特表 2023-539560 光起電力供給型電気分解

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-15

(54)【発明の名称】光起電力供給型電気分解

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20230908BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20230908BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20230908BHJP

   C25B 1/55 20210101ALI20230908BHJP

   H02S 50/00 20140101ALI20230908BHJP

   H02S 40/36 20140101ALI20230908BHJP

   H02H 3/16 20060101ALI20230908BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 309S

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B1/55

H02S50/00

H02S40/36

H02J1/00 304G

H02H3/16 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023509383

(86)(22)【出願日】2021-08-17

(85)【翻訳文提出日】2023-02-08

(86)【国際出願番号】 EP2021072848

(87)【国際公開番号】W WO2022038146

(87)【国際公開日】2022-02-24

(31)【優先権主張番号】102020121593.2

(32)【優先日】2020-08-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】プッツ，マーティン

(72)【発明者】

【氏名】ファルク，アンドレアス

【テーマコード（参考）】

4K021

5F251

5G004

5G165

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021BA02

4K021CA05

4K021CA06

4K021EA07

5F251JA07

5F251KA02

5F251KA08

5G004AA04

5G004BA01

5G004DA00

5G165BB08

5G165DA01

5G165EA03

5G165EA04

5G165LA02

5G165NA10

5G165PA01

(57)【要約】

本発明は、電解装置（Ｅ）とＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）とを有する、光起電力から電気分解を行う装置（１０）に関する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣバス（１６）を介して電解装置（Ｅ）にＤＣ電力を供給するように構成され、ここでＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に接続された光起電サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）によってＤＣ電力を生成することができ、サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）は第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）を介してＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に接続され、第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）が、サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）の十分な絶縁が確認できた場合にのみ第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）を閉じるように絶縁監視手段（ＩＳＯ１、ＩＳＯ２）に結合されており、サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）は、メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）を有し、第２の断路器（ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５）が、メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）と第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）の間に配置され、この第２の断路器は、故障電流が予め定められた限界値を超えた場合に第２の断路器（ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５）が開くようにメインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）の故障電流監視手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）に結合されている。また、本発明は、光起電力によるＤＣ電力から電気分解を行う装置（１０）の作動方法に関する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光発電されたＤＣ電力から電気分解を行う装置（１０）であって、
電解装置（Ｅ）と、
ＤＣバス（１６）を介して前記電解装置（Ｅ）にＤＣ電力を供給するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）とを具え、ＤＣ電力は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に接続された光起電サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）により生成可能であり、
前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）は、第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）を介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に接続されており、前記第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）は、前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）が十分に絶縁されているかを成功裏に確認できた場合に第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）を閉じるように絶縁監視手段（ＩＳＯ１、ＩＳＯ２）に結合されており、
前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）はメインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＧ３）を有し、第２の断路器（ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５）が前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）と前記第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）の間に配置されており、前記第２の断路器は、故障電流が予め定められた限界値を超えた場合に前記第２の断路器（ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５）が開くように、メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）の故障電流を監視する手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ３）に結合されていることを特徴とする装置。

【請求項2】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）は、降圧型コンバータであることを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）の１つの極がＤＣバス（１６）の１つの極に電気的に接続可能であり、特に前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）の動作中に、前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）の１つの極が前記ＤＣバス（１６）の極に電気的に接続される、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）は、前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）の電気的に接続される極を選択するための切換スイッチを有する、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）は、故障電流を監視するための手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）を用いて、接続される極の選択を行うように構成されている、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記故障電流を監視する手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）は、監視するラインに対して同軸の導体を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。

【請求項7】

前記故障電流を監視する手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）は、監視するラインのための積層交番層スタックを有する、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。

【請求項8】

前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）は複数の並列ストリング（ＳＴＲ１、ＳＴＲ２、ＳＴＲ３、ＳＴＲ４、ＳＴＲ５、ＳＴＲ６）を有し、前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）および／またはそれぞれのストリング（ＳＴＲ１、ＳＴＲ２、ＳＴＲ３、ＳＴＲ４、ＳＴＲ５、ＳＴＲ６）について障害電流の監視（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）が行われる、請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。

