特許 7581922 太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02S 50/00 20140101AFI20241106BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20241106BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20241106BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H02S50/00

H02J13/00 B

H02J3/38 130

H02M7/48 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021013543

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022117061

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2023-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100206760

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 惇

(72)【発明者】

【氏名】武山 孝博

(72)【発明者】

【氏名】小倉 遼

(72)【発明者】

【氏名】白 釘虎

(72)【発明者】

【氏名】仲市 淳

(72)【発明者】

【氏名】内田 強士

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 智子

(72)【発明者】

【氏名】マーティン エリカ

【審査官】原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１３５０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１７４６５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】登録実用新案第３１８９１０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３１６３０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４８３５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】MATHE, Laszlo et al.，“Firefighter Safety for PV Systems: A Solution for the Protection of Emergency Responders from Hazardous dc Voltage”，IEEE Industry Applications Magazine，2015年02月26日，Vol. 21, No. 3，pp. 75-84，DOI: 10.1109/MIAS.2014.2345834

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｓ １０／００－１０／４０

Ｈ０２Ｓ ３０／００－９９／００

Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００

Ｈ０２Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の太陽電池モジュールが直列に接続されたストリングと、
前記ストリングに接続され、前記太陽電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記太陽電池モジュール同士を接続する電路に接続される第１遮断装置と、
を備え、
前記ストリングは、前記太陽電池モジュールをそれぞれ複数含む複数の太陽電池モジュールグループを含み、
前記太陽電池モジュールグループは、第１グループと、前記第１グループに接続される第２グループとを少なくとも含み、
前記第１遮断装置は、前記第１グループと前記第２グループとを接続する電路と、前記第１グループに属する前記太陽電池モジュール同士を接続するいずれかの電路とを、前記インバータからの制御信号に応じて遮断し、
前記第１グループは、前記複数の前記太陽電池モジュールのうち、前記第２グループに接続される第１太陽電池モジュールと、前記第１太陽電池モジュールに接続される第２太陽電池モジュールと、を少なくとも含み、
前記第２グループは、前記複数の前記太陽電池モジュールのうち、前記第１太陽電池モジュールに接続される第３太陽電池モジュールを含み、
前記第１遮断装置は、前記第１太陽電池モジュールと前記第３太陽電池モジュールとの接続を開閉する第１開閉部と、前記第１太陽電池モジュールと前記第２太陽電池モジュールとの接続を開閉する第２開閉部とを含み、前記インバータからの制御信号に応じて前記第１グループに属する前記太陽電池モジュール同士を接続するいずれかの電路を遮断する場合、前記第２開閉部を開くように制御する、
太陽光発電システム。

【請求項2】

前記第１遮断装置の前記第１開閉部は、前記第１太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか一方に接続され、
前記第１遮断装置の前記第２開閉部は、前記第１太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか他方に接続される、
請求項１に記載の太陽光発電システム。

【請求項3】

前記第１遮断装置は、前記第１太陽電池モジュールで発電される電力によって駆動される、請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。

【請求項4】

前記第１遮断装置は、前記第１太陽電池モジュールに外付けされる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

【請求項5】

前記太陽電池モジュール同士を接続する電路に接続される第２遮断装置をさらに備え、
前記太陽電池モジュールグループは、前記第２グループに接続される第３グループをさらに含み、
前記第２遮断装置は、前記第２グループと前記第３グループとを接続する電路と、前記第２グループに属する前記太陽電池モジュール同士を接続するいずれかの電路とを、前記インバータからの制御信号に応じて遮断する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

【請求項6】

前記第２グループは、前記複数の前記太陽電池モジュールのうち、前記第３グループに接続される第４太陽電池モジュールをさらに含み、
前記第２遮断装置は、前記第４太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか一方に接続される第３開閉部と、前記第４太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか他方に接続される第４開閉部とを含む、
請求項５に記載の太陽光発電システム。

【請求項7】

前記インバータは、電力線通信によって前記第１遮断装置及び前記第２遮断装置に制御信号を出力する、
請求項５又は６に記載の太陽光発電システム。

【請求項8】

前記第１遮断装置及び前記第２遮断装置のそれぞれは、前記インバータからの信号を受信する信号受信部と、前記第１遮断装置及び前記第２遮断装置に接続された各電路が遮断された状態において前記信号受信部が前記インバータからの信号を受信するためのバイパス回路と、を含む、
請求項５から７のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

