JP6140527B2 - 太陽光発電向けストリングモニタシステム - Google Patents
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Description
図1において、1は太陽電池ストリングで、複数の太陽電池パネル(PV)2を直列接続して構成される。この太陽電池ストリング1が太陽光の当たる場所に並べて配置され、これら太陽電池ストリング1から離れたところに1つまたは複数の接続箱10が設置される。そして、所定数の太陽電池ストリング1が接続箱10において並列接続され、その接続箱10がパワーコンディショナ(集電箱ともいう)20に接続される。これら太陽電池ストリング1、接続箱10、およびパワーコンディショナ20により、大規模な太陽光発電システム(メガソーラーシステムともいう)が構成される。そして、接続箱10に設けた後述の少なくとも各ストリングモニタ13、通信マスタユニット14、データバス15等を構成要素として、太陽光発電向けストリングモニタシステムが構成される。
開閉器12は、太陽電池ストリング1の正側出力ラインL1にドレイン・ソース間が挿入接続されたN型MOSFET(第1N型MOSFET)61、太陽電池ストリング1の正側出力ラインL1における上記N型MOSFET61よりも下流側の位置にソース・ドレイン間が挿入接続されたMOSFET(第2N型MOSFET)62、および当該開閉器12の動作に必要な直流電圧を出力する直流電源63を有し、この直流電源63の電圧を抵抗64およびフォトトランジスタ65bのコレクタ・エミッタ間を介して抵抗66に印加し、その抵抗66に生じる電圧をN型MOSFET61のゲート・ソース間に印加するとともに、直流電源63の電圧を抵抗67およびフォトトランジスタ68bのコレクタ・エミッタ間を介して抵抗69に印加し、その抵抗69に生じる電圧をN型MOSFET62のゲート・ソース間に印加する。
(1)太陽電池ストリング1の出力電流の値および逆流を差動増幅回路70の出力電圧から検出する電流検出手段。
各太陽電池パネル2に太陽光が当たると、太陽電池ストリング1から直流電圧が出力される。この出力が接続箱10に集められてその接続箱10からパワーコンディショナ20に供給される。
各ストリングモニタ13のマイクロコンピュータ120は、差動増幅回路70の出力から検出した電流の値と予め定められた所定値とを比較し、検出値が所定値以上の場合は太陽電池ストリング1の出力電流が過電流であると判定する。
夜間など、太陽光が太陽電池ストリング1に当たらなくなると、太陽電池ストリング1の出力電圧が低下し、パワーコンディショナ20の蓄電ユニット21から太陽電池ストリング1側へ電流が逆流することがある。
各ストリングモニタ13のマイクロコンピュータ120は、電流センサ53,54が正常であるかを電流センサ53の出力電圧と電流センサ54の出力電圧との対比により自己診断する。
各ストリングモニタ13のマイクロコンピュータ120は、図6に示すように、交流差動増幅回路80,90,100の出力電圧がそれぞれ設定値Vb付近である場合は出力ラインL1,L2に地絡が発生していないと判定し、交流差動増幅回路80,90,100の出力電圧のいずれかが設定値Vbより高い値に瞬時的に大きく上昇した場合は出力ラインL1,L2のどこかに地絡が発生したと判定する。
各ストリングモニタ13の電圧検出回路110は、抵抗111,112の直列回路をアッテネータとして用い、例えば1000Vの直流電圧をマイクロコンピュータ120のA/D変換出力5Vに対応させている。とくに、抵抗112から負側出力ラインL2にかけての接続ラインにダイオード114を順方向に挿入接続していることにより、マイクロコンピュータ120およびデータバス15の信号ライン15gが接続されたグラウンドラインGndが負側出力ラインL2から電気的に浮いた状態にある。
各ストリングモニタ13は、電流値の検出結果、過電流の検出結果、逆流の検出結果、自己診断の診断結果、地絡の検出結果、電圧値の検出結果などをデータバス15を通じて通信マスタユニット14に報知する。
太陽電池ストリング1が増設された場合、その増加数に対応する個数の新たな安全回路11、開閉器12、ストリングモニタ13が接続箱10において追加的に配線接続されるとともに、追加されたストリングモニタ13のマイクロコンピュータ120がデータ通信用のデータバス15に接続される。
上記実施形態では、正側出力ラインL1に配置した電流センサ(第1電流センサ)53の出力を差動増幅回路70の入力抵抗71a側に入力する構成としたが、負側出力ラインL2に配置した電流センサ(第3電流センサ)55の出力を第1電流センサ53の出力に代えて差動増幅回路70の入力抵抗71a側に入力する構成としてもよい。
Claims (10)
- 複数枚の太陽電池パネルを直列に接続してなる太陽電池ストリングを複数備えた太陽光発電システムにおいて、
前記各太陽電池ストリングの状態を監視しその監視結果をそれぞれ報知するストリングモニタと、
前記ストリングモニタの追加に伴う同ストリングモニタの接続および前記ストリングモニタの除去に伴う同ストリングモニタの切離が他の機器に影響を与えることなく自在なデータバスと、
を備えることを特徴とする太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、前記監視結果を前記データバスを介して外部機器に報知するとともに、前記監視結果を当該ストリングモニタの配設位置において報知する、
