WO2014171176A1 - スイッチング装置、故障検知装置、太陽光発電システム、及びスイッチング方法 - Google Patents
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Definitions
- JP2013-087730 application number filed in Japan on April 18, 2013.
- the contents described in JP2013-087730 are incorporated into the present application.
- the present invention relates to a switching device, a failure detection device, a solar power generation system, and a switching method, for example, a switching device and a method for disconnecting a solar cell in the solar power generation system.
- a photovoltaic power generation system that generates power using sunlight
- a plurality of solar cell modules are connected in series and in parallel, and the generated power that has become a large voltage and a large current is a power conditioner or the like.
- a power conditioner or the like are supplied to a commercial power system and the like.
- a plurality of solar cell modules are connected in series to form a solar cell string.
- a plurality of solar cell strings are connected in parallel to form a solar cell array.
- a ground fault may occur where the electric circuit comes into contact with the outside in an unintended manner. For example, when a person or an object touches a poorly insulated part, or when a poorly insulated part comes into contact with a metal mount or the like.
- problems such as failure of a bypass diode built into the solar cell module and poor conduction between solar cells may occur. Therefore, an apparatus for detecting such a fault such as a ground fault is arranged in the solar power generation system (see, for example, Patent Document 1).
- the solar cell array diagnosis method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-066632 it is effective to separate the positive cell string to be diagnosed from other solar cell strings.
- the ground fault detection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-002417 it is necessary that the solar cell is insulated from the ground, and when the inverter is a non-insulated system, the solar cell string to be diagnosed is It is effective to disconnect from the inverter.
- FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating a part of the configuration of the solar power generation system.
- a plurality of solar cell strings 502 are connected in parallel to form a solar cell array 501.
- the solar cell array 501 is connected to the load device 510 via the circuit breaker 506 and supplied with electric power.
- Each solar cell string 502 is connected to a positive electrode (+) side and a negative electrode ( ⁇ ) side, respectively, with a switch 503 such as a circuit breaker or a disconnector, and a plurality of solar cell strings 502 are connected in parallel via the bipolar electrode switch 503. Connected.
- each solar cell string 502 is provided with a backflow preventing diode 504 so that a leakage current from the load device 510 or another solar cell string 502 does not flow to the solar cell string 502 side.
- the switch 503, the diode 504, and the circuit breaker 506 on the positive electrode side of the solar cell string 502 are disposed in the connection box 508.
- the switch 503 and the circuit breaker 506 on the negative electrode side of the solar cell string 502 are disposed in the connection box 509.
- the connection box 508 and the connection box 509 are often the same casing.
- the solar cell string 502 electrically disconnected from the photovoltaic power generation system by the switch 503 is connected to a failure detection device (not shown). After the detection operation by the failure detection device, it is necessary to automatically return the solar cell string 502 to be detected to the solar power generation system unless there is an abnormality. Therefore, a switch device that can be automatically controlled is required as the switch 503. .
- a switch device that can be automatically controlled is required as the switch 503.
- a mechanical switch has been used as the switch 503.
- the mechanical switch has a problem that an arc is generated when the circuit is opened (OFF) in a state where a current flows from the solar cell string 502.
- a semiconductor switch instead of a mechanical switch is being studied.
- a semiconductor switch power required for opening and closing operations can be reduced, and durability against repeated operations can be improved.
- a MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
- a parasitic diode exists in parallel. Therefore, even if the circuit is interrupted by the transistor function, a current flows through the parasitic diode in one direction. Therefore, it arrange
- the reverse resistance of the diode 504 for preventing backflow varies depending on the voltage, and generally becomes low resistance at low voltage and high resistance at high voltage. Therefore, the backflow prevention diode 504 can sufficiently cut off a reverse current that is large enough to damage the solar cell string when the system is generating power. No blocking effect can be expected.
- the present invention has an object to provide an apparatus and a method that can overcome the above-described problems and can electrically disconnect a solar cell from a photovoltaic power generation system while reducing the power required for opening and closing operations. .
- the switching device of one embodiment of the present invention includes: A switching device that performs an opening operation that electrically connects a solar cell and a load device that consumes or converts power generated by the solar cell and a closing operation that is connected by wiring,
- the wiring is opened and closed using a first semiconductor element that is arranged in the middle of the wiring and has a transistor portion that performs switching between the source and drain and a diode portion that flows current in a predetermined direction between the source and drain of the transistor portion.
- An opening and closing part A blocking unit using the second semiconductor element, which is arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring and blocks a current flowing through the diode unit included in the first semiconductor element; It is provided with.
- the failure detection device for a solar cell includes: A switching device as described above; A detection unit for detecting a failure of the solar cell electrically disconnected by the switching device; It is provided with.
- the photovoltaic power generation system of one embodiment of the present invention includes: A solar cell array in which a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series are connected in parallel; A load device that is connected to a plurality of solar cell strings by wiring and that consumes or converts the power generated by the plurality of solar cell strings; A transistor unit that is arranged in the middle of at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the wiring for each solar cell string, and that conducts current in a predetermined direction between the source and drain of the transistor unit and a transistor unit that performs switching between the source and drain An opening / closing part that opens and closes at least one of the wirings using a first semiconductor element having: A second semiconductor element that is arranged in series with the first semiconductor element in the middle of at least one of the above-described wirings for each solar cell string and that cuts off a current flowing through a diode portion included in the first semiconductor element is used. A blocking section; It is provided with.
- the switching method of one embodiment of the present invention includes: A switching method for performing an open operation for electrically disconnecting a solar cell and a load device that consumes or converts the power generated by the solar cell connected by wiring and a close operation for connection, An opening operation of the wiring is performed using a first semiconductor element that is arranged in the middle of the wiring and has a transistor portion that performs switching between the source and the drain and a diode portion that flows current in a predetermined direction between the source and the drain of the transistor portion. Done Using the second semiconductor element arranged in series with the first semiconductor element in the middle of the wiring, the first semiconductor element flows in the diode portion of the first semiconductor element in a state where the wiring is controlled to be opened. The current is cut off.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation and maintaining the durability.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system in Embodiment 1.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a MOSFET in the first embodiment.
- FIG. It is a figure which shows an example of the solar cell array and switching apparatus which become a comparative example of Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows another example of the solar cell array and switching device which become a comparative example of Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows another example of the solar cell array and switching device which become a comparative example of Embodiment 1.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system in Embodiment 1.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a cross
- FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to Embodiment 2.
- FIG. 10 is an example of an external view of a MOSFET in a second embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a third embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a fourth embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a fifth embodiment.
- FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a sixth embodiment.
- FIG. 10 is an example of an external view of a MOSFET in a second embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a third embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a fourth embodiment.
- FIG. 10
- FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a seventh embodiment.
- FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to an eighth embodiment.
- FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a switching device according to a ninth embodiment. It is a block diagram which shows a part of structure of the solar energy power generation system in Embodiment 10.
- FIG. It is a figure which shows an example of the internal structure of the detection part in each embodiment. It is a figure which shows another example of the internal structure of the detection part in each embodiment.
- It is a conceptual diagram which illustrates a part of structure of a solar energy power generation system.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the photovoltaic power generation system according to the first embodiment.
- a solar power generation system 500 is a system that generates power using solar energy.
- the solar power generation system 500 includes a failure detection device 200, a solar cell array 300, and a load device 400.
- a solar cell string 12 (an example of a solar cell) is configured by a plurality of solar cell modules 10a to 10d (an example of a solar cell) electrically connected in series.
- Each solar cell module 10 is a module that converts solar energy into electrical energy and outputs it as DC power.
- the solar cell array 300 includes a plurality of solar cell strings 12a to 12d arranged in parallel.
- each solar cell string 12 is configured by four solar cell modules 10a to 10d connected in series, but is not limited to this.
- the number in series may be two, three, or five or more. What is necessary is just to set suitably.
- the solar cell array 300 includes four solar cell strings 12a to 12d connected in parallel, but is not limited thereto.
- the number in parallel may be two, three, or five or more. What is necessary is just to set suitably.
- a switch mechanism 100 In the failure detection device 200, a switch mechanism 100, switching devices 31 and 33, a detection unit 36, a control unit 38, and a gate drive circuit 104 are arranged.
- the switch mechanism 100 includes a plurality of switching devices 102a to 102h.
- the positive electrode (+) or the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12 is connected to one side of each switching device 102.
- a backflow prevention diode 20 or a backflow prevention diode 21 is connected to the other side of each switching device 102.
- the backflow prevention diodes 20 and 21 are arranged such that the direction in which the current supplied from the solar cell string 12 flows is the forward direction.
- the number of switching devices 102 that can be arranged at both poles of the solar cell string 12 is arranged.
- the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is connected to one side of the switching device 102a.
- a backflow prevention diode 21a is connected to the other side of the switching device 102a.
- the backflow prevention diode 21a is arranged so that the forward direction is directed to the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a.
- the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is connected to one side of the switching device 102b.
- a backflow prevention diode 20a is connected to the other side of the switching device 102b.
- the backflow prevention diode 20a is disposed so that the forward direction is opposite to the direction toward the positive electrode (+) of the solar cell string 12a.
- the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12b is connected to one side of the switching device 102c.
- a backflow prevention diode 21b is connected to the other side of the switching device 102c.
- the backflow prevention diode 21b is arranged so that the forward direction is directed to the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12b.
- the positive electrode (+) of the solar cell string 12b is connected to one side of the switching device 102d.
- a backflow prevention diode 20b is connected to the other side of the switching device 102d.
- the backflow prevention diode 20b is disposed so that the forward direction is opposite to the direction toward the positive electrode (+) of the solar cell string 12b.
- the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12c is connected to one side of the switching device 102e.
- a backflow prevention diode 21c is connected to the other side of the switching device 102e.
- the backflow prevention diode 21c is arranged so that the forward direction is directed to the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12c.
- the positive electrode (+) of the solar cell string 12c is connected to one side of the switching device 102f.
- a backflow prevention diode 20c is connected to the other side of the switching device 102f.
- the backflow prevention diode 20c is arranged so that the forward direction is opposite to the direction toward the positive electrode (+) of the solar cell string 12c.
- the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12d is connected to one side of the switching device 102g.
- a backflow prevention diode 21d is connected to the other side of the switching device 102g.
- the backflow prevention diode 21d is arranged so that the forward direction is directed to the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12d.
- the positive electrode (+) of the solar cell string 12d is connected to one side of the switching device 102h.
- a backflow prevention diode 20d is connected to the other side of the switching device 102h.
- the backflow prevention diode 20d is disposed so that the forward direction is opposite to the direction toward the positive electrode (+) of the solar cell string 12d.
- the backflow prevention diodes 20a to 20d are connected to the circuit breaker 402 in parallel. Each of the backflow prevention diodes 21a to 21d is connected to the circuit breaker 404 in parallel. Circuit breakers 402 and 404 are connected to load device 400, respectively. As described above, the positive electrode (+) side of the solar cell array 300 is connected to the load device 400 via the circuit breaker 402, and the negative electrode ( ⁇ ) side is connected to the load device 400 via the circuit breaker 404.
- the load device 400 consumes or converts the power generated by the plurality of solar cell strings 12. Examples of the load device 400 include a power conditioner. The DC power supplied from the solar cell array 300 to the load device 400 is converted into, for example, three-phase AC power in the load device 400 and supplied to, for example, a commercial power system.
- each solar cell string 12 branches in parallel with the switching device 102 and is connected to a corresponding switch of the switching device 31 constituted by a plurality of switches.
- the negative electrode ( ⁇ ) side of each solar cell string 12 branches in parallel with the switching device 102 and is connected to a corresponding switch of the switching device 33 constituted by a plurality of switches.
- Each switch of the switching devices 31 and 33 is connected to the detection unit 36.