米国では、火災時等の緊急時に消防士を感電等から保護することを目的として、太陽光発電システムに対して、緊急時に太陽光発電システムによる発電を即座に停止するいわゆるラピッドシャットダウン機能の導入がＮＥＣ（米国電気工事規定）によって義務付けられている。例えば、特許文献１では、インバータの動作状態に応じて、太陽電池モジュールからインバータへの電力の出力を停止させる太陽光発電システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１２－５１１２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

太陽光発電システムにおいて、火災時等における消防士のさらなる安全性の向上を図るには、例えば、ラピッドシャットダウン機能を備える遮断装置を太陽電池モジュール毎に設置することが好ましい。しかしながら、太陽電池モジュール毎に遮断装置を設置した場合、遮断装置の設置コストが高くなる。

【0005】

本発明の課題は、太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る太陽光発電システムは、ストリングと、インバータと、第１遮断装置とを備える。ストリングは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続されている。インバータは、ストリングに接続され、太陽電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換する。第１遮断装置は、複数の太陽電池モジュール同士を接続する電路に接続される。ストリングは、複数の太陽電池モジュールをそれぞれ複数含む複数の太陽電池モジュールグループを含む。太陽電池モジュールグループは、第１グループと、第１グループに接続される第２グループとを少なくとも含む。第１遮断装置は、第１グループと第２グループとを接続する電路と、第１グループに属する太陽電池モジュール同士を接続するいずれかの電路とを、インバータからの制御信号に応じて遮断する。

【0007】

この太陽光発電システムでは、第１遮断装置が複数の太陽電池モジュールグループの第１グループと第２グループとを接続する電路と、第１グループに属する太陽電池モジュール同士を接続するいずれかの電路とを、インバータからの制御信号に応じて遮断する。すなわち、第１グループと第２グループとの接続、さらには第１グループに属する太陽電池モジュール同士の接続を、１個の遮断装置で遮断することができる。これにより、太陽電池モジュール毎に遮断装置を設置する場合に比べて、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、ストリング単位で太陽電池モジュールとインバータとを遮断する場合に比べて、より安全性の高い太陽光発電システムを提供することができる。

【0008】

太陽電池モジュールグループの第１グループは、複数の太陽電池モジュールのうち、第２グループに接続される第１太陽電池モジュールと、第１太陽電池モジュールに接続される第２太陽電池モジュールと、を少なくとも含んでもよい。第２グループは、複数の太陽電池モジュールのうち、第１太陽電池モジュールに接続される第３太陽電池モジュールを含んでもよい。第１遮断装置は、第１太陽電池モジュールと第３太陽電池モジュールとの接続を開閉する第１開閉部と、第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールとの接続を開閉する第２開閉部とを含んでもよい。この場合は、第１遮断装置と太陽電池モジュールとを接続する配線が短くかつ簡易になる。また、簡単な構成で太陽電池モジュール同士の接続を遮断することができる。

【0009】

第１遮断装置の第１開閉部は、第１太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか一方に接続されてもよい。第１遮断装置の第２開閉部は、第１太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか他方に接続されてもよい。この場合においても、第１遮断装置と太陽電池モジュールとを接続する配線が短くかつ簡易になるとともに、簡単な構成で太陽電池モジュール同士の接続を遮断することができる。

【0010】

第１遮断装置は、第１太陽電池モジュールで発電される電力によって駆動されてもよい。この場合は、例えば、既存の太陽光発電システムに第１遮断装置を設置するときにおいて、インバータと第１遮断装置とを接続する追加配線を省略することができる。これにより、第１遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、第１遮断装置の駆動電圧範囲を小さく抑えることができるので、第１遮断装置の製造コストを抑えることができる。

【0011】

第１遮断装置は、第１太陽電池モジュールに外付けされてもよい。この場合は、既存の太陽光発電システムへの第１遮断装置の設置が容易にできる。

【0012】

太陽光発電システムは、太陽電池モジュール同士を接続する電路に接続される第２遮断装置をさらに備えてもよい。太陽電池モジュールグループは、第２グループに接続される第３グループをさらに含んでもよい。第２遮断装置は、第２グループと第３グループとを接続する電路と、第２グループに属する太陽電池モジュール同士を接続するいずれかの電路とを、インバータからの制御信号に応じて遮断してもよい。この場合は、太陽電池モジュールグループが３つ以上のグループに分割されている場合において、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。

