JP6448946B2 - 太陽電池パネル異常検出システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池パネル異常検出システムに関する。

メガソーラーと呼ばれる大規模な太陽光発電システムが普及してきている。太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールを直接に接続して太陽電池ストリングとし、複数の太陽電池ストリングを並列に接続して太陽電池アレイを構成する。多数の太陽電池モジュールを含むメガソーラーにおいては、太陽電池モジュールに地絡等の異常が発生した場合に、異常発生箇所を特定することは困難である。

このため、太陽光発電システムについて、地絡等の異常発生箇所を特定するための様々な方法が提案されている。特許文献１には、太陽電池ストリングを交流系統に接続するためのパワーコンディショナに地絡の異常検出手段（地絡検出回路）を設け、この異常検出手段により太陽電池ストリングの異常を検出する地絡検出装置が開示されている。

特開２０１２−２４４８５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている地絡検出装置では、開閉器を通過した信号から異常の発生を検出するため、どの太陽電池ストリングで異常が発生したかを特定することはできない。このため、監視員が開閉器を順次開閉して、地絡が発生した太陽電池ストリングを特定する必要があり、異常発生箇所の特定の作業が煩雑である。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、地絡等の異常が発生した太陽電池ストリングを簡便に特定することができる太陽電池パネル異常検出システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を行ったところ、パワーコンディショナに設けられた異常検出機能を開閉器内に取り込めば、対応する太陽電池ストリングス毎に地絡等の異常を簡便に検出することができると共に、電気的な接続を瞬時に遮断して、パワーコンディショナ等の下流の機器への影響を未然に防止することができることを見出して本発明に至ったものである。

本発明の第１の観点に係る太陽電池パネル異常検出システムは、
直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含む複数列の太陽電池ストリングと、前記複数列の太陽電池ストリングから出力された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、前記複数列の太陽電池ストリングと前記パワーコンディショナとを電気的に接続あるいは遮断する複数の開閉器と、を含み、
前記複数の開閉器はそれぞれ対応する前記太陽電池ストリングに接続され、地絡の異常を検出する異常検出部をそれぞれ備え、
前記異常検出部は、接続された前記太陽電池ストリングと大地との間の電気的な絶縁性を示す値を測定する測定部と、前記太陽電池ストリングに地絡が発生したか否かを判別する判別部と、前記判別部が地絡が発生したと判別した場合にその旨を報知する報知部とを含み、
前記測定部は、前記電気的な絶縁性を示す値の測定手段として、日中の太陽電池ストリングが発電を行っている間に前記太陽電池ストリングの対地電圧を測定する手段と、光の照射のない夜間に前記太陽電池ストリングの絶縁抵抗を測定する手段と、を有し、
前記判別部は、前記測定部が測定した前記太陽電池ストリングの対地電圧と、一定の期間に予め測定した日射量から算出した発電量に応じた対地電圧値を示す基準値と、に基づいて、又は、前記測定部が測定した前記太陽電池ストリングの絶縁抵抗と、予め地絡が発生していないと判明している前記太陽電池ストリングの絶縁抵抗を示す基準値と、に基づいて、前記太陽電池ストリングに地絡が発生したか否かを判別する、
ことを特徴とする。

前記異常検出部は、前記測定部が測定した前記電気的な絶縁性を示す値を他の装置に送信する通信部を、さらに備えていてもよい。

前記測定部が測定した前記電気的な絶縁性を示す値を蓄積する蓄積部を、さらに含んでいてもよい。

前記複数の開閉器は、前記太陽電池ストリングを集約する集電箱あるいは接続箱内に配置されていてもよい。

本発明によれば、地絡等の異常が発生した太陽電池ストリングを簡便に特定することができる。また、開閉器の交換の際には、対応するストリングスだけを一時的にパワーコンディショナから切り離せばよく、地絡が発生してない太陽電池ストリングの運転を停止する必要がない。よって、経済的損失を最小限に抑えることが可能である。

実施の形態１に係る太陽電池パネル異常検出システムの構成を示す図である。 （ａ）は、実施の形態１に係る開閉器が備える機能を示す機能ブロック図である。（ｂ）は、実施の形態１に係る開閉器の機能を説明するための図である。 （ａ）は、変形例１に係る開閉器が備える機能を示す機能ブロック図である。（ｂ）は、変形例１に係る開閉器の機能を説明するための図である。 実施の形態２に係る太陽電池パネル異常検出システムの構成を示す図である。 実施の形態２に係る開閉器、制御装置が備える機能を示す機能ブロック図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る太陽電池パネル異常検出システムを説明する。図１に、実施の形態１に係る太陽電池パネル異常検出システム１００の構成を示す。太陽電池パネル異常検出システム１００は、太陽光発電システムにおいて、地絡が発生した太陽電池ストリングを特定する。

