有し、前記複数の太陽電池ストリングは、並列に接続されており、前記第一の開閉器は、前記複数の太陽電池ストリングのそれぞれの途中に設けられている太陽光発電装置を提案する。
【００１５】
この太陽光発電装置の場合、前記太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ための第二の開閉器を備え、前記第二の開閉器は前記異常検出信号により開状態に遷移することが望ましく、前記異常検出信号を所定時間遅延する遅延器をさらに備え、前記異常検出信号は、前記第二の開閉器へ直接供給され、前記第一の開閉器へは前記遅延器を介して供給されることが望ましい。また、前記複数の検出器および第一の開閉器は、前記太陽電池ストリングから分離された集電箱に格納されていることが好ましく、前記第一の開閉器は複数ある場合にそれらが同時に開閉可能であることが好ましい。
【００１６】
また、上記いずれの太陽光発電装置の場合も、前記検出器から異常検出信号が出力されると警報を発する警報器を備えることが好ましい。
【００１７】
上記構成において、太陽電池アレイの異常時に、異常ストリングの中間に設けた開閉器を開くことにより、異常の発生した太陽電池ストリングの開放電圧を引き下げ、設置した建物の安全性、または故障した太陽電池ストリングの修理を行う作業者の安全性を高めるものである。
【００１８】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングの途中に設けられた少なくとも一つの開閉器とを有する太陽光発電装置の制御方法において、前記太陽電池ストリングの地絡を検出すると、前記少なくとも一つの開閉器を開状態に遷移させる太陽光発電装置の制御方法を提案する。
【００１９】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、少なくとも一つの第一の開閉器とを有し、前記複数の太陽電池ストリングは並列に接続されており、前記第一の開閉器は前記複数の太陽電池ストリングそれぞれの途中に設けられている太陽光発電装置の制御方法において、前記太陽電池ストリング毎に、その地絡を検出し、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた前記第一の開閉器を開状態に遷移させる太陽光発電装置の制御方法を提案する。
【００２０】
前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太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ための第二の開閉器を開状態に遷移させるステップをさらに含むことが望ましく、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、前記第二の開閉器は直ちに開状態に遷移され、前記第一の開閉器は所定時間後に開状態に遷移されることが望ましい。
【００２１】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングの途中に設けられた少なくとも一つの開閉器とを有する太陽光発電装置の制御方法を実行可能なプログラムにおいて、コンピューターに、前記太陽電池ストリングの地絡を検出するステップと、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた少なくとも一つの開閉器を開状態に遷移させるステップとをこの順に実行させるためのプログラムであってもよい。
【００２２】
また、本発明は、複数の太陽電池パネルが直列に接続された、複数の太陽電池ストリングと、少なくとも一つの第一の開閉器とを有し、前記複数の太陽電池ストリングは並列に接続されており、前記第一の開閉器は前記複数の太陽電池ストリングのそれぞれの途中に設けられている太陽光発電装置の制御方法を実行可能なプログラムにおいて、コンピューターに、前記太陽電池ストリング毎に、その地絡を検出するステップと、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた前記第一の開閉器を開状態に遷移させるステップとをこの順に実行させるためのプログラムであってもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態としては、後述する中間開閉器を開閉する前に、あらかじめ太陽電池ストリングを太陽光発電システムから切り離し、中間開閉器に電流が流れていない状態で中間開閉器を開閉するように構成してもよい。このように構成することにより、中間開閉器に電流遮断能力の低い開閉器を使用することができる。