【0013】

第２グループは、複数の太陽電池モジュールのうち、第３グループに接続される第４太陽電池モジュールをさらに含んでもよい。第２遮断装置は、第４太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか一方に接続される第３開閉部と、第４太陽電池モジュールの陽極側の端子又は陰極側の端子のいずれか他方に接続される第４開閉部とを含んでもよい。この場合は、第２遮断装置と太陽電池モジュールとを接続する配線が短くかつ簡易になる。

【0014】

インバータは、電力線通信によって第１遮断装置及び第２遮断装置に制御信号を出力してもよい。この場合は、既存の太陽光発電システムに第１及び第２遮断装置を設置するときに、インバータと第１及び第２遮断装置との通信を確保するための追加配線を省略することができるので、第１及び第２遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。

【0015】

第１遮断装置及び第２遮断装置のそれぞれは、インバータからの信号を受信する信号受信部と、第１遮断装置及び第２遮断装置に接続された各電路が遮断された状態において信号受信部がインバータからの信号を受信するためのバイパス回路と、を含んでもよい。この場合は、第１遮断装置及び第２遮断装置によって遮断された状態にある各電路を、遮断された状態からインバータからの信号に応じて解除することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の一態様に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、遮断装置の構成を模式的に示すブロック図である。

【図3】図３は、レギュレータの構成を模式的に示す回路図である。

【図4】図４は、遮断装置の動作モードの一例を説明する図である。

【図5】図５は、遮断装置の構成を模式的に示すブロック図である。

【図6】他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明の一態様に係る太陽光発電システム１の構成を模式的に示すブロック図である。太陽光発電システム１は、ストリング２と、インバータ３と、複数の遮断装置４ａ～４ｄと、を備える。

【0019】

ストリング２は、互いに直列に接続された複数の太陽電池モジュール５を含む。本実施形態におけるストリング２は、太陽電池モジュール５ａ～５ｋを含めた１６個の太陽電池モジュール５で構成されている。ストリング２は、太陽電池モジュール５をそれぞれ複数含む複数の太陽電池モジュールグループを含む。

【0020】

詳細には、ストリング２は、複数の太陽電池モジュール５を３以上のグループに分割した複数の太陽電池モジュールグループを含む。本実施形態におけるストリング２は、複数の太陽電池モジュール５を４個のグループに分割した太陽電池モジュールグループ５Ａ～５Ｄを含む。

【0021】

なお、以下からの説明を分かり易くするために、太陽電池モジュールグループ５Ａ～５Ｄをグループ５Ａ～５Ｄとして説明する。グループ５Ａは、第１グループの一例であり、グループ５Ｂは、第２グループの一例であり、グループ５Ｃは、第３グループの一例である。また、太陽電池モジュール５ｂは、第１太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ａは、第２太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ｃは、第３太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ｅは、第４太陽電池モジュールの一例である。

【0022】

グループ５Ａは、インバータ３とグループ５Ｂとに接続される。グループ５Ａは、複数の太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ａと、太陽電池モジュール５ｂと、を少なくとも含む。太陽電池モジュール５ａは、太陽電池モジュール５ｂに接続される。太陽電池モジュール５ｂは、太陽電池モジュール５ａとグループ５Ｂとに接続される。図１に示すように、本実施形態におけるグループ５Ａは、太陽電池モジュール５ａ，５ｂを含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。

【0023】

グループ５Ｂは、グループ５Ａとグループ５Ｃの間に位置し、グループ５Ａとグループ５Ｃとに接続される。グループ５Ｂは、複数の太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ｃと、太陽電池モジュール５ｄと、太陽電池モジュール５ｅと、を少なくとも含む。太陽電池モジュール５ｃは、グループ５Ａの太陽電池モジュール５ｂに接続される。太陽電池モジュール５ｄは、太陽電池モジュール５ｅに接続される。太陽電池モジュール５ｅは、太陽電池モジュール５ｄとグループ５Ｃに接続される。本実施形態におけるグループ５Ｂは、太陽電池モジュール５ｃ，５ｄ，５ｅと、太陽電池モジュール５ｃと太陽電池モジュール５ｄとの間に配置された１個の太陽電池モジュール５と、を含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。

【0024】

グループ５Ｃは、グループ５Ｂとグループ５Ｄの間に位置し、グループ５Ｂとグループ５Ｄとに接続される。グループ５Ｃは、複数の太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ｆと、太陽電池モジュール５ｇと、太陽電池モジュール５ｈと、を少なくとも含む。太陽電池モジュール５ｆは、グループ５Ｂの太陽電池モジュール５ｅに接続される。太陽電池モジュール５ｇは、太陽電池モジュール５ｈに接続される。太陽電池モジュール５ｈは、太陽電池モジュール５ｇとグループ５Ｃに接続される。本実施形態におけるグループ５Ｃは、太陽電池モジュール５ｆ，５ｇ，５ｈと、太陽電池モジュール５ｆと太陽電池モジュール５ｇとの間に配置された１個の太陽電池モジュール５と、を含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。