図１に示す太陽電池パネル異常検出システム１００は、太陽電池アレイを構成する複数列の太陽電池ストリング２と、複数の太陽電池ストリング２を並列に接続する（集約する）ための集電箱３に格納された開閉器５と、パワーコンディショナ４とを有する。ここでは、太陽電池ストリング２が４列である例を説明する。

太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）は、複数の太陽電池モジュール２１と、複数の太陽電池モジュール２１を直列に接続する絶縁被膜に覆われた導線２２とを有する。太陽電池モジュール２１は、光電変換部にアモルファスシリコン、多結晶シリコン、結晶シリコン等を用いた従来の太陽電池モジュール（太陽電池パネル）を含む。以下、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極側の一端を陽極端２２１とし、他端（陰極側）を陰極端２２２とする。

集電箱３内には太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）と同数の開閉器５（５ａ〜５ｄ）が格納されている。各太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）は、対応する１個の開閉器５（５ａ〜５ｄ）に接続されている。開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、接続されている太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）とパワーコンディショナ４とを電気的に接続あるいは遮断する。開閉器５（５ａ〜５ｄ）が閉状態のとき、太陽電池ストリング２が出力した直流電力は開閉器５（５ａ〜５ｄ）を介してパワーコンディショナ４に供給される。開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の流し得る最大の電流を通電、遮断する能力を備える。

集電箱３は、太陽光発電システムの保守を行う作業者等（以下、作業者）が点検可能な箇所に設置されている。作業者は、例えば、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に異常が発生した場合に集電箱３内の異常が発生した太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に接続された開閉器５（５ａ〜５ｄ）を開放する。また、集電箱３は接地されており、以下の説明においては、アース３ｅとは集電箱３の接地箇所を指す。

さらに、集電箱３内には、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）と同数の逆流防止用ダイオード３１（３１ａ〜３１ｄ）が格納されている。各逆流防止用ダイオード３１（３１ａ〜３１ｄ）は、対応する太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１に接続されており、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に逆向きの電流が流れることを防止する。

パワーコンディショナ４は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）から出力された直流電力を所定周波数（例えば、商用電源周波数）の交流電力に変換するためのインバータである。パワーコンディショナ４が変換した交流電力は商用電力系統等に供給される。

開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、従来の開閉機能に加えて地絡検出機能（異常検出機能）をそれぞれ備えている。開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）と大地との間の電気的な絶縁性を示す値として、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）とアース３ｅ間の絶縁抵抗を測定し、測定した絶縁抵抗に基づいて地絡を検出する。図２（ａ）は、開閉器５（５ａ〜５ｄ）が備える機能を示す機能ブロック図である。図示するように、開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、開閉部５１、絶縁抵抗測定部５２、判別部５３、報知部５４を含む。

開閉部５１は、作業者のレバー操作により、開状態あるいは閉状態に切り替えられる。開閉部５１が閉状態のとき、太陽電池ストリング２とパワーコンディショナ４との間の回路は電気的に接続されるため、太陽電池ストリング２から出力される直流電力がパワーコンディショナ４に供給される。開閉部５１が開状態のとき、太陽電池ストリング２とパワーコンディショナ４との間の回路は電気的に遮断される。あるいは、開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、開閉器５（５ａ〜５ｄ）自体が開閉部５１を開閉する機能を備えていてもよい。

絶縁抵抗測定部５２、判別部５３、報知部５４は、連動して異常検出部として動作する。絶縁抵抗測定部５２、判別部５３、報知部５４は、作業者により開閉器５（５ａ〜５ｄ）の地絡検出機能が有効に（オン）されたときに、動作する。

絶縁抵抗測定部５２は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の両端（陽極端２２１、陰極端２２２）が開放されている状態で、陰極端２２２（または陽極端２２１）とアース３ｅ間に直流電圧（あるいは交流電圧）を印加し、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて絶縁抵抗を算出する。

地絡が発生していない場合、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）は絶縁されており、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の両端（陽極端２２１、陰極端２２２）が開放状態であるため、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に電流は流れない。一方、地絡が発生している場合、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）と大地の間に電路が形成されて、地絡発生箇所と地面との間で電流が漏れるため、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に電流が流れる。よって、地絡が発生していない場合より地絡が発生している場合のほうが、絶縁抵抗が小さい。即ち、地絡が発生していない場合の絶縁抵抗に比べ、測定した絶縁抵抗が小さいなら、地絡が発生しているといえる。