【００２４】
また、本発明の実施の形態として、複数の太陽電池パネルを直列に接続した太陽電池ストリングと太陽電池ストリングの中間に設けた後述する、複数の中間開閉器を有し、これら複数の中間開閉器が手動、自動で同時に開閉可能に構成した太陽光発電装置の集電箱としてもよい。このような構成において、太陽電池アレイの異常時に、異常な太陽電池ストリングの中間に設けた複数の中間開閉器を同時に開くことにより、一部の中間開閉器の切り忘れを防ぎ、太陽電池ストリングを確実かつ安全にサブストリングに分割することができる。また、中間開閉器の投入の際にも、複数の中間開閉器を同時に閉じることができ、一部の中間開閉器の入れ忘れを防ぐことができる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１について、図１および図２を用いて説明する。図２は実施例１に係る集電箱を用いた太陽光発電システムの模式図である。図１は、図２の点線で囲まれた太陽電池アレイ１と、実施例１に採用された集電箱２とが含まれる箇所を詳細に示す図である。実施例１に係る太陽光発電システムは、太陽電池アレイ１、集電箱２、パワーコンディショナ３、負荷へ電力を供給するためのアウトレット４、売買電メータ箱５、および配電盤６などで構成されている。以下、図１および図２中の構成要素について、順を追って説明する。
【００２６】
＜主要構成要素＞
太陽電池アレイ１
太陽電池アレイ１は、複数の太陽電池パネルを直列に接続してなる複数の太陽電池ストリング１−１，１−２，１−３，１−４を並列に接続して構成される。太陽電池パネルとしては、光電変換部にアモルファスシリコン系を用いたものや多結晶シリコン、結晶シリコンを用いたものが好適に使用される。太陽電池パネルの直列数は、太陽光発電システムとして必要な電圧が得られる様に適宜構成すればよいが、通常、個人住宅向けのシステムで２００Ｖの商用電力系統へ連系する場合には、太陽電池ストリングは２００Ｖ程度の電圧が出せるように構成されることが好ましい。
【００２７】
太陽電池ストリング１−１〜１−４
太陽電池アレイ１は、同じ構成の四つの太陽電池ストリング１−１，１−２，１−３，１−４の並列接続によって構成される。また、それぞれの太陽電池ストリング１−１〜１−４は、後に詳述するように、４枚のパネルを１組とした４組のサブストリングからなっており、計１６枚の太陽電池パネルの直列接続によって構成されている。図１において、太陽電池ストリング１−２〜１−４の構成は、太陽電池ストリング１−１と同様なので、太陽電池パネル１〜１６の図示を省略してある。
【００２８】
集電箱２
太陽電池アレイ１を構成する各太陽電池ストリング１−１〜１−４の出力は集電箱２で集電される。集電箱２は、使用者または点検者が点検可能な箇所に設置される。集電箱２内には以下に記述する中間開閉器２−１、ストリング開閉器２−２、地絡異常検出器２−３、逆流防止ダイオード２−４、および主開閉器２−５などが収納されている。
【００２９】
中間開閉器２−１
各太陽電池ストリングを複数個のサブストリングに区分けして、そのサブストリング間に第一の開閉器である中間開閉器２−１が配置される。実施例１における中間開閉器２−１は、リモートコントロール可能な入力端子を有し、外部信号によりトリップ可能なタイプを使用する。この中間開閉器２−１は、外部からのトリップ信号、または手動で開放可能であり、投入は手動で行う。なお、実施例１における中間開閉器２−１は、太陽電池ストリングの流し得る最大の電流を通電、遮断する能力をもつものを使用しなければならない。
【００３０】
ストリング開閉器２−２
各太陽電池ストリング１−１〜１−４毎に第二の開閉器であるストリング開閉器２−２が設けられる。ストリング開閉器２−２は、リモートコントロール可能な入力端子を有し、外部信号によりトリップ可能なタイプを使用する。ストリング開閉器２−２は、外部のトリップ信号、または手動で開放可能であり、投入は手動で行う。ストリング開閉器２−２は、太陽電池ストリング１−１〜１−４の保守点検時、あるいは一部の太陽電池パネルに不具合が生じたときに、回路から不具合ストリングを切り離すために設置する。なお、実施例１におけるストリング開閉器２−２は、太陽電池ストリングの流し得る最大の電流を通電、遮断する能力をもつものを使用しなければならない。
【００３１】
地絡異常検出器２−３