【0025】

グループ５Ｄは、グループＣに接続される。グループＤは、複数の前記太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ｉと、太陽電池モジュール５ｊと、太陽電池モジュール５ｋと、少なくとも含む。太陽電池モジュール５ｉは、グループ５Ｃの太陽電池モジュール５ｈに接続される。太陽電池モジュール５ｊは、太陽電池モジュール５ｋに接続される。太陽電池モジュール５ｋは、太陽電池モジュール５ｊとインバータ３に接続される。本実施形態におけるグループ５Ｄは、太陽電池モジュール５ｉ，５ｊ，5ｋと、太陽電池モジュール５ｉと太陽電池モジュール５ｊとの間に配置された１個の太陽電池モジュール５と、を含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。

【0026】

すなわち、本実施形態では、グループ５Ａ～５Ｄのそれぞれが直列に接続された４個の太陽電池モジュール５を含む。なお、太陽光発電システム１は、ストリング２が並列に複数連結された太陽電池アレイを含んでもよい。

【0027】

太陽電池モジュール５は、太陽光を受けて電力を発電し、発電した電力をインバータ３に出力する。太陽電池モジュール５の開放電圧は、例えば、５０Ｖである。インバータ３は、電力線６を介してストリング２に接続される。インバータ３は、太陽電池モジュール５ａから出力される直流電力を交流電力に変換する。インバータ３は、電力系統７に接続されており、交流電力を商用電力系統や負荷装置に供給する。

【0028】

詳細には、インバータ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａと、ＤＣ／ＡＣインバータ３ｂと、制御部３ｃと、を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａは、太陽電池モジュール５から出力される電力の電圧を所定の電圧に変換して、ＤＣ／ＡＣインバータ３ｂに入力する。ＤＣ／ＡＣインバータ３ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａを介して、太陽電池モジュール５から出力される直流電力を交流電力に変換する。制御部３ｃは、ＣＰＵやメモリ等を含み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａ及びＤＣ／ＡＣインバータ３ｂを制御する。また、制御部３ｃは、電力線通信によって遮断装置４ａ～４ｄに制御信号を出力する。

【0029】

遮断装置４ａ～４ｄは、太陽電池モジュール５同士を接続する電路に接続されている。遮断装置４ａ～４ｄは、インバータ３からの制御信号に応じて太陽電池モジュール５から出力される電圧を遮断する。

【0030】

遮断装置４ａ～４ｄには、バイパスダイオードが設けられていない。このため、遮断装置４ａ～４ｄによって太陽電池モジュール５から出力される電圧が遮断されると、インバータ３に入力される電圧が遮断される。

【0031】

遮断装置４ａは、グループ５Ａに属する太陽電池モジュール５同士を接続する電路８ａと、グループ５Ａとグループ５Ｂとを接続する電路８ｂとに接続されている。電路８ａは、太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂとを接続する。電路８ｂは、太陽電池モジュール５ｂと太陽電池モジュール５ｃとを接続する。遮断装置４ａは、インバータ３からの制御信号に応じて太陽電池モジュール５ｂから出力される電圧を遮断することで、電路８ａ，８ｂを遮断する。これにより、太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂとの接続、並びに太陽電池モジュール５ｂと太陽電池モジュール５ｃとの接続（グループ５Ａとグループ５Ｂとの接続）が遮断される。遮断装置４ａは、太陽電池モジュール５ｂで発電される電力によって駆動される。遮断装置４ａは、太陽電池モジュール５ｂに外付けされている。

【0032】

遮断装置４ｂは、グループ５Ｂに属する太陽電池モジュール５同士を接続する電路８ｃと、グループ５Ｂとグループ５Ｃとを接続する電路８ｄとに接続されている。電路８ｃは、太陽電池モジュール５ｄと太陽電池モジュール５ｅとを接続する。電路８ｄは、太陽電池モジュール５ｅと太陽電池モジュール５ｆとを接続する。遮断装置４ｂは、インバータ３からの制御信号に応じて太陽電池モジュール５ｅから出力される電圧を遮断することで、電路８ｃ，８ｄを遮断する。これにより、太陽電池モジュール５ｄと太陽電池モジュール５ｅとの接続、並びに太陽電池モジュール５ｅと太陽電池モジュール５ｆとの接続（グループ５Ｂとグループ５Ｃとの接続）が遮断される。遮断装置４ｂは、太陽電池モジュール５ｅで発電される電力によって駆動される。遮断装置４ｂは、太陽電池モジュール５ｅに外付けされている。

