JP5819602B2 - 地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラム - Google Patents

地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラム Download PDF

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Description

本発明は、地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラムに関する。
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接続されて太陽電池ストリングが構成され、さらに、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて太陽電池アレイが構成されている。この太陽電池アレイからの出力は、パワーコンディショナ等の負荷装置に供給され、商用電力系統等に供給される。
このような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、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、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。この地絡を検出するものとして、従来、例えば特許文献１に記載された地絡検出装置が知られている。特許文献１に記載の地絡検出装置では、接地された太陽電池アレイの電路から大地に流れる電流値が測定され、この電流値が予め設定された電流設定値を超えたとき、太陽電池アレイの地絡が検出される。
特開２００３−１５８２８２号公報
しかしながら、上記地絡検出装置は、太陽光発電システムが有する対地静電容量の影響で、地絡を誤検出してしまう虞がある。特に、太陽電池モジュールや太陽電池ストリングの数を増やす等して太陽電池アレイを大規模に構成する場合、太陽電池ストリングを接続する導線が長くなったり、総面積が大きくなったりすることから、対地静電容量が増加するため、かかる虞は顕著となる。
さらに、上記地絡検出装置は、地絡検出の際、負荷装置に起因して生じるノイズ（例えば、高周波スイッチ動作や、商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）等により生じるノイズ）の影響を受け易く、このことからも、地絡を誤検出してしまう虞がある。
そこで、本発明は、地絡を確実に検出することができる地絡検出装置、地絡検出方法及び太陽光発電システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る地絡検出装置は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出装置であって、太陽電池アレイ又は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によって解列するスイッチング部と、スイッチング部により太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
この地絡検出装置では、地絡が検出される太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されることから、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ、対地静電容量による悪影響が地絡検出に及ぶのを軽減することが可能となる。さらに、地絡検出時において太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが負荷装置に対して電気的に切り離されることとなり、よって、当該負荷装置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、本発明によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
ここで、スイッチング部及び検出部の動作を制御する制御部を備え、制御部は、複数の太陽電池ストリングのうち第１太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて検出部と接続させ、第１太陽電池ストリングの地絡の検出を実行させた後、当該第１太陽電池ストリングを検出部から解列させたときから、複数の太陽電池ストリングのうち第２太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて検出部と接続させるまでの間に、第１待ち時間を介在させることが好ましい。このように第１待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリングが検出部で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
また、検出部は、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに接続されたときから地絡の検出を開始するまでの間に、第２待ち時間を有することが好ましい。このように第２待ち時間を設けることにより、例えばその間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、地絡を誤検出するのを抑制することが可能となる。
また、検出部は、接続部を介して互いに接続された第１及び第２検出抵抗を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側に第１検出抵抗における接続部側と反対側を接続すると共に、負極側に第２検出抵抗における接続部と反対側を接続した状態にて、接続部から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、第１及び第２検出抵抗の接続部から接地電位に流れる電流に関する検出値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。なお、検出値としては、例えば、電流センサによって電流値を直接監視する場合には電流値が相当し、抵抗を介在させる場合には当該抵抗に発生する電圧値が相当する（以下の検出値において同様）。
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された交流電源を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに交流電源の他方側を接続した状態にて、交流電源から接地電位に流れる電流値のうち交流電源による交流電圧値と同位相の電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、交流電源から接地電位に流れる電流値のうち、交流電源による交流電圧値と同位相の電流値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された直流電源を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側又は負極側に直流電源の負極側又は正極側としての他方側を接続した状態にて、直流電源から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、直流電源から接地電位に流れる電流値に関する検出値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された検出抵抗を少なくとも１つ有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側のみに検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第１電圧降下値として測定すると共に、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの負極側のみに検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第２電圧降下値として測定し、測定した第１及び第２電圧降下値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。一般的に、零相電流を監視して地絡を検出する場合、零相電流は地絡が生じないと流れないことから、触れた人等に電流が流れる原因となる対地絶縁不良を予め検知するのが困難となることがある。この点、本発明では、零相電流を監視して地絡を検出するのではなく、第１及び第２電圧降下値を測定し当該第１及び第２電圧降下値に基づき地絡の有無を判定することから、対地絶縁不良をも予め好適に検知することが可能となる。
また、スイッチング部は、検出部により地絡が検出されなかった場合、解列した太陽電池アレイ又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することが好ましい。この場合、地絡が検出されない太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムに自動的に接続させることができる。
また、スイッチング部は、検出部により地絡が検出された場合、解列した太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列した状態のままにすることが好ましい。この場合、地絡が検出された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態のままにしておくことができる。よって、太陽光発電システムにおいて、絶縁不良箇所を電気的に切り離し、その安全性を高めることが可能となる。
