WO2012026450A1 - 太陽光発電用集電箱 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solar power collection box, and in particular, from a solar battery string composed of a plurality of solar battery modules, a current collection box that collects DC power from each solar battery string, and a plurality of current collection boxes. It is related with the collector box for photovoltaic power generation used for the photovoltaic power generator which has the power conditioner which collects the electric power and changes into alternating current power, and outputs it.
- Solar cells convert natural energy into electrical energy and generate DC power. With the recent increase in awareness of global environmental problems, solar power generation devices using solar cells are attracting attention as clean power generation devices that do not emit carbon dioxide, which is a cause of global warming.
- the insulation property of the solar cell module, wiring, etc. deteriorates and may cause a ground fault due to some cause such as an installation environment or a use situation.
- a ground fault occurs, it is necessary to identify the location where the insulation properties have deteriorated and take appropriate measures.
- This solar power generation device has a current collection box for collecting the output of a plurality of solar cell strings formed by connecting a plurality of solar cell panels in series.
- a detector that outputs an abnormality detection signal when an abnormality is detected in any of the plurality of solar cell strings, and an abnormality detection signal that is provided in the middle of the solar cell string and is opened by the detector.
- An intermediate switch that transitions to a state and a string switch that can be separated for each solar cell string are provided.
- the current collection box comprised so that a string switch might also be open
- this solar power generation device is for home use, and the current collection box is also installed indoors, so that the inspection can be performed relatively easily.
- the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an apparatus capable of appropriately detecting a ground fault occurring in a larger-scale solar power generation apparatus used for home use.
- the present invention is a solar power collection box that collects power from a plurality of solar cell strings, and corresponds to each of the solar cell strings and a detector that detects a ground fault of each solar cell string.
- a switch disposed between the solar cell string and the connection cable, and a control device that controls opening and closing of the switch according to a detection result of the detection hand, and the control
- the apparatus is characterized in that when a ground fault is detected by the detector, the switch of the corresponding solar cell string is cut off, and the connection between the solar cell string and the connection cable is cut off.
- the connection between the solar cell string and the connection cable is cut off by the control device for the solar power collection box, which is suitable for each.
- a ground fault handling process can be performed.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the solar power generation device of the present invention
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the main configuration of the solar power generation device of the present invention
- FIG. 3 shows a solar cell string and a current collecting box. It is a schematic diagram which shows the location contained in detail.
- the photovoltaic power generation apparatus constitutes a medium-scale system in which several tens of solar cell modules having an output of about 200 W are connected and arranged, or a mega solar system in which several thousand or more are connected and arranged. To do.
- This solar power generation device includes a solar cell string 10 in which a plurality of solar cell modules 10a are connected in series. A plurality of solar cell strings 10 are connected to the current collection box 2 and the DC output of each solar cell string 10 is collected. Outputs from the plurality of current collection boxes 2 (2 1 to 2 n ) are given to the power conditioner 4 through the connection cable 3.
- the DC power generated by the solar cell is converted into AC power by the inverter device 41 in the power conditioner 4, the harmonic component is removed by a noise filter (not shown), and the AC power is output to the system 5.
- a noise filter not shown
- FIG. 1 only one power conditioner 4 is shown. However, depending on the configuration and scale of the apparatus, a plurality of power conditioners 4 may be used to supply power to the system 5. Good.
- an abnormality such as a ground fault occurs in the solar cell string 10 connected to the current collection box 2
- an abnormality or the like occurs from the control device 20 inside the current collection box 2 to the main control device 6 installed in the power management room or the like.
- This information is notified through the communication path 8 constituted by a network such as a LAN.
- the communication path 8 is constructed as necessary, such as wireless or wired.
- the solar cell string 10 is configured by connecting a plurality of solar cell modules 10a in series.
- the configuration of one solar cell string 10 is shown, but the configurations of the other solar cell strings 10 are the same.
- eight solar cell modules 10 a of about 200 W are connected in series to form the solar cell string 10, and the output of the solar cell string 10 is given to the current collection box 2.
- the number of series-connected solar cell modules 10a is not limited to eight, and is appropriately configured so as to obtain a voltage necessary for the solar power generation device.
- the solar cell module 10a includes a plurality of solar cells connected in series by wiring members, and EVA (ethylene vinylate, EVA) having excellent weather resistance and moisture resistance between a surface member such as glass and a weather resistant back member. It is configured to be sealed with a light-transmitting sealing material such as ethylene vinyl acetate).
- EVA ethylene vinylate, EVA
- various solar cells such as a crystalline solar cell, a thin film solar cell, or a compound solar cell can be used.
- the outputs of the plurality of solar cell strings 10 configured as described above are connected to the current collection box 2.
- the number of solar cell strings 10 connected to one current collection box 2 is appropriately selected so that an output necessary for the solar power generation device can be obtained.
- the plurality of solar cell strings 10 are connected to the current collection box 2 in parallel, and outputs from the plurality of solar cell strings 10 are collected.
- the current collection box 2 is installed at a location where an inspector can inspect in the vicinity where the plurality of solar cell strings 10 are installed.
- an abnormality such as a ground fault occurs in the solar cell string 10 connected to the current collection box 2
- the fact that the abnormality or the like has occurred in the main control device 6 installed in the power management room or the like is detected on a network such as a LAN. Notification is made via the configured communication path 8.
- Examples of the information to be notified include information for specifying the current collection box 2, information for specifying the solar cell string 10 in which an abnormality such as a ground fault has occurred, and information on the date and time when the ground fault has occurred.
- an ID number or the like is given in advance, and the ID number and the ID number are transmitted to the main controller 6 via the communication path 8. If comprised in this way, the current collection box 2 and the solar cell string 10 in which abnormality, such as a ground fault, has generate
- corresponding solar cells 10 correspond to solar cells 10 when a maintenance check of the solar cell module 10 a or the like or when an abnormality such as a ground fault occurs in a part of the solar cell string 10.
- a switch 23 for separating the string 10 from the circuit is provided.
- the opening / closing control of the switch 23 is turned on / off under the control of the control device 20 composed of a microcomputer or the like.
- the switch 23 has a capability of energizing and shutting off the maximum current that can be passed through the solar cell string 10 and is electrically opened and closed.
- an ON state that is, an energized state in which power from the solar cell string 10 flows
- an ON current is passed through the switch 23 and the switch 23 is kept closed.
- the switch 23 When the switch 23 is in an OFF state, that is, in a cut-off state, the switch 23 is controlled to stop energization, and the switch 23 is kept open.
- the switch 23 is configured by an electromagnetic relay or the like that can be turned on and off by a signal from the control device 20, and is turned on when the switch 23 is energized and turned off when the energization is stopped as described above. Therefore, in this embodiment, when electricity is not given to the switch 23 such as at night, the OFF state is maintained. As described above, in this embodiment, power saving is performed in a time zone in which the solar cell string 10 is not generating power, such as at night.
- Each solar cell string 10 is provided with a protective element 21 such as a fuse or a backflow prevention diode. This is to prevent the flow of current that occurs when the generated voltage of each solar cell string 10 differs depending on the installation position of the solar cell string 10, the irradiation condition of sunlight, and the like.
- a ground fault detector 22 for detecting a ground fault is provided between each switch 23 and the solar cell string 10.
- the ground fault detector 22 detects a difference current flowing through both cables by a magnetic field generated from each of the forward and backward cables of the current and supplies this detection signal to the control device 20. Noise due to a cable or the like from the solar cell string 10 is superimposed on this detection signal.
- the noise output is removed from the detection output from the ground fault detector (ground fault detection unit) 22 by the low pass filter (LPF) 26 to the control device 20.
- the control device 20 is given a set voltage (P) for determining whether or not a ground fault has occurred due to the output from the ground fault detector 22.
- the detection sensitivity is determined by the set voltage (P). This set voltage (P) is determined in consideration of the system, the energized current, and the like.
- the control device 20 determines that a ground fault has occurred when the detection output given from the ground fault detector 22 exceeds the set voltage (P).
- the ground fault detector 22 may be configured to detect a difference current using a clamp-type current sensor.
- the control device 20 takes in the detection output from the ground fault detector 22 every second, stores the detection output for a predetermined number of times, and calculates the average value thereof. Then, the calculated average value is compared with the set voltage (P). This control operation will be described later.
- the detection output from the ground fault detector 22 has no ground fault, but gradually increases as the cable or the like deteriorates. Therefore, in this embodiment, the detection sensitivity is adjusted by adjusting the average number of signals based on the detected output detected. For example, every time the detection output increases, the average number of times is decreased and the detection sensitivity is increased.
- the control device 20 controls the switch 23 connected to the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred to be turned off, that is, to shut off the circuit.
- the control device 20 stops energization of the corresponding switch 23 in order to shut off the switch 23.
- the switch 23 cuts off the energization from the solar cell string 10 in which a ground fault has occurred.