- the detection unit 36 performs failure detection as will be described later based on the control by the control unit 38. Failure detection is performed for each solar cell string 12, and when performing failure detection, the control unit 38 causes the switching device 102 connected to both poles of the solar cell string 12 to be inspected to be opened (OFF). A control signal is transmitted to the gate drive circuit 104. The gate drive circuit 104 controls the corresponding switching device 102 to be opened (OFF). Thereafter, the control unit 38 controls the switching devices 31 and 33 connected to both poles of the solar cell string 12 to be inspected to be closed (ON). With this operation, the solar cell string 12 to be inspected is electrically disconnected from the solar power generation system and connected to the detection unit 36. In FIG. 1, for convenience, a plurality of switching devices 102 are illustrated as being connected in series to the gate drive circuit 104, but each switching device 102 receives a control signal from the gate drive circuit 104 in parallel. .
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the first embodiment.
- the switching device 102 uses two MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) 30 and 40 in combination.
- the MOSFET 30 (first semiconductor element) includes a transistor unit 34 that performs switching between the source and the drain, and a diode unit 32 (parasitic diode) that allows a current to flow in a predetermined direction between the source and the drain of the transistor unit 34.
- the MOSFET 40 (second semiconductor element) includes a transistor unit 44 that performs switching between the source and the drain, and a diode unit 42 (parasitic diode) that flows current in a predetermined direction between the source and the drain of the transistor unit 44.
- a MOSFET as the switching device 102, the power required for the opening / closing operation can be reduced.
- the MOSFET 30 is arranged in the middle of the wiring connecting the solar cell string 12 and the load device 400.
- the MOSFET 30 functions as an opening / closing unit that opens and closes the wiring.
- the MOSFET 40 is arranged in series with the MOSFET 30 in the middle of such wiring.
- the MOSFET 40 functions as a blocking unit that blocks current flowing through the diode unit 32 included in the MOSFET 30.
- the MOSFET 30 and the MOSFET 40 are connected in series so that the diode portions 32 and 42 included in the MOSFET 30 and the MOSFET 40 are in opposite directions.
- n-type enhancement type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40.
- MOSFETs 30 and 40 are connected in series so that the source sides thereof face each other. By connecting the sources to each other, the gates of the MOSFETs 30 and 40 can be set to the same potential. In the first embodiment, MOSFETs 30 and 40 are driven simultaneously. Therefore, the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 can be controlled by one system of gate voltage signals. In FIG. 2, the gate portion is indicated by a dotted line so as to identify the enhancement type.
- the same switching devices 102a to 102f are connected to both poles of the solar cell strings 12a to 12c. 2, the description of the configuration of the solar cell string 12d among the four solar cell strings 12a to 12d in FIG. 1 is omitted.
- An opening operation (OFF) for electrically disconnecting one corresponding pole of the device 400 and a closing operation (ON) for connection are performed.
- the control unit 38 sends a control signal for turning off the gate to the gate drive circuit 104 to the switching devices 102a and 102b. Output.
- the gate drive circuit 104 the positive source-gate voltage applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a is turned off. Thereby, both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off (OFF) between the source and the drain.
- the MOSFET 40 blocks the current flowing through the diode unit 32 included in the MOSFET 30 in a state where the wiring is controlled to be opened (OFF) by the MOSFET 30. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the positive source-gate voltage applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off (OFF) between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off.
- the MOSFET 40 blocks the current flowing through the diode portion 32 included in the MOSFET 30 in the state where the wiring is controlled to be opened (OFF) by the MOSFET 30 as in the case of the negative electrode side. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the timing for turning off the source-gate voltage applied to the switching devices 102a and 102b is preferably the same, but may be shifted. Then, after both the switching devices 102a and 102b are turned off and the solar cell string 12a is electrically disconnected from the other solar cell strings 12b and the load device 400, the control unit 38 controls the switching device 31. , 33, each switch corresponding to the solar cell string 12a is turned on (closed). Thereby, the solar cell string 12a can be connected to the detector 36. Further, inflow of current from the other solar cell strings 12b and the load device 400 to the detection unit 36 can be avoided.
- the solar cell string 12a is electrically connected to the other solar cell string 12b and the load device 400.
- the switches corresponding to the solar cell string 12a among the switching devices 31 and 33 based on the control of the control unit 38 are turned off (opened).
- a source-gate voltage may be applied to the switching devices 102a and 102b.
- the solar cell string 12a can be returned to the power generation system.
- the opening / closing operations of the switching devices 102c, d, etc. for the other solar cell strings 12b are the same as those of the solar cell string 12a.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the MOSFET according to the first embodiment.
- a large voltage of several hundred volts is generated from the solar cell string.
- a voltage of about 500V is generated.
- a large current of several A or several 10 A flows.
- a current of 10 A flows.
- a MOSFET that can withstand such a large voltage and large current load is used.
- a vertical MOSFET which is a power semiconductor element.
- FIG. 3 for example, an example of a cross section of an n-type vertical MOSFET is shown.
- FIG. 3 for example, an example of a cross section of an n-type vertical MOSFET is shown.
- FIG. 3 for example of FIG.
- a p-well is formed in an n-type semiconductor substrate, and an n-well is formed in the p-well.
- a gate (G) is formed on the p-well between the n-well and the n-type semiconductor substrate.
- the source (S) electrode is formed on the n-well so as to straddle the p-well opposite to the gate.
- the drain (D) electrode is formed on the back surface of the n-type semiconductor substrate.
- a transistor portion is formed by the gate (G), the source (S), and the drain (D).
- FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a solar cell array and a switching device, which is a comparative example of the first embodiment.
- the MOSFET 50 includes a transistor portion 54 and a diode portion 52 that serves as the parasitic diode described above.
- the bipolar MOSFETs 50 are arranged such that the forward direction of the diode part 52 is opposite to the direction in which current flows from the solar cell string 12.
- reverse current preventing diodes 20 and 21 are arranged at both poles of the solar cell string 12a so that the forward direction is opposite to the direction in which current flows from the solar cell string 12.
- the failure detection target solar cell string 12 a is disconnected from the load and other solar cell strings because the MOSFETs 54 connected to both poles thereof are OFF, and as a result, the failure detection target solar cell string 12 a.
- the potential on the positive electrode (+) side of the solar cell string is higher than the potential on the positive electrode (+) side of the other solar cell strings, and the potential on the negative electrode ( ⁇ ) side of the solar cell string 12a to be detected is the other solar cell string. In this case, the potential is lower than the potential on the negative electrode ( ⁇ ) side.
- the positive electrode (+) of the solar cell string to be inspected has a higher potential than the positive electrodes (+) of other solar cell strings that are generating power, the current from the system that is generating power even if there is a parasitic diode Is not affected because it does not flow.
- the negative electrode of the solar cell string to be inspected is at a lower potential than the negative electrode of the solar cell string during power generation, even if there is a parasitic diode, current will not flow to the system during power generation, so it will be affected. Absent.
- FIG. 5 is a diagram showing another example of the solar cell array and the switching device, which is a comparative example of the first embodiment.
- the potential on the positive electrode (+) side of the failure detection target solar cell string 12a is higher than the potential on the positive electrode (+) side of the other solar cell strings, and the failure detection target solar cell string 12a
- Other configurations are the same as those in FIG. In this case, the positive electrode (+) side of the solar cell string to be inspected is not affected by the system during power generation, as in FIG.
- the parasitic diode causes a current to flow to the generating system, which is affected.
- Such an influence can be avoided to some extent by the blocking diode 21, but the avoidance is incomplete because the reverse current cannot be completely blocked.
- FIG. 6 is a diagram illustrating another example of a solar cell array and a switching device, which are comparative examples of the first embodiment.
- the potential on the positive electrode (+) side of the failure detection target solar cell string 12 a is the potential on the positive electrode (+) side of another solar cell string due to the action of a failure detection device (an example will be described later). It shows a case where the potential on the negative electrode ( ⁇ ) side of the failure detection target solar cell string 12a is lower than the potential on the negative electrode ( ⁇ ) side of the other solar cell strings.
- Other configurations are the same as those in FIG. In such a case, the negative electrode ( ⁇ ) side of the failure detection target solar cell string 12a is not affected by the system during power generation, as described with reference to FIG.
- the parasitic diode causes a current to flow from the system that is generating power. Receive. This effect can be avoided to some extent by the blocking diode 20, but the avoidance is incomplete because the reverse current cannot be completely blocked.
- FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the solar cell array and the switching device, which are comparative examples of the first embodiment.
- the potential on the positive electrode (+) side of the failure detection target solar cell string 12 a is the potential on the positive electrode (+) side of another solar cell string due to the action of a failure detection device (an example will be described later).
- the potential on the negative electrode ( ⁇ ) side of the failure detection target solar cell string 12a is lower than the potential on the negative electrode ( ⁇ ) side of other solar cell strings due to the action of the failure detection device (example will be described later). It shows a high case.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- the positive electrode (+) of the solar cell string 12a to be detected has a lower potential than the positive electrode of the power generation string, current flows from the system that is generating power due to the parasitic diode as described with reference to FIG. Therefore, it is affected by the power generation system.
- This effect can be avoided to some extent by the blocking diode 20, but the avoidance is incomplete because the reverse current cannot be completely blocked.
- the negative electrode of the solar cell string to be inspected has a higher potential than the negative electrode of the solar cell string during power generation, current will flow to the system during power generation due to the parasitic diode as described with reference to FIG. So affected.
- Such an influence can be avoided to some extent by the blocking diode 21, but the avoidance is incomplete because the reverse current cannot be completely blocked.
- the diode parts 32 and 42 included in the two MOSFETs 30 and 40 are connected in series so as to be opposite to each other. Therefore, the problem by a parasitic diode can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the electric power required for the opening / closing operation and maintaining the durability. Therefore, it is possible to detect ground faults with high accuracy.
- the present invention is not limited to this.
- the present invention is not limited to this.
- other connection methods will be described.
- the configuration of the photovoltaic power generation system 500 in the second embodiment is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the second embodiment.
- n-type enhancement type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40 as in FIG. However, in FIG. 8, they are connected in series so that the drain sides of the MOSFETs 30 and 40 face each other. When the drains are connected to each other, the potential required for the source-gate voltage is different. Therefore, it is preferable to provide a separate signal line from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40.
- the MOSFETs 30 and 40 are driven simultaneously, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by the two gate voltage signals.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- FIG. 9 is an example of an external view of the MOSFET in the second embodiment.
- a heat radiating plate 62 is disposed outside the MOSFET 60.
- the heat radiating plate 62 is connected to the drain. Therefore, when the drains are connected, there is no need to pay attention to the insulation between the heat sinks when arranging the heat sinks of the MOSFETs 30 and 40, and a common and large heat sink can be used.
- the thermal design of the device becomes easy.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- the gate drive circuit 104 the positive source-gate voltage applied to the respective gate wirings of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the positive source-gate voltage applied to the respective gate wirings of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- n-type enhancement type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40.
- the present invention is not limited to this.
- the third embodiment a case where another MOSFET is used will be described.
- the configuration of photovoltaic power generation system 500 in Embodiment 3 is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the third embodiment.
- p-type enhancement type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40. Therefore, the polarity of the source-gate voltage is opposite to that in the first embodiment.
- Other configurations are the same as those in FIG. That is, in FIG. 10, the source sides of the MOSFETs 30 and 40 are connected in series so as to face each other, so that the source-gate voltage can be made the same potential, so that the gate drive circuit 104 from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40 A signal line can be shared.
- the MOSFETs 30 and 40 are driven simultaneously, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by one system gate voltage signal.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- the negative source-gate voltage applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the negative source-gate voltage applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 interrupt the source and drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- the present invention is not limited to this.
- other connection methods will be described.
- the configuration of the photovoltaic power generation system 500 in Embodiment 4 is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the switching device according to the fourth embodiment.
- p-type enhancement type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40 in the same manner as in FIG.
- the MOSFETs 30 and 40 are connected in series so that the drain sides face each other.
- the potential required for the source-gate voltage is different. Therefore, it is preferable to provide a separate signal line from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40.
- the MOSFETs 30 and 40 are simultaneously driven, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by the two systems of gate voltage signals.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- the heat dissipation plates of the MOSFETs 30 and 40 can be connected to each other, so that the heat dissipation of the element can be improved.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- the negative source-gate voltage applied to the respective gate wirings of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the negative source-gate voltage applied to the respective gate wirings of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b is turned off.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- n-type enhancement type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40.
