地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラム
【課題】地絡を確実に検出する。
【解決手段】地絡検出装置1は、複数の太陽電池モジュール104が直列接続されてなる太陽電池ストリング103と、複数の太陽電池ストリング103が並列接続されてなる太陽電池アレイ101と、パワーコンディショナ102と、を具備する太陽光発電システム100の地絡を検出する。地絡検出装置1では、測定部3及び演算制御部4により地絡検出される太陽電池ストリング103が、スイッチング部2により太陽光発電システム100から解列される。よって、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ、対地静電容量による悪影響が地絡検出に及ぶのを抑制できる。また、地絡検出時に太陽電池ストリング103がパワーコンディショナ102に対して電気的に切り離されることとなり、パワーコンディショナ102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できる。
【解決手段】地絡検出装置1は、複数の太陽電池モジュール104が直列接続されてなる太陽電池ストリング103と、複数の太陽電池ストリング103が並列接続されてなる太陽電池アレイ101と、パワーコンディショナ102と、を具備する太陽光発電システム100の地絡を検出する。地絡検出装置1では、測定部3及び演算制御部4により地絡検出される太陽電池ストリング103が、スイッチング部2により太陽光発電システム100から解列される。よって、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ、対地静電容量による悪影響が地絡検出に及ぶのを抑制できる。また、地絡検出時に太陽電池ストリング103がパワーコンディショナ102に対して電気的に切り離されることとなり、パワーコンディショナ102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できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
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接続されて太陽電池ストリングが構成され、さらに、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて太陽電池アレイが構成されている。この太陽電池アレイからの出力は、パワーコンディショナ等の負荷装置に供給され、商用電力系統等に供給される。
【0003】
このような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、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、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。この地絡を検出するものとして、従来、例えば特許文献1に記載された地絡検出装置が知られている。特許文献1に記載の地絡検出装置では、接地された太陽電池アレイの電路から大地に流れる電流値が測定され、この電流値が予め設定された電流設定値を超えたとき、太陽電池アレイの地絡が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−158282号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記地絡検出装置は、太陽光発電システムが有する対地静電容量の影響で、地絡を誤検出してしまう虞がある。特に、太陽電池モジュールや太陽電池ストリングの数を増やす等して太陽電池アレイを大規模に構成する場合、太陽電池ストリングを接続する導線が長くなったり、総面積が大きくなったりすることから、対地静電容量が増加するため、かかる虞は顕著となる。
【0006】
さらに、上記地絡検出装置は、地絡検出の際、負荷装置に起因して生じるノイズ(例えば、高周波スイッチ動作や、商用周波数(50〜60Hz)等により生じるノイズ)の影響を受け易く、このことからも、地絡を誤検出してしまう虞がある。
【0007】
そこで、本発明は、地絡を確実に検出することができる地絡検出装置、地絡検出方法及び太陽光発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明に係る地絡検出装置は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出装置であって、太陽電池アレイ又は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によって解列するスイッチング部と、スイッチング部により太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
この地絡検出装置では、地絡が検出される太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されることから、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ、対地静電容量による悪影響が地絡検出に及ぶのを軽減することが可能となる。さらに、地絡検出時において太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが負荷装置に対して電気的に切り離されることとなり、よって、当該負荷装置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、本発明によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
【0010】
ここで、スイッチング部及び検出部の動作を制御する制御部を備え、制御部は、複数の太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて検出部と接続させ、第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行させた後、当該第1太陽電池ストリングを検出部から解列させたときから、複数の太陽電池ストリングのうち第2太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて検出部と接続させるまでの間に、第1待ち時間を介在させることが好ましい。このように第1待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリングが検出部で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
【0011】
また、検出部は、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに接続されたときから地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間を有することが好ましい。このように第2待ち時間を設けることにより、例えばその間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、地絡を誤検出するのを抑制することが可能となる。
【0012】