- the control device 20 stores the information about the occurrence of the ground fault and the information about the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred in the internal storage device, and displays the information on the display device 25 including a liquid crystal display device (LCD). . Further, the information about the current collection box 2, the occurrence of the ground fault, and the information about the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred are also transmitted to the main control device 6 through the communication path 8.
- LCD liquid crystal display device
- the control device 20 is given the output voltage of each solar cell string 10 by the voltage detection circuit 27. Assuming that the solar cell voltage from the solar cell string 10 is Vpn, the control device 20 performs ON / OFF control of the switch 23 by checking the voltage Vpn. That is, it is necessary to turn on the switch 23 while the inverter device 41 is in operation. Then, the switch 23 is turned ON before the inverter device 41 is activated. Assuming that an operation start voltage of an inverter device 41 described later is V1, an operation stop voltage is V2, and a solar cell voltage of the solar cell string 10 is Vpn, the control device 20 confirms the voltage Vpn to turn ON / OFF the switch 23. OFF control is performed. That is, the switch 23 is turned on while the inverter device 41 is in operation. Then, the switch 23 is turned ON before the inverter device 41 is activated.
- the ON condition of the switch 23 is Vpn ⁇ V1-50V. 50V is an example, and this value varies depending on the system.
- the OFF condition of the switch 23 is when the state of Vpn ⁇ V2-50V continues for 30 minutes. This is because it is not always 0 V in the installation environment of the solar cell. 30 minutes, 50V is an example, and this value varies depending on the system.
- control device 20 further checks the voltage Vpn applied from the solar cell string 10 and performs ON / OFF control of the switch 23 when the above condition is reached.
- FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 20 in the current collection box 2.
- the control device 20 includes a microcomputer, and includes a CPU (Central Processing Unit) 201, a transmission unit 203, a storage unit 204 including a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), for example.
- the ROM of the storage unit 204 stores a program for controlling the operation of the current collection box 2 such as detecting a ground fault and controlling the opening and closing of the switch 23.
- the CPU 201 functions as a calculation unit that calculates an average value of the output from the ground fault detection unit 22 when a ground fault occurs, and a function as a determination unit that compares the average value with a set value to determine the presence or absence of a ground fault.
- a program such as identification of the corresponding solar cell string 10, interruption of the switch 23, and transmission of an abnormality is developed to control various operations.
- the transmission unit 203 transmits various information to the main control device 6 through the communication path 8.
- the power collection unit 2 is provided with a power source unit 202.
- the power source unit 202 When power from the solar cell string 10 is supplied through the switch 23, the power source unit 202 is supplied with a part of the power, When power from the battery string 10 is not applied, power from the system 5 is supplied.
- the power supply unit 202 supplies power to the CPU 201, the transmission unit 203, the storage unit 204, and the like.
- the power supply unit 202 includes a secondary battery, and is configured to be charged with supplied power so that the control device 20 can operate even when the solar cell string 10 does not generate power.
- the control device 20 When detecting a ground fault or the like, the control device 20 transmits an ID number assigned to the main control device 6 to identify the current collection box 2 and information on the solar cell string 10 in which a ground fault has occurred.
- the data is transmitted from 203 to the communication path 8 and transmitted to the main controller 6.
- the display device 25 displays information such as information for specifying the solar cell string 10 in which a ground fault has occurred and information on the occurrence time of the ground fault.
- the output voltage of each solar cell string 10 and the ON / OFF information of each switch 23 are output from the transmission unit 203 of the current collection box 2. This information is given from the communication path 8 to the power conditioner 4, and the power conditioner 4 can obtain the output voltage of each solar cell string 10 and the ON / OFF information of each switch 23.
- the power conditioner 4 the power from the plurality of current collecting box 2 1 2 n are supplied via a connection cable 3.
- the power conditioner 4 supplies power from the connection cable 3 to the inverter device 41 via the switch 43 and the ground fault detector 42.
- the inverter device 41 converts the supplied DC power into AC power.
- AC power from the inverter device 41 is output to the system 5 via the switch 44.
- the switches 43 and 44 are ON / OFF controlled by the control device 40.
- the plurality of solar cell strings 10 are connected to the current collection box 2, and the plurality of current collection boxes 2 are connected to the power conditioner 4.
- the respective numbers are in the relationship of solar cell string 10> collection box 2> power conditioner 4. That is, the number of solar cell strings 10 is the largest, followed by the number of current collection boxes 2 and then the number of power conditioners 4.
- the switches 43 and 44 may be provided outside the power conditioner 4.
- a ground fault detector 42 for detecting a ground fault is provided between the switch 43 and the inverter device 41.
- the ground fault detector 42 detects a difference current flowing in both cables by a magnetic field generated from each of the current forward and return connection cables, and supplies this detection signal to the control device 40. Noise from the connection cable 3 or the like is superimposed on this detection signal.
- the detection output from the ground fault detector 42 is removed from the noise component by the low-pass filter 46 and given to the control device 40.
- the control device 40 is given a set voltage (P) for determining whether or not a ground fault has occurred due to an output from the ground fault detector 42.
- the detection sensitivity is determined by the set voltage (P).
- Detection sensitivity must be determined in consideration of noise.
- the ground fault detector 22 used in the current collecting box 2 and the ground fault detector 42 used in the power conditioner 4 are superimposed on the line because the length of the line and the place where the line is arranged are completely different.
- the noise is different. Since the noise is different, the set voltage (P) corresponding to the detection sensitivity in consideration of the noise is different between the two control devices 20 and 40.
- the ground fault detection sensitivity in the control device 40 is the ground fault detection in the control device 20 of the current collection box 2. It is set lower than the sensitivity. This is because when the ground fault detection sensitivity is high, the occurrence of a ground fault and a malfunction are caused by noise.
- the control device 40 can detect whether or not a ground fault has occurred between the current collection box 2 and the power conditioner 4 based on the output of the ground fault detector 42.
- the ground fault detector 42 may be configured to detect a differential current using a clamp-type current sensor in addition to using the magnetic field.
- the control apparatus 40 has a function of a calculation part and a function of the judgment part which judges the presence or absence of a ground fault. For example, the control device 40 takes in the detection output from the ground fault detector 42 every second, stores the detection output a predetermined number of times, and calculates the average value thereof by the calculation unit.
- the detection sensitivity is adjusted by adjusting the average number of signals based on the detected output detected. For example, every time the detection output increases, the average number of times is decreased and the detection sensitivity is increased.
- the control device 40 determines that a ground fault has occurred based on the detection signal from the ground fault detector 42, the control device 40 connects the inverter 43 and the switch 43 that connects the connection cable 3, and connects the inverter device 41 and the system 5.
- Each of the switches 44 to be turned off is turned off, that is, the energization to the switches 43 and 44 is stopped so as to interrupt the circuit.
- the switches 43 and 44 are turned on while the switches 43 and 44 are energized, and the switches 43 and 44 maintain the connection.
- the switch is turned OFF, and the switches 43 and 44 operate to disconnect the connection.
- control device 40 When the control device 40 detects a ground fault, the control device 40 stops the control of the inverter device 41 and stops the inverter device 41. Subsequently, the switch 44 is turned off to disconnect the connection between the power conditioner 4 and the system 5. And the switch 43 is turned OFF and the connection between the inverter apparatus 41 and the connection cable 3 is cut
- the control device 40 stores information about the occurrence of a ground fault in an internal storage device, and transmits information about the occurrence of a ground fault to the main control device 6 via the communication path 8.
- the control device 40 performs PWM control of the switching elements constituting the inverter device 41 so that the power supplied to the system 5 is AC power having a predetermined voltage and a predetermined frequency.
- the inverter device 41 starts when a PWM signal is input from the control device 40, and stops when the supply of the PWM signal is stopped.
- the inverter device 41 is activated when the input voltage from the connection cable 3 is larger than the set reference voltage. For this reason, the voltage from the connection cable is given to the control device 40, and the voltage input to the inverter device 41 is compared with the reference voltage.
- a PWM signal is given to the inverter device 41 in order to start the inverter device 41.
- the control device 40 stops supplying the PWM signal and stops the inverter device 41.
- the predetermined value is a voltage necessary for operating the inverter device 41 and is set in advance.
- the control device 40 turns off (cuts off) the switch 44 and disconnects the connection between the inverter device 41 and the system 5.
- the switches 43 and 44 are turned off to save power. Further, the supply of power to the ground fault detector 42 is also stopped.
- the control device 40 confirms the voltage Vpn to switch the switch ON / OFF control of 43 and 44 is performed. That is, it is necessary to turn on the switches 43 and 44 while the inverter device 41 is in operation.
- the output voltage of the solar cell string 10 and the ON / OFF control information of the switch 23 are input from the current collection box 2 to the control unit 40 via the communication path 8. And in all the current collection boxes 2, when none of the switches 23 are ON, the switch 43 is controlled to keep the OFF state.