また、スイッチング部は、複数の太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し、検出部は、スイッチング部により複数の太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することが好ましい。この場合、太陽電池アレイ内の地絡を検出するに当たり、１つの太陽電池ストリング毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
また、本発明に係る地絡検出方法は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出方法であって、太陽電池アレイ又は少なくとも１つの太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列する解列ステップと、解列ステップにより太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする。
この地絡検出方法においても、地絡が検出される太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
ここで、複数の太陽電池ストリングのうち第１太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し、地絡を検出するための検出部と接続する第１解列ステップと、第１解列ステップの後、第１太陽電池ストリングの地絡の検出を実行し、当該第１太陽電池ストリングを検出部から解列する第１検出ステップと、第１検出ステップの後、複数の太陽電池ストリングのうち第２太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し検出部と接続する第２解列ステップと、第１検出ステップにより第１太陽電池ストリングを検出部から解列したときから、第２解列ステップにより第２太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し検出部と接続するまでの間に、第１待ち時間を介在させる介在ステップと、を含むことが好ましい。このように第１待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリングが検出部で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
また、検出ステップでは、地絡を検出するための検出部が解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに接続されたときから地絡の検出を開始するまでの間に、第２待ち時間が設けられていることが好ましい。このように第２待ち時間を設けることにより、例えばその間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、地絡を誤検出するのを抑制することが可能となる。
また、地絡検出ステップにて地絡が検出されなかった場合、解列した太陽電池アレイ又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するステップをさらに含むことが好ましい。この場合、地絡が検出されない太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムに自動的に接続することができる。
また、地絡検出ステップにて地絡が検出された場合、解列した太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列した状態のままにするステップをさらに含むことが好ましい。この場合、地絡が検出された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態のままにしておくことができ、太陽光発電システムの安全性を高めることが可能となる。
また、解列ステップでは、複数の太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し、検出ステップでは、解列ステップにより複数の太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することが好ましい。この場合、太陽電池アレイ内の地絡を検出するに当たり、１つの太陽電池ストリング毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
また、本発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、上記地絡検出装置と、を具備することを特徴とする。
この太陽光発電システムにおいても、上記地絡検出装置を具備することから、地絡を検出する太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
また、本発明に係る地絡検出プログラムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出するための地絡検出プログラムであって、太陽電池アレイ又は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によって解列する解列機能と、太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
この地絡検出プログラムによっても、地絡を検出する太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
本発明によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
第１実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。 第１実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る地絡検出装置の演算制御部を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。 第２実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。 第３実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。 第３実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。 第４実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態の地絡検出装置１は、太陽光発電システム１００において太陽電池アレイ１０１内の地絡を検出するものである。そこで、まず、この太陽光発電システム１００について説明する。
太陽光発電システム１００は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムであり、太陽電池アレイ１０１と、パワーコンディショナ（負荷装置）１０２と、を備えている。太陽電池アレイ１０１は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、直流出力としてパワーコンディショナ１０２へ供給する。太陽電池アレイ１０１は、複数（ここでは、３つ）の太陽電池ストリング１０３が並列接続されて構成されており、複数の太陽電池ストリング１０３のぞれぞれは、複数（ここでは、８つ）の太陽電池モジュール１０４が直列接続されて構成されている。これら複数の太陽電池ストリング１０３は、パワーコンディショナ１０２に対し、地絡検出装置１のスイッチング部２を介して接続されている。
パワーコンディショナ１０２は、太陽電池アレイ１０１から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の電力系統（例えば商用電力系統）へ供給する。このパワーコンディショナ１０２は、太陽電池アレイ１０１の最大出力が得られるよう太陽電池アレイ１０１の動作電圧を制御する動作電圧制御機能と、電力系統の異常が検知された場合に安全にシステム停止する等の系統保護機能と、を有している。なお、パワーコンディショナ１０２は、絶縁トランスを有するトランス絶縁型であってもよいし、トランスレス（非絶縁）型であってもよい。
図２は、第１実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図、図３は第１実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図、図４は第１実施形態に係る地絡検出装置の演算制御部を示す機能ブロック図である。図１〜図３に示すように、ここでの地絡検出装置１は、複数の太陽電池ストリング１０３毎に地絡検出を行う。具体的には、複数の太陽電池ストリング１０３の中から順次一つずつ選択して解列すると共に、解列した太陽電池ストリング１０３について絶縁抵抗値を測定して当該絶縁抵抗値に基づき地絡の有無を判定し、地絡がない場合には太陽光発電システム１００に再度接続する。地絡検出装置１は、スイッチング部２と、測定部３と、演算制御部４と、記憶部５と、を備えている。
図１，２に示すように、スイッチング部２は、太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列すると共に、解列された太陽電池ストリング１０３を測定部３に接続するものである。このスイッチング部２は、各太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列するための解列用スイッチ６と、解列した太陽電池ストリング１０３を測定部３に接続するための測定用スイッチ７と、を有している。このスイッチング部２内では、各太陽電池ストリング１０３の正極及び負極が集約され、並列接続された正極母線及び負極母線が構成されている。