- the present invention is not limited to this.
- the fifth embodiment a case where another MOSFET is used will be described.
- the configuration of the photovoltaic power generation system 500 in the fifth embodiment is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the fifth embodiment.
- n-type depletion type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40. Therefore, a source-gate voltage is applied during the OFF operation. At this time, as the applied voltage, a voltage having a polarity opposite to that in the ON operation in the first embodiment is applied.
- Other configurations are the same as those in FIG. That is, in FIG. 12, the source sides of the MOSFETs 30 and 40 are connected in series so that they face each other, so that the source-gate voltage can be made the same potential, so that the gate drive circuit 104 from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40 A signal line can be shared.
- the MOSFETs 30 and 40 are driven simultaneously, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by a single system gate voltage signal.
- the gate portion is shown by a solid line so as to identify the depletion type.
- the depletion type FET is normally ON in which a current flows between the source and the drain when no voltage is applied to the gate. Therefore, each solar cell string 12 can supply the generated power to the load device 400 even when no voltage is applied to the gates of the MOSFETs 30 and 40 of the corresponding switching device 102. Therefore, in the fifth embodiment, the gate drive circuit 104 is connected so as to be supplied with power from the wiring connecting the plurality of solar cell strings 12 and the load device 400. As a result, such power can be used as a power source for the gate that drives the transistor portions 34 and 44 of the MOSFETs 30 and 40, respectively. Therefore, a separate power source can be eliminated.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- a negative source-gate voltage is applied to the gate wiring common to the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- a negative source-gate voltage is applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the switching device according to the sixth embodiment.
- n-type depletion type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40 as in FIG. 12.
- the MOSFETs 30 and 40 are connected in series so that the drain sides face each other. When the drains are connected to each other, the potential required for the source-gate voltage is different. Therefore, it is preferable to provide a separate signal line from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40.
- the MOSFETs 30 and 40 are driven simultaneously, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by two gate voltage signals.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- the heat dissipation plates of the MOSFETs 30 and 40 can be connected to each other, so that the heat dissipation of the element can be improved.
- a depletion type FET is used. Therefore, in the sixth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the gate drive circuit 104 is connected so as to be supplied with electric power from the wiring connecting the plurality of solar cell strings 12 and the load device 400. As a result, such power can be used as a power source for the gate that drives the transistor portions 34 and 44 of the MOSFETs 30 and 40, respectively. Therefore, a separate power source can be eliminated.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- a negative source-gate voltage is applied to each gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- a negative source-gate voltage is applied to the respective gate wirings of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- n-type depletion type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40.
- the present invention is not limited to this.
- the seventh embodiment a case where another MOSFET is used will be described.
- the configuration of solar power generation system 500 in Embodiment 7 is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the seventh embodiment.
- p-type depletion type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40.
- the polarity of the source-gate voltage is opposite to that in the fifth embodiment.
- Other configurations are the same as those in FIG. That is, in FIG. 14, the source sides of the MOSFETs 30 and 40 are connected in series so that they face each other, and the voltage between the source and gate can be made the same potential, so the signal line from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40 is connected. Can be common.
- the MOSFETs 30 and 40 are simultaneously driven, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by one system of gate voltage signals.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- a depletion type FET is used. Therefore, in the seventh embodiment, as in the fifth embodiment, the gate drive circuit 104 is connected so as to receive power supply from the wiring connecting the plurality of solar cell strings 12 and the load device 400. As a result, such power can be used as a power source for the gate that drives the transistor portions 34 and 44 of the MOSFETs 30 and 40, respectively. Therefore, a separate power source can be eliminated.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- a positive source-gate voltage is applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- a positive source-gate voltage is applied to the common gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- the case where the sources of the p-type depletion type FETs are connected to each other as the MOSFETs 30 and 40 has been described.
- the fourth embodiment other connection methods will be described.
- the configuration of the photovoltaic power generation system 500 in the eighth embodiment is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the switching device according to the eighth embodiment.
- p-type depletion type FETs are used as the MOSFETs 30 and 40 as in FIG. 14.
- the MOSFETs 30 and 40 are connected in series so that the drain sides face each other. When the drains are connected to each other, the potential required for the source-gate voltage is different. Therefore, it is preferable to provide a separate signal line from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40.
- the MOSFETs 30 and 40 are simultaneously driven, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by the two systems of gate voltage signals.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- the heat dissipation plates of the MOSFETs 30 and 40 can be connected to each other, so that the heat dissipation of the element can be improved.
- a depletion type FET is used. Therefore, in the eighth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the gate drive circuit 104 is connected so as to receive power supply from the wiring connecting the plurality of solar cell strings 12 and the load device 400. As a result, such power can be used as a power source for the gate that drives the transistor portions 34 and 44 of the MOSFETs 30 and 40, respectively. Therefore, a separate power source can be eliminated.
- the control unit 38 when the switching device 102a performs the opening operation (OFF) of the wiring of the solar cell string 12a, the control unit 38 gates a control signal for turning the gate OFF to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- a positive source-gate voltage is applied to each gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- a positive source-gate voltage is applied to each gate wiring of the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the solar cell can be electrically disconnected from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation.
- the present invention is not limited to this.
- the ninth embodiment a case where different types of MOSFETs are used as the MOSFETs 30 and 40 will be described.
- the configuration of solar power generation system 500 in the ninth embodiment is the same as that in FIG. Further, the contents other than those specifically described below are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the switching device according to the ninth embodiment.
- an n-type enhancement type FET is used as the MOSFET 30.
- a p-type depletion type FET is used as the MOSFET 40.
- the source side of the MOSFET 30 and the drain side of the MOSFET 40 are connected in series so as to face each other.
- a signal line from the gate drive circuit 104 to the gates of the MOSFETs 30 and 40 may be provided separately.
- the MOSFETs 30 and 40 are driven simultaneously, but the ON / OFF operation of the MOSFETs 30 and 40 is controlled by two systems of gate voltage signals.
- Other configurations are the same as those in FIG.
- the control unit 38 gates a control signal for turning off the gate to the switching devices 102a and 102b. Output to the drive circuit 104.
- the positive source-gate voltage applied to the gate wiring of the MOSFET 30 of the switching device 102a is turned off.
- a positive source-gate voltage is applied to the gate wiring of the MOSFET 40 of the switching device 102a.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102a are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are disposed in the opposite directions, the potential of the negative electrode ( ⁇ ) of the solar cell string 12a is assumed to be negative (The leakage current can be cut off even when the potential becomes higher than the potential of-). Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- the positive source-gate voltage applied to the gate wiring of the MOSFET 30 of the switching device 102b is turned off.
- a positive source-gate voltage is applied to the gate wiring of the MOSFET 40 of the switching device 102a.
- both the MOSFETs 30 and 40 of the switching device 102b are turned off, and both the MOSFETs 30 and 40 cut off between the source and the drain.
- the diode portions 32 and 42 of the MOSFETs 30 and 40 are arranged in the reverse direction, the potential of the positive electrode (+) of the solar cell string 12a is assumed to be positive (such as other solar cell strings 12b during power generation). Even if the potential becomes lower than the potential of +), the leakage current can be cut off. Therefore, the influence from the photovoltaic power generation system 500 can be avoided.
- an enhancement type MOSFET may be used for one of the MOSFETs 30 and 40 and a depletion type MOSFET may be used for the other.
- a depletion type MOSFET may be used for the other.
- the solar cell is electrically removed from the photovoltaic power generation system while reducing the power required for the opening / closing operation. Can be separated.
- Embodiments 1 to 9 as shown in FIG. 1, the diodes 20 and 21 for backflow prevention are arranged in the failure detection apparatus 200, but the present invention is not limited to this. In the tenth embodiment, other configurations will be described.
- FIG. 17 is a configuration diagram illustrating a part of the configuration of the photovoltaic power generation system according to the tenth embodiment.
- the photovoltaic power generation system 500 includes a failure detection device 200, connection boxes 202 and 204, a solar cell array 300, and a load device 400 (not shown).
- the load device 400 not shown.
- the backflow prevention diodes 20a to 20d on the positive electrode (+) side of the solar cell strings 12a to 12d, a circuit breaker 402, and switches 22a to 22d such as a circuit breaker or a disconnect circuit are disposed in the junction box 204, and the reverse current preventing diodes 21a to 21d on the positive electrode (+) side of each of the solar cell strings 12a to 12d, a circuit breaker 404, and a switch 24a such as a circuit breaker or disconnector. 1 is the same as FIG. 1 except that .about.d are arranged.
- the junction boxes 202 and 204 may be prepared separately from the failure detection apparatus 200.
- FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the detection unit in each embodiment.
- one solar cell string 12a is selected from a plurality of solar cell strings (S1).
- the switching devices 102a and 102b for disconnection corresponding to the positive electrode side and the negative electrode side of the selected one solar cell string 12a are turned off.
- the said solar cell string 12a is electrically disconnected from the photovoltaic power generation system 500, and is disconnected, and it is set as a disconnected state (S2).
- the switching devices 31 and 33 connected to the positive electrode side and the negative electrode side in the disconnected solar cell string 12a are closed (ON), and the solar cell string 12a is connected to the detection unit 36 (S3).
- the positive electrode side switch element 8x shown in FIG. 18 is turned on, the negative electrode side switch element 8y is turned off, and only the positive electrode side is connected to the other side of the detection resistor 9.
- the negative electrode side is released (S4).
- the voltage detector 6 measures the first voltage drop value of the detection resistor 9 and its sign (S5).
- the switch element 8 switches on and off according to an instruction signal from the control unit 38.
- the positive electrode side switch element 8x is turned off and the negative electrode side switch element 8y is turned on, and only the negative electrode side is connected to the other side of the detection resistor 9 and the positive electrode side is released. (S6).
- the voltage detector 6 measures the second voltage drop value of the detection resistor 9 and its sign (S7).
- both the positive electrode side switch element 8x and the negative electrode side switch element 8y are turned off and disconnected (disconnected) from the detection resistor 9.
- the voltage detector 6 measures the voltage value between the electrodes of the solar cell string 103 and its sign (S8, 9). Note that S4, 5, S6, 7 and S8, 9 are out of order with each other, and S6, 7 may be performed first, or S8, 9 may be performed first. .
- the control part 38 calculates an insulation resistance value using the measured 1st and 2nd voltage drop value, the voltage value between electrodes, and these codes
- symbols (S10). Specifically, the insulation resistance value R leak is calculated using the following equation (1). (1) R leak R d ⁇
- R d resistance value of the detection resistor 9
- V 0 Inter-electrode voltage value
- V 1 First voltage drop value
- V 2 Second voltage drop value
- control unit 38 compares the calculated insulation resistance value R leak with a preset reference resistance value, and performs a ground fault determination (S11). Specifically, if the calculated insulation resistance value R leak is equal to or greater than the reference resistance value, it is determined that there is no ground fault. On the other hand, if the insulation resistance value R leak is less than the reference resistance value, “ground fault exists”. Is determined.
- the disconnection switching devices 102a and 102b are turned on and connected to the photovoltaic power generation system 500 for the disconnection solar cell string 12a. Then, the switching devices 31 and 33 for measurement are turned off and separated from the detection unit 36.
- the solar cell strings 12 constituting the solar cell array 300 are disconnected from the photovoltaic power generation system 500, and the solar cell strings 12 in the disconnected state are separated. Detecting a ground fault.
- the ground capacitance of the ground fault detection target can be reduced (that is, the electric circuit of the ground fault detection target is shortened and the total area is reduced). It is possible to reduce the adverse effect of the current flowing due to the ground capacitance on ground fault detection.
- the solar cell string 12 is electrically disconnected from the load device 400 such as a power conditioner at the time of detecting a ground fault. Therefore, the adverse effect of noise generated due to the power conditioner reaches the ground fault detection. Can also be suppressed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reliably detect a ground fault.
- the detection unit 36 is connected to both the positive electrode (+) side and the negative electrode side of the solar cell string 12 .
- the present invention is not limited to this, and the positive electrode (+) side is not limited thereto. Or it is good also as a structure connected to a negative electrode side.
- FIG. 19 is a diagram illustrating another example of the internal configuration of the detection unit in each embodiment.