- the ON condition of the switches 43 and 44 is Vpn ⁇ V1-50V as described above. 50V is an example, and this value varies depending on the system.
- the OFF condition of the switches 43 and 44 is when the state of Vpn ⁇ V2-50V continues for 30 minutes. This is because it is not always 0 V in the installation environment of the solar cell. 30 minutes, 50V is an example, and this value varies depending on the system.
- control device 40 further checks the voltage Vpn of the solar cell provided from the connection cable 3 and performs ON / OFF control of the switches 43 and 44 when the above conditions are reached.
- the control device 40 includes a power supply unit, and when power from the solar cell string 10 is given, a part of the power is supplied, and when power from the solar cell string 10 is not given, Power from the system 5 is supplied. Further, a secondary battery may be provided and charged with power from the solar cell string 10 or the system 5, and the charged power may be used for the operation of the control device 40 or the like.
- the control device 40 performs a starting process for starting the inverter device 41.
- This activation process is started at a time when the solar cell string 10 starts to receive sunlight, for example, at sunrise time. Moreover, when the solar cell string 10 is the time when sunlight can be received and the inverter device 41 is not operating, for example, when the solar cell string 10 is temporarily stopped due to sunlight being blocked, The activation process is performed.
- the start-up process first, when the solar cell voltage Vpn applied to the control device 40 reaches the above condition, the switch 43 is turned ON. When the solar cell voltage Vpn reaches V1, the inverter device 41 is operated, the switch 44 is turned on, and the system 5 is connected.
- the control device 40 performs a stop process for stopping the inverter device 41.
- the stop process other than the stop due to the ground fault is started at the sunset time, for example, when the solar cell string 10 is not irradiated with sunlight.
- the stop process is also performed when the output of the solar string 10 decreases during the time when the solar cell string 10 can receive sunlight.
- the solar cell voltage Vpn reaches V2
- the operation of the inverter device 41 is stopped.
- the switch 44 is turned off.
- the switch 43 is in an ON state. This is because the power supply to the inverter device 41 is not immediately stopped by a temporary voltage fluctuation.
- the switch 43 is turned off.
- the control device 40 performs a stop process.
- the control of the inverter device 41 is stopped and the inverter device 41 is stopped.
- the switch 44 is turned off to disconnect the connection between the power conditioner 4 and the system 5 to ensure safety.
- the switch 43 is turned OFF and the connection between the inverter apparatus 41 and the connection cable 3 is cut
- the control device 40 stores information about the occurrence of a ground fault in an internal storage device, and transmits information about the occurrence of a ground fault to the main control device 6 via the communication path 8.
- FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 40 in the power conditioner 4.
- the control device 40 includes a microcomputer, and includes a CPU (Central Processing Unit) 401, a transmission unit 403, a reception unit 405, a storage unit 404 including a ROM and a RAM, for example, a ROM of the storage unit 404, for example.
- a program for controlling the operation of the power conditioner 4 such as ground fault detection, opening / closing control of the switches 43 and 44, drive control of the inverter device 41, and the like is stored.
- the CPU 401 develops a program such as detecting a ground fault, stopping the inverter device 41, shutting off the switches 43 and 44, and transmitting an abnormality, and controls various operations.
- the transmission unit 403 transmits various information to the main control device 6 through the communication path 8.
- the receiving unit 405 is given the output voltage of each solar cell string 10 of the current collection box 2 and the ON / OFF information of the switch 23 from the communication path 8, and these information are given to the CPU 401 and used for controlling the inverter device 41. It is done.
- the output voltage of each solar cell string 10 is given to the control device 40 via the voltage detector 47. Further, the output from the ground fault detector 42 is given with a noise component removed by a low pass filter (LPF) 46.
- LPF low pass filter
- the control unit 40 is provided with a power supply unit 402, which is connected to the connection cable 3 and receives a part of the power generated by the solar cell string 10.
- the power supply unit 402 supplies power to the CPU 401, the transmission unit 403, the reception unit 405, the storage unit 404, and the like.
- the power supply unit 402 includes a secondary battery and is configured to be charged with supplied power so that the control device 40 can operate even when the solar cell string 10 does not generate power.
- control device 40 When detecting a ground fault or the like, the control device 40 communicates from the transmission unit 403 the ID number assigned to the main control device 6 to identify the power conditioner 4, the date and time when the ground fault occurred, and the like. It is transmitted to the path 8 and transmitted to the main controller 6.
- FIG. 6 is a functional block diagram showing the configuration of the function of recording the ground fault occurrence information of the main controller 6.
- the main control device 6 is communicably connected to a plurality of current collection boxes 2 and one or more power conditioners 4 via a communication path 8.
- the main control unit 6 includes a CPU 601, a power supply unit 602, a receiving unit 603, a storage unit 604, and an output unit 605.
- the receiving unit 603 receives notification data from each of the current collection boxes 2 and the power conditioner 4 via the communication path 8, and gives the received data to the CPU 601.
- the storage unit 604 stores programs for performing various operations of the main control device, and stores identification numbers, measurement dates and times, and measurement results of the current collection boxes 2 and the power conditioners 4 included in the notification data.
- the CPU 601 stores the received data in the storage unit 604 and gives an abnormality such as a ground fault to the output unit 605.
- the output unit 605 outputs ground fault information to a liquid crystal display (LCD) or a speaker.
- LCD liquid crystal display
- a person who performs maintenance can check which current collection box 2 and power conditioner 4 have a ground fault based on information displayed on the output device 605 of the main control device 6.
- the power supply unit 602 supplies power to the CPU 601, the reception unit 603, the storage unit 604, the output unit 605, and the like.
- the power source unit 602 may include a secondary battery.
- the location where maintenance work should be performed can be specified according to the information of the output unit 605 described above. Those who perform maintenance can perform work in the current collection box 2 or the power conditioner 4 in which a ground fault has occurred. Further, the display device 25 of the current collection box 2 displays information on the solar cell string 10 in which a ground fault has occurred and whether the switch 23 connected to the solar cell string 10 is in an OFF state. By performing work according to this display, the replacement work of the solar cell string 10 can be performed safely and quickly.
- the output from the ground fault detector 22 provided between each switch 23 and the solar cell string 10 is applied to the control device 20 with a low-pass filter 26 to reduce noise.
- the control apparatus 20 takes in the detection output from the ground fault detector 22, for example, every second (step S1).
- the control device 20 stores the output taken from the ground fault detector 22 every second until a predetermined number of times, averages these detected outputs, and a ground fault occurs due to the average value and the set voltage (P).
- a ground fault detection process is performed to determine whether or not (step S2). This ground fault detection process will be described later according to the flowchart of FIG. And it progresses to step S3, and when a ground fault has not generate
- the control device 20 identifies the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred (step S4).
- the switch 23 connected to the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred is controlled to be turned off, that is, to cut off the circuit (step S5).
- the control device 20 stores the information on the occurrence of the ground fault and the solar cell string 10 on which the ground fault has occurred in the internal storage unit 204 (step S6). Then, the information on the current collection box 2, the occurrence of the ground fault, and the information on the solar cell string 10 in which the ground fault has occurred are transmitted from the transmission unit 203 to the main control device 6 through the communication path 8 (step S7). Then, the information is displayed on the display device 25 (step S8), and the ground fault process is terminated.
- the control device 20 is given a set voltage (P) for determining whether or not a ground fault has occurred due to an output from the ground fault detector 22.
- the detection sensitivity is determined by the set voltage (P).
- This set voltage (P) is determined in consideration of the system, the energized current, and the like. For example, the set voltage (P) is 10. If the control device 20 determines a ground fault with a single output from the ground fault detector 22, a detection malfunction may occur due to sudden noise or the like. Therefore, in this embodiment, an average value of detection outputs input several times is taken, and the average value is compared with the set voltage (P) to determine the presence or absence of a ground fault.
- the control device 20 takes in the detection output from the ground fault detector 22 every second, stores the detection output for a predetermined number of times, and calculates the average value thereof. Further, the detection output from the ground fault detector 22 does not cause a ground fault, but gradually increases as the cable or the like deteriorates. Therefore, in this embodiment, the detection sensitivity is adjusted by adjusting the average number of signals based on the detected output detected. For example, every time the detection output increases, the average number of times is decreased and the detection sensitivity is increased. For this reason, first, an average value (D) of detection values (D) to be detected is calculated (S21). In this embodiment, the average number of times is adjusted by the value of the detection value (D).
- the same number of detection outputs as when the detection voltage (D) is the highest are taken and the average value (D) is calculated (step S21).
- an average of detection outputs for five times is calculated and used as a detection value (D).
- step S22 it is determined whether or not the detection output is equal to or lower than the lowest set value (A) (step S22).