【請求項9】

前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）は、複数の並列のメインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）を具え、前記第２の断路器（ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５）は、メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）と前記第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）の間にそれぞれ配置されている、請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。

【請求項10】

前記装置が、１のサブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）または複数のサブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）を有するＰＶ発電機（ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２）を具え、前記ＰＶ発電機（ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２）は前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に前記第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）を介して接続され、前記第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）は、前記ＰＶ発電機（ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２）の十分な絶縁が成功裏に確認された場合にのみ前記第１の断路器（ＴＳ２、ＴＳ６）が閉じるように、絶縁監視手段（ＩＳＯ１、ＩＳＯ２）に結合されている、請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。

【請求項11】

前記装置が複数のＰＶ発電機（ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２）を具え、１のＰＶ発電機（ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２）が１のＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）は前記ＤＣバス（１６）を介して前記電解装置（Ｅ）にＤＣ電力を供給するように設計されている、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）は、５００ｋＷを超える定格電力を有する、請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。

【請求項13】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）は、２ＭＷ以上の定格電力を有する、請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。

【請求項14】

光起電ＤＣ電力から電気分解するための装置（１０）の作動方法であって、前記装置は電解装置（Ｅ）と、ＤＣバスを介して前記電解装置にＤＣ電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）とを具え、このＤＣ電力はＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）に接続された光起電サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）によって生成され、前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）は前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）にスイッチング可能に接続され、前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）はメインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）を具え、当該メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）は障害電流を監視する手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）を有し、前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）は前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）にスイッチング可能に接続されており、前記方法が、
前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）が前記接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）へとスイッチオンされる前に、絶縁監視手段（ＩＳＯ１、ＩＳＯ２）を用いて前記サブ発電機の絶縁をチェックするステップであって、最小限の絶縁を超えている場合にのみスイッチオンが行われる、ステップと、
前記サブ発電機（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３）がスイッチオンされた後に、前記故障電流を監視する手段（ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３）によって前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）を監視し、監視した故障電流が予め定められた限界値を超えた場合に前記メインストリング（ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３）がＤＣ／ＤＣコンバータ（１２、１４）から切り離されるステップと、を含むことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電によるＤＣ電力を用いて電気分解を行う装置およびその作動方法に関する。

【0002】

電解装置は、電流を利用して化学反応（すなわち物質変換）を生じさせる装置である。電気分解が発生する。水の電気分解の場合、水が水素と酸素に分解される。太陽光発電機（ＰＶ発電機）と電解装置をＤＣ／ＤＣコンバータで接続することが提案されている。

【0003】

「ＤＣ／ＤＣコンバータ」とは、入力されたＤＣ電圧を、電圧レベルの高い、低い、または反転したＤＣ電圧に変換する電気回路をいう。この変換は、周期的に動作する電子スイッチと１以上のエネルギー貯蔵装置によって行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、自己整流型の電力コンバータであり、ＤＣチョッパとも呼ばれる。

【0004】

太陽光発電設備（ＰＶ設備）は、多数の電気部品、特に広い面積に分散配置されたＰＶモジュールを含み得る。太陽電池モジュールをストリングとしてまとめたもの、すなわち直列回路を構成したものをＰＶストリングという。互いに並列に接続された複数のＰＶストリングをＰＶメインストリングという。互いに並列に接続された複数のＰＶメインストリングをＰＶサブ発電機という。ＰＶシステムのＰＶ発電機は、互いに並列に接続された１以上のＰＶサブ発電機を有し得る。

【0005】

５００ｋＷを超える大規模システムでは、ＰＶ発電機はＧＦＤＩ（地絡検出遮断器）を介して接地されているか、ＰＶ発電機が接地されていない状態で運用されることが多い。そのため、システム設計に制約がある。特に、ＵＬ６２１０９規格を遵守する必要がある。