判別部５３は、絶縁抵抗測定部５２によって測定された絶縁抵抗に基づいて地絡の発生の有無を検出する。地絡が発生している場合、報知部５４は地絡の発生を報知する。

図２（ｂ）を参照しながら、開閉器５（５ａ〜５ｄ）の絶縁抵抗の測定に係る構成を説明する。ここでは、図面の見やすさのため、開閉器５ａのみを示すが、開閉器５ｂ〜５ｄも同様の構成を備える。なお、測定に先立って、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の両端（陽極端２２１、陰極端２２２）は、例えば、作業員によりあらかじめ開放されている。

絶縁抵抗測定部５２は、内部電源５２ａを使用して、陽極端２２１とアース３ｅ間に電圧Ｖｓ１を印加する。ここで絶縁抵抗測定部５２は、陽極端２２１に負電圧を、アース３ｅに正電圧を印加する。陽極端２２１とアース３ｅ間に印加される電圧Ｖｓ１は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に含まれる太陽電池モジュール２１の定格電圧、太陽電池モジュール２１の個数等に応じて、計算等により求められる。

電流計５２ｂは、陽極端２２１とアース３ｅの間に配置され、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）を流れる電流Ｉｓ１を測定し、測定した値（Ｉｓ１）を演算部５２ｃに出力する。演算部５２ｃは、電圧Ｖｓ１と電流Ｉｓ１とから絶縁抵抗値Ｒ１（Ｒ１＝Ｖｓ１／Ｉｓ１）を算出し、絶縁抵抗値Ｒ１を判別部５３に出力する。

続いて、絶縁抵抗測定部５２は、内部電源５２ｄを使用して陰極端２２２とアース３ｅ間に電圧Ｖｓ２を印加する。ここで絶縁抵抗測定部５２は、陰極端２２２に正電圧を、アース３ｅに負電圧を印加する。陰極端２２２とアース３ｅ間に印加される電圧Ｖｓは、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に含まれる太陽電池モジュール２１の定格電圧、太陽電池モジュール２１の個数等に応じて、計算等により求められる。

電流計５２ｅは、陰極端２２２とアース３ｅの間に配置され、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）を流れる電流Ｉｓ２を測定、測定した値（Ｉｓ２）を演算部５２ｃに出力する。演算部５２ｃは、電圧Ｖｓ２と電流Ｉｓ２とから絶縁抵抗値Ｒ２（Ｒ２＝Ｖｓ２／Ｉｓ２）を算出し、算出した絶縁抵抗値Ｒ２を判別部５３に出力する。

判別部５３は、絶縁抵抗測定部５２が測定した絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２と内部メモリ５３ａに予め記憶されている基準値Ｒｒｅｆとに基づいて、地絡の発生の有無を判別する。基準値Ｒｒｅｆは、地絡が発生していない場合の太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の絶縁抵抗であり、計算等により予め求められ、内部メモリ５３ａに格納されている。判別部５３は、絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２のそれぞれ（あるいは絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２の平均値）が基準値Ｒｒｅｆを下回った場合、地絡が発生したことを通知する地絡発生信号を報知部５４に送信する。

報知部５４は、判別部５３から地絡発生信号を受信すると、例えば、ブザーを鳴らして、地絡の発生を報知する。報知部５４は、ブザーに限らず、発光ダイオードの点灯、表示装置へのメッセージ表示、無線通信、有線通信による外部装置への通知によって、報知を行ってもよい。

上述の開閉器５（５ａ〜５ｄ）を使用した太陽光発電システムの保守作業を説明する。保守作業を行う作業者は、図１に示す、太陽電池ストリング２ａに接続されている開閉器５ａの開閉部５１を開放し、地絡検出機能を有効に（オン）する。

開閉器５ａの地絡検出機能が有効に（オン）されると、図２（ｂ）に示す、開閉器５ａの絶縁抵抗測定部５２は、内部電源５２ａを使用して、陽極端２２１とアース３ｅ間に電圧Ｖｓ１を印加する。電流計５２ｂは、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）を流れる電流Ｉｓ１を測定する。演算部５２ｃは、電圧Ｖｓ１と電流Ｉｓ１とから絶縁抵抗値Ｒ１（Ｒ１＝Ｖｓ１／Ｉｓ１）を算出し、絶縁抵抗値Ｒ１を判別部５３に出力する。