- This value (A) is, for example, 1/2 of the set voltage (P). If the set voltage (P) is about 1 ⁇ 2, there is almost no deterioration of the cable or the like, and there are few problems even if the detection sensitivity is lowered. That is, even if the detection voltage increases due to noise or the like, it is often less than the set voltage (P) when averaged. Therefore, here, the detection output given from the ground fault detector 22 is stored in the storage device 20 times every second, and the average value (D1) is calculated (step S23).
- the control device 20 compares the calculated average value (D1) with the set voltage (P), and determines whether or not the average value (D1) is equal to or higher than the set voltage (P) (step S24). If it is less than the set voltage (P), it is determined that no ground fault has occurred, and this routine is terminated.
- step S25 if it is equal to or higher than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has occurred (step S25), and this routine is terminated.
- step S26 it is determined whether or not the detection output (D) is greater than A and less than or equal to B.
- This value (B) is, for example, 7/10 of the set voltage (P).
- the detection output given from the ground fault detector 22 is stored 10 times in the storage device every second, and the average value (D2) is calculated (step S27).
- the cable etc. is slightly deteriorated if it is in this range, if notification is given that maintenance is necessary in the near future, abnormalities such as sudden ground faults can be prevented. it can.
- the control device 20 compares the calculated average value (D2) with the set voltage (P), and determines whether or not the average value (D2) is equal to or higher than the set voltage (P) (step S28). If it is less than the set voltage (P), it is determined that no ground fault has occurred, and this routine is terminated.
- step S29 if it is equal to or higher than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has occurred (step S29), and this routine is terminated.
- step S26 If it is determined in step S26 that the detection output exceeds the set value (B), the process proceeds to step S30. If the value (B) is exceeded, there is a high possibility that the cable or the like has deteriorated. Therefore, the detection sensitivity is further increased. Therefore, here, the detection output given from the ground fault detector 22 is stored in the storage device five times every second, and the average value (D3) is calculated (step S30). It should be noted that being in this range often causes deterioration of the cable or the like, so that notification such as the need for maintenance can be made to prevent abnormalities such as sudden ground faults.
- the control device 20 compares the calculated average value (D3) with the set voltage (P), and determines whether or not the average value (D3) is equal to or higher than the set voltage (P) (step S31). If it is less than the set voltage (P), it is determined that no ground fault has occurred, and this routine is terminated.
- step S32 if it is equal to or higher than the set voltage (P), it is determined that a ground fault has occurred (step S32), and this routine is terminated.
- the number of times the signal is captured is adjusted by the set voltage (P) and the detection value (D).
- the detection sensitivity is increased stepwise, thereby preventing erroneous detection and appropriately detecting ground faults.
- the output from the ground fault detector 42 is supplied to the control device 40 after the noise is reduced by a low pass filter (LPF) 46.
- the control device 40 takes in the detection output from the ground fault detector 42, for example, every second (step S11).
- the control device 40 stores the output captured every second from the ground fault detector 42 until a predetermined number of times, averages these detected outputs, and a ground fault occurs due to the average value and the set voltage (P).
- a ground fault detection process is performed to determine whether or not (step S12). About this ground fault detection process, the process similar to the flowchart of FIG. 8 mentioned above is performed. Note that the set voltage (P) is set in consideration of the noise of the connection cable 3 and so on, and unlike the set voltage in the current collection box 2, this set voltage is set higher and the sensitivity is lower. Yes.
- the control device 40 determines whether or not a ground fault has occurred based on the output from the ground fault detector 42 (step S13). If no ground fault has occurred, the process returns to step S11 and the above-described operation is repeated.
- control device 40 When the control device 40 detects that a ground fault has occurred, the control device 40 stops the control of the inverter device 41 and stops the inverter device 41 (step S14). Subsequently, the switch 44 is turned off to disconnect the connection between the power conditioner 4 and the system 5 (step S15). Then, the switch 43 is turned off, and the connection between the inverter device 41 and the connection cable 3 is disconnected (step S16).
- control device 40 stores information about the occurrence of the ground fault in the internal storage device (step S17). And generation
- FIG. 10 is a schematic diagram showing a main configuration of a photovoltaic power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
- the ground fault detector 22 and the ground fault detector 42 output a difference current, and the respective control devices 20 and 40 determine whether or not a ground fault has occurred.
- what is shown in FIG. 10 is for determining the presence or absence of a ground fault with a ground fault detector and transmitting a signal notifying the controller of the occurrence of the ground fault when the ground fault occurs.
- the ground fault detector 22 ′ shown in FIG. 10 detects the difference current flowing in the forward and backward cables of the current, and compares the detection result with the set detection sensitivity value, which is equal to or greater than the detection sensitivity value. In this case, a signal indicating that there is a ground fault is output to the control device 20.
- the detection sensitivity of the ground fault detector 22 ′ is set corresponding to noise superimposed on the cable from the solar cell string 10.
- the control device 20 can detect which solar cell string 10 has a ground fault based on the output of the ground fault detector 22 ′.
- the control of the control device 20 after detecting the occurrence of a ground fault is performed in the same manner as in the above-described embodiment.
- the ground fault detector 42 ′ detects the difference current flowing in the forward and backward cables of the connection cable 3, and compares the detection result with the set detection sensitivity value, which is equal to or greater than the detection sensitivity value. In that case, a signal indicating a ground fault is output to the control device 40.
- the detection sensitivity of the ground fault detector 42 ′ is set corresponding to noise superimposed on the connection cable 3 and the like from the current collection box 2 to the power conditioner 4.
- the control of the control device 40 after detecting the occurrence of the ground fault is performed in the same manner as in the above-described embodiment.
- the length of the connection cable 3 varies depending on the distance from the current collection box 2. And the length of the connection cable 3 also becomes long. Noise is superimposed on the power supplied to the ground fault detector 42 ′ from the connection cable 3 or the like. For this reason, it is necessary to determine the detection sensitivity of the ground fault detector 42 'in consideration of noise.
- the ground fault detector 22 ′ used in the current collector box 2 and the ground fault detector 42 ′ used in the power conditioner 4 are completely different in the length of the line and the place where the line is arranged. The superimposed noise is different. Since the noise is different, the detection sensitivity considering the noise is different between the ground fault detectors 22 'and 42'.
- the ground fault detection includes a method of detecting with the ground fault detector itself and a method of detecting the difference current and determining the presence or absence of the ground fault with the control device. Both methods are included as a ground fault detector.