また、検出部は、接続部を介して互いに接続された第1及び第2検出抵抗を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側に第1検出抵抗における接続部側と反対側を接続すると共に、負極側に第2検出抵抗における接続部と反対側を接続した状態にて、接続部から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、第1及び第2検出抵抗の接続部から接地電位に流れる電流に関する検出値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。なお、検出値としては、例えば、電流センサによって電流値を直接監視する場合には電流値が相当し、抵抗を介在させる場合には当該抵抗に発生する電圧値が相当する(以下の検出値において同様)。
【0013】
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された交流電源を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに交流電源の他方側を接続した状態にて、交流電源から接地電位に流れる電流値のうち交流電源による交流電圧値と同位相の電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、交流電源から接地電位に流れる電流値のうち、交流電源による交流電圧値と同位相の電流値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。
【0014】
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された直流電源を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側又は負極側に直流電源の負極側又は正極側としての他方側を接続した状態にて、直流電源から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、直流電源から接地電位に流れる電流値に関する検出値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。
【0015】
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された検出抵抗を少なくとも1つ有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側のみに検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第1電圧降下値として測定すると共に、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの負極側のみに検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第2電圧降下値として測定し、測定した第1及び第2電圧降下値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。一般的に、零相電流を監視して地絡を検出する場合、零相電流は地絡が生じないと流れないことから、触れた人等に電流が流れる原因となる対地絶縁不良を予め検知するのが困難となることがある。この点、本発明では、零相電流を監視して地絡を検出するのではなく、第1及び第2電圧降下値を測定し当該第1及び第2電圧降下値に基づき地絡の有無を判定することから、対地絶縁不良をも予め好適に検知することが可能となる。
【0016】
また、スイッチング部は、検出部により地絡が検出されなかった場合、解列した太陽電池アレイ又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することが好ましい。この場合、地絡が検出されない太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムに自動的に接続させることができる。
【0017】
また、スイッチング部は、検出部により地絡が検出された場合、解列した太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列した状態のままにすることが好ましい。この場合、地絡が検出された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態のままにしておくことができる。よって、太陽光発電システムにおいて、絶縁不良箇所を電気的に切り離し、その安全性を高めることが可能となる。
【0018】
また、スイッチング部は、複数の太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し、検出部は、スイッチング部により複数の太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することが好ましい。この場合、太陽電池アレイ内の地絡を検出するに当たり、1つの太陽電池ストリング毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
【0019】
また、本発明に係る地絡検出方法は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出方法であって、太陽電池アレイ又は少なくとも1つの太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列する解列ステップと、解列ステップにより太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする。
【0020】
この地絡検出方法においても、地絡が検出される太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
【0021】
ここで、複数の太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し、地絡を検出するための検出部と接続する第1解列ステップと、第1解列ステップの後、第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行し、当該第1太陽電池ストリングを検出部から解列する第1検出ステップと、第1検出ステップの後、複数の太陽電池ストリングのうち第2太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し検出部と接続する第2解列ステップと、第1検出ステップにより第1太陽電池ストリングを検出部から解列したときから、第2解列ステップにより第2太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し検出部と接続するまでの間に、第1待ち時間を介在させる介在ステップと、を含むことが好ましい。このように第1待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリングが検出部で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
【0022】
また、検出ステップでは、地絡を検出するための検出部が解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに接続されたときから地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間が設けられていることが好ましい。このように第2待ち時間を設けることにより、例えばその間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、地絡を誤検出するのを抑制することが可能となる。