- the detection unit 36 includes a first grounding circuit 81A, a first resistor 84A, a first DC power supply 82A and a first ammeter 86A, a second grounding circuit 81B, a second resistor 84B, A second measurement system including a second DC power supply 82B and a second ammeter 86B.
- the first grounding electric circuit 81A has one side connected to the ground G.
- the other side of the first grounding electric circuit 81A can be connected to the wiring (electric circuit) on the positive electrode (+) side of the solar cell string 12a to be detected.
- the other side of the first grounding electric circuit 81A is connected to the positive (+) side wiring of the solar cell string 12a through the first switch unit 80A and the switching device 31.
- the first switch unit 80A switches the electrical connection / disconnection of the first grounding electric circuit 81A with respect to the solar cell string 12a.
- a semiconductor switch such as an FET or a mechanical switch such as a relay switch can be used.
- the first switch unit 80A is connected to the control unit 38 and switches on and off according to an instruction signal from the control unit 38.
- the first resistor 84A is provided between the first switch unit 80A and the ground G on the first grounding electric circuit 81A.
- Resistance R d of the first resistor 84A is in terms of safety upon the ground fault occurs or exceeds a predetermined lower limit value, and is equal to or less than a predetermined upper limit value in terms of measuring the ease of measurement (hereinafter The same applies to the first resistor 84B).
- the first DC power supply 82A is provided between the first switch section 80A and the first resistor 84A (on the solar cell string 12a side with respect to the first resistor 84A) on the first grounding electric circuit 81A. That is, the first DC power supply 82A has one side as the negative electrode side connected to the first resistor 84A and the other side as the positive electrode side connected to the positive electrode side of the solar cell string 12a via the first switch portion 80A. Yes.
- the first DC power supply 82A applies a positive DC voltage (DC voltage) to the positive electrode side of the solar cell string 12a.
- the first DC power source 82A applies a first DC voltage of the DC voltage value V 1.
- the first DC voltage value V 1 is set to a predetermined lower limit value or more from the viewpoint of improving the sensitivity of ground fault detection, and is set to a predetermined upper limit value or less from the viewpoint of preventing damage to the solar cell circuit to be measured (the following Same for DC voltage value).
- the first DC power supply 82A is connected to the control unit 38, first applying a DC voltage value V 1 in response to an instruction signal from the control unit 38.
- the first ammeter 86A is provided between the first resistor 84A and the ground G on the first grounding electric circuit 81A.
- the first ammeter 86A is the first current value as the leakage current value at the first ground path 81A flows through the first resistor 84A (first measurement) is measured I 1.
- the first ammeter 86A is connected to the control unit 38, first to perform the measurement of the DC voltage value V 1 in response to an instruction signal from the control unit 38.
- a DC zero-phase current detector using a Hall element is used as the first ammeter 86A.
- one side of the second grounding electric circuit 81B is connected to the ground G.
- the other side of the second grounding electric circuit 81B is connectable to the positive wiring (electric circuit) of the solar cell string 12a.
- the other side of the second grounding electric circuit 81B is connected to the positive electrode side wiring of the solar cell string 12a via the second switch unit 80B and the switching device 31.
- the second switch unit 80B switches electrical connection / disconnection of the second grounding electric circuit 81B with respect to the solar cell string 12a.
- a semiconductor switch such as an FET or a mechanical switch such as a relay switch can be used.
- the second switch unit 80B is connected to the control unit 38 and switches on and off according to an instruction signal from the control unit 38.
- the second resistor 84B is provided between the second switch unit 80B and the ground G on the second grounding electric circuit 81B. Resistance of the second resistor 84B are preferable to the equal resistance value R d and the first resistor 84A.
- the second DC power source 82B is provided between the second switch unit 80B and the first resistor 84B (on the solar cell string 12a side with respect to the second resistor 22B) on the second ground circuit 81B. That is, the second DC power supply 82B has one side as the negative electrode side connected to the second resistor 84B, and the other side as the positive electrode side connected to the positive electrode side of the solar cell string 12a via the second switch portion 80B. Yes.
- the second DC power supply 82B applies a positive DC voltage (DC voltage) to the positive electrode side of the solar cell string 12a.
- the second DC power source 82B applies a second DC voltage of the DC voltage value V 2.
- Second DC voltage V 2 is different from the voltage value from the first DC voltage value V 1.
- the second DC power supply 82B is connected to the control unit 38, the second applying a DC voltage value V 2 in response to an instruction signal from the control unit 38.
- the second ammeter 86B is provided between the second resistor 84B and the ground G on the second grounding electric circuit 81B.
- the second ammeter 86B is a second current value as the leakage current value in the second ground path 81B flows through the second resistor 84B (second measured value) is measured I 2.
- the second ammeter 86B is connected to the control unit 38, the second performs measurement of the DC voltage value V 2 in response to an instruction signal from the control unit 38.
- a DC zero-phase current detector using a Hall element or the like is used similarly to the first ammeter 24A.
- a voltage application location where the first DC voltage value V 1 is applied from the first DC power supply 82A, and a voltage application location where the second DC voltage value V 2 is applied from the second DC power supply 82B. are equal to each other at least when the rated output of the solar cell string 12a is assumed. In other words, the design potentials of the first and second predetermined portions are equal to each other.
- control unit 38 has a ground fault detection function for performing calculation based on the measurement result, detecting the insulation resistance value R L and the potential V L of the ground fault location T, and detecting (determining) the presence or absence of the ground fault. is doing.
- the first switch portion 80A is turned on, the first grounding electric circuit 81A is connected to the positive electrode side of the solar cell string 12a, the second switch unit 80B is kept off, and the second grounding electric circuit 81B is connected to the solar cell string 12a. Not connected to the positive electrode side.
- the first DC power source 82A applying a first DC voltage value V 1 of the positive voltage to the positive electrode side of the solar cell string 12a.
- the first current value I 1 flowing in the first ground path 81A is measured by ammeter 86A.
- the first switch unit 80A is turned off, the first grounding circuit 81A is disconnected from the positive electrode side of the solar cell string 12a, the second switch unit 80B is turned on, and the second grounding circuit 81B is connected to the solar cell string. It connects with the positive electrode side of 12a.
- the second DC power source 82B applying a second DC voltage value V 2 of the positive voltage to the positive electrode side of the solar cell string 12a.
- the second current value I 2 flowing in the first ground path 81B is measured by a current meter 86B.
- the insulation resistance value R L is calculated and detected from the first and second current values I 1 and I 2 according to the following equation (2).
- R L (V 1 ⁇ V 2 ) / (I 1 ⁇ I 2 ) -(R d2 ⁇ I 2 -R d1 ⁇ I 1 ) / (I 1 -I 2 )
- V L (V 1 ⁇ I 2 -V 2 ⁇ I 1 + I 1 ⁇ I 2 ⁇ (R d2 -R d1 )) / (I 1 -I 2 )
- the calculated insulation resistance value RL is compared with a preset reference resistance value to determine the ground fault of the solar cell string 12a. Specifically, when the insulation resistance value RL is smaller than the reference resistance value, it is determined that “ground fault exists”, while when the insulation resistance value RL is equal to or greater than the reference resistance value, it is determined that there is no ground fault. .
- the present embodiment it is possible to accurately detect the ground fault at low cost. Moreover, when detecting a ground fault, a short circuit operation is not required, and safety can be improved. Furthermore, since the occurrence of an accident current is not a prerequisite for ground fault detection, as in the case of ground fault detection by the zero-phase current detection method, for example, the occurrence of the accident current can be suppressed.
- the MOSFET 40 is used as a semiconductor element that functions as a blocking unit, but the present invention is not limited to this. Instead, it is also preferable to use an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.
- An IGBT used as a blocking unit is effective when blocking a high voltage and a high current as compared with a MOSFET.
- an SCR Silicon Controlled Rectifier
- GTO Gate Turn Off Thyristor
- the MOSFET, IGBT, SCR, and GTO are made of silicon, but may be made of silicon carbide, which is said to have better switching performance than silicon. Furthermore, in order to increase other switching speeds, it is also possible to use switching elements of compound semiconductors such as gallium arsenide and gallium arsenide aluminum. Further, the above-described failure detection method is an example, and is not limited to that described with reference to FIGS. Other fault detection methods such as ground faults may be used.
- the configuration in which the backflow prevention diode is used on both the positive electrode side and the negative electrode side has been described.
- the configuration may be used only on either the positive electrode side or the negative electrode side.
- the present invention relates to a switching device, a failure detection device, a solar power generation system, and a switching method, and can be used for, for example, a switching device and a method for disconnecting a solar cell in the solar power generation system.