各太陽電池ストリング１−１〜１−４毎に地絡異常検出器２−３が設けられる。地絡異常検出器２−３は、正負２本のケーブルにクランプしたクランプ型電流センサで、２本のケーブルに流れる差電流量を検出する。これらの電流センサは、電線を切断せずに電流を測定して電圧に変換するものである。なお、実施例１における地絡異常検出器２−３としては、差電流が所定値以上であれば異常検出信号を出力するタイプのものを使用した。
【００３２】
逆流防止ダイオード２−４
太陽電池ストリング１−１〜１−４毎に逆流防止ダイオード２−４が設けられる。太陽電池は建築物７などの影になるとほとんど発電しなくなる。太陽電池アレイ１は太陽電池ストリング１−１〜１−４の並列回路として構成されているから、太陽電池ストリング１−１〜１−４間に出力電圧の不一致が生じて、この電圧の不一致が所定値以上の値となると、影になっているストリングへ他のストリングから電流が流入し、本来とは逆向きの電流が流れる。この逆電流を防止する為に、逆流防止ダイオード２−４は太陽電池ストリング１−１〜１−４毎に設置される。
【００３３】
主開閉器２−５
主開閉器２−５は、太陽電池ストリング１−１〜１−４の出力を集電した後の、パワーコンディショナ３への回路の途中に挿入する。主開閉器２−５はパワーコンディショナ３の異常時や点検時など、太陽電池からパワーコンディショナ３への給電を断つ際に使用する。なお、主開閉器２−５には、太陽電池アレイ１全体の最大電圧を満足し、最大電流を開閉可能なものを使用する必要がある。
【００３４】
パワーコンディショナ３
太陽電池アレイ１の出力は、集電箱２において集電された後パワーコンディショナ３に導かれる。パワーコンディショナ３は、太陽電池の直流電力を交流電力に変換する。そして、パワーコンディショナ３の出力は負荷で消費される。
【００３５】
負荷
系統連系を行うシステムにおいては、負荷は、商用電力系統９やその他電気負荷の組み合わせとすることができる。実施例１においてアウトレット４を介して電力が供給される負荷は、商用電力系統９と建築物７内の電気負荷８の組み合わせとした。
【００３６】
＜システム接続＞
実施例１に係る上記構成要素の接続について図面に基づいて説明する。
実施例１の太陽光発電システムが塔載された建築物７は、商用電力系統９から電力供給を受けるとともに、太陽光発電システムによる電力自給および商用電力系統９への逆潮流を行う。
【００３７】
商用電力系統９は、電路を介して建築物７内の電気設備に接続されている。電路と建築物７の途中には、売買電メータ箱５が設置されており、該売買電メータ箱５内部には電路から建築物７に供給される電力量を積算する買電電力メータ、太陽光発電システムから商用電力系統９に逆潮流される電力量を積算する売電電力メータが直列に接続されている。
【００３８】
さらに、建築物７内には配電盤６が設置され、建築物７に接続された電路は、配電盤６により建築物７内各部の照明器具やアウトレット４を介した負荷８に電力を供給すべく、屋内配線に分岐接続されている。配電盤６には、商用電力系統９と屋内配線とを切り離す目的の主幹ブレーカが設置され、また分岐する電路のそれぞれに分岐ブレーカが設置されている。また、太陽光発電システムと商用電力系統９とは、配電盤６内に設けられた太陽光発電システム連系ブレーカを介して接続されている。
【００３９】
太陽電池ストリング１−１〜１−４の出力は、集電箱２でまとめられ、パワーコンディショナ３で直流電力から交流電力に変換された後、配電盤６に接綾される。
【００４０】
太陽電池アレイ１の出力は、建築物７内の負荷８で消費される。太陽電池アレイ１の発電量が建築物７内の電力使用量を上回る場合には、余剰電力を売買電メータ箱５を介して商用電力系統９に売電する。
反対に、太陽電池アレイ１の発電量が建築物７内の電力使用量を下回る場合には、不足電力を商用電力系統９から売買電メータ箱５を介して買電する。
【００４１】
＜太陽電池パネル＞
実施例１における太陽電池パネルには、以下に記す特性のアモルファス太陽電池パネルを使用した。パネル１枚あたりの特性は、最大出力動作時電圧は１２Ｖ、最大出力動作時電流は４Ａであり、公称出力は４８Ｗである。また、出力開放時の開放電圧は１５Ｖである。この太陽電池パネルを１６枚直列接続して、最大出力動作時電圧１９２Ｖの太陽電池ストリングを構成した（出力７６８Ｗ、開放電圧２４０Ｖ）。この太陽電池ストリング１−１〜１−４を、建築物７の同一屋根面に配置し、最大出力で約３ｋＷの太陽光発電システムが構成されている。
【００４２】