【0006】

電解槽に供給する電力は、電解槽の消費電力に適合させる必要がある。電解槽の消費電力は、通常１～２０ＭＷである。供給される電力は、それに応じた設計が必要である。

【0007】

本発明の目的は、必要に応じて拡張可能な光電池（ＰＶ）から、可能な限り高い電力を電解装置に供給することである。

【0008】

この目的は、請求項１の特徴を有する装置と、請求項１４の特徴を有する方法によって達成される。好ましい実施形態が、従属請求項に記載されている。

【0009】

太陽光発電によるＤＣ電力から電気分解を行う装置は、電解装置とＤＣ／ＤＣコンバータと少なくとも１つのＰＶサブ発電機とを具える。電解装置は、例えば、水を水素と酸素に分解する水電解装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣバスを介して電解装置にＤＣ電力を供給するように設計され、このＤＣ電力はＤＣ／ＤＣコンバータに接続された光起電サブ発電機で生成することができる。サブ発電機は第１の断路器を介してＤＣ／ＤＣコンバータに接続されており、第１の断路器は絶縁監視手段に結合され、第１の断路器を閉じるにはサブ発電機の十分な絶縁チェックが成功する必要がある。サブ発電機はメインストリングを有し、このメインストリングと第１の断路器の間に第２の断路器が配置され、この第２の断路器はメインストリングの故障電流監視手段に結合され、故障電流が予め定められた限界値を超えた場合に第２の断路器が開放されるようになっている。

【0010】

この装置により、例えば電解液を介して電解装置にソフトアースを施し、可能な限り高いＰＶ電力を供給することが可能となり、必要に応じて拡張することができる。電解装置は、その電解液を介して、例えば、負極または中心点で接地することができる。接地は１～１００Ωのオーミック抵抗で行うことができる。いずれの場合も、少なくとも１つのＰＶサブ発電機がＤＣ／ＤＣコンバータを介して結合される。

【0011】

この装置は、ＰＶサブ発電機によって電解装置に電力を供給するために使用することができ、ＰＶサブ発電機の地絡は、ＰＶサブ発電機のメインストリングの故障電流を監視することによって確実に検知し、影響を受けたＰＶサブ発電機を切り離すことができる。この切り離しは、第２の断路器によって実現される。ＤＣ／ＤＣコンバータにさらなるＰＶサブ発電機が接続される場合、さらなる第２の断路器に関連する故障電流を監視するためのさらなる手段を有するさらなる第２の断路器を有する。この故障電流を監視するさらなる手段は、次に、さらなるＰＶサブ発電機に割り当てられたメインストリングの故障電流を監視する。これらの故障電流監視手段は、例えば漏電遮断器（ＲＣＤ）などとして設計される。サブ発電機で地絡が発生した場合、故障電流が流れ、例えばＲＣＤである故障電流監視手段によって検出される。その後、影響を受けたサブ発電機が、例えば２極スイッチとして設計された第２の断路器を介してスイッチが切られる。

【0012】

電解装置に並列に給電するＰＶサブ発電機とＤＣ／ＤＣコンバータの柔軟で拡張可能な組み合わせが可能になる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータに複数のＰＶサブ発電機を接続することも可能である。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続されたＰＶサブ発電機がＰＶ発電機を構成する。装置が複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有する場合、ＰＶ発電機はそれぞれのＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータはＤＣバスを介して電解装置にＤＣ電力を供給するよう構成される。ＰＶ発電機は、それぞれ１以上のＰＶサブ発電機を有し得る。これにより、機器の拡張性および柔軟性が向上する。

【0013】

このＤＣ／ＤＣコンバータに加えて、装置はさらなるＤＣ／ＤＣコンバータを有することができ、各ＤＣ／ＤＣコンバータに１以上のサブ発電機を接続することができる。各サブ発電機は１以上のメインストリングを有することができ、それぞれのケースで、第２の断路器がそれぞれのメインストリングと第１の断路器の間に配置される。また、各サブ発電機と第１の断路器の間に第２の断路器を配置することも可能である。