- Switch element 9 Detection resistor 10 Solar cell module 12, 502 Solar cell string 20, 21, 504 Diode 30, 40, 50 MOSFET 31, 33 Switching device 32, 42, 52 Diode unit 34, 44, 54 Transistor unit 36 Detection unit 38 Control unit 80 Switch unit 81 Grounding circuit 84 Resistance 82 DC power supply 86 Ammeter 100 Switch mechanism 102 Switching device 104 Gate drive circuit 200 Failure detection device 202, 204, 508, 509 Junction box 300, 501 Solar cell array 400, 510 Load device 402, 404, 506 Breaker 500 Solar power generation system 503 Switch
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Abstract
本発明は、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことが可能な装置を提供することを目的とする。 本発明のスイッチング装置(102)は、配線により接続された、太陽電池(12)と太陽電池(12)により発電された電力を消費又は変換する負荷装置(400)とを電気的に切り離す開動作と電気的に接続する閉動作とを行うスイッチング装置(102)であって、配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部(34)とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部(32)とを有するMOSFET(30)を用いて配線の開閉を行う開閉部と、配線途中でMOSFET(30)と直列に配置され、MOSFET(30)が有するダイオード部(32)によって流れる電流を遮断する、MOSFET(40)を用いた遮断部と、を備えたことを特徴とする。
Description
本出願は、2013年4月18に日本国に出願されたJP2013-087730(出願番号)を基礎出願とする優先権を主張する出願である。JP2013-087730に記載された内容は、本出願にインコーポレートされる。
本発明は、スイッチング装置、故障検知装置、太陽光発電システム、及びスイッチング方法に係り、例えば、太陽光発電システム内の太陽電池を切り離すためのスイッチング装置および方法に関する。
太陽光を利用して発電を行う太陽光発電システムでは、一般的に、複数の太陽電池モジュールが直列および並列に接続されて、大電圧および大電流となった発電された電力が、パワーコンディショナー等の負荷装置に供給され、商用電力系統等に供給される。太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続されて太陽電池ストリングが構成される。そして、複数の太陽電池ストリングが並列に接続されて太陽電池アレイが構成される。
かかる太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内に絶縁不良があると、電気回路が外部と意図しない形で接触する地絡が生じる場合がある。例えば人や物が絶縁不良箇所に触れたときや、絶縁不良箇所と金属架台等とが接触したとき等が挙げられる。地絡以外にも、太陽電池モジュールが内蔵しているバイパスダイオードの故障や、太陽電池セル間の導通不良等の不具合を生じる場合がある。そのため、太陽光発電システム内には、かかる地絡等の故障を検知する装置が配置される(例えば、特許文献1参照)。
かかる地絡検出等の故障検出を行うためには、検査のために太陽電池ストリングを太陽光発電システムから電気的に切り離すことが有効である。他方、太陽電池ストリングで発電された電力を供給させるためには、太陽電池ストリングを太陽光発電システムに電気的に接続させることが必要となる。よって、太陽電池ストリングを太陽光発電システムに接続および遮断するためのスイッチが必要となる。
特に、例えば、特開2011-066320に示された太陽電池アレイの診断方法では、診断対象の陽電池ストリングを他の太陽電池ストリングから切り離すことが有効である。また、特開2011-002417に示された地絡検出装置においては、太陽電池が大地から絶縁されていることが必要であり、インバータが非絶縁方式である場合には診断対象の太陽電池ストリングをインバータから切り離すことが有効である。
さらに、特開2011-066320に示された太陽電池アレイの診断方法において、太陽電池内の直列抵抗上昇を診断するためには、逆流防止ダイオードを経由せずに太陽電池ストリングに電流を流すことが必要であり、このためには検査対象太陽電池ストリングを、逆流防止ダイオードから解列することが有効である。この他、一般に、検査対象太陽電池ストリングがインバータに接続されていると、インバータからのノイズの影響を受けやすいため、検査対象太陽電池ストリングをインバータから解列することが有効である。
図20は、太陽光発電システムの構成の一部を例示する概念図である。図20において、複数の太陽電池ストリング502が並列に接続されて太陽電池アレイ501が構成される。太陽電池アレイ501は、遮断器506を介して負荷装置510に接続され、電力が供給される。各太陽電池ストリング502には、正極(+)側と負極(-)側に、それぞれ遮断器或いは断路器といったスイッチ503が接続され、両極のスイッチ503を介して複数の太陽電池ストリング502が並列に接続される。また、各太陽電池ストリング502には、負荷装置510や他の太陽電池ストリング502からの漏れ電流が当該太陽電池ストリング502側に流れないように逆流防止用のダイオード504が配置されている。太陽電池ストリング502の正極側のスイッチ503とダイオード504と遮断器506は、接続箱508内に配置される。太陽電池ストリング502の負極側のスイッチ503と遮断器506は、接続箱509内に配置される。実際には、接続箱508と接続箱509は同一の筐体となる場合が多い。
そして、スイッチ503によって太陽光発電システムから電気的に切り離された太陽電池ストリング502は、図示しない故障検知装置に接続されることになる。故障検知装置での検知作業後は、特に異常がなければ検知対象となった太陽電池ストリング502を自動で太陽光発電システムに戻す必要があるため、スイッチ503として自動制御可能なスイッチ装置が求められる。従来、太陽電池ストリング502のような直流回路においては、スイッチ503として、機械的(メカニカル)なスイッチが利用されていた。しかしながら、機械的スイッチでは、太陽電池ストリング502から電流が流れている状態で回路を開(OFF)にすると、アークが発生してしまうといった問題があった。アークを防ぐためには大型のリレー等のスイッチ装置を使用する必要があり、回路の開閉に大きな電力が必要となるといった問題があった。また、故障検知を日常的に実施するために、スイッチを日常的にON/OFFした場合は、繰り返し動作に対する耐久性の観点からも、機械的スイッチには問題があった。
そこで、機械的スイッチに代わって、半導体スイッチを用いることが検討されている。半導体スイッチを用いることで開閉動作に要する電力を低減させ、繰り返し動作に対する耐久性を向上させることができる。例えば、スイッチ503として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いることが考えられる。しかしながら、太陽電池ストリング502と接続する回路のような大電圧および大電流に耐えるMOSFETには、寄生ダイオードが並列に存在する。そのため、トランジスタ機能によって回路を遮断しても、一方の方向に対して寄生ダイオードによって電流が流れてしまう。そのため、寄生ダイオードの順方向が太陽電池ストリング502から電流が流れる向きとは逆になるように配置することになる。一方、地絡等の故障検出では、完全に回路が遮断され、負荷装置510や他の太陽電池ストリング502からの漏れ電流が入り込まない状態で検査を行うことが望まれる。しかしながら、逆流防止用のダイオード504の逆方向抵抗は、電圧によって異なり、一般に低電圧で低抵抗、高電圧で高抵抗となる。よって、逆流防止用のダイオード504は、通常システムが発電している際の太陽電池ストリングが破損等する程度の大きさの逆電流を遮断することは十分に可能であるが、小さい漏れ電流に対しての遮断効果は期待できない。そのため、例えば、GΩオーダーで絶縁が必要な故障検出では、ダイオード504からの漏れ電流が寄生ダイオードを介して流れ込むことになり、地絡検出等においては高精度な検出が困難になるといった問題があった。また通常、逆流防止用ダイオード504は、太陽電池の片極(図20では正極)にしか装着されていないため、負極側からの漏れ電流を防止することは出来ない問題があった。
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことが可能な装置および方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様のスイッチング装置は、
配線により接続された、太陽電池と太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング装置であって、
配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の開閉を行う開閉部と、
配線途中で第1の半導体素子と直列に配置され、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする。
配線により接続された、太陽電池と太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング装置であって、
配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の開閉を行う開閉部と、
配線途中で第1の半導体素子と直列に配置され、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一態様の太陽電池の故障検知装置は、
上述したスイッチング装置と、
スイッチング装置によって電気的に切り離された太陽電池の故障を検知する検知部と、
を備えたことを特徴とする。
上述したスイッチング装置と、
スイッチング装置によって電気的に切り離された太陽電池の故障を検知する検知部と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一態様の太陽光発電システムは、
複数の太陽電池モジュールを直列に接続した複数の太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイと、
複数の太陽電池ストリングとそれぞれ配線によって接続され、複数の太陽電池ストリングにより発電された電力を消費又は変換する負荷装置と、
太陽電池ストリング毎の配線の正極側と負極側の少なくとも一方の途中にそれぞれ配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の前記少なくとも一方の開閉を行う開閉部と、
太陽電池ストリング毎の配線の上述した少なくとも一方の途中で第1の半導体素子と直列にそれぞれ配置され、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする。
複数の太陽電池モジュールを直列に接続した複数の太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイと、
複数の太陽電池ストリングとそれぞれ配線によって接続され、複数の太陽電池ストリングにより発電された電力を消費又は変換する負荷装置と、
太陽電池ストリング毎の配線の正極側と負極側の少なくとも一方の途中にそれぞれ配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の前記少なくとも一方の開閉を行う開閉部と、
太陽電池ストリング毎の配線の上述した少なくとも一方の途中で第1の半導体素子と直列にそれぞれ配置され、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一態様のスイッチング方法は、
配線により接続された、太陽電池と太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング方法であって、
配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の開動作を行い、
配線途中で第1の半導体素子と直列に配置された第2の半導体素子を用いて、第1の半導体素子によって配線が開に制御された状態において、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断することを特徴とする。
配線により接続された、太陽電池と太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング方法であって、
配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部とトランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて配線の開動作を行い、
配線途中で第1の半導体素子と直列に配置された第2の半導体素子を用いて、第1の半導体素子によって配線が開に制御された状態において、第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、開閉動作に要する電力を低減し、かつ耐久性を維持しながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
図1は、実施の形態1における太陽光発電システムの構成を示す構成図である。図1において、太陽光発電システム500は、太陽光エネルギーを利用して発電するシステムである。太陽光発電システム500は、故障検知装置200と、太陽電池アレイ300と、負荷装置400と、を備えている。電気的に直列に接続された複数の太陽電池モジュール10a~d(太陽電池の一例)によって太陽電池ストリング12(太陽電池の一例)が構成される。各太陽電池モジュール10は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換し、直流電力として出力するモジュールである。そして、太陽電池アレイ300は、並列に配置された複数の太陽電池ストリング12a~dによって構成される。複数の太陽電池ストリング12a~dは、故障検知装置200内部で電気的に並列に接続される。図1の例では、各太陽電池ストリング12が直列に接続された4つの太陽電池モジュール10a~dによって構成されているが、これに限るものではない。直列数は、2つでも、3つでも、或いは5つ以上であってもよい。適宜設定すればよい。同様に、太陽電池アレイ300は、並列に接続された4つの太陽電池ストリング12a~dによって構成されているが、これに限るものではない。並列数は、2つでも、3つでも、或いは5つ以上であってもよい。適宜設定すればよい。
故障検知装置200内には、スイッチ機構100と、スイッチング装置31,33と、検知部36と、制御部38と、ゲートドライブ回路104とが配置される。スイッチ機構100は、複数のスイッチング装置102a~hによって構成される。各スイッチング装置102の一方側に、太陽電池ストリング12の正極(+)或いは負極(-)が接続される。各スイッチング装置102の他方側に、逆流防止ダイオード20或いは逆流防止ダイオード21が接続される。逆流防止ダイオード20,21は、太陽電池ストリング12から供給される電流が流れる方向が順方向になるように配置される。スイッチング装置102は、太陽電池ストリング12の両極に配置可能な数が配置される。
図1の例では、スイッチング装置102aの一方側に、太陽電池ストリング12aの負極(-)が接続される。スイッチング装置102aの他方側に、逆流防止ダイオード21aが接続される。逆流防止ダイオード21aは順方向が太陽電池ストリング12aの負極(-)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102bの一方に、太陽電池ストリング12aの正極(+)が接続される。スイッチング装置102bの他方に、逆流防止ダイオード20aが接続される。逆流防止ダイオード20aは順方向が太陽電池ストリング12aの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
同様に、スイッチング装置102cの一方側に、太陽電池ストリング12bの負極(-)が接続される。スイッチング装置102cの他方側に、逆流防止ダイオード21bが接続される。逆流防止ダイオード21bは順方向が太陽電池ストリング12bの負極(-)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102dの一方に、太陽電池ストリング12bの正極(+)が接続される。スイッチング装置102dの他方に、逆流防止ダイオード20bが接続される。逆流防止ダイオード20bは順方向が太陽電池ストリング12bの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
同様に、スイッチング装置102eの一方側に、太陽電池ストリング12cの負極(-)が接続される。スイッチング装置102eの他方側に、逆流防止ダイオード21cが接続される。逆流防止ダイオード21cは順方向が太陽電池ストリング12cの負極(-)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102fの一方に、太陽電池ストリング12cの正極(+)が接続される。スイッチング装置102fの他方に、逆流防止ダイオード20cが接続される。逆流防止ダイオード20cは順方向が太陽電池ストリング12cの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