ことを特徴とする請求項1記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、
前記太陽電池ストリングの正側出力ラインに流れる電流の値に応じてレベル変化する電圧を出力する第1電流センサと、
前記太陽電池ストリングの負側出力ラインに流れる電流の値に応じて前記第1電流センサの出力電圧とは逆方向にレベル変化する電圧を出力する第2電流センサと、
前記第1電流センサの出力電圧と前記第2電流センサの出力電圧との差に応じたレベルの電圧を出力する差動増幅回路と、
前記太陽電池ストリングの出力電流の値および逆流を前記差動増幅回路の出力電圧から検出する電流検出手段と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、
前記太陽電池ストリングの負側出力ラインに流れる電流の値に応じてレベル変化する電圧を出力する第1電流センサと、
前記太陽電池ストリングの負側出力ラインに流れる電流の値に応じて前記第1電流センサの出力電圧とは逆方向にレベル変化する電圧を出力する第2電流センサと、
前記第1電流センサの出力電圧と前記第2電流センサの出力電圧との差に応じたレベルの電圧を出力する差動増幅回路と、
前記太陽電池ストリングの出力電流の値および逆流を前記差動増幅回路の出力電圧から検出する電流検出手段と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記太陽電池ストリングの正側出力ラインにドレイン・ソース間が挿入接続された第1N型MOSFETと、
前記太陽電池ストリングの正側出力ラインにおける前記第1N型MOSFETよりも下流側の位置にソース・ドレイン間が挿入接続された第2N型MOSFETと、
前記電流検出手段で検出される出力電流の値が所定値未満で且つ前記電流検出手段で検出される出力電流が逆流でない場合に前記第1N型MOSFETおよび前記第2N型MOSFETをオンし、前記電流検出手段で検出される出力電流の値が所定値以上の過電流である場合は前記第1N型MOSFETをオフし、前記電流検出手段で検出される出力電流が逆流である場合は前記第2N型MOSFETをオフする制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項3または請求項4記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記差動増幅回路は、演算増幅器、この演算増幅器の反転入力端および非反転入力端に接続された第1および第2入力抵抗、前記演算増幅器の非反転入力端にオフセット電圧を加えるオフセット電源、前記演算増幅器の出力端と反転入力端との間に接続された帰還抵抗を含み、前記第1電流センサの出力電圧と前記第2電流センサの出力電圧との差に応じたレベルの電圧を出力する、
ことを特徴とする請求項3または請求項4記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、
前記第1電流センサおよび前記第2電流センサが正常であるかをその第1電流センサの出力電圧と第2電流センサの出力電圧との対比により自己診断する診断手段、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項3または請求項4記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、
前記太陽電池ストリングの正側出力ラインと負側出力ラインとの間に接続された第1抵抗および第2抵抗の直列回路、この直列回路における第2抵抗から前記負側出力ラインにかけて順方向に設けられたダイオード、および前記第2抵抗に生じる電圧を増幅する演算増幅器を有し、前記正側出力ラインと前記負側出力ラインとの間の電圧の値に応じたレベルの電圧を出力する電圧検出回路、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項3または請求項4記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、
前記太陽電池ストリングの負側出力ラインに流れる電流の値に応じて前記第1電流センサの出力電圧と同方向にレベル変化する電圧を出力する第3電流センサと、
前記第1電流センサの出力電圧と前記第3電流センサの出力電圧との差分を増幅する交流差動増幅回路と、
前記太陽電池ストリングの出力ラインの地絡を前記交流差動増幅回路の出力から検出する地絡検出手段と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項3または請求項4記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。 - 前記ストリングモニタは、
前記太陽電池ストリングの出力ラインに設けた電流トランスと、
前記電流トランスに生じる電圧を増幅する交流差動増幅回路と、
前記太陽電池ストリングの出力ラインの地絡を前記交流差動増幅回路の出力から検出する地絡検出手段と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項3または請求項4記載の太陽光発電向けストリングモニタシステム。
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