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Abstract
この発明は、家庭用に用いるより規模の大きな太陽光発電装置において発生する地絡を適切に検出することができる装置を提供することを目的とする。 複数の太陽電池ストリング10からの電力を集電する集電箱2であって、各太陽電池ストリング10の地絡を検出するために往路及び復路のケーブルから発生する差電流に基づく検出出力を出力する検出器22と、太陽電池ストリング10のそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリング10と接続ケーブル3との間に配置される開閉器23と、検出器22からの出力により、地絡の有無を判断し、判断の結果に応じて開閉器23の開閉を制御する制御装置20と、を備えた。
Description
この発明は、太陽光発電用集電箱に関し、特に、複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池ストリングと、各太陽電池ストリングからの直流電力を集電する集電箱と、複数の集電箱からの電力を集め交流電力に変化して出力するパワーコンディショナとを有する太陽光発電装置に用いられる太陽光発電用集電箱に関するものである。
太陽電池は、自然エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電力を生成する。近年の地球環境問題に対する意識の高まりを背景に、太陽電池を用いた太陽光発電装置は、地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しないクリーンな発電装置として注目されている。
近年、注目されているメガソーラーシステムなどの大規模な太陽光発電装置では、1000kW以上の出力の発電が目的とされており、200W程度の出力の太陽電池モジュールが数千枚接続されて配置される。
ところで、上述の太陽光発電装置では、設置環境や使用状況等何らかの原因により、太陽電池モジュール、配線等の絶縁性が悪くなり低下し、地絡が発生する場合がある。地絡が発生した場合、絶縁性が悪くなった箇所を特定し、適切な処置を行う必要がある。
そこで、米国特許第6593520号公報には、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ことなく、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ように構成した太陽光発電装置が開示されている。
この太陽光発電装置では、複数の太陽電池パネルが直列に接続されてなる複数の太陽電池ストリングの出力を集電する集電箱を有している。集電箱内には、複数の太陽電池ストリングのうちのいずれかに異常を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、太陽電池ストリングの途中に設けられこの検出器からの異常検出信号により開状態に遷移する中間開閉器と、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とが設けられている。そして、検出器の異常信号によりストリング開閉器もが開放するように構成した集電箱が開示されている。
また、この太陽光発電装置は、家庭用であり、集電箱も屋内に設置され、その点検も比較的容易に行える。
しかしながら、太陽光発電装置の規模が大型化すると、集電箱も多くなり、また、設置される場所も様々なところとなる。また、集電箱とパワーコンディショナとの間の距離も長くなり、両者を接続する接続ケーブルの長さや数も多くなる。
この発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、家庭用に用いるより規模の大きな太陽光発電装置において発生する地絡を適切に検出することができる装置を提供することを目的とする。
この発明は、複数の太陽電池ストリングからの電力を集電する太陽光発電用集電箱であって、各太陽電池ストリングの地絡を検出する検出器と、前記太陽電池ストリングのそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間に配置される開閉器と、前記検出手器の検出結果に応じて前記開閉器の開閉を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記検出器で地絡を検出すると該当する太陽電池ストリングの前記開閉器を遮断し、太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間の接続を遮断することを特徴とする。
上記したように、この発明によれば、地絡が発生すると、太陽光発電用集電箱の制御装置により、太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間の接続が遮断されるので、それぞれに適した地絡対応処理を行うことができる。
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
図1は、この発明の太陽光発電装置の全体構成を示す模式図、図2は、この発明の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図、図3は、太陽電池ストリングと集電箱が含まれる箇所を詳細に示す模式図である。
この実施形態にかかる太陽光発電装置は、200W程度の出力の太陽電池モジュールが数十枚接続されて配置される中規模システム、ないし、数千枚以上接続されて配置されるメガソーラーシステムを構成する。この太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュール10aを直列に接続した太陽電池ストリング10を備える。複数の太陽電池ストリング10が集電箱2に接続され、各太陽電池ストリング10の直流出力が集電される。複数の集電箱2(21~2n)からの出力が接続ケーブル3を介してパワーコンディショナ4に与えられる。太陽電池により発電された直流電力は、パワーコンディショナ4内のインバータ装置41にて交流電力に変換され、図示しないノイズフィルタによって高調波成分が除去され、交流電力が系統5に出力される。この図1においては、パワーコンディショナ4は、1つだけ記載しているが、装置の構成、規模により、複数のパワーコンディショナ4を用いて系統5に電力を供給するように構成してもよい。
この集電箱2に接続されている太陽電池ストリング10に地絡等の異常が発生した場合、集電箱2内部の制御装置20から電力管理室などに設置される主制御装置6へ異常等が発生したことをLAN等のネットワークで構成された通信路8を介してその情報を通知する。この通信路8は、無線、有線等適宜必要に応じて構築される。
また、集電箱2からパワーコンディショナ4の間の接続ケーブル3に地絡等の異常が発生した場合、パワーコンディショナ4内部の制御装置40から主制御装置6へ異常等が発生したことが通信路8を介してその情報が通知される。以下、図1ないし図3の構成要素について、順に説明する。
図3に示すように、太陽電池ストリング10は、複数の太陽電池モジュール10aを直列に接続して構成されている。この図においては、1つの太陽電池ストリング10の構成を記載しているが、他の太陽電池ストリング10の構成も同様である。この実施形態では、200W程度の太陽電池モジュール10aを8個直列に接続して太陽電池ストリング10を構成し、この太陽電池ストリング10の出力が集電箱2に与えられる。太陽電池モジュール10aの直列数は、8個に限らず、太陽光発電装置として必要な電圧が得られるように適宜構成される。
太陽電池モジュール10aは、複数の太陽電池を配線部材により直列に接続されたものをガラス等の表面部材と耐候性を有する裏面部材との間に耐候性、耐湿性に優れたEVA(ethylene vinylacetate、エチレン酢酸ビニル)等の透光性を有する封止材により封止されて構成されている。太陽電池としては、結晶系太陽電池、薄膜系太陽電池或いは化合物系太陽電池等種々の太陽電池を用いることができる。
上記のように構成された複数の太陽電池ストリング10の出力が集電箱2に接続される。1つの集電箱2に接続される太陽電池ストリング10の個数は、太陽光発電装置として必要な出力が得られるように適宜選択される。
複数の太陽電池ストリング10は、集電箱2に並列に接続され、複数の太陽電池ストリング10からの出力が集電される。集電箱2は、太陽電池ストリング10との間のケーブルを短くするため、複数の太陽電池ストリング10が設置される近傍に点検者が点検可能な箇所に設置される。この集電箱2に接続されている太陽電池ストリング10に地絡等の異常が発生した場合、電力管理室などに設置される主制御装置6へ異常等が発生したことをLAN等のネットワークで構成された通信路8を介して通知する。通知する情報としては、例えば、集電箱2を特定する情報、地絡等の異常が発生した太陽電池ストリング10を特定する情報、地絡が発生した日時等の情報である。集電箱2、太陽電池ストリング10を特定するために予めそれぞれにID番号等を付しておき、そのID番号とともに、通信路8を介して主制御装置6に送信する。このように構成すれば、主制御装置6で地絡等の異常が発生している集電箱2、太陽電池ストリング10を容易に把握することができる。また、集電箱2からは各太陽電池ストリング10の出力電圧、各開閉器23のON/OFF情報が出力される。この情報は通信路8からパワーコンディショナ4へ与えられ、パワーコンディショナ4は、各太陽電池ストリング10の出力電圧、各開閉器23のON/OFF情報を得ることができる。
集電箱2には、各太陽電池ストリング10に対応して、太陽電池モジュール10a等の保守点検時又は太陽電池ストリング10の一部に地絡等の異常が生じたときに、対応する太陽電池ストリング10を回路から切り離すための開閉器23がそれぞれ設けられている。開閉器23の開閉制御はマイクロコンピュータ等で構成される制御装置20の制御の下によりON/OFFが行われる。この開閉器23は、太陽電池ストリング10の流し得る最大の電流を通電、遮断する能力を有し、電気的に開閉動作が行われる。開閉器23をON状態、すなわち、太陽電池ストリング10からの電力が流れる通電状態は、開閉器23にON電流が通電され、開閉器23が閉じた状態に維持される。開閉器23がOFF状態、すなわち、遮断状態の場合には、開閉器23への通電を停止するように制御され、開閉器23が開放された状態が維持される。この開閉器23は、制御装置20からの信号によってON、OFF可能な電磁リレーなどにより構成され、上記のように、開閉器23に通電しているときにはON、通電を停止したときにはOFFとなる。したがって、この実施形態では、夜間など開閉器23に電気を与えない場合には、OFF状態が維持される。このように、この実施形態では、夜間など、太陽電池ストリング10が発電していない時間帯の節電を図っている。
また、各太陽電池ストリング10は、ヒューズや逆流防止ダイオード等の保護素子21が設けられている。これは太陽電池ストリング10の設置位置や太陽光の照射状況等により、各太陽電池ストリング10の発生電圧が異なる場合に生じる電流の流れ込みを防止するためのものである。