また、図１に示す如く、１ストリングは、四つのサブストリングに分割し、１サブストリング４枚の太陽電池パネルで構成される。そしてそれぞれのサブストリングの両側端子は集電箱２に引込まれる。さらに、同一ストリングの隣り合うサブストリング間には、中間開閉器２−１を挿入する構成とした。
【００４３】
また、ストリングの両側端子は集電箱２においてストリング開閉器２−２に接続される。さらに、ストリングの電路は、地絡異常検出器２−３、および逆流防止ダイオード２−４を介して、集電点に接続される。
【００４４】
＜動作＞
図３は集電箱２と１ストリングとの接続を表す回路図である。
図３において、太陽電池ストリング１−１は、太陽電池パネル１〜４で構成されるサブストリング１−１１、太陽電池パネル５〜８で構成されるサブストリング１−１２、太陽電池パネル９〜１２で構成されるサブストリング１−１３、および太陽電池パネル１３〜１６で構成されるサブストリング１−１４とを備え、中間開閉器２−１を介して、これらサブストリングが直列接続される。
【００４５】
このような形態において、実施例１の集電箱２を含む太陽光発電システムは以下のように動作する。
図３に示す構成において、ストリング１−１のいずれかの箇所で地絡が発生した場合を仮定する。ストリング１−１の電路において地絡が発生すると、ストリング１−１の電路に設けられた集電箱２内の地絡異常検出器２−３が異常検出信号を出力する。この異常検出信号は、ストリング開閉器２−２と、中間開閉器２−１に送られる。ストリング開閉器２−２、中間開閉器２−１は地絡異常検出器２−３からの異常検出信号を受取ると開放状態となる。このとき、図１に示す四つのストリングのうち三つのストリング１−２〜１−４は通常どおり運転を継続し、パワーコンディショナ３は、三つのストリング１−２〜１−４の発電出力を交流電力に変換し、負荷に供給し続ける。
【００４６】
また、ストリング開閉器２−２が開放するとストリング１−１全体での開放電圧は２４０Ｖとなるが、中間開閉器２−１も同時に開放するために、開放電圧はそれぞれのサブストリングの開放電圧６０Ｖに抑えることが可能となる。
【００４７】
また、地絡異常検出器２−３の異常検出信号は、集電箱２内に設けられた、警報を発生する警報器（報知器）２−６にも送られる。警報器２−６は、地絡が発生して、太陽電池ストリングが電路から切り離されていることを使用者に連絡するためのものである。なお、警報器２−６は、太陽電池ストリング毎に設ける必要はなく、太陽電池アレイ１に対して一つ設ければよい。使用者は、警報器２−６の警報により、地絡の発生を認識し、太陽光発電システムの施工者や、工事業者に地絡箇所の補修を依頼する。屋根面で地絡が発生していても、中間開閉器２−１を開くことにより、地絡を起こしたストリングの開放電圧は低い電圧に抑えられているために、作業者は安全に作業を行うことができる。作業者は、地絡を補修した後、手動で地絡が発生したストリングのストリング開閉器２−２、及び中間開閉器２−１を閉じて、停止していたストリングの運転を再開する。
【００４８】
実施例１においては、ストリングの開放電圧２４０Ｖを６０Ｖに低減する例を示したが、低減する電圧は、その使用環境、使用目的に応じて適宜設定すればよい。
【００４９】
中間開閉器２−１を数多く設ければ、サブストリングの開放電圧を一層下げることは可能であるが、コスト、設置スペース等を考慮して、実施例１ではサブストリングの開放電圧を６０Ｖと設定した。
【００５０】
また、実施例１は、太陽電池ストリングを均等に四分割してサブストリングを構成したが、分割する箇所は配線の都合などで選択すればよく、サブストリングの最大開放電圧にのみ注意すればよい。
【００５１】
また、実施例１においては、地絡異常検出器２−３を集電箱２内に設け、その出力により中間開閉器２−１、ストリング開閉器２−２を開放する構成としたが、集電箱２内に地絡異常検出器２−３を有さず、パワーコンディショナ３からの異常検出信号にしたがって中間開閉器２−１、ストリング開閉器２−２を開放する構成としてもかまわない。ただし、この場合は、複数ストリングのうち、どのストリングで地絡が発生したか分からないために、すべてのストリングの中間開閉器２−１、ストリング開閉器２−２を開放しなければならず、システム全体の発電を停止しなければならない。
【００５２】
（実施例２）
以下、本発明に係る実施例２の太陽光発電システムを説明する。なお、実施例２において、実施例１と同様の構成についれは、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００５３】
