JP6061260B1 - 太陽光発電システムの感電防止回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 消火放水による感電事故を効果的に防止することができる、太陽光発電システムの感電防止回路を提供する。【解決手段】 火災発生時に太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎと外部負荷３間を連絡する正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂ間に組み込まれたパルス発生回路１２から高電圧パルス電流Ｉｄを出力し、各太陽電池モジュールに付設された短絡回路６のツェナーダイオード９を導通させて、サイリスタ８のゲートにゲート電流Ｉｇ流入させて点弧し、各太陽電池モジュールの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間を連絡する短絡電路７を導通させて短絡状態にすることで、外部への漏電を回避する。消火活動終了後は、リセットスイッチ１３をＯＮにして正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂ間を短絡させるとサイリスタ８が非導通状態に戻り、太陽光発電システム１は通常稼働状態に復帰する。【選択図】 図２

Description

本発明は、太陽光発電システムの設置場所で火災が発生した際に、消火放水による人体への感電事故を防止するための感電防止回路に関する。

近年、太陽光発電システムは急速に普及し、多くの一般住宅にも導入が進んでいる。そのような状況の中、太陽光発電システムが設置されている住宅の火災においては、十分な安全性が確保されておらず、特に消防活動における感電の危険性についてはほとんど考慮されていない。

図１３は、従来の一般的な太陽光発電システムの一例を示す模式的な回路図であって、同図における太陽光発電システムＡ１は、それぞれ、直列接続されたｎ個の太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２・・Ｍｎからなる３ストリング構成となっている。

これらのストリングの正極側と負極側はそれぞれ、正極側出力電路Ａ２及び負極側出力電路Ａ３を介して外部負荷（パワーコンディショナ）Ａ４に並列接続されている。また、前記それぞれのストリングと外部負荷Ａ４間を接続している正極側出力電路Ａ２と負極側出力電路Ａ２には、直流開閉器Ａ５の開閉スイッチＳｗａ、Ｓｗｂが組み込まれている。

また、それぞれの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２・・Ｍｎの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間には、バイパスダイオードＤが組み込まれているとともに、それぞれの正極側出力電路Ａ２の直流開閉器Ｓｗａと外部負荷Ａ４との間には、逆流防止ダイオードＡ６が組み込まれている。

同図に示す太陽光発電システムにおいては、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２・・Ｍｎで発電された電力は、直流開閉器Ａ５及び逆流防止ダイオードＡ６を経由して外部負荷Ａ４に供給されるが、太陽光発電システムＡ１の設置場所で火災が発生した場合、消火のための放水が行われると、直流開閉器Ａ５の開閉スイッチＳｗａ、Ｓｗｂを遮断しても、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２・・Ｍｎが発電を継続している限り、放水を伝わって人体に感電する危険性がある。

そこで、従来の消防時の安全対策としては、例えば、特許文献１に記載されているように、火災検知手段から出力された火災検知信号により、太陽電池モジュールのストリングをパワーコンディショナからを切り離すとともに、前記ストリングの出力端子間に所定の抵抗値を持つ短絡防止用抵抗を接続してその出力電圧を人体に安全な電圧まで降下させる技術が提案されている。

特開２０１４−６８５０９号公報

しかしながら、近年では、太陽光発電システムに使用される個々の太陽電池モジュールの性能が向上して高出力のものが製造されているため、太陽電池モジュールへの放水から人体に感電する危険性が高まっている。

そこで、本発明は、前述したような従来の太陽光発電システムの問題を解消し、消火放水による感電事故を効果的に防止することができる、太陽光発電システムの感電防止回路を提供することを目的とする。