【0023】
また、地絡検出ステップにて地絡が検出されなかった場合、解列した太陽電池アレイ又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するステップをさらに含むことが好ましい。この場合、地絡が検出されない太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムに自動的に接続することができる。
【0024】
また、地絡検出ステップにて地絡が検出された場合、解列した太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列した状態のままにするステップをさらに含むことが好ましい。この場合、地絡が検出された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態のままにしておくことができ、太陽光発電システムの安全性を高めることが可能となる。
【0025】
また、解列ステップでは、複数の太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し、検出ステップでは、解列ステップにより複数の太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することが好ましい。この場合、太陽電池アレイ内の地絡を検出するに当たり、1つの太陽電池ストリング毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
【0026】
また、本発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、上記地絡検出装置と、を具備することを特徴とする。
【0027】
この太陽光発電システムにおいても、上記地絡検出装置を具備することから、地絡を検出する太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
【0028】
また、本発明に係る地絡検出プログラムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出するための地絡検出プログラムであって、太陽電池アレイ又は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によって解列する解列機能と、太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【0029】
この地絡検出プログラムによっても、地絡を検出する太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】第1実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。
【図2】第1実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図である。
【図3】第1実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図4】第1実施形態に係る地絡検出装置の演算制御部を示す機能ブロック図である。
【図5】第1実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】第2実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図7】第2実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図8】第2実施形態の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図9】第2実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図13】第3実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図である。
【図11】第3実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図12】第3実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図10】第3実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
【図14】第3実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
【図15】第4実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図16】第4実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図17】第4実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0033】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。図1に示すように、本実施形態の地絡検出装置1は、太陽光発電システム100において太陽電池アレイ101内の地絡を検出するものである。そこで、まず、この太陽光発電システム100について説明する。
【0034】
太陽光発電システム100は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムであり、太陽電池アレイ101と、パワーコンディショナ(負荷装置)102と、を備えている。太陽電池アレイ101は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、直流出力としてパワーコンディショナ102へ供給する。太陽電池アレイ101は、複数(ここでは、3つ)の太陽電池ストリング103が並列接続されて構成されており、複数の太陽電池ストリング103のぞれぞれは、複数(ここでは、8つ)の太陽電池モジュール104が直列接続されて構成されている。これら複数の太陽電池ストリング103は、パワーコンディショナ102に対し、地絡検出装置1のスイッチング部2を介して接続されている。
【0035】
パワーコンディショナ102は、太陽電池アレイ101から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の電力系統(例えば商用電力系統)へ供給する。このパワーコンディショナ102は、太陽電池アレイ101の最大出力が得られるよう太陽電池アレイ101の動作電圧を制御する動作電圧制御機能と、電力系統の異常が検知された場合に安全にシステム停止する等の系統保護機能と、を有している。なお、パワーコンディショナ102は、絶縁トランスを有するトランス絶縁型であってもよいし、トランスレス(非絶縁)型であってもよい。
【0036】
図2は、第1実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図、図3は第1実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図、図4は第1実施形態に係る地絡検出装置の演算制御部を示す機能ブロック図である。図1〜図3に示すように、ここでの地絡検出装置1は、複数の太陽電池ストリング103毎に地絡検出を行う。具体的には、複数の太陽電池ストリング103の中から順次一つずつ選択して解列すると共に、解列した太陽電池ストリング103について絶縁抵抗値を測定して当該絶縁抵抗値に基づき地絡の有無を判定し、地絡がない場合には太陽光発電システム100に再度接続する。地絡検出装置1は、スイッチング部2と、測定部3と、演算制御部4と、記憶部5と、を備えている。