各開閉器23と太陽電池ストリング10の間には、地絡を検出するための地絡検出器22がそれぞれ設けられている。この地絡検出器22は、電流の往路及び復路のケーブルからそれぞれ発生する磁界により、両ケーブルに流れる差電流を検出し、この検出信号を制御装置20に与える。この検出信号には、太陽電池ストリング10からのケーブル等によるノイズが重畳される。このノイズによる検出信号の誤動作を避けるために、この実施形態では、地絡検出器(地絡検出部)22からの検出出力をローパスフィルター(LPF)26でノイズ成分を除去して制御装置20へ与えている。制御装置20には、地絡検出器22からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧(P)が与えられる。この設定電圧(P)により、検出感度が決定される。この設定電圧(P)は、システムや通電される電流などを考慮して決められる。制御装置20は、地絡検出器22から与えられる検出出力が設定電圧(P)を越えると地絡が発生した判断する。また、地絡検出器22としては、上記の磁界を用いる以外に、クランプ型電流センサを用いて差電流を検出するように構成しても良い。
また、制御装置20に一度入力された地絡検出器22で地絡の有無を判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧(P)を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置20は、例えば、1秒ごとに地絡検出器22からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、それらの平均値を算出する。そして、その算出した平均値と設定電圧(P)とを比較する。この制御動作については、後述する。
また、地絡検出器22からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。
また、検出出力が大きくなり、最も検出感度を大きくした場合には、地絡発生が生じやすくなっているので、この検出出力に応じて、メンテナンスを促すような通知を行うように構成してもよい。これらの制御については、後述する。
制御装置20は、地絡が発生したと判断すると、地絡が発生した太陽電池ストリング10に接続されている開閉器23をOFF、すなわち、回路を遮断するように制御する。制御装置20は、開閉器23を遮断するために、該当する開閉器23への通電を停止する。この制御装置20の制御により、開閉器23は、地絡が発生した太陽電池ストリング10からの通電を遮断する。
制御装置20は、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング10についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、その情報を液晶表示装置(LCD)などからなる表示装置25に表示させる。さらに、主制御装置6へも集電箱2の情報、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング10についての情報が通信路8を介して送信される。
制御装置20は、電圧検出回路27により、各太陽電池ストリング10の出力電圧が与えられる。制御装置20は、太陽電池ストリング10からの太陽電池電圧をVpnとすると、制御装置20は、電圧Vpnを確認することで開閉器23のON/OFF制御を行っている。すなわち、インバータ装置41が運転中は、開閉器23をONにする必要がある。そして、インバータ装置41の起動より先に開閉器23をONにする。後述するインバータ装置41の運転開始電圧をV1、運転停止電圧をV2とし、太陽電池ストリング10の太陽電池電圧をVpnとすると、制御装置20は、電圧Vpnを確認することで開閉器23のON/OFF制御を行っている。すなわち、インバータ装置41が運転中は、開閉器23をONにする。そして、インバータ装置41の起動より先に開閉器23をONにする。
開閉器23のON条件は、Vpn≧V1-50Vとする。50Vは例示であり、システムによりこの値は変化する。
開閉器23のOFF条件は、Vpn≦V2-50Vの状態が30分間継続した場合とする。これは太陽電池の設置環境で必ずしも0Vとならないからである。30分、50Vは例示であり、システムによりこの値は変化する。
制御装置20は、地絡処理以外に、更に、太陽電池ストリング10より与えられる電圧Vpnを確認し、上記条件に達すると、開閉器23のON/OFF制御を行う。
図4は、集電箱2における制御装置20の構成を示す機能ブロック図である。制御装置20は、マイクロコンピュータで構成され、内部に、CPU(中央演算装置)201、送信部203、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備える記憶部204と、を備え、例えば、記憶部204のROMに地絡の検出、開閉器23の開閉制御などこの集電箱2の動作を制御するプログラムが格納されている。CPU201は、地絡が発生した場合には、地絡検出部22からの出力の平均値を算出する算出部の機能、平均値と設定値を比較し地絡の有無を判断する判断部の機能、対応する太陽電池ストリング10の特定、開閉器23の遮断、異常を送信する等のプログラムを展開し、各種動作を制御する。送信部203は、通信路8を介して各種情報を主制御装置6へ送信する。
集電箱2には、電源部202が設けられ、電源部202は、開閉器23を介して太陽電池ストリング10からの電力が与えられているときは、その電力の一部が供給され、太陽電池ストリング10からの電力が与えられないときは、系統5からの電力が供給される。そして、電源部202は、CPU201、送信部203、記憶部204などに対し、電力を供給する。尚、この電源部202には、二次電池を備え、供給された電力により充電され、太陽電池ストリング10が発電しない場合においても制御装置20の動作が可能なように構成している。
制御装置20は、地絡等を検出した場合には、主制御装置6に集電箱2を特定するために割り当てられたID番号と、地絡発生した太陽電池ストリング10の情報等を送信部203から通信路8へ送信し、主制御装置6へ送信される。また、表示装置25は、地絡が発生した太陽電池ストリング10を特定するための情報や地絡の発生時間などの情報を表示する。また、集電箱2の送信部203からは各太陽電池ストリング10の出力電圧、各開閉器23のON/OFF情報が出力される。この情報は通信路8からパワーコンディショナ4へ与えられ、パワーコンディショナ4は、各太陽電池ストリング10の出力電圧、各開閉器23のON/OFF情報を得ることができる。
図1及び図2に示すように、パワーコンディショナ4には、複数の集電箱21から2nの電力が接続ケーブル3を介して与えられる。パワーコンディショナ4は、接続ケーブル3からの電力を開閉器43、地絡検出器42を介してインバータ装置41に与える。インバータ装置41は、与えられた直流電力から交流電力へ変換する。インバータ装置41からの交流電力は開閉器44を介して系統5へ出力される。開閉器43、44は制御装置40により、その開閉がON/OFF制御される。上記のように、複数の太陽電池ストリング10が集電箱2に接続され、複数の集電箱2がパワーコンディショナ4に接続される。それぞれの数は、太陽電池ストリング10>集電箱2>パワーコンディショナ4の関係になる。すなわち、太陽電池ストリング10の数が一番多く、次に、集電箱2の数、続いて、パワーコンディショナ4の数となる。尚、開閉器43、44は、パワーコンディショナ4の外部に設けても良い。
開閉器43とインバータ装置41での間には、地絡を検出するための地絡検出器42が設けられている。この地絡検出器42は、電流の往路及び復路の接続ケーブルからそれぞれ発生する磁界により、両ケーブルに流れる差電流を検出し、この検出信号を制御装置40に与える。この検出信号には、接続ケーブル3等によるノイズが重畳される。このノイズによる検出信号の誤動作を避けるために、この実施形態では、地絡検出器42からの検出出力をローパスフィルター46でノイズ成分を除去して制御装置40へ与えている。制御装置40には、地絡検出器42からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧(P)が与えられる。この設定電圧(P)により、検出感度が決定される。検出感度はノイズを考慮して決める必要がある。集電箱2に用いた地絡検出器22とパワーコンディショナ4に用いた地絡検出器42とは、線路の長さ並びに線路が配置される場所が全く異なることから、その線路に重畳されるノイズが異なる。ノイズが異なることから、ノイズを考慮した検出感度に対応する設定電圧(P)は、両制御装置20、40で異なることになる。
通常、太陽電池ストリング10から集電箱2までの線路の長さより、集電箱2からパワーコンディショナ4までの線路の長さが長くなる。そして、パワーコンディショナ4に接続される接続ケーブル3に重畳されるノイズの方が大きいので、この実施形態では、制御装置40における地絡検出感度を集電箱2の制御装置20における地絡検出感度より低く設定している。地絡検出感度が高いとノイズにより地絡発生と誤動作が生じるからである。
制御装置40は、地絡検出器42の出力により、集電箱2とパワーコンディショナ4との間で地絡が発生したか否かを検出することができる。また、地絡検出器42としては、上記の磁界を用いる以外に、クランプ型電流センサを用いて差電流を検出するように構成しても良い。
また、制御装置40に一度入力された地絡検出器42からの検出出力で地絡の有無を判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧(P)を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置40は、算出部の機能と地絡の有無を判断する判断部の機能を有する。制御装置40は、例えば、1秒ごとに地絡検出器42からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、算出部でそれらの平均値を算出する。そして、その算出した平均値と設定電圧(P)とを判断部で比較する。この制御動作については、後述する。また、地絡検出器42からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。
また、検出出力が大きくなり、最も検出感度を大きくした場合には、地絡発生が生じやすくなっているので、この検出出力に応じて、メンテナンスを促すような通知を行うように構成してもよい。
制御装置40は、地絡検出器42からの検出信号に基づき地絡の発生があると判断すると、インバータ装置41と接続ケーブル3とを接続する開閉器43、インバータ装置41と系統5とを接続する開閉器44をそれぞれOFF、すなわち、回路を遮断するように、開閉器43、44への通電を停止する。この開閉器43、44は通電している状態で開閉器43、44がONとなり、開閉器43、44は接続を維持する。開閉器43、44への通電を停止するとOFFとなり、開閉器43、44は接続を切断するように動作する。
制御装置40は、地絡を検出すると、インバータ装置41の制御を停止してインバータ装置41を停止する。続いて、開閉器44をOFFして、パワーコンディショナ4と系統5との間の接続を切断する。そして、開閉器43をOFFし、インバータ装置41と接続ケーブル3との間の接続を切断する。制御装置40は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、主制御装置6へも地絡の発生についての情報を通信路8を介して送信する。