前記目的のために提供される、本発明の太陽光発電システムの感電防止回路は、直列接続された複数の太陽電池モジュールが、正極側出力電路及び負極側出力電路を介して外部負荷と接続されている太陽光発電システムに適用されるものであって、それぞれの太陽電池モジュールの正極端子と負極端子間を連絡する短絡電路と、前記それぞれの短絡電路に、対応する太陽電池モジュールの正極端子にアノードが、負極端子にカソードが繋がるように組み込まれ、ゲートが、当該太陽電池モジュールの開放電圧より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを介して当該正極端子と繋がれているサイリスタと、前記正極側出力電路と負極側出力電路間に組み込まれ、全てのツェナーダイオードのツェナー電圧の総和を超える高電圧のパルス電流を発生することにより、それぞれのサイリスタを点弧し、各短絡電路を一斉に導通させるパルス発生回路と、前記正極側出力電路と負極側出力電路間を短絡して各サイリスタを消弧し、前記各短絡電路を一斉に非導通状態に復帰させるリセット回路を備えている。

本発明の太陽光発電システムの感電防止回路においては、それぞれの太陽電池モジュールの正極端子とサイリスタのゲート間が、周囲が所定温度に上昇すると導通してサイリスタを点弧させる、ＮＴＣサーミスタまたはＣＴＲサーミスタを介して接続されていることが望ましい。

また、本発明の太陽光発電システムの感電防止回路においては、パルス発生回路及びリセット回路は、一方の端が正極側出力電路に直接または正極側共通電路を介して接続され、他方の端が負極側出力電路に直接または負極側共通電路を介して接続された第１の充放電路と、 一方の端が前記正極側出力電路に直接または前記正極側共通電路を介して接続され、他方の端が前記負極側出力電路に直接または前記負極側共通電路を介して接続された第２の充放電路と、第１の充放電路に組み込まれた第１のスイッチ素子と、第２の充放電路に組み込まれた第２のスイッチ素子と、第１の充放電路に、第１のスイッチ素子より正極側出力電路寄りに組み込まれた、第１のコンデンサと、第２の充放電路に、第２のスイッチ素子より負極側出力電路寄りに組み込まれた、第２のコンデンサと、第１の充放電路の第１のスイッチ素子と第１のコンデンサの間と、第２の充放電路の第２のスイッチ素子と第２のコンデンサの間を連絡するバイパス電路と、前記バイパス電路に組み込まれた第３のスイッチ素子を含む回路ユニットとして一体に構成されていることも望ましい。

請求項１に記載された発明によれば、太陽光発電システムの設置場所で火災が発生した際に、それぞれの太陽電池モジュールを個別に短絡状態にして外部への漏電を回避することができるため、消防活動時の放水作業を安全に行うことができる。

また、それぞれの太陽電池モジュールの短絡状態への移行ならびに短絡状態からの復帰の操作は、正極側出力電路と負極側出力電路間に組み込んだパルス発生回路とリセット回路から一斉に行うことができるため、火災発生時の消防活動を速やかに開始できるとともに、消防活動を終了後、太陽光発電システムを通常稼働状態へ容易に復帰できる。

また、前述したそれぞれの太陽電池モジュールの短絡状態への移行ならびに短絡状態からの復帰の操作は、システムに別途信号ケーブルや無線通信手段を追加することなく離れた場所から行うことができるため、故障を起こし難く高い信頼性が得られるとともに、低コストで実施することができる。

請求項２に記載された発明によれば、各太陽電池モジュールに設けられているＮＴＣサーミスタまたはＣＴＲサーミスタが太陽電池モジュール周囲の温度上昇を検出して、自律的にサイリスタを点弧し、短絡電路を導通させることができるため、パルス発生回路による当該サイリスタの点弧が、火災による断線等により不能となった場合でも、当該太陽電池モジュールへの放水による感電を回避することができる。

請求項３に記載された発明によれば、パルス発生回路とリセット回路を、３つのスイッチ素子と２つのコンデンサを用いて一体化しているため、回路構成が簡単であるとともに、３つのスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ動作の組み合わせにより、それぞれの太陽電池モジュールに付設されているサイリスタの点弧と消弧の両方の操作を行うことができる。