解列用スイッチ６は、太陽電池ストリング１０３とパワーコンディショナ１０２との間に位置し、これらの電気的な接続／非接続を切り替える。解列用スイッチ６は、各太陽電池ストリング１０３の正極及び負極のそれぞれに直列接続された解列用スイッチ素子６ａを複数含んで構成されている。解列用スイッチ素子６ａは、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。ここでの解列用スイッチ素子６ａは、通常時にオン状態とされて電気的接続状態とされる一方、地絡を検出する際にオフ状態とされて電気的遮断状態とされる。
また、複数の解列用スイッチ素子６ａのパワーコンディショナ１０２側の端子は、正極側同士及び負極側同士で結線され、これにより、正極母線及び負極母線が構成されている。これら正極母線及び負極母線は、パワーコンディショナ１０２に接続されている。解列用スイッチ素子６ａとしては、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ，Field Effect Transistor）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。
このように構成された解列用スイッチ６では、一の太陽電池ストリング１０３の正極側及び負極側に接続された一組の解列用スイッチ素子６ａ，６ａがオフ状態とされ、これにより、当該一の太陽電池ストリング１０３が太陽光発電システム１００から解列される。
測定用スイッチ７は、太陽電池ストリング１０３と測定部３との間に位置し、これらの電気的な接続／非接続を切り替える。この測定用スイッチ７は、各太陽電池ストリング１０３の正極及び負極のそれぞれに直列接続された測定用スイッチ素子７ａを複数含んで構成されている。測定用スイッチ素子７ａは、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じてオンオフ切替を実施する。ここでの測定用スイッチ素子７ａは、通常時にオフ状態とされて電気的遮断状態とされる一方、地絡を検出する際にオン状態とされて電気的接続状態とされる。
また、複数の測定用スイッチ素子７ａの測定部３側の端子は、正極側同士及び負極側同士で結線され、これにより、正極母線及び負極母線が構成されている。これら正極母線及び負極母線は、測定部３に接続されている。測定用スイッチ素子７ａ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。
このように構成された測定用スイッチ７では、解列用スイッチ６により一の太陽電池ストリング１０３が太陽光発電システム１００から解列されたとき、この一の太陽電池ストリング１０３の正極側及び負極側に接続された一組の測定用スイッチ素子７ａ，７ａがオン状態とされ、これにより、解列された一の太陽電池ストリング１０３が測定部３で測定可能とされる。
図１，３に示すように、測定部３は、解列された太陽電池ストリングについて地絡検出のための測定を行うものであり、極性切替スイッチ８、検出抵抗９及び電圧検出器１０を有している。極性切替スイッチ８は、太陽電池ストリング１０３の正極側に対する接続と負極側に対する接続とを切り替えるものであり、正極側スイッチ素子８ｘ及び負極側スイッチ素子８ｙを含んでいる。正極側スイッチ素子８ｘは、太陽電池ストリング１０３の正極母線に電気的に接続されており、負極側スイッチ素子８ｙは、太陽電池ストリング１０３の負極母線に電気的に接続されている。
また、これら正極側スイッチ素子８ｘ及び負極側スイッチ素子８ｙのそれぞれは、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じてオンオフ切替を実施する。正極側スイッチ素子８ｘ及び負極側スイッチ素子８ｙ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。
検出抵抗９は、極性切替スイッチ８と接地電位（大地，グラウンド）Ｇとの間に接続されている。具体的には、検出抵抗９の一方側は、接地電位Ｇに電気的に接続されて接地されている。一方、検出抵抗９の他方側は、極性切替スイッチ８に電気的に接続されている、つまり、極性切替スイッチ８を介してスイッチング部２に電気的に接続されている。この検出抵抗９の抵抗値は、例えば検出範囲の絶縁抵抗値（後述）と許容される検出時間とに応じて適宜設定されている。
電圧検出器１０は、極性切替スイッチ８と検出抵抗９との間、及び検出抵抗９と接地電位Ｇとの間に電気的に接続されており、検出抵抗９の電圧降下値及びその符号を測定する。電圧降下値の符号は、例えば、接地電位Ｇに向かって電流が流れる方向を正とし、逆向きを負として設定することができる。また、この電圧検出器１０は、太陽電池ストリング１０３の正極母線及び負極母線のそれぞれにおいて極性切替スイッチ８よりもスイッチング部２側に接続されており、解列された太陽電池ストリング１０３の正極と負極との間の電位差（以下、「極間電圧値」という）及びその符号を測定する。極間電圧値の符号は、例えば、負極側電位を基準として正極側電位の大小を比較することで設定することができる。この電圧検出器１０は、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じて各種測定を実行する。また、電圧検出器１０は、その測定結果を記憶部５に記憶する。
このように構成された測定部３では、スイッチング部２により解列された太陽電池ストリング１０３について、演算制御部４からの指示信号に基づき次の測定を実施する。すなわち、正極側スイッチ素子８ｘをオン且つ負極側スイッチ素子８ｙをオフにすることで、正極側を検出抵抗９に接続すると共に負極側を非接続にした状態（解放状態）にし、当該検出抵抗９の電圧降下を第１電圧降下値として測定する。また、正極側スイッチ素子８ｘをオフ且つ負極側スイッチ素子８ｙをオンにすることで、正極側を非接続にすると共に負極側を検出抵抗９に接続した状態にし、当該検出抵抗９の電圧降下を第２電圧降下値として測定する。また、スイッチ素子８ｘ，８ｙをともにオフにすることで正極側及び負極側を非接続にした状態にし、極間電圧値を測定する。
演算制御部４は、地絡検出装置１全体を制御すると共に、測定部３による測定結果に基づき演算を行って地絡検出するためのもの（コンピュータ）であり、地絡検出プログラムを実行する。ここでは、演算制御部４は、太陽電池ストリング１０３の解列／接続、絶縁抵抗値の演算及び記憶、並びに、地絡存否の判定を制御する。この演算制御部４は、スイッチング部２、測定部３及び記憶部５に接続されている。演算制御部４としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成してもよいし、アナログＩＣ回路やＰＬＤ（Programmable LogicDevice）回路により構成してもよい。
この演算制御部４は、図４に示すように、地絡検出対象となる太陽電池ストリング１０３を選定するストリング選定機能と、スイッチング部２の解列用スイッチ６へオンオフ切替を指示して太陽電池ストリング１０３の解列を制御する解列制御機能と、スイッチング部２の測定用スイッチ７及び測定部３の極性切替スイッチ８へオンオフ切替を指示すると共に、電圧検出器１０へ各種測定を指示する測定指示機能と、各太陽電池ストリング１０３の測定状況や電圧検出器１０の測定結果及び演算結果を記憶部５に記憶する記憶機能と、記憶部５に記憶された結果に基づき絶縁抵抗値を演算する絶縁抵抗演算機能と、地絡の有無を判定する地絡判定機能と、を有している。
記憶部５は、演算制御部４が実行する地絡検出プログラム、測定部３による測定結果、及び演算制御部４による演算結果を記憶するためのものである。なお、記憶部５としては、半導体メモリや磁気記憶装置等を用いることができる。また、記憶部５に地絡検出プログラムの全部又は一部が記憶されていない場合には、外部記憶装置（例えば、ハードディスク）に地絡検出プログラムの全部又は一部を記憶し、これを読み込むことにより演算制御部４に地絡検出を実行させてもよい。
次に、地絡検出装置１により実施される地絡検出方法（地絡検出プログラムによる動作）について、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。
上述した地絡検出装置１では、太陽光発電システム１００の太陽電池アレイ１０１内の地絡を検出する場合、演算制御部４の各種機能を実行して以下の処理を行い、太陽電池ストリング１０３毎に地絡を検出する。
すなわち、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１０３を選択する（Ｓ１）。続いて、選択した一の太陽電池ストリング１０３の正極側と負極側とに対応する解列用スイッチ素子６ａをオフにし、これにより、当該一の太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から電気的に切り離して解列し、解列状態とする（Ｓ２）
続いて、解列状態の太陽電池ストリング１０３における正極側と負極側とに対応する測定用スイッチ素子７ａ，７ａをオンにし、この太陽電池ストリング１０３を測定部３に接続する（Ｓ３）。続いて、解列状態の太陽電池ストリング１０３について、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１０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し、当該測定結果を記憶部５に記憶する（Ｓ５）。
また、解列状態の太陽電池ストリング１０３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１０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し、当該測定結果を記憶部５に記憶する（Ｓ７）。
さらに、解列状態の太陽電池ストリング１０３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１０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し、当該測定結果を記憶部５に記憶する（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。