制御装置40は、系統5へ供給する電力が所定電圧、所定周波数の交流電力となるように、インバータ装置41を構成するスイッチング素子をPWM制御する。インバータ装置41は、制御装置40からPWM信号が入力されると起動し、PWM信号の供給が停止されると停止する。インバータ装置41は、入力される接続ケーブル3からの電圧が設定されている基準電圧より大きい場合に起動される。このため、制御装置40には、接続ケーブルからの電圧が与えられ、インバータ装置41に入力される電圧と基準電圧を比較する。入力される電圧が大きい場合には、インバータ装置41を起動するために、インバータ装置41にPWM信号を与える。また、入力される電圧又は電力が所定の値以下になると制御装置40は、PWM信号の供給を停止し、インバータ装置41を停止する。この所定の値は、インバータ装置41を動作させるために必要な電圧であり、予め設定されている。制御装置40は、インバータ装置41が停止している場合には、開閉器44をOFF(遮断)し、インバータ装置41と系統5との間の接続を切断する。夜間等、太陽電池ストリング10が発電していない時間帯などは、開閉器43,44はOFF状態にして節電するように構成している。また、地絡検出器42への電力の供給も停止している。
インバータ装置41の運転開始電圧をV1、運転停止電圧をV2とし、インバータ装置41へ与えられる接続ケーブル3からの太陽電池電圧をVpnとすると、制御装置40は、電圧Vpnを確認することで開閉器43、44のON/OFF制御を行っている。すなわち、インバータ装置41が運転中は、開閉器43,44をONにする必要がある。また、制御部40には、集電箱2から太陽電池ストリング10の出力電圧並びに開閉器23のON/OFF制御の情報が通信路8を介して入力されている。そして、全ての集電箱2おいて、いずれの開閉器23もONしていない場合には、開閉器43はOFFの状態を保つように制御する。
開閉器43、44のON条件は、上記したように、Vpn≧V1-50Vとする。50Vは例示であり、システムによりこの値は変化する。
開閉器43、44のOFF条件は、上記したように、Vpn≦V2-50Vの状態が30分間継続した場合とする。これは太陽電池の設置環境で必ずしも0Vとならないからである。30分、50Vは例示であり、システムによりこの値は変化する。
制御装置40は、起動処理、地絡処理以外に、更に、接続ケーブル3より与えられる太陽電池の電圧Vpnを確認し、上記条件に達すると、開閉器43、44のON/OFF制御を行う。
制御装置40には、電源部が備えられ、太陽電池ストリング10からの電力が与えられているときは、その電力の一部が供給され、太陽電池ストリング10からの電力が与えられないときは、系統5からの電力が供給される。更に、二次電池を備え、太陽電池ストリング10又は系統5からの電力により充電し、その充電した電力を制御装置40等の動作に用いるように構成してもよい。
制御装置40は、インバータ装置41を起動させるための起動処理を行う。この起動処理は、太陽電池ストリング10が太陽光を受け始める時間、例えば、日の出時刻に開始される。また、太陽電池ストリング10が太陽光を受けられる時間であり、インバータ装置41が動作していない場合、例えば、一時的に太陽光が遮られて太陽電池ストリング10の出力動作が停止した場合に、当該起動処理が行われる。起動処理は、まず、制御装置40に与えられる太陽電池電圧Vpnが上記条件を達すると、開閉器43をONにする。そして、太陽電池電圧VpnがV1に達すると、インバータ装置41を動作させ、開閉器44をONし、系統5と接続する。
また、制御装置40は、インバータ装置41を停止するための停止処理を行う。地絡による停止以外の停止処理は、太陽電池ストリング10への太陽光の照射がなくなる、例えば、日の入り時刻に開始される。また、太陽電池ストリング10が太陽光を受けられる時間において、太陽ストリング10の出力が低下した場合も当該停止処理が行われる。太陽電池電圧VpnがV2になるとインバータ装置41の運転が停止する。そして、開閉器44がOFFになる。この時、開閉器43はON状態である。これは、一時的な電圧の変動で直ちにインバータ装置41への電力供給を停止しないためである。そして、太陽電池電圧Vpnが上記条件を満足すると、開閉器43をOFFする。
地絡の発生を検出すると、直ちに、制御装置40は、停止処理を行う。インバータ装置41の制御を停止してインバータ装置41を停止する。続いて、開閉器44をOFFして、パワーコンディショナ4と系統5との間の接続を切断し、安全性を確保する。そして、開閉器43をOFFし、インバータ装置41と接続ケーブル3との間の接続を切断する。制御装置40は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、主制御装置6へも地絡の発生についての情報を通信路8を介して送信する。
図5は、パワーコンディショナ4における制御装置40の構成を示す機能ブロック図である。制御装置40は、マイクロコンピュータで構成され、内部に、CPU(中央演算装置)401、送信部403、受信部405、ROM、RAMを備える記憶部404と、を備え、例えば、記憶部404のROMに地絡の検出、開閉器43、44の開閉制御、インバータ装置41の駆動制御などこのパワーコンディショナ4の動作を制御するプログラムが格納されている。CPU401は、地絡が発生した場合には、地絡の検出、インバータ装置41の停止、開閉器43、44の遮断、異常を送信する等のプログラムを展開し、各種動作を制御する。送信部403は、通信路8を介して各種情報を主制御装置6へ送信する。受信部405は、通信路8から集電箱2の各太陽電池ストリング10の出力電圧、開閉器23のON/OFF情報が与えられ、これら情報がCPU401に与えられ、インバータ装置41の制御に用いられる。制御装置40には、電圧検出器47を介して各太陽電池ストリング10の出力電圧が与えられる。又、地絡検出器42からの出力はローパスフィルター(LPF)46にてノイズ成分が除去されて与えられる。
制御部40には、電源部402が設けられ、電源部402は、接続ケーブル3に接続され、太陽電池ストリング10によって発電した電力の一部の供給を受ける。そして、電源部402は、CPU401、送信部403、受信部405、記憶部404などに対し、電力を供給する。尚、この電源部402には、二次電池を備え、供給された電力により充電され、太陽電池ストリング10が発電しない場合においても制御装置40の動作が可能なように構成している。
制御装置40は、地絡等を検出した場合には、主制御装置6にパワーコンディショナ4を特定するために割り当てられたID番号と、地絡発生した日時の情報等を送信部403から通信路8へ送信し、主制御装置6へ送信される。
図6は、主制御装置6の地絡発生情報を記録する機能の構成を示す機能ブロック図である。主制御装置6は、通信路8を介して複数の集電箱2、1つ以上のパワーコンディショナ4と通信可能に接続される。図示するように、主制御部6は、CPU601、電源部602、受信部603、記憶部604、出力部605を備える。
受信部603は、各集電箱2、パワーコンディショナ4から通信路8を介して通知データを受け取り、受信されたデータをCPU601に与える。記憶部604は、この主制御装置の各種動作を行うプログラムが格納されると共に、通知データに含まれる各集電箱2、パワーコンディショナ4の識別番号、測定日時、測定結果を記憶する。
CPU601は、受信したデータを記憶部604に格納するとともに、地絡等の異常を出力部605に与える。
出力部605は、地絡情報を液晶表示装置(LCD)やスピーカに出力する。メンテナンスを行う人は、この主制御装置6の出力装置605に表示された情報により、どの集電箱2、パワーコンディショナ4に地絡が発生したかを確認できる。電源部602は、CPU601、受信部603、記憶部604、出力部605などに対し、電力を供給する。尚、この電源部602には、二次電池を備えてもよい。
上記した出力部605の情報に従って、メンテナンス作業を行うべき箇所を特定することができる。メンテナンスを行うものは、地絡が発生した集電箱2又はパワーコンディショナ4での作業が行うことができる。また、集電箱2の表示装置25には、地絡が発生した太陽電池ストリング10の情報とその太陽電池ストリング10と接続する開閉器23がOFF状態であるかが表示されている。この表示に従い作業を行うことで太陽電池ストリング10の交換作業を安全且つ迅速に行うことができる。
次に、この発明の集電箱2の制御装置20における地絡検出処理について図7のフローチャートに従い説明する。
各開閉器23と太陽電池ストリング10の間に設けられた地絡検出器22からの出力がローパスフィルター26でノイズ分を低減して制御装置20に与えられる。制御装置20は、地絡検出器22から検出出力を、例えば、1秒ごとに取り込む(ステップS1)。
制御装置20は、地絡検出器22から1秒ごとに取り込んだ出力を所定回数になるまで記憶させ、これら検出出力の平均をとり、平均値と設定電圧(P)により、地絡が発生したか否か判断する地絡検出処理を行う(ステップS2)。この地絡検出処理ついては、図8のフローチャートに従い後述する。そして、ステップS3に進み、地絡が発生していない場合には、ステップS1に戻り、前述の動作を繰り返す。
制御装置20は、地絡が発生と判断すると、地絡が発生した太陽電池ストリング10を特定する(ステップS4)。地絡が発生している太陽電池ストリング10に接続されている開閉器23をOFF、すなわち、回路を遮断するように制御する(ステップS5)。
続いて、制御装置20は、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング10についての情報を内部の記憶部204に格納する(ステップS6)。そして、集電箱2の情報、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング10についての情報を送信部203から通信路8を介して主制御装置6へ送信する(ステップS7)。そして、その情報を表示装置25に表示させて(ステップS8)、地絡処理を終了する。
次に、制御装置における地絡検出処理ルーチンについて、図8に従い説明する。
まず、制御装置20には、地絡検出器22からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧(P)が与えられる。この設定電圧(P)により、検出感度が決定される。この設定電圧(P)は、システムや通電される電流などを考慮して決められる。例えば、この設定電圧(P)を10とする。一度の地絡検出器22からの出力で制御装置20が地絡判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧(P)を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置20は、例えば、1秒ごとに地絡検出器22からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、それらの平均値を算出する。また、地絡検出器22からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。このため、まず、今検出しようとする検出値(D)の平均値(D)を算出する(S21)。この実施形態では、この検出値(D)の値により、平均回数を調整する。最初の検出値(D)は、最も検出電圧(D)が高かった時と同じ回数検出出力を取り込み、その平均値(D)を算出する(ステップS21)。この実施形態は、5回分の検出出力の平均を算出し検出値(D)としている。