さらに、絶縁測定部５２は、内部電源５２ｄを使用して、陰極端２２２とアース３ｅ間に電圧Ｖｓ２を印加する。電流計５２ｅは、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）を流れる電流Ｉｓ２を測定する。演算部５２ｃは、電圧Ｖｓ２と電流Ｉｓ２とから絶縁抵抗値Ｒ２（Ｒ２＝Ｖｓ２／Ｉｓ２）を算出し、絶縁抵抗値Ｒ２を判別部５３に出力する。

判別部５３は、絶縁抵抗測定部５２で測定された絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２のそれぞれ（あるいは絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２の平均値）が、内部メモリ５３ａに格納されている基準値Ｒｒｅｆを下回っているか否かを判別する。判別部５３は、絶縁抵抗値Ｒ１又はＲ２（あるいは絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２の平均値）が基準値Ｒｒｅｆを下回っていると判別すると、地絡が発生したことを通知する地絡発生信号を報知部５４に送信する。報知部５４は、地絡発生信号を受信すると地絡の発生を報知する。

再び、図１を参照する。作業者は、地絡の発生の報知に気づくと、地絡の発生を報知している開閉器５ａに接続されている太陽電池ストリング２ａを点検し、不具合箇所、例えば、異常が発生した太陽電池モジュール２１と新たな太陽電池モジュール２１とを交換する（あるいは修理する）。その後、作業者は再び開閉器５ａ（開閉部５１）を閉じ、開閉器５ａの地絡検出機能を無効にする。その後、作業者は、残りの開閉器５ｂ〜５ｄについても、上述の作業を繰り返し行う。

このように、開閉器５ａ〜５ｄが対応する太陽電池ストリング２ａ〜２ｄ毎に地絡が発生しているか否かを検出するため、作業者は、地絡の発生を報知した開閉器５（５ａ〜５ｄ）に接続されているどの太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）で地絡が発生しているかを知ることができる。このように、地絡が発生した太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の特定が容易である。

上述の説明では、作業者が開閉部５１の開閉を行った。あるいは、開閉器５（５ａ〜５ｄ）自体が、開閉部５１を開放し、絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２を測定し、測定した絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２に基づいて地絡の発生の有無を判別し、地絡が発生している場合に地絡の発生を報知し、開閉部５１を閉じる、これらの一連の動作を決められた時間間隔で繰り返す機能（点検機能）を備えていてもよい。点検機能が有効にされると、作業者の手を介することなく開閉器５（５ａ〜５ｄ）は自動的に地絡の検出を行う。

開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、従来の開閉器に、異常検出部（絶縁抵抗測定部５２、判別部５３、報知部５４）を追加して構成してもよい。あるいは、開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、製造工場を出荷されるときに、すでに開閉機能、地絡検出機能を備えた個々の製品として製造されたものであってもよい。既存の開閉器と開閉器５（５ａ〜５ｄ）とを交換するだけで、既設の太陽光発電システムに本実施の形態に係る太陽電池パネル異常検出システムを簡便に導入することができる。さらに、開閉器の交換の際には、対応する太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）だけを一時的にパワーコンディショナ４から切り離せばよいので、太陽光発電システム全体の運転を停止せずに済む。よって、発電停止による売電減少に伴う経済的損失を最小限に抑えることが可能である。

実施の形態１では、絶縁抵抗の測定を、開閉器５（絶縁抵抗測定部５２）が備える内部電源５２ａ、５２ｄを使用して行うため、夜間等の太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）が発電を行っていない時間帯であっても、地絡の検出を行うことができる。地絡の検出を含む保守作業を夜間等に行う場合、太陽光発電システムを停止する必要がなく、経済的な損失を抑えることができるからである。

さらに、開閉器５（５ａ〜５ｄ）に異常検出部を追加するため、地絡等の異常を検出した際には、該当の太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）とパワーコンディショナ４との電気的な接続を瞬時に遮断することが可能である。よって、パワーコンディショナ４等を含む下流の機器へ悪影響を及ぼすことを未然に防止することができる。

上述の例では、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１とアース３ｅ間、陰極端２２２とアース３ｅ間にそれぞれ電圧を印加し、絶縁抵抗を測定した。このような構成により絶縁抵抗の測定精度を向上させることができる。あるいは、陽極端２２１あるいは陰極端２２２の片方の極とアース３ｅ間に電圧を印加し、絶縁抵抗を測定するようにしてもよい。この場合、両極を使用する場合に比べて測定精度は落ちるものの、絶縁抵抗測定部５２の構成を簡素にすることができる。