＜構成＞
図４は実施例２における集電箱２と太陽電池ストリング１−１との接続を示した図である。
実施例１の構成においては、中間開閉器２−１にストリング開閉器２−２と同等の電流開閉容量をもつ開閉器を用いる構成とした。これは、地絡異常検出器２−３からの異常検出信号が発生すると、ストリング開閉器２−２、中間開閉器２−１に同時に送られ、これら開閉器を同時に開放する構成としたためである。これに対して、実施例２に係る集電箱２では、信号遅延器２−７を設け、ストリング開閉器２−２が開放してから所定時間後に中間開閉器２−１を開放する構成としたので、中間開閉器２−１として電流開閉容量が低い開閉器の使用が可能である。
【００５４】
実施例２における中間開閉器２−１は、常に、ストリング開閉器２−２が開放された状態で開放されるので、断路器などの電流遮断能力が低いものを使用することができる。ただし、通電能力は、１ストリングに流しうる最大電流を満たすことが必要とされる。また、投入は中間開閉器２−１、ストリング開閉器２−２の順に行うことが好ましい。
【００５５】
異常検出信号が入力されて所定時間後に出力する信号遅延器２−７は、地絡異常検出器２−３と中間開閉器２−１の間に設けられる。信号遅延器２−７はタイマー、ＤＩＰスイッチとカウンタなどの遅延時間を設定可能なものにしてもよいし、ＣＲ（キャパシタと抵抗器との組み合わせ）で構成するなど、遅延時間を固定する方式にしてもかまわない。
【００５６】
＜動作＞
実施例２に係る太陽光発電システムは以下のように動作する。図４に示す構成において、太陽電池ストリング１−１のいずれかの箇所で地絡が発生した場合を仮定する。
【００５７】
太陽電池ストリング１−１の電路において地絡が発生すると、太陽電池ストリング１−１に設けられた地絡異常検出器２−３が異常検出信号を出力し、この信号がストリング開閉器２−２と、信号遅延器２−７に送られる。ストリング開閉器２−２は地絡異常検出器２−３からの出力を受取ると開放状態となる。一方、信号遅延器２−７は異常検出信号が入力されてから約１秒後に異常検出信号を出力するようにした。従って、中間開閉器２−１は、異常検出信号が出力されてから約１秒後に信号遅延器２−７から異常検出信号を受取ると開放状態となる。
【００５８】
このように、中間開閉器２−１を、ストリング開閉器２−２の開放後に時間差をもたせて動作させることで、中間開閉器２−１を電流が流れていない状態で開放させることが可能となる。
【００５９】
このとき、地絡が発生していない他の太陽電池ストリング１−２〜１−４は運転を継続し、パワーコンディショナ３はそれらの発電出力を交流電力に変換し、負荷に供給し続ける。
【００６０】
また、地絡が発生している太陽電池ストリング１−１の開放電圧は、ストリング開閉器２−２が開放するとストリング全体の開放電圧になるが、信号遅延器２−７の設定値である約１秒後に中間開閉器２−１も開放するために、ストリングの開放電圧はサブストリングの低い開放電圧に抑えることが可能になる。
【００６１】
また、実施例２においても、実施例１と同様に、警報器（報知器）２−６を設けた構成をとることも可能である。実施例２において、異常がなくなり（地絡が解消され）、切り離したストリングをシステムに再び接続する際には、ストリング開閉器２−２を投入する前に、電流の流れない状態で中間開閉器２−１を投入する必要がある。
【００６２】
（実施例３）
以下、本発明に係る実施例３の太陽光発電システムを説明する。なお、実施例３において、実施例１と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００６３】
＜構成＞
図５は実施例３の集電箱２内における中間開閉器２−１の接続図、図６は実施例３に係る集電箱２全体の接続図を示す。実施例３の集電箱２は、太陽電池ストリング１−１〜１−４の途中に設けられた複数の中間開閉器２−１を有し、これらの中間開閉器２−１は手動または自動で同時に開閉可能に構成されている。
【００６４】
実施例３における中間開閉器２−１は、個々のストリングをシステムから切り離すストリング開閉器２−２の役割も果す。実施例３における中間開閉器２−１は、複数の開閉器が同一のレバーで同時に開閉するようなものとする。
【００６５】
中間開閉器２−１の開閉の方式は手動のみで開閉するものと、自動、手動どちらでも開閉可能なものとのどちらでもかまわないが、実施例３では手動でのみ操作可能なものとする。