【0014】

ＤＣ／ＤＣコンバータの各サブ発電機は、通常時のリーク電流が十分に小さく火災の原因とならないように寸法形成されている。

【0015】

特に、負荷側で接地するＤＣカップリングの実装が可能である。負荷である電解装置を接地することが可能である。電解装置の中心点または極（負極または正極）を接地することが可能である。また、接地は任意の中間電位で行うことができる。直接低抵抗の接地、またはインピーダンスを介した接地が可能である。電解装置の非対称性により、運転中に接地がシフトし得る。電解装置は、複数の電解槽を直列接続して構成されている。また、任意選択で、電解液の寄生抵抗を介して間接的に接地することも可能である。

【0016】

一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは降圧型コンバータである。降圧型コンバータは、入力に供給されるＤＣ電圧を電圧値の低いＤＣ電圧に変換する。

【0017】

ＰＶ発電機は絶縁して運用される。すなわち、ＰＶ発電機には独立したアース接続がない。これが絶縁監視手段によって確認され、ＰＶ発電機の絶縁が確保された場合にのみ、第１の断路器が閉じられる。第１の断路器を介した各接続の前に、各ＰＶ発電機の絶縁抵抗が、例えば絶縁測定装置として設計された絶縁監視手段によって判定される。さらに、絶縁抵抗が最小抵抗より高い場合にのみ、第１の断路器が閉じられる。

【0018】

また、このような設置では、接地接続を介して故障電流が超えた場合に切り離すことができる接地が実現される。これにより、機器の安全性が高まる。

【0019】

一実施形態では、サブ発電機の１つの極は、ＤＣバスの１つの極に電気的に接続され、特にサブ発電機の運転中、サブ発電機の１つの極は、サブ発電機の運転中にＤＣバスの極に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータは、好ましくは、サブ発電機の電気的に接続される極を選択するための切換スイッチを有する。また、一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、故障電流監視手段によって、接続する極の選択を行うように設計されている。

【0020】

一実施形態では、故障電流監視手段は、監視されるライン用の同軸導体を有する。これは、定格電流が大きくなって例えば２５０Ａを超えても、監視手段、例えばＲＣＤの磁石コア、例えばリングコアの浮遊磁界が小さい範囲でしか発生しないという利点を有する。代替実施形態では、故障電流監視手段は、監視されるライン用の積層交番層スタックを有する。

【0021】

一実施形態では、メインストリングは複数の並列ストリングを有し、メインストリングおよび／またはそれぞれのストリングの故障電流が監視される。任意選択で、サブ発電機の各ストリング、各メインストリング、または複数のメインストリングにＲＣＤを配置することができる。各サブ発電機は複数のメインストリングで構成され、さらに各極にメインストリングヒューズとして知られるものが備えられている。

【0022】

一実施形態では、装置はサブ発電機または複数のサブ発電機を有するＰＶ発電機を有し、このＰＶ発電機は第１の断路器を介してＤＣ／ＤＣコンバータに接続されており、第１の断路器は絶縁監視手段に結合され、第１の断路器を閉じるにはＰＶ発電機の十分な絶縁チェックが成功する必要がある。本実施形態では、装置の拡張性をさらに向上させることができる。

【0023】

好ましい実施形態では、メインストリングは５００ｋＷ以上の定格電力を有し、および／または、ＤＣ／ＤＣコンバータは２ＭＷ以上の定格電力を有する。特にピーク時８ＭＷ以上の大きくフレキシブルな合計出力の太陽光発電を実現することが可能である。これは特に、拡張、第１の断路器による絶縁検出、第２の断路器によるＰＶサブ発電機の個別保護によって実現される。