本発明の感電防止回路の１実施形態を示す、太陽光発電システムの模式的な回路図である。 図１に示す太陽光発電システムにおいて、パルス発生回路が高圧パルス電流を出力した状態を示す図である。 各太陽電池モジュールに付設されている短絡回路の動作説明図である。 各太陽電池モジュールに付設されている短絡回路のＮＴＣサーミスタが導通した状態を示す動作説明図である。 図１に示す太陽光発電システムにおいて、リセット回路により、正極側出力電路と負極側出力電路間を短絡した状態を示す図である。 サイリスタをＰＮＰ型トランジスタとＮＰＮ型トランジスタからなる等価回路で置き換えた、短絡回路の変形例を示す図である。 本発明の感電防止回路の別の実施形態における、パルス発生回路とリセット回路を一体化した回路ユニットを示す図である。 図７に示す回路ユニットの動作説明図であり、同図（ａ）は、充電過程、（ｂ）は、高電圧パルス発生過程、（ｃ）は、リセット（短絡）状態を示す。 本発明の感電防止回路のさらに別の実施形態における、回路ユニットを示す図である。 回路ユニットを内蔵した操作ボックス内のスイッチ切換機構の断面図である。 充電過程における操作ボックス内のスイッチ切換機構の断面図である。 リセット時における操作ボックス内のスイッチ切換機構の断面図である。 従来の一般的な太陽光発電システムの一例を示す模式的な回路図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の感電防止回路を組み込んだ太陽光発電システムの模式的な回路図であって、同図に示す太陽光発電システム１は、直列に接続されたｎ個の太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎからなる単一のストリング構成であり、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎのストリングの正極側と負極側はそれぞれ、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂを介して、パワーコンディショナ等の外部負荷３に接続されている。

同図に示すように、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂには、直流開閉器４が組み込まれている。前記直流開閉器４は、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂをそれぞれ開閉する一対の開閉スイッチ４Ａ、４Ｂを有している。

これらの開閉スイッチ４Ａ、４Ｂは、互いに連係して同時にＯＮ／ＯＦＦ動作を行うように構成されている。また、正極側出力電路２Ａ側には、外部負荷３と開閉スイッチ４Ａ間に、逆流防止ダイオード５が組み込まれている。

太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎのそれぞれの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２の間には、バイパスダイオードＤが接続されている。なお、以下においては、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎの１つを太陽電池モジュールＭｉと表記して説明する。

それぞれの太陽電池モジュールＭｉには短絡回路６が付設されている。前記短絡回路６は太陽電池モジュールＭｉの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間を連絡する短絡電路７、サイリスタ８、ツェナーダイオード９、抵抗素子１０、及び、ＮＴＣサーミスタ１１から構成されている。

サイリスタ８は、そのアノードが太陽電池モジュールＭｉの正極端子Ｐ１に、カソードが負極端子Ｐ２に繋がるように短絡電路７に組み込まれている。また、そのゲートは、当該太陽電池モジュールＭｉの正極端子Ｐ１にツェナーダイオード９を介して接続されているとともに、抵抗素子１０を介して負極端子Ｐ２に接続されている。

ツェナーダイオード９は、ツェナー電圧Ｖｚが太陽電池モジュールＭｉの開放電圧Ｖｍより高いものを用いている。また、前記サイリスタ８のゲートは、さらにＮＴＣ（negative temperature coefficient ）サーミスタ１１を介して前記正極端子Ｐ１に接続されている。

ＮＴＣサーミスタ１１は、温度上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有する素子であり、常温では電流を通さず、火災発生により太陽電池モジュールＭｉの周囲が高温になると、抵抗値が減少して導通状態になる。

また、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂ間には、各太陽電池モジュールＭｉの短絡回路６のサイリスタ８を点弧にして短絡電路７を導通させるためのパルス発生回路１２と、当該サイリスタ８を消弧して短絡回路７を非導通状態に復帰させるためのリセット回路が組み込まれている。なお、本実施形態においては、前記リセット回路としてリセットスイッチ１３を用いている。

本発明の感電防止回路は、前述した各太陽電池モジュールＭｉに付設されている短絡回路６と、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂ間に組み込まれたパルス発生回路１２及びリセット回路としてのリセットスイッチ１３から構成されている。なお、短絡回路６は、太陽電池モジュールＭｉの製造時にその筐体内に実装することが望ましいが、既製の太陽電池モジュールの筐体の外側に外付けするユニットとして構成してもよい。