上述の例では、判別部５３は、絶縁抵抗測定部５２が測定した絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２と、基準値Ｒｒｅｆとを比較して地絡の発生の有無を判別した。しかし、地絡の発生の有無の判別はこれに限られない。例えば、判別部５３は、絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２と、他の開閉器５（絶縁抵抗測定部５２）により測定された絶縁抵抗値Ｒ１、Ｒ２とを比較して、地絡の発生の有無を判別してもよい。

（変形例１）
実施の形態１では、測定した絶縁抵抗に基づいて地絡の発生を検出したが、地絡の発生は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）と大地との電気的な絶縁性を示す他の値に基づいて地絡の発生を検出することができる。

太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）と大地との電気的な絶縁性を示す値のひとつとして対地電圧がある。地絡が発生すると、地絡による漏れ電流のため、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）は予定されている発電量の電力を供給することができず、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１とアース３ｅ間の電圧（対地電圧）が降下する。よって、対地電圧が降下したか否かに基づいて、地絡の発生の有無を検出することができる。なお、本変形例では、実施の形態１とは異なり、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）により発電された電力を使用して対地電圧を測定するため、測定が可能な時間帯が日中に限定される。

図３（ａ）に本変形例に係る開閉器５（５ａ〜５ｄ）の機能ブロック図を示す。開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、実施の形態１と同様に、開閉部５１、判別部５３及び報知部５４を備える。開閉部５１、判別部５３及び報知部５４については、実施の形態１とほぼ同様の構成である。さらに、開閉器５（５ａ〜５ｄ）は対地電圧を測定するための電圧測定部５５を備える。判別部５３、報知部５４、電圧測定部５５は連動して地絡検出部として動作する。

電圧測定部５５は、２点間の電位差を測定する機能を有している。本変形例においては、電圧測定部５５は、電圧計５５ａ、５５ｂを有しており、太陽電池モジュール２１が発電を行っているときの、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１とアース３ｅ間の電圧（対地電圧）、陰極端２２２とアース３ｅ間の電圧（対地電圧）を測定する。なお、対地電圧の測定を行うときには、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の両端（陽極端２２１、陰極端２２２）は開放されている必要があるため、測定に先立って、例えば、作業者により開閉部５１が開放されているものとする。

図３（ｂ）を参照しながら、開閉器５ａの対地電圧測定に係る構成を説明する。ここでは、図面の見やすさのため、開閉器５ａのみを示すが、開閉器５ｂ〜５ｄも開閉器５ａと同様の構成を備える。

電圧測定部５５の電圧計５５ａは、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１−アース３ｅ間の電圧Ｖｓ１を測定し、測定した電圧Ｖｓ１を判別部５３に出力する。電圧計５５ｂは、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陰極端２２２−アース３ｅ間の電圧Ｖｓ２を測定し、測定した電圧Ｖｓ２を判別部５３に出力する。判別部５３は、電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と内部メモリ５３ａに予め記憶している基準値Ｖｒｅｆとに基づいて地絡が発生しているか否かを検出する。

基準値Ｖｒｅｆは、日射量に応じた発電量から求められた対地電圧値である。太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の発電量は、日射量に応じて変化する。このため、基準値Ｖｒｅｆは、測定当日の日射量に応じて異なる。内部メモリ５３ａには、基準値Ｖｒｅｆとして、測定当日の日射量から想定される太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の発電量に基づいて算出された対地電圧値が予め格納されている。

判別部５３は、電圧測定部５５が測定した電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２のいずれか（あるいは電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２の平均値）が内部メモリ５３ａに格納されている基準値Ｖｒｅｆを下回った場合、地絡を発生したことを通知する地絡発生信号を報知部５４に送信する。報知部５４は、判別部５３から地絡発生信号を受信すると、例えば、ブザーを鳴らしたり、無線通信や有線通信等により外部装置等に地絡の発生を報知する。

上述の開閉器５（５ａ〜５ｄ）を使用して作業者が行う保守作業及び開閉器５（５ａ〜５ｄ）の動作を説明する。なお、ここでは、図１に示す、太陽電池ストリング２ａで地絡が発生しているものとする。

保守作業を行う作業者は、作業に先だって、日射計等を使用して当日の日射量を測定し、計算等により、測定した日射量から想定される太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の発電量を算出する。さらに、作業者は、算出した発電量に基づいて基準値Ｖｒｅｆを求め、求めた基準値Ｖｒｅｆをすべての開閉器５（５ａ〜５ｄ）の電圧測定部５５の内部メモリ５３ａに基準値Ｖｒｅｆを記憶させる。