続いて、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、下式（１）を用いて、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを算出する。
Ｒｌｅａｋ＝Ｒｄ×｜Ｖ０／（Ｖ１−Ｖ２）｜−Ｒｄ …（１）
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
続いて、演算した絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋと、予め記憶部５に記憶されている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。
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１０３について、解列用スイッチ素子６ａ，６ａをオン状態にして太陽光発電システム１００に接続すると共に、測定用スイッチ素子７ａ，７ａをオフにして測定部３から切り離す。一方、地絡判定結果が「地絡あり」であれば、解列状態の太陽電池ストリング１０３について、解列用スイッチ素子６ａ，６ａをオフのままにして解列状態のままにすると共に、測定用スイッチ素子７ａ，７ａをオフにして測定部３から切り離す（Ｓ１２，Ｓ１３）。
そして、全ての太陽電池ストリング１０３の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋの測定が完了していない場合、上記Ｓ１に移行し、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを未測定の太陽電池ストリング１０３に対して上記Ｓ１〜Ｓ１３を順次続行する。一方、全ての太陽電池ストリング１０３の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋの測定が完了した場合、地絡検出を終了する（Ｓ１４）。
以上、本実施形態では、太陽電池アレイ１０１内の地絡検出の際、太陽電池アレイ１０１を構成する太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列し、そして、この解列状態の太陽電池ストリング１０３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。
さらに、地絡検出時に太陽電池ストリング１０３がパワーコンディショナ１０２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１０２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。
ここで、本実施形態においては、上記Ｓ１３から上記Ｓ１に移行する際、所定の待ち時間（ウェイティングタイム）を介在させる場合がある。すなわち、演算制御部４は、第１太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列させて測定部３と接続させ、第１太陽電池ストリング１０３の地絡の検出を実行させた後であって、当該第１太陽電池ストリング１０３を測定部３から解列させたときから、第２太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列させて測定部３と接続させるまでの間に、所定の待ち時間（第１待ち時間）を介在させる場合がある。このように第１待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部２の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリング１０３が測定部３で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
さらには、第１待ち時間を設けることにより、太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列させる場合であっても、第１待ち時間の間には、全ての太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００に接続して発電に寄与させ得るため、発電量（所定時間当たりの発電能力）の低下を軽減することができる。なお、第１太陽電池ストリング１０３は、複数の太陽電池ストリング１０３における一つの太陽電池ストリング１０３を意図し、第２太陽電池ストリング１０３は、複数の太陽電池ストリング１０３における第１太陽電池ストリング１０３とは別の一つの太陽電池ストリング１０３を意図している。
また、本実施形態では、上記Ｓ３の後に、所定の待ち時間（第２待ち時間）を挿入する場合がある。換言すると、解列状態の太陽電池ストリング１０３に測定部３が接続されたときから地絡検出を開始するまでの間に、第２待ち時間を有する場合がある。この場合、第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２をその値が一定となってから（落ち着いてから）測定することができる。すなわち、例えば第２待ち時間の間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、太陽電池ストリング１０３の対地静電容量による突入電流に起因して地絡を誤検出してしまうのを抑制することが可能となる。
また、一般的に、零相電流を監視して地絡を検出する場合、零相電流は地絡が生じないと流れないことから、触れた人等に電流が流れる原因となる対地絶縁不良を予め検知するのが困難となることがある。この点、本実施形態では、零相電流を監視して地絡を検出するのではなく、上述したように、第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２を測定し当該第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２から演算された絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋにより地絡の有無を判定するため、対地絶縁不良を予め好適に検知することができる。加えて、第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２のバランスから、地絡箇所を検知することも可能となる。
また、極性切替スイッチ８による切り替えの際、対地静電容量による突入電流が発生し、正確で迅速な第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２の測定が妨げられる虞があるが、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング１０３の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るため、かかる虞を抑制することができる。
また、本実施形態では、上述したように、検出抵抗９の第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２と極間電圧値Ｖ０とこれらの符号とを測定するだけで、太陽電池ストリング１０３の地絡検出可能であるため、比較的安価な測定機器でも十分な精度で絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを検知することができる。さらに、検出抵抗９に対する太陽電池ストリング１０３の正極側及び負極側の接続状態を、極性切替スイッチ８のスイッチ操作により選択的に切り替えることが可能となっており、操作性を高めることが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング１０３について地絡が検出されなかった場合、この太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００に電気的に接続することができる。つまり、地絡が検出されない太陽電池ストリング１０３を、太陽光発電システム１００に自動的に接続させることが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング１０３について地絡が検出された場合、この太陽電池ストリング１０３を解列状態のままにすることができる。つまり、太陽光発電システム１００において、絶縁不良箇所を電気的に切り離し、その安全性を高めることが可能となる。
また、本実施形態では、地絡検出の際、地絡検出対象外の太陽電池ストリング１０３（上記Ｓ１にて選択されていない太陽電池ストリング１０３）がパワーコンディショナ１０２に接続されたままの状態であることから、地絡検出の際でも有効に発電を行うことが可能となる。
なお、パワーコンディショナ１０２がトランスレス型のものであり、接地された電力系統に太陽電池アレイ１０１が接続されている場合でも、本実施形態では、解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出することから、上記（１）を成立させて地絡を確実に検出することが可能となる。よって、太陽電池アレイ１０１に接続するパワーコンディショナ１０２の絶縁型／非絶縁型を問わずに確実に地絡を検出することができ、ユーザの多様なニーズに応えることが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、１つの検出抵抗９を用いて絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求めることが可能であるため、複数の検出抵抗９を用いて絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求める場合に必要な“複数の検出抵抗９に対する高精度のキャリブレーション”が不要となり、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋの誤差を容易に低減することが可能となる。