【0033】

遮断装置４ｃは、グループ５Ｃに属する太陽電池モジュール５同士を接続する電路８ｅと、グループ５Ｃとグループ５Ｄとを接続する電路８ｆとに接続されている。電路８ｅは、太陽電池モジュール５ｇと太陽電池モジュール５ｈとを接続する。電路８ｆは、太陽電池モジュール５ｈと太陽電池モジュール５ｉとを接続する。遮断装置４ｃは、インバータ３からの制御信号に応じて太陽電池モジュール５ｈから出力される電圧を遮断することで、電路８ｅ，８ｆを遮断する。これにより、太陽電池モジュール５ｇと太陽電池モジュール５ｈとの接続、並びに太陽電池モジュール５ｈと太陽電池モジュール５ｉとの接続（グループ５Ｃとグループ５Ｄとの接続）が遮断される。遮断装置４ｃは、太陽電池モジュール５ｈで発電される電力によって駆動される。遮断装置４ｃは、太陽電池モジュール５ｈに外付けされている。

【0034】

遮断装置４ｄは、グループ５Ｄに属する太陽電池モジュール５同士を接続する電路８ｇと、グループ５Ｄとインバータ３とを接続する電路８ｈとに接続されている。電路８ｇは、太陽電池モジュール５ｊと太陽電池モジュール５ｋとを接続する。電路８ｈは、太陽電池モジュール５ｋとインバータ３とを接続する。遮断装置４ｄは、インバータ３からの制御信号に応じて太陽電池モジュール５ｋから出力される電圧を遮断することで、電路８ｇ，８ｈを遮断する。これにより、太陽電池モジュール５ｊと太陽電池モジュール５ｋとの接続、並びに太陽電池モジュール５ｋとインバータ３との接続が遮断される。遮断装置４ｄは、太陽電池モジュール５ｋで発電される電力によって駆動される。遮断装置４ｄは、太陽電池モジュール５ｋに外付けされている。

【0035】

図２は、遮断装置４ａの構成を模式的に示すブロック図である。遮断装置４ａは、レギュレータ１１と、信号受信部１２と、リレー制御部１３と、リレー１４ａと、バイパス回路１５と、を含む。

【0036】

レギュレータ１１は、太陽電池モジュール５ｂで発電された電力を電源として遮断装置４ａを駆動させる駆動電源を生成し、遮断装置４ａに安定した駆動電源を供給する。ここでは、単一の太陽電池モジュール５（太陽電池モジュール５ｂ）で発電された電力のみを利用して遮断装置４ａの駆動電源を生成する。これにより、レギュレータ１１の駆動電圧範囲を小さく抑えることができるので、遮断装置４ａの製造コストを抑えることができる。

【0037】

図３は、レギュレータ１１の構成を模式的に示す回路図である。レギュレータ１１の構成は、周知の構成であり、入力端子２１ａ，２１ｂ、出力端子２２ａ，２２ｂ、ラインフィルタ２３、コンデンサ２４，２５、昇圧回路２６、スイッチング素子２７、制御回路２８、トランス２９、ダイオード３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、フィードバック回路３２等を含む。

【0038】

信号受信部１２は、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号を受信して、受信した制御信号をリレー制御部１３に出力する。詳細には、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号を検出する信号検出部１６を介して、信号受信部１２はインバータ３の制御部３ｃからの制御信号を受信する。

【0039】

リレー制御部１３は、信号受信部１２から出力された信号に基づいて、リレー１４ａのコイルに流れる電流値を制御して、リレー１４ａの接点を開閉制御する。リレー１４ａは、例えばメカニカルリレーであり、高電圧の直流電流を開閉可能である。

【0040】

リレー１４ａは、第１開閉部１７ａと、第２開閉部１８ａとを含む。第１開閉部１７ａは、電路８ａに配置されている。第１開閉部１７ａは、太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂとの接続を開閉する。第１開閉部１７ａは、太陽電池モジュール５ｂの陰極側の端子に接続されている。第２開閉部１８ａは、電路８ｂに配置されている。第２開閉部１８ａは、太陽電池モジュール５ｂと太陽電池モジュール５ｃとの接続を開閉する。第２開閉部１８ａは、太陽電池モジュール５ｂの陽極側の端子に接続されている。