【0037】
図1,2に示すように、スイッチング部2は、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列すると共に、解列された太陽電池ストリング103を測定部3に接続するものである。このスイッチング部2は、各太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列するための解列用スイッチ6と、解列した太陽電池ストリング103を測定部3に接続するための測定用スイッチ7と、を有している。このスイッチング部2内では、各太陽電池ストリング103の正極及び負極が集約され、並列接続された正極母線及び負極母線が構成されている。
【0038】
解列用スイッチ6は、太陽電池ストリング103とパワーコンディショナ102との間に位置し、これらの電気的な接続/非接続を切り替える。解列用スイッチ6は、各太陽電池ストリング103の正極及び負極のそれぞれに直列接続された解列用スイッチ素子6aを複数含んで構成されている。解列用スイッチ素子6aは、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。ここでの解列用スイッチ素子6aは、通常時にオン状態とされて電気的接続状態とされる一方、地絡を検出する際にオフ状態とされて電気的遮断状態とされる。
【0039】
また、複数の解列用スイッチ素子6aのパワーコンディショナ102側の端子は、正極側同士及び負極側同士で結線され、これにより、正極母線及び負極母線が構成されている。これら正極母線及び負極母線は、パワーコンディショナ102に接続されている。解列用スイッチ素子6aとしては、FET(電界効果トランジスタ,Field Effect Transistor)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。
【0040】
このように構成された解列用スイッチ6では、一の太陽電池ストリング103の正極側及び負極側に接続された一組の解列用スイッチ素子6a,6aがオフ状態とされ、これにより、当該一の太陽電池ストリング103が太陽光発電システム100から解列される。
【0041】
測定用スイッチ7は、太陽電池ストリング103と測定部3との間に位置し、これらの電気的な接続/非接続を切り替える。この測定用スイッチ7は、各太陽電池ストリング103の正極及び負極のそれぞれに直列接続された測定用スイッチ素子7aを複数含んで構成されている。測定用スイッチ素子7aは、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じてオンオフ切替を実施する。ここでの測定用スイッチ素子7aは、通常時にオフ状態とされて電気的遮断状態とされる一方、地絡を検出する際にオン状態とされて電気的接続状態とされる。
【0042】
また、複数の測定用スイッチ素子7aの測定部3側の端子は、正極側同士及び負極側同士で結線され、これにより、正極母線及び負極母線が構成されている。これら正極母線及び負極母線は、測定部3に接続されている。測定用スイッチ素子7a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。
【0043】
このように構成された測定用スイッチ7では、解列用スイッチ6により一の太陽電池ストリング103が太陽光発電システム100から解列されたとき、この一の太陽電池ストリング103の正極側及び負極側に接続された一組の測定用スイッチ素子7a,7aがオン状態とされ、これにより、解列された一の太陽電池ストリング103が測定部3で測定可能とされる。
【0044】
図1,3に示すように、測定部3は、解列された太陽電池ストリングについて地絡検出のための測定を行うものであり、極性切替スイッチ8、検出抵抗9及び電圧検出器10を有している。極性切替スイッチ8は、太陽電池ストリング103の正極側に対する接続と負極側に対する接続とを切り替えるものであり、正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yを含んでいる。正極側スイッチ素子8xは、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されており、負極側スイッチ素子8yは、太陽電池ストリング103の負極母線に電気的に接続されている。
【0045】
また、これら正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yのそれぞれは、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じてオンオフ切替を実施する。正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8y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。
【0046】
検出抵抗9は、極性切替スイッチ8と接地電位(大地,グラウンド)Gとの間に接続されている。具体的には、検出抵抗9の一方側は、接地電位Gに電気的に接続されて接地されている。一方、検出抵抗9の他方側は、極性切替スイッチ8に電気的に接続されている、つまり、極性切替スイッチ8を介してスイッチング部2に電気的に接続されている。この検出抵抗9の抵抗値は、例えば検出範囲の絶縁抵抗値(後述)と許容される検出時間とに応じて適宜設定されている。
【0047】
電圧検出器10は、極性切替スイッチ8と検出抵抗9との間、及び検出抵抗9と接地電位Gとの間に電気的に接続されており、検出抵抗9の電圧降下値及びその符号を測定する。電圧降下値の符号は、例えば、接地電位Gに向かって電流が流れる方向を正とし、逆向きを負として設定することができる。また、この電圧検出器10は、太陽電池ストリング103の正極母線及び負極母線のそれぞれにおいて極性切替スイッチ8よりもスイッチング部2側に接続されており、解列された太陽電池ストリング103の正極と負極との間の電位差(以下、「極間電圧値」という)及びその符号を測定する。極間電圧値の符号は、例えば、負極側電位を基準として正極側電位の大小を比較することで設定することができる。この電圧検出器10は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて各種測定を実行する。また、電圧検出器10は、その測定結果を記憶部5に記憶する。
【0048】
このように構成された測定部3では、スイッチング部2により解列された太陽電池ストリング103について、演算制御部4からの指示信号に基づき次の測定を実施する。すなわち、正極側スイッチ素子8xをオン且つ負極側スイッチ素子8yをオフにすることで、正極側を検出抵抗9に接続すると共に負極側を非接続にした状態(解放状態)にし、当該検出抵抗9の電圧降下を第1電圧降下値として測定する。また、正極側スイッチ素子8xをオフ且つ負極側スイッチ素子8yをオンにすることで、正極側を非接続にすると共に負極側を検出抵抗9に接続した状態にし、当該検出抵抗9の電圧降下を第2電圧降下値として測定する。また、スイッチ素子8x,8yをともにオフにすることで正極側及び負極側を非接続にした状態にし、極間電圧値を測定する。
【0049】