【００６６】
中間開閉器２−１は、インターロック、操作指示などで主開閉器２−５が開放した状態でのみ操作される場合はストリングの最大電流を通電する能力は必要であるが、最大電流を遮断する能力は必要ない。しかし、主開閉器２−５が投入された状態、すなわち、電流が流れている状態で中間開閉器２−１を操作する構成であれば、太陽電池ストリングの流し得る最大の電流を通電、遮断する能力をもつものを使用しなければならない。
【００６７】
＜動作＞
実施例３に係る集電箱２を含む太陽光発電システムは以下の様に動作する。
図５における中間開閉器２−１は五つの開閉器がレバー２−８によって同時に開閉可能であり、レバー２−８によって中間開閉器２−１を開放状態にすると、太陽電池ストリング１−１は、システムから切り離されると同時に、サブストリング単位で切り離されるように接続されている。
【００６８】
このような構成にすることで、実施例３においては、中間開閉器２−１のレバー２−８を操作することで、異常が発生した太陽電池ストリングをシステムから切り離すことと、システムから切り離された太陽電池ストリングの開放電圧を安全な電圧に引き下げることを同時に行うことができる。このようにすれば、太陽電池アレイの異常時に、異常な太陽電池ストリングの途中に設けた中間開閉器２−１を開くことにより、その太陽電池ストリングはサブストリングに分断される。従って、容易に、切り忘れ等の問題が発生し難く、確実に安全に、太陽電池ストリングをサブストリングに分割することができる。また、中間開閉器２−１の投入の際にも、複数の開閉器が同時に閉じられる、一部の開閉器の投入を忘れるなどの問題が発生し難い。
【００６９】
このように、実施例３においても、実施例１および実施例２と同様に、システムから切り離した太陽電池ストリングの開放電圧を安全な電圧値に分割することが可能になる。
【００７０】
なお、本発明は、上記の構成をコンピュータにより実現してもよく、具体的には、太陽電池ストリングの地絡を検出するステップと、太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた開閉器を開状態に遷移させるステップとをこの順にコンピュータにより実行させるプログラムにより実現してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
（１）太陽電池ストリングの途中に中間開閉器を設けることにより、異常が発生した太陽電池ストリングの中間開閉器を開いて、その太陽電池ストリングの開放電圧を低い電圧にすることができる。
（２）中間開閉器により、異常が発生した太陽電池ストリングに電流を流すことなくその開放電圧を引き下げることができるので、ケーブルなどが激しく損傷して地絡が発生した場合などでも、短絡電流が損傷部に流れ続けることがなく、損傷箇所の過熱を防ぐことができる。
（３）ストリング開閉器により、異常が発生した太陽電池ストリングのみを太陽光発電システムから切り離すことができるので、正常な太陽電池ストリングの運転を継続することができる。
（４）遮断時はストリング開閉器を先に開放し、遅れて中間開閉器を開放することにより、中間開閉器の開閉可能な電流を小さいものとすることができ、中間開閉器を安価かつ小型にすることができる。
（５）太陽電池アレイの設置施工時、太陽電池アレイと集電箱とを接続するケーブルを集電箱に結線する際は、中間開閉器を開放しておけば、太陽電池ストリングの開放電圧が低い状態で結線が可能になり、結線作業を夜間に行うことや、太陽電池に遮光シートを被せるなどが不要になり、作業が安全かつ容易になる。
（６）異常が発生した太陽電池ストリングの途中に設けた複数の中間開閉器を同時に開くことにより、一部の中間開閉器の切り忘れを防いで、異常が発生した太陽電池ストリングを確実かつ安全にサブストリングに分割することができる。また、複数の中間開閉器を投入する際も、複数の中間開閉器を同時に閉じることにより、一部の中間開閉器の入れ忘れを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１に係る太陽電池アレイおよび集電箱を示す図である。
【図２】 図１に示す太陽電池アレイおよび集電箱を採用した太陽光発電システムと、それが設置された建築物を示す図である。
【図３】 実施例１の集電箱内と１ストリングとの接続を表す回路図である。
【図４】 実施例２の集電箱と１ストリングとの接続を表す回路図である。
【図５】 実施例３の集電箱内の中間開閉器の接続を示す図である。