なお、上記Ｓ８，Ｓ９においては、解列された太陽電池ストリング１０３の極間電圧値Ｖ０を、正極側スイッチ素子８ｘをオンにし且つ負極側スイッチ素子８ｙをオフにした状態で測定してもよいし、正極側スイッチ素子８ｘをオフにし且つ負極側スイッチ素子８ｙをオンにした状態で測定してもよいし、これらの両者をオフにした状態で測定してもよい。
ちなみに、本実施形態では、１つの検出抵抗９を備え、この検出抵抗９の電圧降下を第１及び第２電圧降下値Ｖ１，Ｖ２として測定しているが、太陽電池ストリング１０３の正極側に接続される第１検出抵抗と負極側に接続される第２検出抵抗とを備え、第１検出抵抗の電圧降下を第１電圧降下値Ｖ１として測定すると共に、第２検出抵抗の電圧降下を第２電圧降下値Ｖ２として測定してもよい。
また、正極側スイッチ素子８ｘ及び負極側スイッチ素子８ｙを省略し、測定用スイッチ素子７ａのオンオフを適宜切り替えることで、検出抵抗９に接続される太陽電池ストリング１０３及びその電極を直接選択することも可能である。
上記において、ストリング選定機能及び解列制御機能が、特許請求の範囲における解列機能（つまり、スイッチング部２によって太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から電気的に切り離し解列する機能）を構成する。また、上記において、測定指示機能、記憶機能、絶縁抵抗演算機能及び地絡判定機能が、特許請求の範囲における検出機能（つまり、測定部３及び演算制御部４によって解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出する機能）を構成する。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
図６は、第２実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図６に示すように、本実施形態の地絡検出装置２０が上記地絡検出装置１と異なる点は、測定部３（図３参照）に代えて、測定部２３を備えた点である。
測定部２３は、その一方側が互いに接続された第１及び第２検出抵抗２１，２２と、第１及び第２検出抵抗２１，２２の接続点（接続部）２４と接地電位Ｇとの間に接続された電流検出器２５と、を備えている。第１検出抵抗２１の他方側（接続点２４と反対側）は、太陽電池ストリング１０３の正極母線に電気的に接続されている。第２検出抵抗２２の他端側（接続点２４と反対側）は、太陽電池ストリング１０３の負極母線に電気的に接続されている。
電流検出器２５は、第１及び第２検出抵抗２１，２２と接地電位Ｇとの間に流れる漏れ電流（つまり、漏洩電流又は零相電流）の電流値（以下、「漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２」という）を測定するものである。この電流検出器２５としては、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ている。電流検出器２５は、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じて漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２の測定を実行する。また、電流検出器２５は、その測定結果を記憶部５に記憶する。
このように構成された本実施形態では、図７のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング１０３を測定部２３に接続した後（上記Ｓ３の後）、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２を測定し、記憶部５に記憶する（Ｓ２１）。続いて、記憶した漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２と、予め記憶部５に記憶されている基準電流値とを比較し、地絡判定を行う（Ｓ２２）。具体的には、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２が基準電流値を超えた場合、「地絡あり」と判定する一方、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２が基準電流値以下の場合、「地絡無し」と判定する。そして、地絡判定結果が「地絡無し」であれば上記Ｓ１３に移行し、地絡判定結果が「地絡あり」であれば上記Ｓ１４に移行する（Ｓ２２）。
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列し、解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
また、本実施形態では、上述したように、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２に基づいて地絡の有無を判定している。よって、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２を監視することで、解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出することが可能となる。また、地絡検出に際し、電圧印加が不要であり、その安全性を確保することができる。
ところで、一般的に、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２を監視して地絡検出を行う場合、太陽光発電システム１００の接地電位Ｇに対する静電容量（対地静電容量）が大きいと、太陽光発電システム１００と地絡検出装置１との間の電位差が一定値に達するのに長時間を必要とし、又は一定値に達する前に地絡検出を行うと誤差が生じることが懸念される。これに対し、本実施形態のように、太陽電池ストリング１０３の単位に解列して検出を行えば、当該懸念を回避し、短い時間で確実に地絡検出を行うこと可能となる。
なお、第１及び第２検出抵抗２１，２２の抵抗値は、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、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２の検出容易性の観点から所定上限値以下とされている。
図８は、第２実施形態の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図８に示すように、変形例に係る地絡検出装置２０’は、上記地絡検出装置１に対し、測定部２３（図６参照）に代えて測定部２３’を備えた点で異なっている。測定部２３’では、第１及び第２検出抵抗２１，２２の接続点２４と接地電位Ｇとの間に第３検出抵抗２６が接続されている。また、接続点２４と検出抵抗２６との間、及び検出抵抗２６と接地電位Ｇとの間に電圧検出器１０が電気的に接続されており、検出抵抗２６の電圧値Ｖｌｅａｋ２が電圧検出器１０により測定される。
この地絡検出装置２０’では、上記Ｓ２１において、第３検出抵抗２６に発生する電圧値Ｖｌｅａｋ２を電圧検出器２７により測定し記憶し、下式（２）により漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２を演算することが可能である。なお、電圧検出器１０は電流検出器２５に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Ｖｌｅａｋ２を測定して電流値Ｉｌｅａｋ２を求めると、電流値Ｉｌｅａｋ２を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ｉｌｅａｋ２＝Ｖｌｅａｋ２／Ｒ２ …（２）
但し、Ｒ２：第３検出抵抗２６の抵抗値
図９は、第２実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図９に示すように、他の変形例に係る地絡検出装置２０”は、上記地絡検出装置１に対し、測定部２３（図６参照）に代えて測定部２３”を備えた点で異なっている。測定部２３”では、第１及び第２検出抵抗２１，２２の接続点２４が接地電位Ｇにそのまま接続されている。また、スイッチング部２と検出抵抗２１との間、及び検出抵抗２１と接続点２４との間に電圧検出器１０が電気的に接続されており、検出抵抗２１の電圧値Ｖ２１が電圧検出器１０により測定される。さらにまた、スイッチング部２と検出抵抗２２との間、及び検出抵抗２２と接続点２４との間に電圧検出器１０が電気的に接続されており、検出抵抗２２の電圧値Ｖ２２が電圧検出器１０により測定される。
この地絡検出装置２０”では、上記Ｓ２１において、電圧値Ｖ２１，Ｖ２２を電圧検出器１０により測定して記録し、下式（３）により漏れ電流値Ｉｌｅａｋ２を演算することが可能である。なお、電圧検出器１０は電流検出器２５に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Ｖ２１，Ｖ２２を測定して電流値Ｉｌｅａｋ２を求めると、電流値Ｉｌｅａｋ２を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ｉｌｅａｋ２＝｜Ｖ２１／Ｒ２１｜−｜Ｖ２２／Ｒ２２｜ …（３）
但し、Ｒ２１：第１検出抵抗２１の抵抗値
Ｒ２２：第２検出抵抗２２の抵抗値
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
図１０は、第３実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図、図１１は、第３実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図１０、１１に示すように、本実施形態の地絡検出装置３０が上記地絡検出装置１と異なる点は、スイッチング部２（図２参照）に代えてスイッチング部３２を備え、測定部３（図３参照）に代えて測定部３３を備えた点である。