演算制御部4は、地絡検出装置1全体を制御すると共に、測定部3による測定結果に基づき演算を行って地絡検出するためのもの(コンピュータ)であり、地絡検出プログラムを実行する。ここでは、演算制御部4は、太陽電池ストリング103の解列/接続、絶縁抵抗値の演算及び記憶、並びに、地絡存否の判定を制御する。この演算制御部4は、スイッチング部2、測定部3及び記憶部5に接続されている。演算制御部4としては、CPU(Central Processing Unit)により構成してもよいし、アナログIC回路やPLD(Programmable LogicDevice)回路により構成してもよい。
【0050】
この演算制御部4は、図4に示すように、地絡検出対象となる太陽電池ストリング103を選定するストリング選定機能と、スイッチング部2の解列用スイッチ6へオンオフ切替を指示して太陽電池ストリング103の解列を制御する解列制御機能と、スイッチング部2の測定用スイッチ7及び測定部3の極性切替スイッチ8へオンオフ切替を指示すると共に、電圧検出器10へ各種測定を指示する測定指示機能と、各太陽電池ストリング103の測定状況や電圧検出器10の測定結果及び演算結果を記憶部5に記憶する記憶機能と、記憶部5に記憶された結果に基づき絶縁抵抗値を演算する絶縁抵抗演算機能と、地絡の有無を判定する地絡判定機能と、を有している。
【0051】
記憶部5は、演算制御部4が実行する地絡検出プログラム、測定部3による測定結果、及び演算制御部4による演算結果を記憶するためのものである。なお、記憶部5としては、半導体メモリや磁気記憶装置等を用いることができる。また、記憶部5に地絡検出プログラムの全部又は一部が記憶されていない場合には、外部記憶装置(例えば、ハードディスク)に地絡検出プログラムの全部又は一部を記憶し、これを読み込むことにより演算制御部4に地絡検出を実行させてもよい。
【0052】
次に、地絡検出装置1により実施される地絡検出方法(地絡検出プログラムによる動作)について、図5のフローチャートを参照しつつ説明する。
【0053】
上述した地絡検出装置1では、太陽光発電システム100の太陽電池アレイ101内の地絡を検出する場合、演算制御部4の各種機能を実行して以下の処理を行い、太陽電池ストリング103毎に地絡を検出する。
【0054】
すなわち、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103を選択する(S1)。続いて、選択した一の太陽電池ストリング103の正極側と負極側とに対応する解列用スイッチ素子6aをオフにし、これにより、当該一の太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から電気的に切り離して解列し、解列状態とする(S2)
【0055】
続いて、解列状態の太陽電池ストリング103における正極側と負極側とに対応する測定用スイッチ素子7a,7aをオンにし、この太陽電池ストリング103を測定部3に接続する(S3)。続いて、解列状態の太陽電池ストリング103について、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10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し、当該測定結果を記憶部5に記憶する(S5)。
【0056】
また、解列状態の太陽電池ストリング103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10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し、当該測定結果を記憶部5に記憶する(S7)。
【0057】
さらに、解列状態の太陽電池ストリング103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10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し、当該測定結果を記憶部5に記憶する(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。
【0058】
続いて、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、下式(1)を用いて、絶縁抵抗値Rleakを算出する。
Rleak=Rd×|V0/(V1−V2)|−Rd …(1)
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
【0059】
続いて、演算した絶縁抵抗値Rleakと、予め記憶部5に記憶されている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。
【0060】
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103について、解列用スイッチ素子6a,6aをオン状態にして太陽光発電システム100に接続すると共に、測定用スイッチ素子7a,7aをオフにして測定部3から切り離す。一方、地絡判定結果が「地絡あり」であれば、解列状態の太陽電池ストリング103について、解列用スイッチ素子6a,6aをオフのままにして解列状態のままにすると共に、測定用スイッチ素子7a,7aをオフにして測定部3から切り離す(S12,S13)。
【0061】
そして、全ての太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakの測定が完了していない場合、上記S1に移行し、絶縁抵抗値Rleakを未測定の太陽電池ストリング103に対して上記S1〜S13を順次続行する。一方、全ての太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakの測定が完了した場合、地絡検出を終了する(S14)。
【0062】
以上、本実施形態では、太陽電池アレイ101内の地絡検出の際、太陽電池アレイ101を構成する太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、そして、この解列状態の太陽電池ストリング103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。
【0063】
さらに、地絡検出時に太陽電池ストリング103がパワーコンディショナ102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102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。
【0064】
ここで、本実施形態においては、上記S13から上記S1に移行する際、所定の待ち時間(ウェイティングタイム)を介在させる場合がある。すなわち、演算制御部4は、第1太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列させて測定部3と接続させ、第1太陽電池ストリング103の地絡の検出を実行させた後であって、当該第1太陽電池ストリング103を測定部3から解列させたときから、第2太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列させて測定部3と接続させるまでの間に、所定の待ち時間(第1待ち時間)を介在させる場合がある。このように第1待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部2の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリング103が測定部3で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