【0041】

遮断装置４ａに駆動電源が供給されていないとき、第１開閉部１７ａ及び第２開閉部１８ａは、常に開いた状態にある。したがって、遮断装置４ａが駆動していないときは、太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂとの接続、並びに太陽電池モジュール５ｂと太陽電池モジュール５ｃとの接続が遮断された状態にある。

【0042】

バイパス回路１５は、遮断装置４ａが遮断状態のときに制御部３ｃからの制御信号を信号受信部１２が受信できるようにするための回路である。遮断装置４ａによって電路８ａ，８ｂが遮断された状態のとき、信号受信部１２は、バイパス回路１５を介して、制御部３ｃからの制御信号を受信することができる。

【0043】

遮断装置４ｂ～４ｄは、接続される電路が遮断装置４ａと異なる点を除いて遮断装置４ａと同様の構成である。遮断装置４ｂは、第１開閉部１７ｂと、第２開閉部１８ｂとを含むリレー１４ｂを含む。第１開閉部１７ｂは、電路８ｃに配置されている。第１開閉部１７ｂは、太陽電池モジュール５ｅの陰極側の端子に接続されており、太陽電池モジュール５ｄと太陽電池モジュール５ｅとの接続を開閉する。第２開閉部１８ｂは、電路８ｄに配置されている。太陽電池モジュール５ｂの陽極側の端子に接続されており、太陽電池モジュール５ｅと太陽電池モジュール５ｆとの接続を開閉する。

【0044】

遮断装置４ｃは、第１開閉部１７ｃと、第２開閉部１８ｃとを含むリレー１４ｃを含む。第１開閉部１７ｃは、電路８ｅに配置されている。第１開閉部１７ｃは、太陽電池モジュール５ｈの陰極側の端子に接続されており、太陽電池モジュール５ｇと太陽電池モジュール５ｈとの接続を開閉する。第２開閉部１８ｃは、電路８ｆに配置されている。太陽電池モジュール５ｈの陽極側の端子に接続されており、太陽電池モジュール５ｈと太陽電池モジュール５ｉとの接続を開閉する。

【0045】

遮断装置４ｄは、第１開閉部１７ｄと、第２開閉部１８ｄとを含むリレー１４ｄを含む。第１開閉部１７ｄは、電路８ｇに配置されている。第１開閉部１７ｄは、太陽電池モジュール５ｋの陰極側の端子に接続されており、太陽電池モジュール５ｊと太陽電池モジュール５ｋとの接続を開閉する。第２開閉部１８ｄは、電路８ｈに配置されている。太陽電池モジュール５ｋの陽極側の端子に接続されており、太陽電池モジュール５ｋとインバータ３との接続を開閉する。なお、本実施形態では、遮断装置４ｄの第２開閉部１８ｄは、省略してもよい。

【0046】

次に、図４を参照して遮断装置４ａ～４ｄの動作モードの一例について説明する。遮断装置４ａ～４ｄの動作モードは、スタートモード、アクティブモード、安全モードの３つの動作モードを含む。安全モードは、通常遮断モードと、緊急安全遮断モードと、を含む。したがって、遮断装置４ａ～４ｄは、スタートモード、アクティブモード、通常遮断モード、及び緊急安全遮断モードの４つの動作モードで動作する。

【0047】

スタートモードとは、太陽電池モジュール５に太陽光が当たり始めたときのモードである。このとき、太陽電池モジュール５は、太陽光を受けて電力を発電する。そして、太陽電池モジュール５ｂで発電された電力からレギュレータ１１が生成した駆動電源によって遮断装置４ａが駆動される。遮断装置４ａが駆動されてリレー制御部１３が信号受信部１２を介してインバータ３の制御部３ｃからの制御信号を受信すると、図５に示すように、リレー制御部１３はリレー１４ａの第１開閉部１７ａ及び第２開閉部１８ａを閉じるように制御する。

【0048】

同様に、遮断装置４ｂは、太陽電池モジュール５ｅで発電された電力によって駆動され、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号に応じて、リレー１４ｂの第１開閉部１７ｂ及び第２開閉部１８ｂを閉じる。同様に、遮断装置４ｃは、太陽電池モジュール５ｈで発電された電力によって駆動され、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号に応じて、リレー１４ｃの第１開閉部１７ｃ及び第２開閉部１８ｃを閉じる。同様に、遮断装置４ｄは、太陽電池モジュール５ｋで発電された電力によって駆動され、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号に応じて、リレー１４ｄの第１開閉部１７ｄ及び第２開閉部１８ｄを閉じる。これにより、グループ５Ａ～５Ｄが遮断装置４ａ～４ｄを介して接続され、太陽電池モジュール５ａ～５ｋを含む各太陽電池モジュール５で発電された電力がインバータ３に出力される。