図１０に示すように、スイッチング部３２は、測定用スイッチ３７を有している。測定用スイッチ３７は、各太陽電池ストリング１０３の正極に直列接続された測定用スイッチ素子７ａを複数含んでいる。複数の測定用スイッチ素子７ａの測定部３３側の端子は、正極側同士で結線され、これにより、正極母線が構成されている。
図１１に示すように、測定部３３は、一方側が接地電位Ｇに電流検出器２５を介して接続された交流電源３１を有している。交流電源３１は、太陽電池ストリング１０３に対し交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅの交流電圧（ＡＣバイアス）を印加するものであり、交流電源３１の他方側は、太陽電池ストリング１０３の正極母線に電気的に接続されている。なお、交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅの電圧振幅は、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、電気回路破損防止の観点から所定上限値以下とされている。また、ここでの交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅは、好ましい値として、１つの太陽電池ストリング１０３の電圧値と同程度の電圧値とされている。
この交流電源３１は、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じて交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅを印加する。また、交流電源３１は、交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅの波形を記憶部５に記憶する。電流検出器２５は、交流電源３１と接地電位Ｇとの間に流れる漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３を測定する。
このように構成された本実施形態では、図１２のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング１０３を測定部３３に接続した後（上記Ｓ３の後）、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３及び交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅとこれらの波形とを測定し、記憶部５に記憶する（Ｓ３１）。続いて、記憶した測定結果に基づいて、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを演算する（Ｓ３２）。
具体的には、まず、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３を、交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅの同位相成分である漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒと、交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅの位相に対し９０°異なる成分である漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｃと、に分離する。続いて、交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅを漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒで除すことによって絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを算出する。これは、使用している絶縁材料の誘電損失が小さく太陽電池ストリング１０３と接地電位Ｇとの間の誘電損失が無視できる場合、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒは、絶縁が不完全であるために流れる電流とみなせるためである。そして、演算した絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋと予め記憶部５に記憶されている基準抵抗値とを比較して地絡を判定する上記Ｓ１１へ移行することとなる。
なお、太陽電池ストリング１０３と接地電位Ｇとの間の誘電損失が無視できない場合には、次の方法で絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求めることができる。すなわち、まず、上記Ｓ３１にて、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３の波形及び交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅの波形を、複数の印加周波数で測定し記憶する。そして、上記Ｓ３２にて、周波数０における漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒの値を外挿し、絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求める。具体的には、印加周波数をｆとしたとき、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒを周波数に対してプロットする。そして、ｆ=０における漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒを漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒ０として求め、この漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒ０で交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅを除すことにより絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求める。
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列し、解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
また、本実施形態では、上述したように、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３のうち交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅと同位相の電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒに基づいて、地絡の有無を判定している。よって、電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒを監視することで、解列状態の太陽電池ストリング１０３における地絡を検出することが可能となる。
ところで、一般的に、太陽電池アレイ１０１と接地電位Ｇとの間にて交流電圧を印加し、交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅと同位相の漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｃを監視して地絡検出を行う場合、印加した交流電圧値ＶＡｓｏｕｒｃｅに対し位相が９０°異なる漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｃを演算処理によって取り除く必要がある。しかし、地絡検出対象の対地静電容量が大きいと、この漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｃも大きくなるため、当該演算処理によって十分に取り除くことが困難になり、地絡検出に誤差が生じることが懸念される。これに対して、本実施形態では、太陽電池ストリング１０３毎に解列して地絡検出を行うことから、対地静電容量を小さくできるため、上記懸念を回避して確実に地絡検出を行うことが可能となる。
さらに、このように、太陽電池ストリング１０３に解列して地絡検出を行うことから、パワーコンディショナ１０２に交流電源３１による交流電圧が印加されるのを防止し、パワーコンディショナ１０２内のサージアブソーバや対地コンデンサ等の部品に負担がかかったり低寿命化したりするのを抑制でき、機器の破損を防止することも可能となる。
なお、上記Ｓ３１では、上記Ｓ３２における漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３の演算を容易にするため、複数の周波数で測定を行ってもよい。
図１３は、第３実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。変形例に係る地絡検出装置３０’は、上記地絡検出装置３０に対し、スイッチング部３２（図１０参照）に代えて上記スイッチング部２（図２参照）を備え、図１３に示すように、測定部３３（図１１参照）に代えて測定部３３’を備えた点で異なっている。
測定部３３’では、交流電源３１の一方側が電流検出器２５を介して接地電位Ｇに接続されている。また、交流電源３１の他方側が、太陽電池ストリング１０３を検出抵抗３５ｘ，３５ｙで分圧した中点３６に接続されている。つまり、太陽電池ストリング１０３の正極母線及び負極母線が、検出抵抗３５ｘ，３５ｙをそれぞれ介して中点３６にて接続され、この中点３６が交流電源３１の他方側に接続されている。
この変形例に係る地絡検出装置３０’では、上記Ｓ３２において、分圧抵抗の影響を考慮し、下式（４）により太陽電池ストリング１０３の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求めることが可能である。また、検出抵抗３５ｘ，３５ｙの存在によって漏れ電流値Ｉｌｅａｋの大きさを抑えることができ、安全性を高めることが可能となる。