【0065】
さらには、第1待ち時間を設けることにより、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列させる場合であっても、第1待ち時間の間には、全ての太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100に接続して発電に寄与させ得るため、発電量(所定時間当たりの発電能力)の低下を軽減することができる。なお、第1太陽電池ストリング103は、複数の太陽電池ストリング103における一つの太陽電池ストリング103を意図し、第2太陽電池ストリング103は、複数の太陽電池ストリング103における第1太陽電池ストリング103とは別の一つの太陽電池ストリング103を意図している。
【0066】
また、本実施形態では、上記S3の後に、所定の待ち時間(第2待ち時間)を挿入する場合がある。換言すると、解列状態の太陽電池ストリング103に測定部3が接続されたときから地絡検出を開始するまでの間に、第2待ち時間を有する場合がある。この場合、第1及び第2電圧降下値V1,V2をその値が一定となってから(落ち着いてから)測定することができる。すなわち、例えば第2待ち時間の間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、太陽電池ストリング103の対地静電容量による突入電流に起因して地絡を誤検出してしまうのを抑制することが可能となる。
【0067】
また、一般的に、零相電流を監視して地絡を検出する場合、零相電流は地絡が生じないと流れないことから、触れた人等に電流が流れる原因となる対地絶縁不良を予め検知するのが困難となることがある。この点、本実施形態では、零相電流を監視して地絡を検出するのではなく、上述したように、第1及び第2電圧降下値V1,V2を測定し当該第1及び第2電圧降下値V1,V2から演算された絶縁抵抗値Rleakにより地絡の有無を判定するため、対地絶縁不良を予め好適に検知することができる。加えて、第1及び第2電圧降下値V1,V2のバランスから、地絡箇所を検知することも可能となる。
【0068】
また、極性切替スイッチ8による切り替えの際、対地静電容量による突入電流が発生し、正確で迅速な第1及び第2電圧降下値V1,V2の測定が妨げられる虞があるが、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング103の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るため、かかる虞を抑制することができる。
【0069】
また、本実施形態では、上述したように、検出抵抗9の第1及び第2電圧降下値V1,V2と極間電圧値V0とこれらの符号とを測定するだけで、太陽電池ストリング103の地絡検出可能であるため、比較的安価な測定機器でも十分な精度で絶縁抵抗値Rleakを検知することができる。さらに、検出抵抗9に対する太陽電池ストリング103の正極側及び負極側の接続状態を、極性切替スイッチ8のスイッチ操作により選択的に切り替えることが可能となっており、操作性を高めることが可能となる。
【0070】
また、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング103について地絡が検出されなかった場合、この太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100に電気的に接続することができる。つまり、地絡が検出されない太陽電池ストリング103を、太陽光発電システム100に自動的に接続させることが可能となる。
【0071】
また、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング103について地絡が検出された場合、この太陽電池ストリング103を解列状態のままにすることができる。つまり、太陽光発電システム100において、絶縁不良箇所を電気的に切り離し、その安全性を高めることが可能となる。
【0072】
また、本実施形態では、地絡検出の際、地絡検出対象外の太陽電池ストリング103(上記S1にて選択されていない太陽電池ストリング103)がパワーコンディショナ102に接続されたままの状態であることから、地絡検出の際でも有効に発電を行うことが可能となる。
【0073】
なお、パワーコンディショナ102がトランスレス型のものであり、接地された電力系統に太陽電池アレイ101が接続されている場合でも、本実施形態では、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、上記(1)を成立させて地絡を確実に検出することが可能となる。よって、太陽電池アレイ101に接続するパワーコンディショナ102の絶縁型/非絶縁型を問わずに確実に地絡を検出することができ、ユーザの多様なニーズに応えることが可能となる。
【0074】
また、本実施形態では、上述したように、1つの検出抵抗9を用いて絶縁抵抗値Rleakを求めることが可能であるため、複数の検出抵抗9を用いて絶縁抵抗値Rleakを求める場合に必要な“複数の検出抵抗9に対する高精度のキャリブレーション”が不要となり、絶縁抵抗値Rleakの誤差を容易に低減することが可能となる。
【0075】
なお、上記S8,S9においては、解列された太陽電池ストリング103の極間電圧値V0を、正極側スイッチ素子8xをオンにし且つ負極側スイッチ素子8yをオフにした状態で測定してもよいし、正極側スイッチ素子8xをオフにし且つ負極側スイッチ素子8yをオンにした状態で測定してもよいし、これらの両者をオフにした状態で測定してもよい。
【0076】
ちなみに、本実施形態では、1つの検出抵抗9を備え、この検出抵抗9の電圧降下を第1及び第2電圧降下値V1,V2として測定しているが、太陽電池ストリング103の正極側に接続される第1検出抵抗と負極側に接続される第2検出抵抗とを備え、第1検出抵抗の電圧降下を第1電圧降下値V1として測定すると共に、第2検出抵抗の電圧降下を第2電圧降下値V2として測定してもよい。
【0077】
また、正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yを省略し、測定用スイッチ素子7aのオンオフを適宜切り替えることで、検出抵抗9に接続される太陽電池ストリング103及びその電極を直接選択することも可能である。
【0078】
上記において、ストリング選定機能及び解列制御機能が、特許請求の範囲における解列機能(つまり、スイッチング部2によって太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から電気的に切り離し解列する機能)を構成する。また、上記において、測定指示機能、記憶機能、絶縁抵抗演算機能及び地絡判定機能が、特許請求の範囲における検出機能(つまり、測定部3及び演算制御部4によって解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出する機能)を構成する。
【0079】
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
【0080】
図6は、第2実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図6に示すように、本実施形態の地絡検出装置20が上記地絡検出装置1と異なる点は、測定部3(図3参照)に代えて、測定部23を備えた点である。