次に、前述したように構成されている本発明の感電防止回路の動作を説明する。図１は、太陽光発電システム１の平常稼働状態を示している。この状態においては、リセットスイッチ１３はＯＦＦ、直流開閉器４の開閉スイッチ４Ａ、４Ｂは両方ともにＯＮとなっていて、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎの出力電流Ｉは外部負荷３に供給されている。

一方、太陽光発電システム１の設置場所で火災が発生した場合には、消火のための放水を行う前に、図２に示すように、直流開閉器４の２つの開閉スイッチ４Ａ、４ＢをＯＦＦにして、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎから外部負荷３へ供給される電流を遮断する。

次に、パルス発生回路１２により、高電圧のパルス電流Ｉｄを発生させて、各短絡回路６に供給する。前記パルス発生回路１２の出力電圧（パルス電圧）Ｖｐは、前記それぞれのツェナーダイオード９のツェナー電圧Vzのn倍よりも高く設定されている。

その結果、各ツェナーダイオード９は導通状態となり、図３に示すように、サイリスタ８のゲートには、当該ツェナーダイオード９を通過したゲート電流Ｉｇが流入して点弧され、当該サイリスタ８のアノードとカソード間が導通状態となる。

そうすると、それぞれの太陽電池モジュールＭｉの正極端子Ｐ１から出力される電流は、短絡電流ｉｓとして短絡電路７を通って負極端子Ｐ２へ流れるため、放水による太陽電池モジュールＭｉから外部への漏電が回避され、感電事故を防ぐことができる。

また、本実施形態においては、火災による断線等により、パルス発生回路１２から太陽電池モジュールＭｉの短絡回路６のサイリスタ８の点弧が不能となった場合において、火災発生により当該太陽電池モジュールＭｉ周囲の温度が上昇すると、図４に示すように、ＮＴＣサーミスタ１１が導通状態となって、太陽電池モジュールＭｉの正極端子Ｐ１側から当該ＮＴＣサーミスタ１１を経由してサイリスタ８のゲートにゲート電流Ｉｇが供給される。

そのため、パルス発生回路１２の動作とは別個に、各太陽電池モジュールＭｉに付設されている短絡回路６は自律的にサイリスタ８を導通状態に切り換えることができる。なお、ＮＴＣサーミスタ１１に代えて、所定の温度を超えると急激に抵抗値が減少する特性を有するＣＴＲ（critical temperature resistor） サーミスタを用いてもよい。

消火活動が終了したら、太陽光発電システム１に損傷等の異常が無いことを確認後、これを通常の稼働状態に復帰させる場合には、図５に示すように、直流開閉器４の一対の開閉スイッチ４Ａ、４ＢをＯＮに切り換えるとともに、リセットスイッチ１３をＯＮに切り換える。

そうすると、直列に接続されている太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎからなるストリングの正極側と負極側は、前記リセットスイッチ１３で短絡される。その結果、各太陽電池モジュールＭｉを通して出力される電流は、当該リセットスイッチ１３を通過する短絡電流Ｉｓとして循環し、図３に示す各短絡電路７を流れる短絡電流ｉｓは消失するため、サイリスタ８は消弧されて非導通状態となる。

この状態から図１に示すようにリセットスイッチ１３を再びＯＦＦに切り換えると、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎの発電出力は外部負荷３へ供給され、太陽光発電システム１は、通常の稼働状態に復帰する。

なお、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、・・・Ｍｎは、夜間は発電しないため、リセットスイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦの切り換え操作を行わなくても、サイリスタ８は夜間に非導通状態となって、翌朝には太陽光発電システム１は通常稼働が可能となる。

次に、図６は、短絡回路６の変形例を示すもので、同図に示す短絡回路６’は、前述した短絡回路６のサイリスタ８を、ＰＮＰ型トランジスタ８ＡとＮＰＮ型トランジスタ８Ｂを組み合わせた等価回路で置き換えたものであり、ここでは、特許請求の範囲中に記載されている「サイリスタ」という用語は、このような等価回路も含むものとする。