Ｒｌｅａｋ＝ＶＡｓｏｕｒｃｅ／Ｉｌｅａｋ３−Ｒ
−１／｛（１／Ｒ３１）+（１／Ｒ３２）｝
又は、
Ｒｌｅａｋ＝ＶＡｓｏｕｒｃｅ／Ｉｌｅａｋ３−Ｒ０
−１／｛（１／Ｒ３１）+（１／Ｒ３２）｝ …（４）
但し、Ｒ３１：検出抵抗３５ｘの抵抗値
Ｒ３２：検出抵抗３５ｙの抵抗値
図１４は、第３実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。図１４に示すように、他の変形例に係る地絡検出装置３０”は、上記地絡検出装置３０に対し、測定部３３（図１１参照）に代えて測定部３３”を備えた点で異なっている。
測定部３３”では、交流電源３１の一方側が検出抵抗３８を介して接地電位Ｇに接続されている。また、交流電源３１の他方側が、太陽電池ストリング１０３の正極母線に接続されている。さらにまた、交流電源３１と検出抵抗３８との間、及び検出抵抗３８と接地電位Ｇとの間に電圧検出器１０が電気的に接続されており、検出抵抗３８の電圧値が電圧検出器１０により測定される。
この他の変形例に係る地絡検出装置３０”では、上記Ｓ３１において、検出抵抗３８に発生する電圧値Ｖｌｅａｋ３の波形を測定し記憶する。そして、上記Ｓ３２において、電圧値Ｖｌｅａｋ３を検出抵抗３８の抵抗値Ｒ３３で除し、この値（Ｖｌｅａｋ３／Ｒ３３）を漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３と同様に取り扱うことで漏れ電流値Ｉｌｅａｋ３−Ｒを演算で求め、下式（５）により太陽電池ストリング１０３の絶縁抵抗値Ｒｌｅａｋを求めることが可能である。なお、電圧検出器１０は電流検出器２５に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Ｖｌｅａｋ３を測定して電流値Ｉｌｅａｋ３を求めると、電流値Ｉｌｅａｋ３を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ｒｌｅａｋ＝ＶＡｓｏｕｒｃｅ／Ｉｌｅａｋ３−Ｒ−Ｒ３３
又は、
Ｒｌｅａｋ＝ＶＡｓｏｕｒｃｅ／Ｉｌｅａｋ３−Ｒ０−Ｒ３３ …（５）
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。
図１５は、第４実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図１５に示すように、本実施形態の地絡検出装置４０が上記地絡検出装置３０と異なる点は、測定部３３（図１１参照）に代えて測定部４３を備えた点である。
測定部４３は、太陽電池ストリング１０３に対し直流電圧値ＶＤｓｏｕｒｃｅの電圧（ＤＣバイアス）を印加する直流電源４２を有している。直流電源４２の一方側は、正極側とされており、接地電位Ｇに検出抵抗４１を介して接続されている。一方、直流電源４２の他方側は、負極側とされており、太陽電池ストリング１０３の正極母線に電気的に接続されている。なお、直流電圧値ＶＤｓｏｕｒｃｅの電圧は、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の観点から所定上限値以下とされている。また、ここでの直流電圧値ＶＤｓｏｕｒｃｅは、好ましい値として、１つの太陽電池ストリング１０３の電圧値と同程度の電圧値とされている。
この直流電源４２は、演算制御部４に接続されており、演算制御部４からの指示信号に応じて直流電圧値ＶＤｓｏｕｒｃｅを印加する。また、直流電源４２は、直流電圧値ＶＤｓｏｕｒｃｅを記憶部５に記憶する。さらに、測定部４３は、検出抵抗４１にて発生する電圧値Ｖｌｅａｋ４を検出する電圧検出器１０を有している。電圧検出器１０は、直流電源４２と検出抵抗４１との間、及び検出抵抗４１と接地電位Ｇとの間に電気的に接続されている。
このように構成された本実施形態では、図１６のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング１０３を測定部４３に接続した後（上記Ｓ３の後）、検出抵抗４１の電圧値Ｖｌｅａｋ４を測定し、記憶部５に記憶する（Ｓ４１）。続いて、記憶した電圧値Ｖｌｅａｋ４に基づいて、下式（６）により漏れ電流値Ｉｌｅａｋ４を演算する（Ｓ４２）。そして、演算した漏れ電流値Ｉｌｅａｋ４と予め記憶部５に記憶されている基準電流値とを比較して地絡を判定する上記Ｓ１１へ移行することとなる。
Ｉｌｅａｋ４＝Ｖｌｅａｋ４／Ｒ４１ …（６）
但し、Ｒ４１：検出抵抗４１の抵抗値
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列し、解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
また、本実施形態では、上述したように、直流電源４２から接地電位Ｇに流れる漏れ電流値Ｉｌｅａｋ４に基づいて地絡の有無を判定している。よって、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ４を監視することで、解列状態の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出することが可能となる。なお、電圧検出器１０は電流検出器２５に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Ｖｌｅａｋ４を測定して電流値Ｉｌｅａｋ４を求めると、電流値Ｉｌｅａｋ４を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
また、上述したように、太陽電池ストリング１０３に解列して地絡検出を行うことから、パワーコンディショナ１０２に直流電源４２による直流電圧が印加されるのを防止し、パワーコンディショナ１０２内のサージアブソーバや対地コンデンサ等の部品に負担がかかったり低寿命化したりするのを抑制でき、機器の破損を防止することが可能となる。
なお、本実施形態では、直流電源４２の他方側が太陽電池ストリング１０３の正極母線に電気的に接続されているが、直流電源４２の他方側が太陽電池ストリング１０３の負極母線に電気的に接続されていてもよい。この場合、直流電源４２の一方側は、正極側とされ、接地電位Ｇに検出抵抗４１を介して接続される一方、直流電源４２の他方側は、負極側とされ、太陽電池ストリング１０３の正極母線に電気的に接続される。
図１７は、第４実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。図１７に示すように、変形例に係る地絡検出装置４０’は、上記地絡検出装置４０に対し、測定部４３（図１５参照）に代えて測定部４３’を備えた点で異なっている。測定部４３’では、直流電源４２の一方側が、電流検出器２５を介して接地電位Ｇに接続されている。ここでの電流検出器２５は、直流電源４２から接地電位Ｇに流れる漏れ電流値Ｉｌｅａｋ４を測定する。
この変形例に係る地絡検出装置４０’では、上記Ｓ４１において、漏れ電流値Ｉｌｅａｋ４を測定し記憶でき、上記Ｓ４２を省略することが可能となる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
例えば、上記実施形態では、負荷装置としてパワーコンディショナ１０２を備えているが、負荷装置は、電力を消費又は変換するものであればよく、コンバータや蓄電池等の直流負荷であってもよい。また、太陽電池アレイ１０１を構成する太陽電池ストリング１０３の数は、２つでもよいし、４つ以上でもよく、また、各太陽電池ストリング１０３を構成する太陽電池モジュール１０４の数は、２〜７つでもよいし、９つ以上でもよい。
また、上記実施形態では、太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列したが、これに限定されるものではなく、太陽電池アレイ１０１を太陽光発電システム１００から解列し、当該太陽電池アレイ１０１の地絡を検出してもよい。上記において、測定部及び演算制御部が検出部を構成し、演算制御部が制御部を構成する。
また、本発明では、複数の太陽電池ストリング１０３を太陽光発電システム１００から解列し（つまり、複数の太陽電池ストリング１０３単位で解列し）、解列状態における複数の太陽電池ストリング１０３の地絡を検出してもよい。この場合、太陽電池アレイ１０１内の地絡を検出するに当たり、１つの太陽電池ストリング１０３毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
１…地絡検出装置、２，３２…スイッチング部、３，２３，２３’，２３”，３３，３３’，３３”，４３，４３’…測定部（検出部）、４…演算制御部（検出部，制御部）、９…検出抵抗、２１…第１検出抵抗、２２…第２検出抵抗、２４…第１及び第２検出抵抗の接続点（接続部）、２６…第３検出抵抗、３１…交流電源、３５ｘ…第１検出抵抗、３５ｙ…第２検出抵抗、３８…検出抵抗、４１…検出抵抗、４２…直流電源、１００…太陽光発電システム、１０１…太陽電池アレイ、１０２…パワーコンディショナ（負荷装置）、１０３…太陽電池ストリング、１０４…太陽電池モジュール、Ｇ…接地電位。

Claims (18)

  1. 複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出装置であって、
    複数の前記太陽電池ストリングのうち一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列用スイッチを介して電気的に切り離すことによって解列する、地絡検出対象の対地静電容量を下げるスイッチング部と、
    前記スイッチング部により前記一部の太陽電池ストリングを解列した状態で、解列した前記一部の太陽電池ストリングのみに対し測定用スイッチを介して電気的に接続され、当該一部の太陽電池ストリングの地絡を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