【0024】

各並列型ＰＶ発電機はＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、その寄生リーク電流は、最悪の場合、例えば湿気や高電圧の場合でも、例えば１．６６Ａの一定の限度を超えないように設計されている。いくつかの実施形態では、並列型ＰＶ発電機の１つが短絡した場合、他のＤＣ／ＤＣコンバータの半導体スイッチを作動させることによって、他の発電機からの電流を検出し、遮断することができる。いくつかの実施形態では、サブ発電機をヒューズで保護し、影響を受けたサブ発電機で短絡が発生した場合、短絡によって影響を受けたＰＶ発電機の部分のヒューズが飛ぶように他のＤＣ／ＤＣコンバータが電流を印加するようにすることができる。

【0025】

サブ発電機の第２の断路器と第１の断路器に加えて、さらにＤＣスイッチをＰＶ発電機に設けることができる。これにより、安全性がさらに高まる。

【0026】

電解装置と、ＤＣバスを介して電解装置にＤＣ電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを用いて、光発電されたＤＣ電力から電気分解を行う装置の作動方法において、そのＤＣ電力はＤＣ／ＤＣコンバータに接続された光起電サブ発電機によって生成され、このサブ発電機はＤＣ／ＤＣコンバータに切替可能に接続されている。サブ発電機はメインストリングを含み、メインストリングには故障電流監視手段を含み、メインストリングはＤＣ／ＤＣコンバータに切替可能に接続されている。この方法は、
－サブ発電機が接続されたＤＣ／ＤＣコンバータへとスイッチオンされる前に、絶縁監視手段を用いてサブ発電機の絶縁をチェックし、最小絶縁を超える場合にのみスイッチオンするステップと、
－サブ発電機がスイッチオンされた後に、故障電流監視手段によりメインストリングを監視し、監視された故障電流が予め定められた限界値を超えた場合に、メインストリングをＤＣ／ＤＣコンバータから切り離すステップとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0027】

以下に、本発明を図面を参照しながら説明する。

【図1】図１は、光起電力によるＤＣ電力から電気分解を行う装置を示す。

【図2】図２は、光起電力によるＤＣ電力から電気分解を行うための例示的な装置を示す。

【図3】図３は、光起電力によるＤＣ電力から電気分解を行う装置の作動方法を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、光起電力によるＤＣ電力から電気分解を行う装置１０を示す。電解装置Ｅは、ＤＣバスを介してＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４は、それぞれ断路器ＴＳ３、ＴＳ７を介してＤＣバス１６から切り離すことができる。ＤＣバス１６は、電解装置ＥにＤＣ電力を供給するように設計され、これにより電解装置Ｅにおいて、例えば水を水素と酸素へ分解するなどの電気分解が電解装置Ｅで行われる。この電解装置は、オーミック抵抗器１８を介して接地されている。

【0029】

図１には、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４を示す。この装置１０は拡張可能であり、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４のみを有することも、３以上のＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４を有することも可能である。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４には、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２が接続されている。ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２で発電した電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４によって変換され、ＤＣバス１６を介して電解装置Ｅに供給される。ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２はそれぞれ、第１の断路器ＴＳ２、ＴＳ６によって関連するＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４から切り離すことが可能である。

【0030】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の第１の側に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の第２の側では、ＤＣバス１６が断路器ＴＳ３およびコンバータヒューズを介してＤＣ／ＤＣコンバータ１２に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、断路器ＴＳ３によってＤＣバス１６から切り離すことができる。ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１は、第１の断路器ＴＳ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１２から切り離すことができる。第１の断路器ＴＳ２は、絶縁監視手段ＩＳＯ１に接続されている。装置１０を稼働させると、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１が電気的に絶縁されているかどうかを絶縁監視手段ＩＳＯ１が確認する。その場合にのみ、第１の断路器ＴＳ２が閉じられ、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１がＤＣ／ＤＣコンバータ１２に電気的に接続される。