同様に、スイッチング装置102gの一方側に、太陽電池ストリング12dの負極(-)が接続される。スイッチング装置102gの他方側に、逆流防止ダイオード21dが接続される。逆流防止ダイオード21dは順方向が太陽電池ストリング12dの負極(-)に向かう方向になるように配置される。スイッチング装置102hの一方に、太陽電池ストリング12dの正極(+)が接続される。スイッチング装置102hの他方に、逆流防止ダイオード20dが接続される。逆流防止ダイオード20dは順方向が太陽電池ストリング12dの正極(+)に向かう方向とは逆方向になるように配置される。
そして、各逆流防止ダイオード20a~dは、並列に遮断器402に接続される。各逆流防止ダイオード21a~dは、並列に遮断器404に接続される。そして、遮断器402,404は、それぞれ負荷装置400に接続される。以上のようにして、太陽電池アレイ300の正極(+)側は遮断器402を介して、負極(-)側は遮断器404を介して、それぞれ負荷装置400に接続される。負荷装置400は、複数の太陽電池ストリング12により発電された電力を消費又は変換する。負荷装置400として、例えば、パワーコンディショナー等が挙げられる。太陽電池アレイ300から負荷装置400に供給された直流電力は、負荷装置400内で例えば三相交流電力等に変換され、例えば、商用電力系統等に供給される。
各太陽電池ストリング12の正極(+)側は、スイッチング装置102と並列に分岐して、複数のスイッチで構成されるスイッチング装置31の対応するスイッチに接続される。各太陽電池ストリング12の負極(-)側は、スイッチング装置102と並列に分岐して、複数のスイッチで構成されるスイッチング装置33の対応するスイッチに接続される。そして、スイッチング装置31,33のそれぞれのスイッチは、検知部36に接続される。
そして、検知部36では、制御部38による制御に基づいて、後述するように故障検知を行う。故障検知は、太陽電池ストリング12毎に実施され、故障検知を行う際、制御部38は、検査対象となる太陽電池ストリング12の両極に接続されたスイッチング装置102が開(OFF)となるようにゲートドライブ回路104に制御信号を送信する。そして、ゲートドライブ回路104は、対応するスイッチング装置102が開(OFF)となるように制御する。その後、制御部38は、検査対象となる太陽電池ストリング12の両極に接続されたスイッチング装置31,33が閉(ON)となるように制御する。かかる動作により、検査対象となる太陽電池ストリング12が太陽光発電システムから電気的に切り離され、検知部36に接続されることになる。なお、図1では、便宜上、複数のスイッチング装置102が直列にゲートドライブ回路104と接続しているように示しているが、各スイッチング装置102は、並列にゲートドライブ回路104から制御信号を受信する。
図2は、実施の形態1におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図2において、スイッチング装置102は、2つのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)30,40を組み合わせて使用する。MOSFET30(第1の半導体素子)は、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部34とトランジスタ部34のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部32(寄生ダイオード)とを有する。同様に、MOSFET40(第2の半導体素子)は、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部44とトランジスタ部44のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部42(寄生ダイオード)とを有する。スイッチング装置102として、MOSFETを用いることで、開閉動作に要する電力を低減させることができる。
MOSFET30は、太陽電池ストリング12と負荷装置400とを繋ぐ配線途中に配置される。そして、MOSFET30は、かかる配線の開閉を行う開閉部として機能する。MOSFET40は、かかる配線途中でMOSFET30と直列に配置される。そして、MOSFET40は、MOSFET30が有するダイオード部32によって流れる電流を遮断する遮断部として機能する。MOSFET30とMOSFET40は、それぞれが有するダイオード部32,42が逆向きになるように直列に接続される。図2の例では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETを用いる。さらに、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続される。ソース同士が接続されることで、MOSFET30,40のゲートを同電位にすることができる。実施の形態1では、MOSFET30,40を同時駆動する。よって、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御できる。図2では、エンハンスメント型を識別するようにゲート部が点線で示されている。
各太陽電池ストリング12a~cの両極には、同様のスイッチング装置102a~fが接続される。図2では、図1の4つの太陽電池ストリング12a~dのうち、太陽電池ストリング12dについての構成について記載を省略している。かかるMOSFET30とMOSFET40によって構成されるスイッチング装置102によって、配線により接続された、検査対象の太陽電池ストリング12(太陽電池)の一方の極と太陽電池ストリング12により発電された電力を消費又は変換する負荷装置400の対応する一方の極とを電気的に切り離す開動作(OFF)と接続する閉動作(ON)とを行う。
例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断(OFF)する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。このように、MOSFET40は、MOSFET30によって配線が開(OFF)に制御された状態において、MOSFET30が有するダイオード部32によって流れる電流を遮断する。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断(OFF)する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。このように、MOSFET40は、MOSFET30によって配線が開(OFF)に制御された状態において、負極側と同様、MOSFET30が有するダイオード部32によって流れる電流を遮断する。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
なお、スイッチング装置102a,102bへと印加しているソース・ゲート間電圧をOFFにするタイミングは、同時が望ましいが、ずれても構わない。そして、スイッチング装置102a,102bが共にOFFになり、太陽電池ストリング12aが、他の太陽電池ストリング12b等や負荷装置400と電気的に切り離された後、制御部38の制御の基、スイッチング装置31,33のうち、太陽電池ストリング12aに対応する各スイッチをON(閉)にする。これにより、太陽電池ストリング12aを検知部36に接続することができる。また、検知部36に他の太陽電池ストリング12b等や負荷装置400からの電流等の入流を回避できる。逆に故障検知動作後は、異常がなければ、太陽電池ストリング12aが、他の太陽電池ストリング12b等や負荷装置400と電気的につなげることになる。かかる場合には、まず、制御部38の制御の基、スイッチング装置31,33のうち、太陽電池ストリング12aに対応する各スイッチをOFF(開)にする。その後、スイッチング装置102a,102bへソース・ゲート間電圧を印加すればよい。これにより、太陽電池ストリング12aを発電システムに復帰させることができる。なお、他の太陽電池ストリング12b等用のスイッチング装置102c,d等の開閉動作についても、太陽電池ストリング12aと同様である。
図3は、実施の形態1におけるMOSFETの一例を示す断面図である。太陽電池ストリングからは、例えば、数100Vの大電圧が生じる。例えば、500V程度の電圧が生じる。また、数A或いは数10Aの大電流が流れる。例えば、10Aの電流が流れる。実施の形態1では、かかる大電圧および大電流の負荷に耐えるMOSFETを用いる。そのためには、パワー半導体素子である、例えば、縦型のMOSFETを用いると好適である。図3では、例えば、n型の縦型MOSFETの断面の一例が示されている。図3の例では、n型半導体基板にpウェルを形成し、pウェル内にnウェルを形成した構成になっている。そして、nウェルとn型半導体基板との間のpウェル上にゲート(G)が形成されている。また、ソース(S)電極は、ゲートとは反対側のpウェルに跨るようにnウェル上に形成される。ドレイン(D)電極は、n型半導体基板の裏面に形成される。かかるゲート(G)とソース(S)とドレイン(D)によってトランジスタ部が形成される。通常、ゲート(G)にソース・ゲート間電圧を印加すると、ソース(S)とドレイン(D)間のpウェルにnチャネルが形成されることで、ソース(S)とドレイン(D)間に電流が流れることになる。逆に、ゲート(G)にソース・ゲート間電圧を印加しなければ、ソース(S)とドレイン(D)間に電流が流れないことになる。しかしながら、図3に示す構造のように、ソース(S)側の電極がpウェルにも接続する場合、ソース(S)とドレイン(D)間にPN接合が存在する。そのため、図3の例では、かかるPN接合部が、ソース(S)からドレイン(D)に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードとなってしまう。
よって、スイッチング装置102に、1つのMOSFETだけが配置された場合、上述したように、MOSFETのトランジスタ機能によって回路を遮断しても、一方の方向に対して寄生ダイオードによって電流が流れてしまう。また、寄生ダイオードの順方向が太陽電池ストリング12から電流が流れる向きとは逆になるように配置しても、上述したように、逆流防止用のダイオード20,21の漏れ電流に対しての遮断効果は期待できない。図3では、一例として、縦型MOSFETを示したが、寄生ダイオードが存在するのであれば、横型であっても同様の問題が生じる。以下、実施の形態1の比較例として、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの両極をそれぞれ1つずつのMOSFETによってスイッチ動作を行う場合の問題点について以下、説明する。
図4は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の一例を示す図である。図4の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの両極をそれぞれ1つずつのMOSFET50によってスイッチ動作を行う場合を示している。MOSFET50には、トランジスタ部54と上述した寄生ダイオードとなるダイオード部52とを有する。両極のMOSFET50は、ダイオード部52の順方向が太陽電池ストリング12から電流が流れる向きとは逆になるように配置されている。また、太陽電池ストリング12aの両極には、同様に、順方向が太陽電池ストリング12から電流が流れる向きとは逆になるように逆流防止用のダイオード20,21が配置されている。図4の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aは、その両極に接続されたMOSFET54がOFFとなり、負荷および他の太陽電池ストリングから解列され、その結果、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも高く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(-)側の電位が、他の太陽電池ストリングの負極(-)側の電位よりも低い場合を示している。かかる場合、検査対象の太陽電池ストリングの正極(+)が、発電中の他の太陽電池ストリングの正極(+)より、高電位であれば、寄生ダイオードがあっても、発電中のシステムから電流は流れないので影響を受けない。同様に、検査対象の太陽電池ストリングの負極が、発電中の太陽電池ストリングの負極より、低電位であれば、寄生ダイオードがあっても、発電中のシステムへと電流は流れないので影響を受けない。
図5は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の他の一例を示す図である。図5の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも高く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(-)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの負極(-)側の電位よりも高い場合を示している。その他の構成は、図4と同様である。かかる場合、検査対象の太陽電池ストリングの正極(+)側は、図4と同様、発電中のシステムから影響を受けない。しかしながら、検査対象の太陽電池ストリングの負極が、発電中の太陽電池ストリングの負極より、高電位であると、寄生ダイオードによって発電中のシステムへと電流が流れてしまうので影響を受ける。かかる影響はブロッキングダイオード21によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。
図6は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の他の一例を示す図である。図6の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも低く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(-)側の電位が、他の太陽電池ストリングの負極(-)側の電位よりも低い場合を示している。その他の構成は、図4と同様である。かかる場合、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(-)側は、図4で説明したように、発電中のシステムから影響を受けない。しかしながら、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)が、発電中ストリングの正極より、低電位であると、寄生ダイオードによって発電中のシステムから電流が流れてしまうので発電中のシステムから影響を受ける。この影響はブロッキングダイオード20によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。
図7は、実施の形態1の比較例となる太陽電池アレイとスイッチング装置の他の一例を示す図である。図7の例では、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの正極(+)側の電位よりも低く、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの負極(-)側の電位が、故障検出装置(例を後述する)の働きにより、他の太陽電池ストリングの負極(-)側の電位よりも高い場合を示している。その他の構成は、図4と同様である。かかる場合、故障検知対象の太陽電池ストリング12aの正極(+)が、発電中ストリングの正極より、低電位であると、図6で説明したように、寄生ダイオードによって発電中のシステムから電流が流れてしまうので発電中のシステムから影響を受ける。この影響はブロッキングダイオード20によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。そして、検査対象の太陽電池ストリングの負極が、発電中の太陽電池ストリングの負極より、高電位であると、図5で説明したように、寄生ダイオードによって発電中のシステムへと電流が流れてしまうので影響を受ける。かかる影響はブロッキングダイオード21によってある程度回避できるが、逆方向電流を完全に遮断できないため、回避は不完全である。
そこで、実施の形態1では、図2に示したように、2つのMOSFET30とMOSFET40のそれぞれが有するダイオード部32,42が逆向きになるように直列に接続させる。これにより、寄生ダイオードによる問題を回避できる。
以上のように、実施の形態1によれば、開閉動作に要する電力を低減し、かつ耐久性を維持しながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。よって、高精度な地絡検出等が可能になる。
実施の形態1では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態2では、その他の接続方法について説明する。実施の形態2における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図8は、実施の形態2におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図8において、MOSFET30,40として、図2と同様に、n型エンハンスメント型FETを用いる。但し、図8では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態2では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
図9は、実施の形態2におけるMOSFETの外観図の一例である。図9において、MOSFET60の外側には、放熱板62が配置される。そして、かかる放熱板62は、ドレインに接続されている。よって、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板を配置する際に、放熱板同士の絶縁に注意を払う必要が無く、さらに共通化し大型の放熱板を使用することもできるため、デバイスの熱設計が容易になる。