次に、図７は、本発明の別の実施形態において用いられる、パルス発生回路とリセット回路を一体化した回路ユニットを示す図であって、この実施形態において、同図に示す回路ユニット１４以外の部分は、前述した実施形態において用いられているものと同一構成である。

図７に示す回路ユニット１４は、一方の端が正極側出力電路２Ａに正極側共通電路１５Ａを介して接続され、他方の端が負極側出力電路２Ｂに負極側共通電路１５Ｂを介して接続された、充放電路１６Ａ（第１の充放電路）と充放電路１６Ｂ（第２の充放電路）を並列に有している。

前記一方の充放電路１６Ａには、スイッチ素子１７Ａ（第１のスイッチ素子）とコンデンサ１８Ａ（第１のコンデンサ）が、スイッチ素子１７Ａを負極側共通電路１５Ｂ寄りに配置して直列に組み込まれている。

また、他方の充放電路１６Ｂには、スイッチ素子１７Ｂ（第２のスイッチ素子）とコンデンサ１８Ｂ（第２のコンデンサ）が、スイッチ素子１７Ｂを正極側共通電路１５Ａ寄りに配置して直列に組み込まれている。

また、充放電路１６Ａのスイッチ素子１７Ａとコンデンサ１８Ａとの間の位置と、充放電路１６Ｂのスイッチ素子１７Ｂとコンデンサ１８Ｂとの間の位置とは、途中にスイッチ素子１７Ｃ（第３のスイッチ素子）が組み込まれているバイパス電路１９によって連絡されている。

前述したように構成されている回路ユニット１４は、図８（ａ）のように、スイッチ素子１７Ａとスイッチ素子１７ＢをＯＮに、スイッチ素子１７ＣをＯＦＦにすると、正極側出力電路２Ａから正極側共通電路１５Ａへ充電電流Ｉｃが流入し、充放電路１６Ａと充放電路１６Ｂを通してコンデンサ１８Ａとコンデンサ１８Ｂがそれぞれ充電される。

次に、図８（ｂ）のように、スイッチ素子１７Ａとスイッチ素子１７ＢをＯＦＦに切り換えるとともに、スイッチ素子１７ＣをＯＮに切り換えると、コンデンサ１８Ａとコンデンサ１８Ｂは直列に接続されて、前述の各太陽電池モジュールＭｉの開放電圧の総和（ｎＶｍ）を略２倍に昇圧した高電圧のパルス状の放電電流Ｉｄが出力される。

また、図８（ｃ）のように、全てのスイッチ素子１７Ａ、１７Ｂ、１７ＣをＯＮにした場合には、正極側出力電路２Ａから正極側共通電路１５Ａ、充放電路１６Ｂ、バイパス電路１９、充放電路１６Ａ、及び、負極側共通電路１５Ｂを経由して負極側出力電路２Ｂへ短絡電流Ｉｓが流れて、前述の各太陽電池モジュールＭｉの短絡電路７の各サイリスタ８を通過する電流は消失するため、これらのサイリスタ８は非導通状態にリセットされる。

前述した図７及び図８に示す回路ユニット１４は、コンデンサ１８Ａとコンデンサ１８Ｂを、並列接続状態で各太陽電池モジュールＭｉが発生する電圧Ｖｍの総和の電圧ｎＶｍで充電した後、これらのコンデンサ１８Ａ、１８Ｂを直列接続状態に繋ぎ換えることにより、その２倍の電圧２ｎＶｍをパルス電圧Ｖｐとして出力する。

そのため、太陽電池モジュールＭｉの直列接続数ｎが多いシステムにおいては、回路ユニット１４から出力されるパルス電圧Ｖｐは過度に高電圧になるため、システム内の他の回路が悪影響を受ける虞がある。

そこで、このようなシステムにおいては、図９に示す回路ユニット１４’ように、前述した回路ユニット１４の正極側共通電路１５Ａと負極側共通電路１５Ｂ間に、前記パルス電圧Ｖｐより低いツェナー電圧を有する電圧調整用ツェナーダイオード２０を接続して、外部に出力されるパルス電圧Ｖｐを適切な電圧に調整することが望ましい。