【0049】

アクティブモードは、太陽電池モジュール５が日中に太陽光を受けて発電している状態であり、実質的にスタートモードと同じである。したがって、アクティブモードでは、グループ５Ａ～５Ｄが遮断装置４ａ～４ｄを介して接続された状態にあり、太陽電池モジュール５が発電した電力がインバータ３に出力される。

【0050】

通常遮断モードは、夜間、或いは雨等の天候の影響で、太陽電池モジュール５が太陽光を受けていないときのモードである。したがって、通常遮断モードでは、太陽電池モジュール５によって電力が発電されておらず、太陽電池モジュール５ｂから遮断装置４ａに駆動電源が供給されていない。同様に、遮断装置４ｂ、遮断装置４ｃ及び遮断装置４ｄにも駆動電源が供給されていない。このため、通常遮断モードでは、遮断装置４ａ～４ｄの第１開閉部１７ａ～１７ｄ及び第２開閉部１８ａ～１８ｄの各接点が全て開いた状態にある。なお、本実施形態では、インバータ３にＡＣ電源から電力が供給されており、緊急安全遮断モード時を除いて、インバータ３の制御部３ｃから制御信号が常に出力されている。

【0051】

通常遮断モードにおいて、天候の不安定等の理由により、例えば太陽電池モジュール５ｂ，５ｅ，５ｈ，５ｋの発電が不安定な状態のときは、太陽電池モジュール５ｂ，５ｅ，５ｈ，５ｋから供給される電力に応じてリレー１４ａ～１４ｄがオン／オフ動作する。

【0052】

緊急安全遮断モードは、スタートモード、或いはアクティブモード中に、電路８ａ～８ｈを遮断して、太陽電池モジュール５からインバータ３への電力の出力を停止させるモードである。本実施形態では、図１に示すように、操作スイッチ３５がインバータ３に接続されており、遮断装置４ａ～４ｄがスタートモード、或いはアクティブモード中のときに操作スイッチ３５が操作されると、遮断装置４ａ～４ｄの動作モードが緊急安全遮断モードに切り替わる。

【0053】

詳細には、操作スイッチ３５が操作されると、制御部３ｃは、制御信号の出力を停止する。信号検出部１６が制御信号の一定周期停止を検出すると、信号受信部１２及びリレー制御部１３を介して、図１に示すようにリレー１４ａ～１４ｄの第１開閉部１７ａ～１７ｄ及び第２開閉部１８ａ～１８ｄの各接点が全て開かれる。これにより、全ての太陽電池モジュール５から出力される電圧が遮断される。

【0054】

上記構成の太陽光発電システム１では、遮断装置４ａ～４ｄの動作モードが緊急安全遮断モードのときに、遮断装置４ａ～４ｄによって複数の太陽電池モジュール５を遮断することができる。例えば、遮断装置４ａによってグループ５Ａとグループ５Ｂとの接続、さらにはグループ５Ａに属する太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂとの接続を遮断することができる。これにより、太陽電池モジュール５毎に遮断装置を設置する場合に比べて、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、ストリング２単位で太陽電池モジュール５ａとインバータ３とを遮断する場合に比べて、より安全性の高い太陽光発電システムを提供することができる。

【0055】

ここで、緊急安全遮断モードでは、ストリング２の開放電圧が１６５Ｖ以下に分断されることが好ましい。太陽電池モジュール５の開放電圧が５０Ｖの場合、ストリング２が１６個の太陽電池モジュール５で構成されているので、ストリング２の開放電圧は８００Ｖとなる。また、グループ５Ａ～５Ｄ毎の開放電圧は２００Ｖとなる。遮断装置４ａ～４ｄを上述した構成にすることで、緊急安全遮断モードでは、グループ５Ａ～５Ｄ毎の開放電圧が、１５０Ｖと５０Ｖとに分断されるとともに、グループ５Ａ～５Ｄ間の接続も遮断される。すなわち、遮断装置４ａ～４ｄの第１開閉部１７ａ～１７ｄ及び第２開閉部１８ａ～１８ｄの各接点が全て開いた状態では、ストリング２を構成する複数の太陽電池モジュール５が、３つの太陽電池モジュール５と１つの太陽電池モジュール５とに分断される。したがって、緊急安全遮断モードにおいて、太陽電池モジュール５が発電を継続した場合であっても、開放電圧は最大で１５０Ｖとなり、ストリング２単位でインバータ３との接続を遮断した場合に比べてより安全性が高くなる。