図8において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態1では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETを用いたが、これに限るものではない。実施の形態3では、その他のMOSFETを用いる場合について説明する。実施の形態3における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図10は、実施の形態3におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図10において、MOSFET30,40として、p型エンハンスメント型FETを用いる。そのため、ソース・ゲート間電圧の極性が実施の形態1の場合と逆になる。その他の構成は、図2と同様である。すなわち、図10では、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続されており、このため、ソース・ゲート間電圧を同電位にできるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を共通にできる。言い換えれば、実施の形態3では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御する。
図10において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態3によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態3では、MOSFET30,40として、p型エンハンスメント型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態4では、その他の接続方法について説明する。実施の形態4における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図11は、実施の形態4におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図11において、MOSFET30,40として、図10と同様に、p型エンハンスメント型FETを用いる。但し、図11では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態4では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
また、図9で説明したように、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板同士を接続できるので、素子の放熱性を向上させることができる。
図11において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと印加している負のソース・ゲート間電圧をOFFにする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態1では、MOSFET30,40として、n型エンハンスメント型FETを用いたが、これに限るものではない。実施の形態5では、その他のMOSFETを用いる場合について説明する。実施の形態5における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図12は、実施の形態5におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図12において、MOSFET30,40として、n型デプレション型FETを用いる。そのため、OFF動作時において、ソース・ゲート間電圧を印加する。この時、印加電圧は、実施の形態1におけるON動作の時と逆極性の電圧を印加する。その他の構成は、図2と同様である。すなわち、図12では、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続されており、このため、ソース・ゲート間電圧が同電位にできるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を共通にできる。言い換えれば、実施の形態5では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御する。図12では、デプレション型を識別するようにゲート部が実線で示されている。
図12において、デプレション型FETは、ゲートに電圧を印加していない状態ではソース・ドレイン間に電流が流れるノーマリONとなる。そのため、各太陽電池ストリング12は、対応するスイッチング装置102のMOSFET30,40の両ゲートに電圧が印加されていなくても発電した電力を負荷装置400へと供給できる。よって、実施の形態5では、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
図12において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態5によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態5では、MOSFET30,40として、n型デプレション型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態6では、その他の接続方法について説明する。実施の形態6における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図13は、実施の形態6におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図13において、MOSFET30,40として、図12と同様に、n型デプレション型FETを用いる。但し、図13では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態6では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図12と同様である。
実施の形態6では、図9で説明したように、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板同士を接続できるので、素子の放熱性を向上させることができる。
また、実施の形態6では、デプレション型FETを用いている。よって、実施の形態6では、実施の形態5と同様、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
図13において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加にする。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと負のソース・ゲート間電圧を印加にする。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態6によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態5では、MOSFET30,40として、n型デプレション型FETを用いたが、これに限るものではない。実施の形態7では、その他のMOSFETを用いる場合について説明する。実施の形態7における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図14は、実施の形態7におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図14において、MOSFET30,40として、p型デプレション型FETを用いる。そのため、ソース・ゲート間電圧の極性が、実施の形態5の場合と逆向きになる。その他の構成は、図12と同様である。すなわち、図14では、MOSFET30,40のソース側が向き合うように直列に接続されており、ソース・ゲート間電圧が同電位にできるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を共通にできる。言い換えれば、実施の形態7では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を1系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図12と同様である。
また、実施の形態7では、デプレション型FETを用いている。よって、実施の形態7では、実施の形態5と同様、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
図14において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40の共通するゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態7によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態7では、MOSFET30,40として、p型デプレション型FETのソース同士を接続した場合について示したが、これに限るものではない。実施の形態4では、その他の接続方法について説明する。実施の形態8における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図15は、実施の形態8におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図15において、MOSFET30,40として、図14と同様に、p型デプレション型FETを用いる。但し、図15では、MOSFET30,40のドレイン側が向き合うように直列に接続される。ドレイン同士が接続される場合には、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態8では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
また、図9で説明したように、ドレイン同士が接続される場合、MOSFET30,40の放熱板同士を接続できるので、素子の放熱性を向上させることができる。
また、実施の形態8では、デプレション型FETを用いている。よって、実施の形態8では、実施の形態5と同様、ゲートドライブ回路104が、複数の太陽電池ストリング12と負荷装置400とを接続する配線から電力の供給を受けるように接続する。これにより、かかる電力をMOSFET30,40のそれぞれのトランジスタ部34,44を駆動するゲート用の電源として使用できる。よって、別電源を不要にできる。
図15において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30,40のそれぞれのゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、実施の形態8によれば、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態1~8では、MOSFET30,40として、同じ種類のMOSFETを使用する例について説明したが、これに限るものではない。実施の形態9では、MOSFET30,40として、異なる種類のMOSFETを使用する場合について説明する。実施の形態9における太陽光発電システム500の構成は、図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図16は、実施の形態9におけるスイッチング装置の内部構成の一例を示す図である。図16において、MOSFET30として、n型エンハンスメント型FETを用いる。そして、MOSFET40として、p型デプレション型FETを用いる。そして、MOSFET30のソース側と、MOSFET40のドレイン側とが向き合うように直列に接続される。ここでは、ソース・ゲート間電圧に必要な電位が異なるので、MOSFET30,40のゲートへのゲートドライブ回路104からの信号線を別に設けるとよい。言い換えれば、実施の形態9では、MOSFET30,40を同時駆動するが、MOSFET30,40のON/OFF動作を2系統のゲート電圧信号によって制御する。その他の構成は、図2と同様である。
図16において、例えば、スイッチング装置102aによって、太陽電池ストリング12aの配線の開動作(OFF)を行う場合、制御部38によってスイッチング装置102a,102bに対して、ゲートOFFにするための制御信号をゲートドライブ回路104に出力する。ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102aのMOSFET30のゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。そして、スイッチング装置102aのMOSFET40のゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102aのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの負極(-)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の負極(-)の電位よりも高電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
同様に、ゲートドライブ回路104では、スイッチング装置102bのMOSFET30のゲート配線へと印加している正のソース・ゲート間電圧をOFFにする。そして、スイッチング装置102aのMOSFET40のゲート配線へと正のソース・ゲート間電圧を印加する。これにより、スイッチング装置102bのMOSFET30,40が共にゲートOFFになり、MOSFET30,40が共にソース・ドレイン間を遮断する。その際、MOSFET30,40のダイオード部32,42は逆向きに配置されているので、仮に、太陽電池ストリング12aの正極(+)の電位が、発電中の他の太陽電池ストリング12b等の正極(+)の電位よりも低電位になっても漏れ電流は遮断できる。よって、太陽光発電システム500からの影響は回避できる。
以上のように、MOSFET30,40の一方に、エンハンスメント型のMOSFETを用い、他方にデプレション型のMOSFETを用いてもよい。n型エンハンスメント型FETとp型デプレション型FETの組み合わせにすることで、ゲート電圧の符号を正に合わせることができる。
以上のように、実施の形態9によれば、異なる種類のMOSFETを使用する場合でも、実施の形態1と同様、開閉動作に要する電力を低減させながら太陽電池を太陽光発電システムから電気的に切り離すことができる。
実施の形態1~9では、図1に示したように、故障検知装置200内に逆流防止用のダイオード20,21を配置したが、これに限るものではない。実施の形態10では、その他の構成について説明する。
図17は、実施の形態10における太陽光発電システムの構成の一部を示す構成図である。図17において、太陽光発電システム500は、故障検知装置200と、接続箱202,204と、太陽電池アレイ300と、図示しない負荷装置400と、を備えている。図17では、接続箱202内に、各太陽電池ストリング12a~dの正極(+)側の逆流防止用のダイオード20a~dと、遮断器402と、遮断器或いは断路器といったスイッチ22a~dと、が配置された点、接続箱204内に、各太陽電池ストリング12a~dの正極(+)側の逆流防止用のダイオード21a~dと、遮断器404と、遮断器或いは断路器といったスイッチ24a~dと、が配置された点、以外は、図1と同様である。図17に示すように、接続箱202,204を故障検知装置200とは別に用意してもよい。
図18は、各実施の形態における検知部の内部構成の一例を示す図である。まず、複数の太陽電池ストリングの中から一の太陽電池ストリング12aを選択する(S1)。続いて、選択した一の太陽電池ストリング12aの正極側と負極側とに対応する解列用のスイッチング装置102a,102bをオフにする。これにより、当該太陽電池ストリング12aを太陽光発電システム500から電気的に切り離して解列し、解列状態とする(S2)。
続いて、解列状態の太陽電池ストリング12aにおける正極側と負極側とに接続するスイッチング装置31,33を閉(ON)にし、この太陽電池ストリング12aを検知部36に接続する(S3)。続いて、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、図18に示す正極側スイッチ素子8xをオンにすると共に負極側スイッチ素子8yをオフにし、正極側のみを検出抵抗9の他方側に接続すると共に負極側を解放する(S4)。この状態で、電圧検出器6により検出抵抗9の第1電圧降下値とその符号とを測定する(S5)。スイッチ素子8は、制御部38からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。
また、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、正極側スイッチ素子8xをオフ状態にすると共に負極側スイッチ素子8yをオンにし、負極側のみを検出抵抗9の他方側に接続すると共に正極側を解放する(S6)。この状態で、電圧検出器6により検出抵抗9の第2電圧降下値とその符号とを測定する(S7)。
さらに、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yの両方をオフにし、検出抵抗9に対して非接続とする(切り離す)。この状態で、電圧検出器6により太陽電池ストリング103の極間電圧値とその符号とを測定する(S8,9)。なお、上記S4,5と上記S6,7と上記S8,9とは、互いに順不同であり、上記S6,7を最初に実施してもよいし、上記S8,9を最初に実施してもよい。
続いて、制御部38は、測定した第1及び第2電圧降下値、極間電圧値、及びこれらの符号を用いて、絶縁抵抗値を演算する(S10)。具体的には、以下の式(1)を用いて、絶縁抵抗値Rleakを算出する。
(1) Rleak=Rd×|V0/(V1-V2)|-Rd
(1) Rleak=Rd×|V0/(V1-V2)|-Rd
但し、
Rd:検出抵抗9の抵抗値、
V0:極間電圧値
V1:第1電圧降下値
V2:第2電圧降下値
Rd:検出抵抗9の抵抗値、
V0:極間電圧値
V1:第1電圧降下値
V2:第2電圧降下値
続いて、制御部38は、演算した絶縁抵抗値Rleakと、予め設定された基準抵抗値とを比較し、地絡判定を行う(S11)。具体的には、演算した絶縁抵抗値Rleakが基準抵抗値以上であれば、「地絡無し」と判定する一方、絶縁抵抗値Rleakが基準抵抗値未満であれば、「地絡あり」と判定する。
続いて、地絡判定結果が「地絡無し」であれば、解列状態の太陽電池ストリング12aについて、解列用のスイッチング装置102a,102bをオン状態にして太陽光発電システム500に接続すると共に、測定用のスイッチング装置31,33をオフにして検知部36から切り離す。