なお、前記電圧調整用ツェナーダイオード２０は、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂ間を跨ぐように接続してもよい。また、前述したような、パルス発生回路とリセット回路を一体化した回路ユニット１４、１４’は、外部負荷３と太陽電池モジュールＭ１・・Ｍｎのストリングの間が離れている場合は、ストリングの配線のある接続箱付近やパワーコンディショナ付近等の複数箇所に分散して設け、個別に各短絡回路６のサイリスタ８の点弧や消弧を遠隔制御できるようにしてもよい。

次に、図１０は、前述した図７に示す回路ユニット１４、または、図９に示す電圧調整用ツェナーダイオード２０を含む回路ユニット１４’を内蔵している操作ボックス内のスイッチ切換機構の断面図であって、同図に示す操作ボックス２１は、これらの回路ユニット１４、１４’の各スイッチ素子１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃの切り換え操作を手動で行うためのものである。

図１０に示すように、操作ボックス２１には、その筐体２２の上面に一対の操作ボタン収容孔２３ａ、２３ｂを有する操作パネル２３が取り付けられている。これらの操作ボタン収容孔２３ａ、２３ｂにはそれぞれ、押ボタン２４と押しボタン２５が出没自在に配置されていて、一方の押ボタン２４の下方には、スイッチ操作ロッド２６がこれと一体に設けられている。

スイッチ操作ロッド２６は、筐体２２の天壁に前記ボタン収容孔２３ａと同心状に開口された受孔２２ａと、当該筐体２２内の下部に固定されている受具２７に形成された受孔２７ａで上下方向に摺動自在に案内支持されている。

また、スイッチ操作ロッド２６の下端部には、受具２７の下面に当接して、当該スイッチ操作ロッド２６の移動上限を規制する止め環２８が嵌着されている。また、スイッチ操作ロッド２６の側面には、その長手方向に３つの突部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃが下から順に、直列に並んで設けられている。

また、他方の押ボタン２５の下方には、これと一体にスイッチ操作ロッド２９が設けられている。前記スイッチ操作ロッド２９は、筐体２２の天壁部に前記ボタン収容孔２３ｂと同心状に形成された受孔２２ｂと、筐体２２内の上部に固定されている受具３０に形成された受孔３０ａで上下方向に摺動自在に案内支持されている。

スイッチ操作ロッド２９の下端部には、受具３０の下面に当接して、当該スイッチ操作ロッド２９の移動上限を規制する止め環３１が嵌着されている。また、スイッチ操作ロッド２９の下端面は、筐体２２側に軸３２で揺動自在に支持された揺動リンク３３の当接部３３ａに当接している。

揺動リンク３３には、引っ張りコイルばね３４の一方の端部が連結されている。また、この引っ張りコイルばね３４の他方の端部は、スイッチ操作ロッド２６の中間の突部２６Ｂに、当該引っ張りコイルばね３４を僅かに弾性伸長させた状態で連結されている。

そのため、スイッチ操作ロッド２６は、引っ張りコイルばね３４の弾性復元力により常時上向きに付勢されており、押しボタン２４の上端部は、操作パネル２３の上面から所定量突出した位置に保持されている。

また、前記揺動リンク３３は、引っ張りコイルばね３４から軸３２を中心とした反時計回りのモーメントを受けており、その結果、スイッチ操作ロッド２９の下端面は、当該揺動リンク３３の当接部３３ａで常時上向きに付勢されているため、他方の押しボタン２５の上端部も、操作パネル２３の上面から所定量突出した位置に保持されている。

筐体２２の内部には、前述した３つのスイッチ素子１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃが上下方向に配置されている。本実施形態においては、これらのスイッチ素子１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃには、先端にローラが回転自在に取り付けられている揺動式のアクチュエータを有する常開スイッチを用いている。