【図６】 実施例３の集電箱全体の接続図である。
【図７】 太陽光発電システムの構成例を示した図である。
【図８】 太陽光発電システムの別の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１：太陽電池アレイ、１−１，１−２，１−３，１−４：太陽電池ストリング、１−１１，１−１２，１−１３，１−１４：サブストリング、２：集電箱、２−１：中間開閉器（第一の開閉器）、２−２：ストリング開閉器（第二の開閉器）、２−３：地絡異常検出器、２−４：逆流防止ダイオード、２−５：主開閉器、２−６：警報器（報知器）、２−７：信号遅延器、２−８：レバー、３：パワーコンディショナ、４：アウトレット、５：売買電メータ箱、６：配電盤、７：建築物、９：商用電力系統、１０１：太陽電池アレイ、１０２：集電箱、１０３：パワーコンディショナ、１０４：負荷、１０６：インバータ、１０７：連系保護リレー、１１１：短絡開閉器。

Claims (22)

1. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングの異常を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、前記太陽電池ストリングの途中に設けられ該検出器からの異常検出信号により開状態に遷移する少なくとも一つの中間開閉器とを備えていることを特徴とする太陽光発電用集電箱。
2. 前記検出器は異常として少なくとも地絡を検出することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用集電箱。
3. 前記太陽電池ストリング毎に切り離し可能なストリング開閉器を有し、前記検出器の異常検出信号により前記ストリング開閉器も開放することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電用集電箱。
4. 前記中間開閉器が前記ストリング開閉器より遅れて開放することを特徴とする請求項３記載の太陽光発電用集電箱。
   載の太陽光発電用集電箱。
5. 前記異常検出信号を所定時間遅延する遅延器をさらに備え、前記異常検出信号は、前記ストリング開閉器へ直接供給され、前記中間開閉器へは前記遅延器を介して供給されることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽光発電用集電箱。
6. 前記検出器から異常検出信号が出力されると警報を発する警報器を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光発電用集電箱。
7. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングの途中に設けた複数の中間開閉器、断路器のうちから選定したいずれか一方を有し、選定されたそのいずれか一方が、同時に開閉可能であることを特徴とする太陽光発電用集電箱。
8. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングの地絡を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、前記異常検出信号により開状態に遷移する少なくとも一つの開閉器とを有し、前記少なくとも一つの開閉器が前記太陽電池ストリングの途中に設けられていることを特徴とする太陽光発電装置。
9. 前記少なくとも一つの開閉器は複数ある場合にそれらが同時に開閉可能なことを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電装置。
10. 前記検出器および少なくとも一つの開閉器は、前記太陽電池ストリングから分離された集電箱に格納されていることを特徴とする請求項８または９に記載の太陽光発電装置。
11. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された複数の太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリング毎にその地絡を検出すると異常検出信号を出力する複数の検出器と、前記異常検出信号により開状態に遷移する少なくとも一つの第一の開閉器とを有し、前記複数の太陽電池ストリングは、並列に接続されており、前記第一の開閉器は、前記複数の太陽電池ストリングのそれぞれの途中に設けられていることを特徴とする太陽光発電装置。