続いて、検出出力が一番低く設定した値(A)以下であるか否か判断する(ステップS22)。この値(A)は、例えば、設定電圧(P)の1/2とする。設定電圧(P)の1/2程度であれば、ケーブル等の劣化は殆どないので、検出感度を低くしていても問題が少ない。すなわち、ノイズ等により検出電圧が大きくなっても平均化されると設定電圧(P)未満になる場合が多い。そこで、ここでは、1秒ごとに地絡検出器22から与えられる検出出力を20回記憶装置に蓄え、その平均値(D1)を算出する(ステップS23)。
制御装置20は、算出した平均値(D1)と設定電圧(P)とを比較し、平均値(D1)が設定電圧(P)以上であるか否か判断する(ステップS24)。設定電圧(P)未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
一方、設定電圧(P)以上であると、地絡が発生と判断し(ステップS25)、このルーチンを終了する。
ステップS22で検出出力が一番低く設定した値(A)を越えると判断されると、ステップS26に進む(ステップS26)。ステップS26において、検出出力(D)がAより大きくB以下であるか否か判断する。この値(B)は、例えば、設定電圧(P)の7/10とする。この範囲に検出出力が入る場合には、ケーブル等の劣化が少し生じている場合がある。そのため、A以下の場合よりは、検出感度を上げる。そこで、ここでは、1秒ごとに地絡検出器22から与えられる検出出力を10回記憶装置に蓄え、その平均値(D2)を算出する(ステップS27)。なお、この範囲に入っていることは少しケーブル等に劣化がある場合があるので、近い将来にメンテナンスが必要であるなどの通知をすれば、急な地絡発生等の異常を防止することができる。
制御装置20は、算出した平均値(D2)と設定電圧(P)を比較し、平均値(D2)が設定電圧(P)以上であるか否か判断する(ステップS28)。設定電圧(P)未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
一方、設定電圧(P)以上であると、地絡が発生と判断し(ステップS29)、このルーチンを終了する。
ステップS26で検出出力が設定した値(B)を越えると判断されると、ステップS30に進む。値(B)越えると、ケーブル等の劣化が生じている可能性が大きい。そのため、更に、検出感度を上げる。そこで、ここでは、1秒ごとに地絡検出器22から与えられる検出出力を5回記憶装置に蓄え、その平均値(D3)を算出する(ステップS30)。なお、この範囲に入っていることはケーブル等に劣化がある場合が多いので、メンテナンスが必要であるなどの通知を行うことで、急な地絡発生等の異常を防止することができる。
制御装置20は、算出した平均値(D3)と設定電圧(P)を比較し、平均値(D3)が設定電圧(P)以上であるか否か判断する(ステップS31)。設定電圧(P)未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
一方、設定電圧(P)以上であると、地絡が発生と判断し(ステップS32)、このルーチンを終了する。
このように、設定電圧(P)と検出値(D)により、信号の取り込む回数を調整する。そして、検出値(D)が大きくなる毎に、段階的に検出感度を上げることで、誤検出を防ぐと共に地絡の検出も適切に行うことができる。
次に、この発明のパワーコンディショナ4の制御装置40における地絡検出処理について図9のフローチャートに従い説明する。
地絡検出器42からの出力がローパスフィルター(LPF)46でノイズ分を低減して制御装置40に与えられる。制御装置40は、地絡検出器42から検出出力を、例えば、1秒ごとに取り込む(ステップS11)。
制御装置40は、地絡検出器42からの1秒ごとに取り込んだ出力を所定回数なるまで記憶させ、これら検出出力の平均をとり、平均値と設定電圧(P)により、地絡が発生したか否か判断する地絡検出処理を行う(ステップS12)。この地絡検出処理ついては、前述した図8のフローチャートと同様の処理が行われる。尚、設定電圧(P)は、接続ケーブル3等のノイズを考慮して設定されるので、集電箱2における設定電圧とは異なり、この設定電圧の方が高く設定され、感度は低くなっている。
制御装置40は、地絡検出器42からの出力により、地絡が発生したか否か判断する(ステップS13)。地絡が発生していない場合には、ステップS11に戻り、前述の動作を繰り返す。
制御装置40は、地絡が発生したことを検出すると、インバータ装置41の制御を停止してインバータ装置41を停止する(ステップS14)。続いて、開閉器44をOFFして、パワーコンディショナ4と系統5との間の接続を切断する(ステップS15)。そして、開閉器43をOFFし、インバータ装置41と接続ケーブル3との間の接続を切断する(ステップS16)。
続いて、制御装置40は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納する(ステップS17)。そして、地絡の発生を通信路8に送信する(ステップS18)。この情報が通信路8を介して主制御装置6へ送信される。
次に、この発明の他の実施形態につき、図10を参照して説明する。図10は、この発明の他の実施形態の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図である。上記した実施形態においては、地絡検出器22、地絡検出器42は、差電流を出力し、それぞれの制御装置20、40で地絡の発生の有無を判断している。これに対して、この図10に示すものは、地絡検出器で地絡の有無を判断し、地絡が発生したときに制御装置に地絡発生を知らせる信号を送信するものである。
この図10に示す地絡検出器22’は、電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出し、検出結果が設定された検出感度の値と比較し、検出感度の値以上であった場合には、地絡である旨の信号を制御装置20へ出力する。この地絡検出器22’の検出感度は、太陽電池ストリング10からのケーブル等に重畳されるノイズに対応して設定される。制御装置20は、地絡検出器22’の出力により、どの太陽電池ストリング10に地絡が発生したかを検出することができる。地絡の発生を検出した後の制御装置20の制御は前述の実施形態と同様に行われる。
同じく地絡検出器42’は、接続ケーブル3の電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出し、検出結果が設定された検出感度の値と比較し、検出感度の値以上であった場合には、地絡である旨の信号を制御装置40へ出力する。この地絡検出器42’の検出感度は、集電箱2からパワーコンディショナ4までの接続ケーブル3等に重畳されるノイズに対応して設定される。地絡の発生を検出した後の制御装置40の制御は前述の実施形態と同様に行われる。
パワーコンディショナ4には、複数の集電箱2からの出力が纏められて与えられるため、接続ケーブル3の長さも集電箱2との距離により異なる。そして、接続ケーブル3の長さも長くなる。地絡検出器42’に与えられる電力には、接続ケーブル3などからノイズが重畳される。このため、地絡検出器42’の検出感度はノイズを考慮して決める必要がある。集電箱2に用いた地絡検出器22’とパワーコンディショナ4に用いた地絡検出器42’とは、線路の長さ並びに線路が配置される場所が全く異なることから、その線路に重畳されるノイズが異なる。ノイズが異なることから、ノイズを考慮した検出感度は、両地絡検出器22’、42’で異なることになる。
上記したように、地絡検出は、地絡検出器自体で検出する方法と、差電流を検出し、制御装置で地絡の有無を判断する方法とがある。地絡検出器としては、両方の方法を含む。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 太陽電池ストリング
2 集電箱
20 制御装置
22 集電箱側検出器
23 開閉器
20 制御装置
3 接続ケーブル
4 パワーコンディショナ
40 制御装置
42 検出器
43 開閉器
2 集電箱
20 制御装置
22 集電箱側検出器
23 開閉器
20 制御装置
3 接続ケーブル
4 パワーコンディショナ
40 制御装置
42 検出器
43 開閉器
Claims (8)
- 複数の太陽電池ストリングからの電力を集電する太陽光発電用集電箱であって、
各太陽電池ストリングの地絡を検出する検出器と、
前記太陽電池ストリングのそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間に配置される開閉器と、
前記検出器の検出結果に応じて前記開閉器の開閉を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記検出器で地絡を検出すると該当する太陽電池ストリングの前記開閉器を遮断し、太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間の接続を遮断することを特徴とする太陽光発電用集電箱。 - 前記制御装置は、マイコンを含む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。
- 情報を表示する表示部を備え、前記制御装置は、前記検出部で地絡を検出すると前記表示部へ地絡発生情報を表示させ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。
- 前記制御装置は、前記表示部へ前記地絡発生情報と共に対応する前記太陽電池ストリングの情報を表示させることを特徴とする請求項3に記載の太陽光発電用集電箱。
- 前記制御装置は、前記表示部へ前記太陽電池ストリングに対応する前記開閉器のOFF情報を表示させることを特徴とする請求項4に記載の太陽光発電用集電箱。
- 通信路と接続する装置を備え、前記制御装置は、前記検出部で地絡を検出すると前記通信路へ地絡発生情報を送信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。
- 前記検出器は、電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出し、検出結果が設定された検出感度の値と比較し、検出感度の値以上であった場合には、地絡である旨の信号を出力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。
- 前記検出器は、電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出する差電流検出器と、この差電流検出器からの出力を検出結果が設定された検出感度の値と比較する手段とを、備え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。
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