まず、作業者は、太陽電池ストリング２ａに接続されている開閉器５ａの開閉部５１を開放し、開閉器５ａの地絡検出機能を有効に（オン）する。

開閉器５（５ａ〜５ｄ）の地絡検出機能が有効に（オン）されると、図３（ｂ）に示す、開閉器５ａの電圧計５５ａは太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１とアース３ｅの間の電圧Ｖｓ１を測定する。電圧形５５ｂは、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陰極端２２２とアース３ｅの間の電圧Ｖｓ２を測定する。判別部５３は、電圧測定部５５（電圧計５５ａ、５５ｂ）が測定した電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２のいずれか（あるいは、電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２の平均値）が内部メモリ５３ａに格納されている基準値Ｖｒｅｆを下回っていると判別すると、地絡発生信号を報知部５４に送信する。報知部５４は、地絡発生信号を受信すると地絡の発生を報知する。

再び、図１を参照する。作業者は、地絡の発生の報知に気づくと、開閉器５ａに接続されている太陽電池ストリング２ａを点検し、不具合箇所、例えば、異常が発生した太陽電池モジュール２１と新たな太陽電池モジュール２１とを交換する（あるいは修理する）。その後、作業者は再び開閉器５（開閉部５１）を閉じ、開閉器５（５ａ〜５ｄ）の地絡検出機能を無効にする。その後、作業者は、残りの開閉器５ｂ〜５ｄについても、上述の作業を繰り返し行う。

本変形例においても、実施の形態１と同様に、開閉器５ａ〜５ｄが対応する太陽電池ストリング２ａ〜２ｄに地絡が発生しているか否かを検出するため、地絡が発生している太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の特定が容易である。

上述の説明では、作業者が開閉部５１の開閉を行った。あるいは、開閉器５（５ａ〜５ｄ）自体が、開閉部５１を開放し、電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２を測定し、測定した電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２に基づいて地絡の発生の有無を判別し、地絡が発生している場合に地絡の発生を報知し、開閉部５１を閉じる、これらの一連の動作を決められた時間間隔で繰り返す機能（点検機能）を備えていてもよい。点検機能が有効にされると、作業者の手を介することなく開閉器５（５ａ〜５ｄ）は自動的に地絡の検出を行う。

さらに、既存の開閉器と開閉器５（５ａ〜５ｄ）とを交換するだけで、本実施の形態に係る太陽電池パネル異常検出システムを既設の太陽光発電システムに導入することができ、導入が簡便である。さらに、開閉器の交換の際には、対応する太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）だけを一時的にパワーコンディショナ４から切り離せばよく、地絡が発生していない太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の運転を停止する必要がない。よって、経済的損失を最小限に抑えることが可能である。

さらに、本変形例では、開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、内部電源を必要としないため、実施の形態１に比べ開閉器５（５ａ〜５ｄ）の構成を簡素なものとすることができる。

上述の例では、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１とアース３ｅ間、陰極端２２２とアース３ｅ間の電圧を測定した。このような構成により対地電圧の測定精度を向上させることができる。あるいは、陽極端２２１あるいは陰極端２２２の片方の極とアース３ｅ間の電圧を測定するようにしてもよい。この場合、両極を使用する場合に比べて測定精度は落ちるものの、電圧測定部５５の構成を簡素にすることができる。

上述の例では、判別部５３は、電圧測定部５５が測定した電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と、基準値Ｖｒｅｆとを比較して地絡の発生の有無を判別した。しかし、地絡の発生の有無の判別はこれに限られない。例えば、判別部５３は、電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と、他の開閉器５（電圧測定部５５）により測定された電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２とを比較して、地絡の発生の有無を判別してもよい。

（実施の形態２）
上述の実施の形態１、変形例１では、ある時点における電気的な絶縁性を示す値（絶縁抵抗、対地電圧）に基づいて、地絡を検出した。しかしながら、測定を行う作業者の操作ミス、環境条件（気温、天候等）によっては、実際に発生している地絡を検出できない場合もありうる。本実施の形態においては、一定期間にわたって開閉器５（５ａ〜５ｄ）が計測した太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の通過電流、通過電圧を測定した測定値（測定データ）に基づいて地絡の発生を検出する。

図４に、実施の形態２に係る太陽電池パネル異常検出システム１０１の構成を示す。太陽電池パネル異常検出システム１０１は、実施の形態１に係る太陽電池パネル異常検出システムが含む構成に加えて、制御装置６を有する。開閉器５（５ａ〜５ｄ）は太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の通過電流、通過電圧を測定し、測定した値（測定データ）を制御装置６に送信する。制御装置６は、開閉器５（５ａ〜５ｄ）から受信した測定データを蓄積し、蓄積した測定データに基づいて地絡の発生の有無を検出する。