【0081】
測定部23は、その一方側が互いに接続された第1及び第2検出抵抗21,22と、第1及び第2検出抵抗21,22の接続点(接続部)24と接地電位Gとの間に接続された電流検出器25と、を備えている。第1検出抵抗21の他方側(接続点24と反対側)は、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されている。第2検出抵抗22の他端側(接続点24と反対側)は、太陽電池ストリング103の負極母線に電気的に接続されている。
【0082】
電流検出器25は、第1及び第2検出抵抗21,22と接地電位Gとの間に流れる漏れ電流(つまり、漏洩電流又は零相電流)の電流値(以下、「漏れ電流値Ileak2」という)を測定するものである。この電流検出器25としては、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ている。電流検出器25は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて漏れ電流値Ileak2の測定を実行する。また、電流検出器25は、その測定結果を記憶部5に記憶する。
【0083】
このように構成された本実施形態では、図7のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング103を測定部23に接続した後(上記S3の後)、漏れ電流値Ileak2を測定し、記憶部5に記憶する(S21)。続いて、記憶した漏れ電流値Ileak2と、予め記憶部5に記憶されている基準電流値とを比較し、地絡判定を行う(S22)。具体的には、漏れ電流値Ileak2が基準電流値を超えた場合、「地絡あり」と判定する一方、漏れ電流値Ileak2が基準電流値以下の場合、「地絡無し」と判定する。そして、地絡判定結果が「地絡無し」であれば上記S13に移行し、地絡判定結果が「地絡あり」であれば上記S14に移行する(S22)。
【0084】
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
【0085】
また、本実施形態では、上述したように、漏れ電流値Ileak2に基づいて地絡の有無を判定している。よって、漏れ電流値Ileak2を監視することで、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することが可能となる。また、地絡検出に際し、電圧印加が不要であり、その安全性を確保することができる。
【0086】
ところで、一般的に、漏れ電流値Ileak2を監視して地絡検出を行う場合、太陽光発電システム100の接地電位Gに対する静電容量(対地静電容量)が大きいと、太陽光発電システム100と地絡検出装置1との間の電位差が一定値に達するのに長時間を必要とし、又は一定値に達する前に地絡検出を行うと誤差が生じることが懸念される。これに対し、本実施形態のように、太陽電池ストリング103の単位に解列して検出を行えば、当該懸念を回避し、短い時間で確実に地絡検出を行うこと可能となる。
【0087】
なお、第1及び第2検出抵抗21,22の抵抗値は、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、漏れ電流値Ileak2の検出容易性の観点から所定上限値以下とされている。
【0088】
図8は、第2実施形態の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図8に示すように、変形例に係る地絡検出装置20’は、上記地絡検出装置1に対し、測定部23(図6参照)に代えて測定部23’を備えた点で異なっている。測定部23’では、第1及び第2検出抵抗21,22の接続点24と接地電位Gとの間に第3検出抵抗26が接続されている。また、接続点24と検出抵抗26との間、及び検出抵抗26と接地電位Gとの間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗26の電圧値Vleak2が電圧検出器10により測定される。
【0089】
この地絡検出装置20’では、上記S21において、第3検出抵抗26に発生する電圧値Vleak2を電圧検出器27により測定し記憶し、下式(2)により漏れ電流値Ileak2を演算することが可能である。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Vleak2を測定して電流値Ileak2を求めると、電流値Ileak2を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ileak2=Vleak2/R2 …(2)
但し、R2:第3検出抵抗26の抵抗値
【0090】
図9は、第2実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図9に示すように、他の変形例に係る地絡検出装置20”は、上記地絡検出装置1に対し、測定部23(図6参照)に代えて測定部23”を備えた点で異なっている。測定部23”では、第1及び第2検出抵抗21,22の接続点24が接地電位Gにそのまま接続されている。また、スイッチング部2と検出抵抗21との間、及び検出抵抗21と接続点24との間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗21の電圧値V21が電圧検出器10により測定される。さらにまた、スイッチング部2と検出抵抗22との間、及び検出抵抗22と接続点24との間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗22の電圧値V22が電圧検出器10により測定される。
【0091】
この地絡検出装置20”では、上記S21において、電圧値V21,V22を電圧検出器10により測定して記録し、下式(3)により漏れ電流値Ileak2を演算することが可能である。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値V21,V22を測定して電流値Ileak2を求めると、電流値Ileak2を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ileak2=|V21/R21|−|V22/R22| …(3)
但し、R21:第1検出抵抗21の抵抗値
R22:第2検出抵抗22の抵抗値
【0092】
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
【0093】
図10は、第3実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図、図11は、第3実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図10、11に示すように、本実施形態の地絡検出装置30が上記地絡検出装置1と異なる点は、スイッチング部2(図2参照)に代えてスイッチング部32を備え、測定部3(図3参照)に代えて測定部33を備えた点である。
【0094】
図10に示すように、スイッチング部32は、測定用スイッチ37を有している。測定用スイッチ37は、各太陽電池ストリング103の正極に直列接続された測定用スイッチ素子7aを複数含んでいる。複数の測定用スイッチ素子7aの測定部33側の端子は、正極側同士で結線され、これにより、正極母線が構成されている。
【0095】