【0056】

また、太陽光発電システム１では、電力線６を利用して遮断装置４ａ～４ｄの駆動電源及びインバータ３との通信を確保することができる。これにより、例えば、既存の太陽光発電システムに遮断装置４ａ～４ｄを設置するときに、インバータ３と遮断装置４ａ～４ｄとを接続する追加配線を必要としない。このため、既存の太陽光発電システムに遮断装置４ａ～４ｄを設置する際の設置コストの低減を図ることができる。

【0057】

また、遮断装置４ａ～４ｄは、１個の太陽電池モジュール５に接続すればよいので、遮断装置４ａ～４ｄを複数の太陽電池モジュール５に接続する場合に比べて配線が短くかつ簡易になる。これにより、例えば、既存の太陽光発電システムに遮断装置４ａ～４ｄを設置する際の設置コストの低減や、柔軟性の高い施工が可能になる。

【0058】

また、遮断装置４ａ～４ｄでは、バイパスダイオードが省略されるので、遮断装置４ａ～４ｄの製造コストを抑えることができる。

【0059】

また、遮断装置４ａ～４ｄにバイパス回路１５を設けることで、遮断装置４ａ～４ｄの動作モードを、制御部３ｃの制御信号に応じて緊急安全遮断モードからスタートモードに切り替えることができる。

【0060】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0061】

前記実施形態では、グループ５Ａ～５Ｄのそれぞれが、４個の太陽電池モジュール５を含んでいたが、太陽電池モジュール５の個数は前記実施形態に限定されるものではない。また、グループ５Ａ～５Ｄのそれぞれが必ずしも同じ個数の太陽電池モジュール５を含む必要はない。例えば、グループ５Ａが３個の太陽電池モジュール５を含み、グループ５Ｂが５個の太陽電池モジュール５を含んでもよい。

【0062】

前記実施形態では、ストリング２が４つのグループ５Ａ～５Ｄを含んでいたが、グループの数は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、ストリング２が３つのグループを含んでもよいし、４つ以上のグループを含んでもよい。また、遮断装置４ａ～４ｄの配置や設置個数は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態において、遮断装置４ｄ及び太陽電池モジュール５ｆは省略されてもよい。

【0063】

前記実施形態では、第１開閉部１７ａが太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂとの接続を開閉していたが、図６に示すように、例えば、第１開閉部１７ａによって太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ａの陰極側の端子に接続される太陽電池モジュール５との接続を開閉してもよい。この場合は、グループＡにおいて、開放電圧が１００Ｖに分断される。なお、遮断装置４ｂ～４ｃにおいても、グループ５Ｂ～５Ｄにおいて、開放電圧が１００Ｖに分断されるように配置してもよい。

【0064】

前記実施形態では、操作スイッチ３５の操作によって緊急安全遮断モードへの切り替えを実施していたが、スタートモード、或いはアクティブモードから緊急安全遮断モードへの切り替えは、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、太陽光発電システム１に太陽電池モジュール５の出力状態を検出するセンサを設けてもよい。インバータ３の制御部３ｃは、センサで検出された太陽電池モジュール５の出力状態から異常を検出したときに制御信号を停止して、緊急安全遮断モードに切り替えてもよい。或いは、インバータ３に火災報知器又は火災警報器を接続して、インバータ３が火災報知器又は火災警報器から信号を受信したときに、制御部３ｃからの制御信号を停止して、緊急安全遮断モードに切り替えてもよい。

【0065】

前記実施形態では、遮断装置４ａのリレー１４ａが第１開閉部１７ａと第２開閉部１８ａの２つの接点を備えていたが、単一の接点を備えるリレーを２つ設けることでリレー１４ａを構成してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明によれば、太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供することができる。

【符号の説明】

【0067】

１ 太陽光発電システム
２ ストリング
３ インバータ
４ａ～４ｄ 遮断装置
５Ａ～５Ｄ 太陽電池モジュールグループ
５ 太陽電池モジュール
８ａ～８ｈ 電路
１２ 信号受信部
１５ バイパス回路
１７ａ～１７ｄ 第１開閉部
１８ａ～１８ｄ 第２開閉部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】