開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、図５に示すように、開閉部５１、報知部５４、電圧測定部５５、電流測定部５６、通信部５７を備える。開閉部５１、報知部５４は、実施の形態１、変形例１と同様の構成である。

電圧測定部５５は、２点間の電位差を測定する機能を有している。ここでは、電圧測定部５５は、電圧計５５ａを有しており、太陽電池モジュール２１が発電を行っているときに、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１と陰極端２２２間の電圧を測定する。

電流測定部５６は、電流計５６ａを有し、太陽電池モジュール２１が発電を行っているときに、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）を流れる電流を測定する。電流測定部５６は、陽極端２２１と開閉器５（５ａ〜５ｄ）の間に直列に接続される。

通信部５７は、制御装置６との間で通信（データの送受信）を行う通信インタフェースである。本実施の形態においては、開閉器５（５ａ〜５ｄ）の報知部５４、電圧測定部５５、電流測定部５６は、制御装置６の制御により動作する。

制御装置６は、コンピュータ等から構成される。制御装置６は、図５に示すように、制御部６１、記憶部６２、通信部６３、入出力部６４を備える。制御部６１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びワークメモリを含み、制御装置６の各部を制御する。記憶部６２は、補助記憶装置を含み、各種プログラム・データ、開閉器５（５ａ〜５ｄ）から供給された測定データを記憶する。通信部６３は、通信インタフェースを含み、開閉器５（５ａ〜５ｄ）との間で通信（データの送受信）を行う。入出力部６４は、入力装置、表示装置を含み、入力装置により入力されたユーザ（作業者等）の操作指示を受け付け、制御部６の制御に従って、文字・画像を表示装置に表示する。

制御部６１は、記憶部６２に記憶されたプログラムを実行して、開閉器５（５ａ〜５ｄ）に対地電圧の測定値（測定データ）を要求し、開閉器５（５ａ〜５ｄ）から受信した測定データを記憶部６２に蓄積し、蓄積した測定データに基づいて地絡の発生の有無を検出する。このように、制御装置６は、上述の実施の形態１、変形例１に係る開閉器５（５ａ〜５ｄ）が備えていた判別部５３としての役割を果たす。さらに、制御装置６は、測定値のデータを蓄積する蓄積部としての役割も果たす。

開閉器５（５ａ〜５ｄ）の通信部５７と制御装置６の通信部６３とは、有線あるいは無線ＬＡＮ（Local Area Network）通信、ＰＬＣ（Power Line Communication）通信等により相互にデータの送受信を行う。

以下、開閉器５（５ａ〜５ｄ）と制御装置６とが連動して、地絡の発生を検出する一連の動作を説明する。ユーザ（作業者等）は、入出力部６４を介して制御装置６に対して地絡の検出処理を開始するよう指示する。制御部６１は、指示を受け付けると、対地電圧の測定データを要求する制御信号を通信部６３を介して開閉器５（５ａ〜５ｄ）に送信する。

開閉器５（５ａ〜５ｄ）の通信部５７が、制御装置６から測定データを要求する制御信号を受信すると、電圧測定部５５は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の陽極端２２１と陰極端２２２間の電圧（線間電圧）を測定し、電流測定部５６は、太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の通過電流を測定する。開閉器５（５ａ〜５ｄ）の通信部５７は、電圧測定部５５、電流測定部５６がそれぞれ測定した測定値を制御装置６に送信する。

制御装置６の制御部６１は、通信部６３を介して、開閉器５（５ａ〜５ｄ）から測定値（線間電圧、通過電流）を受信すると、受信した測定値から太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の発電量を求める。制御部６１は、求めた発電量を、該当する太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）を識別する情報とともに記憶部６２に格納する。

制御部６１は、定期的に、開閉器５（５ａ〜５ｄ）に対して、線間電圧、通過電流の測定を指示し、開閉器５（５ａ〜５ｄ）から受信した測定値から発電量を求め、求めた発電量のデータを蓄積する。制御装置６は、一定の期間が経過すると、蓄積したデータに基づいて地絡の発生の有無を検出する。具体的には、太陽光発電システムに含まれるすべての太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の所定の期間内の発電量のデータを比較し、発電量が減少している太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）において地絡が発生していると判別するようにしてもよい。地絡を検出すると、制御装置６は、該当する太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）に接続されている開閉器５（５ａ〜５ｄ）に地絡発生を報知するよう指示する。開閉器５（５ａ〜５ｄ）は、報知部５４を介して地絡の発生を報知する。