以上のように、太陽電池アレイ300内の地絡検出の際、太陽電池アレイ300を構成する太陽電池ストリング12を太陽光発電システム500から解列し、そして、この解列状態の太陽電池ストリング12の地絡を検出する。このように、地絡検出対象を小さい単位として地絡を検出することから、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ(つまり、地絡検出対象の電路を短くし、及び総面積を小さくすることができ)、対地静電容量により流れる電流の悪影響が地絡検出に及ぶのを抑制することが可能となる。
さらに、地絡検出時に太陽電池ストリング12がパワーコンディショナー等の負荷装置400に対して電気的に切り離されることとなり、よって、当該パワーコンディショナーに起因して発生するノイズの悪影響が地絡検出に及ぶのをも抑制することができる。従って、本実施形態によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
上述した各実施の形態では、検知部36を、太陽電池ストリング12の正極(+)側および負極側の双方に接続する場合について説明したが、これに限定する必要はなく、正極(+)側または負極側に接続する構成としても良い。
図19は、各実施の形態における検知部の内部構成の別の一例を示す図である。図19において、検知部36は、第1接地電路81A、第1抵抗84A、第1直流電源82A及び第1電流計86Aを含む第1測定系と、第2接地電路81B、第2抵抗84B、第2直流電源82B及び第2電流計86Bを含む第2測定系と、を有している。
第1接地電路81Aは、その一方側が大地Gに接続されている。また第1接地電路81Aは、その他方側が、検知対象となる太陽電池ストリング12aの正極(+)側の配線(電路)に接続可能とされている。具体的には、第1接地電路81Aの他方側は、第1スイッチ部80A及びスイッイング装置31を介して、太陽電池ストリング12aの正極(+)側の配線に接続されている。
第1スイッチ部80Aは、太陽電池ストリング12aに対する第1接地電路81Aの電気的な接続/非接続を切り替えるものである。第1スイッチ部80Aとしては、FET等の半導体スイッチや、リレースイッチ等の機械式スイッチを用いることができる。この第1スイッチ部80Aは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。
第1抵抗84Aは、第1接地電路81A上において第1スイッチ部80Aと大地Gとの間に設けられている。この第1抵抗84Aの抵抗値Rdは、地絡発生時の安全性の観点から所定下限値以上とされ、且つ、測定値の測定容易性の観点から所定上限値以下とされている(以下の第1抵抗84Bにおいて同様)。
第1直流電源82Aは、第1接地電路81A上において第1スイッチ部80Aと第1抵抗84Aとの間(第1抵抗84Aよりも太陽電池ストリング12a側)に設けられている。つまり、第1直流電源82Aは、その負極側としての一方側が第1抵抗84Aに接続され、その正極側としての他方側が第1スイッチ部80Aを介して太陽電池ストリング12aの正極側に接続されている。この第1直流電源82Aは、太陽電池ストリング12aの正極側に対し正電圧の直流電圧(DC電圧)を印加する。ここでは、第1直流電源82Aは、第1直流電圧値V1の直流電圧を印加する。
第1直流電圧値V1は、地絡検出の感度向上の観点から所定下限値以上とされ、且つ、測定対象の太陽電池回路を破損防止する観点から所定上限値以下とされている(以下の直流電圧値において同様)。この第1直流電源82Aは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第1直流電圧値V1を印加する。
第1電流計86Aは、第1接地電路81A上において第1抵抗84Aと大地Gとの間に設けられている。この第1電流計86Aは、第1接地電路81Aにて第1抵抗84Aを介して流れる漏れ電流値としての第1電流値(第1測定値)I1を測定する。また、第1電流計86Aは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第1直流電圧値V1の測定を実行する。第1電流計86Aとしては、例えばホール素子を利用した直流零相電流検出器等が用いられる。
他方、第2接地電路81Bは、その一方側が大地Gに接続されている。また第2接地電路81Bは、その他方側が太陽電池ストリング12aの正極の配線(電路)に接続可能とされている。具体的には、第2接地電路81Bの他方側は、第2スイッチ部80B及びスイッチング装置31を介して、太陽電池ストリング12aの正極側の配線に接続されている。
第2スイッチ部80Bは、太陽電池ストリング12aに対する第2接地電路81Bの電気的な接続/非接続を切り替えるものである。第2スイッチ部80Bとしては、第1スイッチ部80Aと同様に、FET等の半導体スイッチや、リレースイッチ等の機械式スイッチを用いることができる。この第2スイッチ部80Bは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。
第2抵抗84Bは、第2接地電路81B上において第2スイッチ部80Bと大地Gとの間に設けられている。この第2抵抗84Bの抵抗値は、第1抵抗84Aと等しい抵抗値Rdにすると好適である。
第2直流電源82Bは、第2接地電路81B上において第2スイッチ部80Bと第1抵抗84Bとの間(第2抵抗22Bよりも太陽電池ストリング12a側)に設けられている。つまり、第2直流電源82Bは、その負極側としての一方側が第2抵抗84Bに接続され、その正極側としての他方側が第2スイッチ部80Bを介して太陽電池ストリング12aの正極側に接続されている。この第2直流電源82Bは、太陽電池ストリング12aの正極側に対し正電圧の直流電圧(DC電圧)を印加する。ここでは、第2直流電源82Bは、第2直流電圧値V2の直流電圧を印加する。
第2直流電圧値V2は、第1直流電圧値V1とは異なる電圧値とされている。この第2直流電源82Bは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第2直流電圧値V2を印加する。
第2電流計86Bは、第2接地電路81B上において第2抵抗84Bと大地Gとの間に設けられている。この第2電流計86Bは、第2接地電路81Bにて第2抵抗84Bを介して流れる漏れ電流値としての第2電流値(第2測定値)I2を測定する。また、第2電流計86Bは、制御部38に接続されており、制御部38からの指示信号に応じて第2直流電圧値V2の測定を実行する。第2電流計86Bとしては、第1電流計24Aと同様に、例えばホール素子を利用した直流零相電流検出器等が用いられる。
図19に示すように、第1直流電源82Aから第1直流電圧値V1が印加される電圧印加箇所と、第2直流電源82Bから第2直流電圧値V2が印加される電圧印加箇所とは、少なくとも太陽電池ストリング12aの定格出力想定時において電位が互いに等しくなっている。換言すると、第1及び第2所定箇所は、設計上の電位が互いに等しくされている。
また、制御部38は、測定結果に基づき演算を実施し、地絡箇所Tの絶縁抵抗値RL及び電位VLを検出すると共に地絡の有無を検出(判定)する地絡検出機能を有している。
まず、第1スイッチ部80Aをオンとし、第1接地電路81Aを太陽電池ストリング12aの正極側と接続すると共に、第2スイッチ部80Bをオフのままとし、第2接地電路81Bを太陽電池ストリング12aの正極側と非接続にする。これと共に、第1直流電源82Aにより、太陽電池ストリング12aの正極側に正電圧の第1直流電圧値V1を印加する。この状態で、第1接地電路81Aにて流れる第1電流値I1を電流計86Aにより測定する。
続いて、第1スイッチ部80Aをオフとし、第1接地電路81Aを太陽電池ストリング12aの正極側と非接続にすると共に、第2スイッチ部80Bをオンとし、第2接地電路81Bを太陽電池ストリング12aの正極側と接続する。これと共に、第2直流電源82Bにより、太陽電池ストリング12aの正極側に正電圧の第2直流電圧値V2を印加する。この状態で、第1接地電路81Bにて流れる第2電流値I2を電流計86Bにより測定する。
続いて、第1及び第2電流値I1,I2の変化に基づいて、地絡の有無を判定する。すなわち、以下の式(2)により第1及び第2電流値I1,I2から絶縁抵抗値RLを演算し検出する。
(2) RL=(V1-V2)/(I1-I2)
-(Rd2×I2-Rd1×I1)/(I1-I2)
(2) RL=(V1-V2)/(I1-I2)
-(Rd2×I2-Rd1×I1)/(I1-I2)
また、以下の式(3)により第1及び第2電流値I1,I2から地絡箇所Tの電位VLを演算し検出する。
(3) VL=(V1・I2-V2・I1+I1・I2×(Rd2―Rd1))/(I1-I2)
(3) VL=(V1・I2-V2・I1+I1・I2×(Rd2―Rd1))/(I1-I2)
そして、演算した絶縁抵抗値RLと、予め設定されている基準抵抗値とを比較し、太陽電池ストリング12aの地絡判定を行う。具体的には、絶縁抵抗値RLが基準抵抗値よりも小さい場合、「地絡あり」と判定する一方、絶縁抵抗値RLが基準抵抗値以上の場合、「地絡無し」と判定する。
従って、本実施形態によれば、低コストで精度よく地絡を検出することが可能となる。また、地絡を検出するに当たって短絡動作が必要とされず、安全性を高めることも可能となる。さらには、例えば零相電流検出法による地絡検出の場合のように、地絡検出に事故電流の発生が前提となっていないため、当該事故電流の発生を抑制することが可能となる。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した例では、遮断部として機能する半導体素子として、MOSFET40を用いたが、これに限るものではない。代わりに、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等を用いても好適である。遮断部として用いるIGBTは、MOSFETに比べ高耐圧の要求、高電流を遮断するときに有効で、更に、高耐圧の要求、高電流の遮断を要求される場合は、SCR(Silicon Controlled Rectifier)又は、GTO(Gate Turn Off Thyristor)を用いることが有効である。更に、上記のMOSFET、IGBT、SCR、GTOは、シリコンで構成されるが、シリコンよりもスイッチング性能の良いと言われている炭化ケイ素で構成したものであっても構わない。更に、他のスイッチング速度を高めるには、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムアルミニウム等の化合物半導体のスイッチング素子を用いることも可能である。また、上述した故障検知の手法は、一例であって、図18、図19で説明したものに限るものではない。その他の地絡等の故障検知手法を用いてもよい。
また、上述した各実施形態においては、正極側と負極側の両方を切断する場合について説明したが、検知方法によっては、何れか一方極のみ切断する構成としても良い。
また、上述した各実施形態においては、正極側と負極側の両方に逆流防止ダイオードを使用する構成について説明したが、正極側または負極側の何れか一方極のみに使用する構成としても良い。
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのスイッチング装置、故障検知装置、太陽光発電システム、及びスイッチング方法は、本発明の範囲に包含される。
本発明は、スイッチング装置、故障検知装置、太陽光発電システム、及びスイッチング方法に係り、例えば、太陽光発電システム内の太陽電池を切り離すためのスイッチング装置および方法に利用できる。
6 電圧検出器
8 スイッチ素子
9 検出抵抗
10 太陽電池モジュール
12,502 太陽電池ストリング
20,21,504 ダイオード
30,40,50 MOSFET
31,33 スイッチング装置
32,42,52 ダイオード部
34,44,54 トランジスタ部
36 検知部
38 制御部
80 スイッチ部
81 接地電路
84 抵抗
82 直流電源
86 電流計
100 スイッチ機構
102 スイッチング装置
104 ゲートドライブ回路
200 故障検知装置
202,204,508,509 接続箱
300,501 太陽電池アレイ
400,510 負荷装置
402,404,506 遮断器
500 太陽光発電システム
503 スイッチ
8 スイッチ素子
9 検出抵抗
10 太陽電池モジュール
12,502 太陽電池ストリング
20,21,504 ダイオード
30,40,50 MOSFET
31,33 スイッチング装置
32,42,52 ダイオード部
34,44,54 トランジスタ部
36 検知部
38 制御部
80 スイッチ部
81 接地電路
84 抵抗
82 直流電源
86 電流計
100 スイッチ機構
102 スイッチング装置
104 ゲートドライブ回路
200 故障検知装置
202,204,508,509 接続箱
300,501 太陽電池アレイ
400,510 負荷装置
402,404,506 遮断器
500 太陽光発電システム
503 スイッチ
Claims (11)
- 配線により接続された、太陽電池と前記太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング装置であって、
前記配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部と前記トランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて前記配線の開閉を行う開閉部と、
前記配線途中で前記第1の半導体素子と直列に配置され、前記第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とするスイッチング装置。 - 前記第1と第2の半導体素子として、共に、ソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部を有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用い、
前記第1と第2の半導体素子は、それぞれが有する前記ダイオード部が逆向きになるように直列に接続されることを特徴とする請求項1記載のスイッチング装置。 - 前記第1と第2の半導体素子は、ソース側が向き合うように直列に接続されることを特徴とする請求項2記載のスイッチング装置。
- 前記第1と第2の半導体素子の少なくとも一方に、エンハンスメント型のMOSFETを用いることを特徴とする請求項1記載のスイッチング装置。
- 請求項1記載のスイッチング装置と、
前記スイッチング装置によって電気的に切り離された前記太陽電池の故障を検知する検知部と、
を備えたことを特徴とする太陽電池の故障検知装置。 - 前記第1と第2の半導体素子として、共に、ソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部を有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用い、
前記第1と第2の半導体素子は、それぞれが有する前記ダイオード部が逆向きになるように直列に接続されることを特徴とする請求項5記載の太陽電池の故障検知装置。 - 前記第1と第2の半導体素子は、ソース側が向き合うように直列に接続されることを特徴とする請求項6記載の太陽電池の故障検知装置。
- 前記第1と第2の半導体素子の少なくとも一方に、エンハンスメント型のMOSFETを用いることを特徴とする請求項5記載の太陽電池の故障検知装置。
- 複数の太陽電池モジュールを直列に接続した複数の太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイと、
前記複数の太陽電池ストリングとそれぞれ配線によって接続され、前記複数の太陽電池ストリングにより発電された電力を消費又は変換する負荷装置と、
太陽電池ストリング毎の前記配線の正極側と負極側の少なくとも一方の途中にそれぞれ配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部と前記トランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて前記配線の前記少なくとも一方の開閉を行う開閉部と、
太陽電池ストリング毎の前記配線の前記少なくとも一方の途中で前記第1の半導体素子と直列にそれぞれ配置され、前記第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断する、第2の半導体素子を用いた遮断部と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。 - 前記第1と第2の半導体素子として、共に、ソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部を有する、デプレション型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用い、
前記第1と第2の半導体素子は、それぞれが有する前記ダイオード部が逆向きになるように直列に接続され、
前記第1と第2の半導体素子のそれぞれの前記トランジスタ部を駆動する電源は、前記複数の太陽電池ストリングと前記負荷装置とを接続する配線から供給されることを特徴とする請求項9記載の太陽光発電システム。 - 配線により接続された、太陽電池と前記太陽電池により発電された電力を消費又は変換する負荷装置とを電気的に切り離す開動作と接続する閉動作とを行うスイッチング方法であって、
前記配線途中に配置され、ソース及びドレイン間のスイッチングを行うトランジスタ部と前記トランジスタ部のソース及びドレイン間の所定の方向に電流を流すダイオード部とを有する第1の半導体素子を用いて前記配線の開動作を行い、
前記配線途中で前記第1の半導体素子と直列に配置された第2の半導体素子を用いて、前記第1の半導体素子によって前記配線が開に制御された状態において、前記第1の半導体素子が有するダイオード部によって流れる電流を遮断することを特徴とするスイッチング方法。
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- 2014-02-19 WO PCT/JP2014/053893 patent/WO2014171176A1/ja active Application Filing
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