  2. 前記スイッチング部及び前記検出部の動作を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、複数の前記太陽電池ストリングのうち第１太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて前記検出部と接続させ、前記第１太陽電池ストリングの地絡の検出を実行させた後、当該第１太陽電池ストリングを前記検出部から解列させたときから、複数の前記太陽電池ストリングのうち第２太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列させて前記検出部と接続させるまでの間に、第１待ち時間を介在させることを特徴とする請求項１記載の地絡検出装置。
  3. 前記検出部は、解列された前記一部の太陽電池ストリングに接続されたときから前記地絡の検出を開始するまでの間に、当該一部の太陽電池ストリングの対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させる第２待ち時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載の地絡検出装置。
  4. 前記検出部は、
    接続部を介して互いに接続された第１及び第２検出抵抗を有しており、
    解列された前記一部の太陽電池ストリングの正極側に前記第１検出抵抗における前記接続部側と反対側を接続すると共に、負極側に前記第２検出抵抗における前記接続部と反対側を接続した状態にて、前記接続部から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の地絡検出装置。
  5. 前記検出部は、
    一方側が接地電位に接続された交流電源を有しており、
    解列された前記一部の太陽電池ストリングに前記交流電源の他方側を接続した状態にて、前記交流電源から前記接地電位に流れる電流値のうち前記交流電源による交流電圧値と同位相の電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の地絡検出装置。
  6. 前記検出部は、
    一方側が接地電位に接続された直流電源を有しており、
    解列された前記一部の太陽電池ストリングの正極側又は負極側に前記直流電源の負極側又は正極側としての他方側を接続した状態にて、前記直流電源から前記接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の地絡検出装置。
  7. 前記検出部は、
    一方側が接地電位に接続された検出抵抗を少なくとも１つ有しており、
    解列された前記一部の太陽電池ストリングの正極側のみに前記検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第１電圧降下値として測定すると共に、解列された前記一部の太陽電池ストリングの負極側のみに前記検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第２電圧降下値として測定し、
    測定した前記第１及び第２電圧降下値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の地絡検出装置。
  8. 前記スイッチング部は、前記検出部により前記地絡が検出されなかった場合、解列した前記一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムに電気的に接続することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項記載の地絡検出装置。
  9. 前記スイッチング部は、前記検出部により前記地絡が検出された場合、解列した前記一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列した状態のままにすることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項記載の地絡検出装置。
  10. 前記スイッチング部は、前記太陽光発電システムから解列する前記一部の太陽電池ストリングとして、複数の前記太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し、
    前記検出部は、前記スイッチング部により複数の前記太陽電池ストリングを解列した状態で、解列した複数の前記太陽電池ストリングのみに対し前記測定用スイッチを介して電気的に接続され、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項記載の地絡検出装置。
  11. 複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出方法であって、
    複数の前記太陽電池ストリングのうち一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列用スイッチを介して電気的に切り離すことによって解列する、地絡検出対象の対地静電容量を下げる解列ステップと、
    前記解列ステップにより前記一部の太陽電池ストリングを解列した状態で、解列した前記一部の太陽電池ストリングのみに対し検出部を測定用スイッチを介して電気的に接続し、当該一部の太陽電池ストリングの地絡を前記検出部で検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする地絡検出方法。
  12. 複数の前記太陽電池ストリングのうち第１太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し、前記検出部と接続する第１解列ステップと、
    前記第１解列ステップの後、前記第１太陽電池ストリングの地絡の検出を実行し、当該第１太陽電池ストリングを前記検出部から解列する第１検出ステップと、
    前記第１検出ステップの後、複数の前記太陽電池ストリングのうち第２太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列し前記検出部と接続する第２解列ステップと、
    前記第１検出ステップにより前記第１太陽電池ストリングを前記検出部から解列したときから、前記第２解列ステップにより前記第２太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し前記検出部と接続するまでの間に、第１待ち時間を介在させる介在ステップと、を含むことを特徴とする請求項１１記載の地絡検出方法。
  13. 前記検出ステップでは、前記検出部が解列状態の前記一部の太陽電池ストリングに接続されたときから前記地絡の検出を開始するまでの間に、当該一部の太陽電池ストリングの対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させる第２待ち時間が設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の地絡検出方法。
  14. 前記検出ステップにて前記地絡が検出されなかった場合、解列した前記一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムに電気的に接続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項記載の地絡検出方法。
  15. 前記検出ステップにて前記地絡が検出された場合、解列した前記一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列した状態のままにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項記載の地絡検出方法。
  16. 前記解列ステップでは、前記太陽光発電システムから解列する前記一部の太陽電池ストリングとして、複数の前記太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し、
    前記検出ステップでは、前記解列ステップにより複数の前記太陽電池ストリングを解列した状態で、解列した複数の前記太陽電池ストリングのみに対し前記検出部を前記測定用スイッチを介して電気的に接続し、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を前記検出部で検出することを特徴とする請求項１１〜１５の何れか一項記載の地絡検出方法。
  17. 複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、
    複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、
    電力を消費又は変換する負荷装置と、
    請求項１〜１０の何れか一項記載の地絡検出装置と、を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
  18. 複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出するための地絡検出プログラムであって、
    複数の前記太陽電池ストリングのうち一部の太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列用スイッチを介して電気的に切り離すことによって解列する、地絡検出対象の対地静電容量を下げる解列機能と、
    前記一部の太陽電池ストリングを解列した状態で、解列した前記一部の太陽電池ストリングのみに対し検出部を測定用スイッチを介して電気的に接続し、当該一部の太陽電池ストリングの地絡を前記検出部で検出する検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする地絡検出プログラム。
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