制御部６１は、定期的に、上述の電圧、電流の測定を開閉器５（５ａ〜５ｄ）に指示し、開閉器５（５ａ〜５ｄ）から受信した測定値から求めた発電量のデータを蓄積する。制御装置６は、所定の期間が経過すると、蓄積したデータに基づいて地絡の発生の有無を検出する。

例えば、制御部６１は、太陽光発電システムに含まれるすべての太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）の期間内の発電量のデータを比較し、発電量が減少している太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）において地絡が発生していると判別するようにしてもよい。あるいは、各太陽電池ストリング２（２ａ〜２ｄ）について、期間内の発電量の減少率が割合を超えている場合、地絡が発生する可能性が高いと判別し、該当する太陽電池ストリングに接続されている開閉器５（５ａ〜５ｄ）にその旨を通知するようにしてもよい。太陽電池モジュール２１を接続する導線や太陽電池モジュール２１等の経年による劣化も含めた不具合も監視することにより、不具合による発電量減少が顕著になる前に保守を行うことも可能である。

（変形例２）
また、上述した、実施の形態１、２、変形例１で説明した構成を組み合わせてもよい。例えば、日中の太陽電池ストリングが発電を行っている間に対地電圧（変形例１）を測定し、光の照射のない夜間に、絶縁抵抗（実施の形態１）を測定するようにしてもよい。

上述の実施の形態１、２、変形例１では、太陽電池ストリング２が４列である例を説明したが、太陽電池ストリングの列数はこれに限られない。開閉器５の個数は、太陽電池ストリング２の列数に応じて決められる。また、上述の例では、集電箱３を使用する例を説明したが、導電箱を使用してもよい。

２（２ａ〜２ｄ） 太陽電池ストリング
３ 集電箱
３ｅ アース
４ パワーコンディショナ
５（５ａ〜５ｄ） 開閉器
２１ 太陽電池モジュール
２２ 導線
３１（３１ａ〜３１ｄ） 逆流防止用ダイオード
５１ 開閉部
５２ 絶縁抵抗測定部
５２ａ、５２ｄ 内部電源
５２ｂ、５２ｅ 電流計
５２ｃ 演算部
５３ 判別部
５３ａ 内部メモリ
５４ 報知部
５５ 電圧測定部
５５ａ、５５ｂ 電圧計
５６ 電流測定部
５６ａ 電流計
５７ 通信部
６ 制御装置
６１ 制御部
６２ 記憶部
６３ 通信部
６４ 入出力部
１００、１０１ 太陽電池パネル異常検出システム
２２１ 陽極端
２２２ 陰極端

Claims (4)

1. 直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含む複数列の太陽電池ストリングと、前記複数列の太陽電池ストリングから出力された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、前記複数列の太陽電池ストリングと前記パワーコンディショナとを電気的に接続あるいは遮断する複数の開閉器と、を含み、
   前記複数の開閉器はそれぞれ対応する前記太陽電池ストリングに接続され、地絡の異常を検出する異常検出部をそれぞれ備え、
   前記異常検出部は、接続された前記太陽電池ストリングと大地との間の電気的な絶縁性を示す値を測定する測定部と、前記太陽電池ストリングに地絡が発生したか否かを判別する判別部と、前記判別部が地絡が発生したと判別した場合にその旨を報知する報知部とを含み、
   前記測定部は、前記電気的な絶縁性を示す値の測定手段として、日中の太陽電池ストリングが発電を行っている間に前記太陽電池ストリングの対地電圧を測定する手段と、光の照射のない夜間に前記太陽電池ストリングの絶縁抵抗を測定する手段と、を有し、
   前記判別部は、前記測定部が測定した前記太陽電池ストリングの対地電圧と、一定の期間に予め測定した日射量から算出した発電量に応じた対地電圧値を示す基準値と、に基づいて、又は、前記測定部が測定した前記太陽電池ストリングの絶縁抵抗と、予め地絡が発生していないと判明している前記太陽電池ストリングの絶縁抵抗を示す基準値と、に基づいて、前記太陽電池ストリングに地絡が発生したか否かを判別する、
   ことを特徴とする太陽電池パネル異常検出システム。
2. 前記異常検出部は、前記測定部が測定した前記電気的な絶縁性を示す値を他の装置に送信する通信部を、さらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル異常検出システム。
3. 前記測定部が測定した前記電気的な絶縁性を示す値を蓄積する蓄積部を、さらに含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池パネル異常検出システム。
4. 前記複数の開閉器は、前記太陽電池ストリングを集約する集電箱あるいは接続箱内に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池パネル異常検出システム。

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