筐体２２内の上部に配置されているスイッチ素子１７Ｃは、下方の２つのスイッチ素子１７Ａ、１７Ｂとは、上下逆向きに取り付けられていて、図１０に示す状態では、２つのスイッチ素子１７Ａ、１７ＢはともにＯＦＦであるが、スイッチ素子１７Ｃは、そのアクチュエータが突部２６Ｃの上面で押し上げられてＯＮになっている。なお、この状態は、前述の正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂの間を、直列に繋いだコンデンサ１８Ａ、１８Ｂで連結した状態である。

次に、図１１に示すように、一方の押しボタン２４を押すと、これにつれてスイッチ操作ロッド２６も引っ張りコイルばね３４の弾性復元力に抗して下方に変位し、この際、突部２６Ａと突部２６Ｂの下面によって、スイッチ素子１７Ａとスイッチ素子１７Ｂは、それぞれのアクチュエータが押し下げられてＯＮに切り換わる。

また、同時に突部２６Ｃが下方に変位することにより、スイッチ素子１７ＣはＯＦＦに切り換わる。この状態は、図８（ａ）に対応しており、このとき、同図に示す２つのコンデンサ１８Ａ、１８Ｂは、正極側出力電路２Ａと負極側出力電路２Ｂ間に並列に接続された状態となって、充電電流Ｉｃにより充電される。

ここで、押しボタン２４から指を離すと、スイッチ操作ロッド２６は引っ張りコイルばね３４の弾性復元力により、図１０の位置へ戻るが、このとき、前記２つのコンデンサ１８Ａ、１８Ｂは、図８（ｂ）に示すように直列接続された状態に切り換わるため、これらのコンデンサ１８Ａ、１８Ｂから高電圧のパルス状の電流Ｉｄが放電される。

また、図１２に示すように、押しボタン２４と押しボタン２５を２つ同時に押したときは、前述した図１１の場合と同様に、スイッチ操作ロッド２６は下方に変位しているため、２つのスイッチ素子１７Ａ、１７Ｂは、ともにＯＮになっている。

この際、スイッチ操作ロッド２６の上部に配置されている突部２６Ｃは、図１１と同様に下方に変位しているが、押しボタン２５が押されてスイッチ操作ロッド２９が下降すると、その下端面が揺動リンク３３の当接部３３ａを押し下げる。

その結果、揺動リンク３３は、引っ張りコイルばね３４の弾性復元力に抗して、軸３２を中心に時計回りに回動し、反対側の当接部３３ｂが前記突部２６Ｃの上面から突出してスイッチ素子１７Ｃのアクチュエータを押し上げ、当該スイッチ素子１７ＣをＯＮに切り換える。

そうすると、これら３つのスイッチ素子１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃは、図８（ｃ）に示すように直列に導通して短絡電流Ｉｓを通過させるため、前述した各サイリスタ８は非導通状態になり、太陽光発電システム１は、通常の稼働状態に復帰する。

以上に説明した実施形態においては、パルス発生回路の高電圧パルス発生に必要なエネルギーを、太陽電池モジュールの発電出力から得ているが、パルス発生回路の電源は別電源としてもよい。さらに、直流開閉器やパルス発生回路の動作は、火災報知器やパワーコンディショナに内蔵されている地絡検出手段等に連携させて自動的に行うように構成してもよい。

本発明は、太陽光発電システムの設置場所の火災時の消火放水の際に、消防隊員等を感電から防ぐために効果的に利用することができるほか、故障したり経年劣化した太陽電池モジュールの修理や交換作業の際に、作業者を感電事故から保護するために利用することも可能である。