【0031】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１は、２つのサブ発電機ＴＧ１、ＴＧ２を含む。また、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１は、１つのサブ発電機ＴＧ１、ＴＧ２のみを有してもよいし、３以上のサブ発電機ＴＧ１、ＴＧ２を有してもよい。各サブ発電機ＴＧ１、ＴＧ２は、例えば残留電流装置の形態の故障電流監視手段ＲＣＤ１、ＲＣＤ２を含む。故障電流監視手段ＲＣＤ１は、サブ発電機ＴＧ１の故障電流を監視し、検出された故障電流が予め定められた一定の制限値を超えた場合に、第２の断路器ＴＳ１を介して当該サブ発電機をＤＣ／ＤＣコンバータ１２から切り離す。故障電流監視手段ＲＣＤ２は、サブ発電機ＴＧ２の故障電流を監視し、検出された故障電流が予め定められた一定の制限値を超えた場合に、第２の断路器ＴＳ４を介して当該サブ発電機をＤＣ／ＤＣコンバータ１２から切り離す。

【0032】

図示する実施例では、サブ発電機ＴＧ１はメインストリングＨＳ１を有し、これは２つのストリングＳＴ１、ＳＴ２を有する。また、サブ発電機ＴＧ１は、複数のメインストリングＨＳ１を有することができる。また、メインストリングＨＳ１は、１のストリングＳＴ１、ＳＴ２のみを有してもよいし、３以上のストリングＳＴ１、ＳＴ２を有してもよい。

【0033】

図示する実施例では、サブ発電機ＴＧ２はメインストリングＨＳ２を有し、これは２つのストリングＳＴＲ３、ＳＴＲ４を有する。また、サブ発電機ＴＧ２は、複数のメインストリングＨＳ２を有することができる。また、メインストリングＨＳ２は、１のストリングＳＴ３、ＳＴ４のみを有してもよいし、３以上のストリングＳＴＲ３、ＳＴＲ４を有してもよい。

【0034】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の第１の側に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の第２の側では、ＤＣバス１６が断路器ＴＳ７およびオーミック抵抗を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、断路器ＴＳ７によりＤＣバス１６から切り離すことができる。ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２は、第１の断路器ＴＳ６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１４から切り離すことができる。第１の断路器ＴＳ６は、絶縁監視手段ＩＳＯ２に接続されている。装置１０を稼働させると、絶縁監視手段ＩＳＯ２は、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２が電気的に絶縁されているか否かを確認する。確認できた場合にのみ、第１の断路器ＴＳ６が閉じられ、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２がＤＣ／ＤＣコンバータ１４に電気的に接続される。

【0035】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２は、１つのサブ発電機ＴＧ３を有する。また、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２は、複数のサブ発電機ＴＧ３を有してもよい。サブ発電機ＴＧ３は、例えば残留電流装置の形態の故障電流監視手段ＲＣＤ３を含む。故障電流監視手段ＲＣＤ３は、サブ発電機ＴＧ３の故障電流を監視し、検出された故障電流が予め定められた一定の制限値を超えた場合に、第２の断路器ＴＳ５を介して当該サブ発電機をＤＣ／ＤＣコンバータ１４から切り離す。

【0036】

図示する実施例では、サブ発電機ＴＧ３はメインストリングＨＳ３を有し、これは２つのストリングＳＴＲ５、ＳＴＲ６を有する。また、サブ発電機ＴＧ３は、複数のメインストリングＨＳ３を有することができる。また、メインストリングＨＳ３は、１のストリングＳＴ５、ＳＴ６のみを有してもよいし、３以上のストリングＳＴＲ５、ＳＴＲ６を有してもよい。

【0037】

図２に示す装置１０の一実施形態では、装置１０は、オーミック抵抗器１８を介して接地された電解装置Ｅを具える。電解装置Ｅには、ＤＣバス１６を介してＤＣ電力が供給される。ＤＣ電力は、２つのＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２で発電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４で変換されてＤＣバス１６に供給される。