12. 前記太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ための第二の開閉器を備え、前記第二の開閉器は前記異常検出信号により開状態に遷移することを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電装置。
13. 前記異常検出信号を所定時間遅延する遅延器をさらに備え、前記異常検出信号は、前記第二の開閉器へ直接供給され、前記第一の開閉器へは前記遅延器を介して供給されることを特徴とする請求項１２に記載の太陽光発電装置。
14. 前記複数の検出器および前記少なくとも一つの第一の開閉器は、前記太陽電池ストリングから分離された集電箱に格納されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の太陽光発電装置。
15. 前記少なくとも一つの第一の開閉器は複数ある場合にそれらが同時に開閉可能であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の太陽光発電装置。
16. 前記検出器から異常検出信号が出力されると警報を発する警報器を備えることを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載の太陽光発電装置。
17. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングの途中に設けられた少なくとも一つの開閉器とを有する太陽光発電装置の制御方法において、
    前記太陽電池ストリングの地絡を検出すると、前記少なくとも一つの開閉器を開状態に遷移させることを特徴とする太陽光発電装置の制御方法。
18. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された、複数の太陽電池ストリングと、少なくとも一つの第一の開閉器とを有し、前記複数の太陽電池ストリングは並列に接続されており、前記第一の開閉器は前記複数の太陽電池ストリングそれぞれの途中に設けられている太陽光発電装置の制御方法において、前記太陽電池ストリング毎に、その地絡を検出するステップと、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた前記第一の開閉器を開状態に遷移させるステップとを有することを特徴とする太陽光発電装置の制御方法。
19. 前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太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ための第二の開閉器を開状態に遷移させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の太陽光発電装置の制御方法。
20. 前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、前記第二の開閉器は直ちに開状態に遷移され、前記第一の開閉器は所定時間後に開状態に遷移されることを特徴とする請求項１９に記載の太陽光発電装置の制御方法。
21. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングの途中に設けられた少なくとも一つの開閉器とを有する太陽光発電装置の制御方法を実行可能なプログラムにおいて、コンピューターに、前記太陽電池ストリングの地絡を検出するステップと、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた少なくとも一つの開閉器を開状態に遷移させるステップとをこの順に実行させるためのプログラム。
22. 複数の太陽電池パネルが直列に接続された、複数の太陽電池ストリングと、少なくとも一つの第一の開閉器とを有し、前記複数の太陽電池ストリングは並列に接続されており、前記第一の開閉器は前記複数の太陽電池ストリングのそれぞれの途中に設けられている太陽光発電装置の制御方法を実行可能なプログラムにおいて、
    コンピューターに、前記太陽電池ストリング毎に、その地絡を検出するステップと、前記太陽電池ストリングの地絡が検出されると、その太陽電池ストリングの途中に設けられた前記第一の開閉器を開状態に遷移させるステップとをこの順に実行させるためのプログラム。

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