１ 太陽光発電システム
２Ａ 正極側出力電路
２Ｂ 負極側出力電路
３ 外部負荷
４ 直流開閉器
４Ａ、４Ｂ 開閉スイッチ
５ 逆流防止ダイオード
６、６’ 短絡回路
７ 短絡電路
８ サイリスタ
８Ａ ＰＮＰ型トランジスタ
８Ｂ ＮＰＮ型トランジスタ
９ ツェナーダイオード
１０ 抵抗素子
１１ ＮＴＣサーミスタ
１２ パルス発生回路
１３ リセットスイッチ（リセット回路）
１４、１４ 回路ユニット
１５Ａ 正極側共通電路
１５Ｂ 負極側共通電路
１６Ａ 充放電路（第１の充放電路）
１６Ｂ 充放電路（第２の充放電路）
１７Ａ スイッチ素子（第１のスイッチ素子）
１７Ｂ スイッチ素子（第２のスイッチ素子）
１７Ｃ スイッチ素子（第３のスイッチ素子）
１８Ａ コンデンサ（第１のコンデンサ）
１８Ｂ コンデンサ（第２のコンデンサ）
１９ バイパス電路
２０ 電圧調整用ツェナーダイオード
２１ 操作ボックス
２２ 筐体
２２ａ、２２ｂ 受孔
２３ 操作パネル
２３ａ、２３ｂ 押ボタン収容孔
２４、２５ 押ボタン
２６ スイッチ操作ロッド
２７ 受具
２７ａ 受孔
２８ 止め環
２９ スイッチ操作ロッド
３０ 受具
３０ａ 受孔
３１ 止め環
３２ 軸
３３ 揺動リンク
３３ａ、３３ｂ 当接部
３４ 引っ張りコイルばね
Ｄ バイパスダイオード
Ｉ 出力電流
Ｉｃ 充電電流
Ｉｄ パルス電流
Ｉｇ ゲート電流
Ｉｓ 短絡電流
ｉｓ 短絡電流
Ｍ１、Ｍ２、Ｍｉ、Ｍｎ 太陽電池モジュール
Ｐ１ 正極端子
Ｐ２ 負極端子

Claims (3)

1. 直列接続された複数の太陽電池モジュールが、正極側出力電路及び負極側出力電路を介して外部負荷と接続されている太陽光発電システムの感電防止回路であって、
   それぞれの太陽電池モジュールの正極端子と負極端子間を連絡する短絡電路と、
   前記それぞれの短絡電路に、対応する太陽電池モジュールの正極端子にアノードが、負極端子にカソードが繋がるように組み込まれ、ゲートが、当該太陽電池モジュールの開放電圧より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを介して当該正極端子と繋がれているサイリスタと、
   前記正極側出力電路と負極側出力電路間に組み込まれ、全てのツェナーダイオードのツェナー電圧の総和を超える高電圧のパルス電流を発生することにより、それぞれのサイリスタを点弧し、各短絡電路を一斉に導通させるパルス発生回路と、
   前記正極側出力電路と負極側出力電路間を短絡して各サイリスタを消弧し、前記各短絡電路を一斉に非導通状態に復帰させるリセット回路を備えたことを特徴とする太陽光発電システムの感電防止回路。
2. それぞれの太陽電池モジュールの正極端子とサイリスタのゲート間が、周囲が所定温度に上昇すると導通してサイリスタを点弧させる、ＮＴＣサーミスタまたはＣＴＲサーミスタを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システムの感電防止回路。
3. パルス発生回路及びリセット回路は、
   一方の端が正極側出力電路に直接または正極側共通電路を介して接続され、他方の端が負極側出力電路に直接または負極側共通電路を介して接続された第１の充放電路と、
   一方の端が前記正極側出力電路に直接または前記正極側共通電路を介して接続され、他方の端が前記負極側出力電路に直接または前記負極側共通電路を介して接続された第２の充放電路と、
   第１の充放電路に組み込まれた第１のスイッチ素子と、
   第２の充放電路に組み込まれた第２のスイッチ素子と、
   第１の充放電路に、第１のスイッチ素子より正極側出力電路寄りに組み込まれた、第１のコンデンサと、
   第２の充放電路に、第２のスイッチ素子より負極側出力電路寄りに組み込まれた、第２のコンデンサと、
   第１の充放電路の第１のスイッチ素子と第１のコンデンサの間と、第２の充放電路の第２のスイッチ素子と第２のコンデンサの間を連絡するバイパス電路と、
   前記バイパス電路に組み込まれた第３のスイッチ素子を含む回路ユニットとして一体に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電システムの感電防止回路。

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