【0038】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、断路器ＴＳ３およびオーミック抵抗を介してＤＣバス１６に接続されており、断路器ＴＳ３を介して前記ＤＣバスから切り離すことができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、断路器ＴＳ７およびオーミック抵抗を介してＤＣバス１６に接続されており、断路器ＴＳ７を介して前記ＤＣバスから切り離すことができる。

【0039】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１は、第１の断路器ＴＳ２に接続された絶縁監視手段ＩＳＯ１を有する。絶縁監視手段ＩＳＯ１によりＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１の絶縁が十分であることが検出された場合にのみ、第１の断路器ＴＳ２が閉じられ、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１がＤＣ／ＤＣコンバータ１２に接続される。

【0040】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１は、関連する第２の断路器ＴＳ１を有する故障電流監視手段ＲＣＤ１によって保護されるサブ発電機ＴＧ１を有する。監視手段ＲＣＤ１によって過大な故障電流が検出されると、第２の断路器ＴＳ１によってサブ発電機ＴＧ１がＤＣ／ＤＣコンバータ１２から切り離される。サブ発電機ＴＧ１は、ストリングＳＴＲ１を有するメインストリングＨＳ１を具える。

【0041】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２は、第１の断路器ＴＳ６に接続された絶縁監視手段ＩＳＯ２を有する。絶縁監視手段ＩＳＯ２によりＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２の絶縁が十分であることが検出された場合にのみ、第１の断路器ＴＳ６が閉じられ、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２がＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続される。

【0042】

ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ２は、関連する第２の断路器ＴＳ５を有する故障電流監視手段ＲＣＤ３によって保護されたサブ発電機ＴＧ３を有する。監視手段ＲＣＤ３によって過大な故障電流が検出されると、第２の断路器ＴＳ５によってサブ発電機ＴＧ３がＤＣ／ＤＣコンバータ１４から切り離される。サブ発電機ＴＧ３は、ストリングＳＴＲ５を有するメインストリングＨＳ３を具える。

【0043】

図３は、装置１０の動作方法のフローチャートを模式的に示す図である。

【0044】

ステップＳ１は、装置１０を稼働させる際に実行される。ステップＳ１において、絶縁監視手段ＩＳＯ１、ＩＳＯ２、ＩＳＯ３が、割り当てられたＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２（図１＋図２参照）が十分に絶縁されていることを検出すると、ステップＳ２で割り当てられた第１の断路器ＴＳ２、ＴＳ６（図１＋図２参照）が閉じられ、ＰＶ発電機ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２が関連するＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４（図１＋図２参照）に電気的に接続される。

【0045】

ステップＳ３は、装置１０の動作中に実行される。ステップＳ３では、監視手段ＲＣＤ１、ＲＣＤ２、ＲＣＤ３が、それぞれ割り当てられたサブ発電機ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３（図１＋図２参照）の故障電流が予め定められた閾値を超えたかどうかを監視する。超えた場合、ステップＳ４において、閾値を超える故障電流が検出されたサブ発電機ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３は、関連する第２の断路器ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５（図１＋図２参照）によって関連するＤＣ／ＤＣコンバータ１２、１４（図１＋図２参照）から切り離される。

【符号の説明】

【0046】

１０ 電解装置
１２、１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ ＤＣバス
１８ オーミック抵抗
Ｅ 電解装置
ＰＶ－Ｇ１、ＰＶ－Ｇ２ ＰＶ発電機
ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３ サブ発電機
ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３ メインストリング
ＳＴＲ１、ＳＴＲ２、ＳＴＲ３、ＳＴＲ４、ＳＴＲ５、ＳＴＲ６ ストリング
ＴＳ１、ＴＳ４、ＴＳ５ 第２の断路器
ＴＳ２、ＴＳ６ 第１の断路器
ＴＳ３、ＴＳ７ 第３の断路器
ｒｃｄ１、ｒｃｄ２、ｒｃｄ３ 監視手段
ＩＳＯ１、ＩＳＯ２ 絶縁監視手段
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 方法ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】