図11に示すように、測定部33は、一方側が接地電位Gに電流検出器25を介して接続された交流電源31を有している。交流電源31は、太陽電池ストリング103に対し交流電圧値VAsourceの交流電圧(ACバイアス)を印加するものであり、交流電源31の他方側は、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されている。なお、交流電圧値VAsourceの電圧振幅は、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、電気回路破損防止の観点から所定上限値以下とされている。また、ここでの交流電圧値VAsourceは、好ましい値として、1つの太陽電池ストリング103の電圧値と同程度の電圧値とされている。
【0096】
この交流電源31は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて交流電圧値VAsourceを印加する。また、交流電源31は、交流電圧値VAsourceの波形を記憶部5に記憶する。電流検出器25は、交流電源31と接地電位Gとの間に流れる漏れ電流値Ileak3を測定する。
【0097】
このように構成された本実施形態では、図12のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング103を測定部33に接続した後(上記S3の後)、漏れ電流値Ileak3及び交流電圧値VAsourceとこれらの波形とを測定し、記憶部5に記憶する(S31)。続いて、記憶した測定結果に基づいて、絶縁抵抗値Rleakを演算する(S32)。
【0098】
具体的には、まず、漏れ電流値Ileak3を、交流電圧値VAsourceの同位相成分である漏れ電流値Ileak3−Rと、交流電圧値VAsourceの位相に対し90°異なる成分である漏れ電流値Ileak3−Cと、に分離する。続いて、交流電圧値VAsourceを漏れ電流値Ileak3−Rで除すことによって絶縁抵抗値Rleakを算出する。これは、使用している絶縁材料の誘電損失が小さく太陽電池ストリング103と接地電位Gとの間の誘電損失が無視できる場合、漏れ電流値Ileak3−Rは、絶縁が不完全であるために流れる電流とみなせるためである。そして、演算した絶縁抵抗値Rleakと予め記憶部5に記憶されている基準抵抗値とを比較して地絡を判定する上記S11へ移行することとなる。
【0099】
なお、太陽電池ストリング103と接地電位Gとの間の誘電損失が無視できない場合には、次の方法で絶縁抵抗値Rleakを求めることができる。すなわち、まず、上記S31にて、漏れ電流値Ileak3の波形及び交流電圧値VAsourceの波形を、複数の印加周波数で測定し記憶する。そして、上記S32にて、周波数0における漏れ電流値Ileak3−Rの値を外挿し、絶縁抵抗値Rleakを求める。具体的には、印加周波数をfとしたとき、漏れ電流値Ileak3−Rを周波数に対してプロットする。そして、f=0における漏れ電流値Ileak3−Rを漏れ電流値Ileak3−R0として求め、この漏れ電流値Ileak3−R0で交流電圧値VAsourceを除すことにより絶縁抵抗値Rleakを求める。
【0100】
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
【0101】
また、本実施形態では、上述したように、漏れ電流値Ileak3のうち交流電圧値VAsourceと同位相の電流値Ileak3−Rに基づいて、地絡の有無を判定している。よって、電流値Ileak3−Rを監視することで、解列状態の太陽電池ストリング103における地絡を検出することが可能となる。
【0102】
ところで、一般的に、太陽電池アレイ101と接地電位Gとの間にて交流電圧を印加し、交流電圧値VAsourceと同位相の漏れ電流値Ileak3−Cを監視して地絡検出を行う場合、印加した交流電圧値VAsourceに対し位相が90°異なる漏れ電流値Ileak3−Cを演算処理によって取り除く必要がある。しかし、地絡検出対象の対地静電容量が大きいと、この漏れ電流値Ileak3−Cも大きくなるため、当該演算処理によって十分に取り除くことが困難になり、地絡検出に誤差が生じることが懸念される。これに対して、本実施形態では、太陽電池ストリング103毎に解列して地絡検出を行うことから、対地静電容量を小さくできるため、上記懸念を回避して確実に地絡検出を行うことが可能となる。
【0103】
さらに、このように、太陽電池ストリング103に解列して地絡検出を行うことから、パワーコンディショナ102に交流電源31による交流電圧が印加されるのを防止し、パワーコンディショナ102内のサージアブソーバや対地コンデンサ等の部品に負担がかかったり低寿命化したりするのを抑制でき、機器の破損を防止することも可能となる。
【0104】
なお、上記S31では、上記S32における漏れ電流値Ileak3の演算を容易にするため、複数の周波数で測定を行ってもよい。
【0105】
図13は、第3実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。変形例に係る地絡検出装置30’は、上記地絡検出装置30に対し、スイッチング部32(図10参照)に代えて上記スイッチング部2(図2参照)を備え、図13に示すように、測定部33(図11参照)に代えて測定部33’を備えた点で異なっている。
【0106】
測定部33’では、交流電源31の一方側が電流検出器25を介して接地電位Gに接続されている。また、交流電源31の他方側が、太陽電池ストリング103を検出抵抗35x,35yで分圧した中点36に接続されている。つまり、太陽電池ストリング103の正極母線及び負極母線が、検出抵抗35x,35yをそれぞれ介して中点36にて接続され、この中点36が交流電源31の他方側に接続されている。
【0107】
この変形例に係る地絡検出装置30’では、上記S32において、分圧抵抗の影響を考慮し、下式(4)により太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakを求めることが可能である。また、検出抵抗35x,35yの存在によって漏れ電流値Ileakの大きさを抑えることができ、安全性を高めることが可能となる。
Rleak=VAsource/Ileak3−R
−1/{(1/R31)+(1/R32)}
又は、
Rleak=VAsource/Ileak3−R0
−1/{(1/R31)+(1/R32)} …(4)
但し、R31:検出抵抗35xの抵抗値
R32:検出抵抗35yの抵抗値
【0108】
図14は、第3実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。図14に示すように、他の変形例に係る地絡検出装置30”は、上記地絡検出装置30に対し、測定部33(図11参照)に代えて測定部33”を備えた点で異なっている。
【0109】
測定部33”では、交流電源31の一方側が検出抵抗38を介して接地電位Gに接続されている。また、交流電源31の他方側が、太陽電池ストリング103の正極母線に接続されている。さらにまた、交流電源31と検出抵抗38との間、及び検出抵抗38と接地電位Gとの間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗38の電圧値が電圧検出器10により測定される。
【0110】
この他の変形例に係る地絡検出装置30”では、上記S31において、検出抵抗38に発生する電圧値Vleak3の波形を測定し記憶する。そして、上記S32において、電圧値Vleak3を検出抵抗38の抵抗値R33で除し、この値(Vleak3/R33)を漏れ電流値Ileak3と同様に取り扱うことで漏れ電流値Ileak3−Rを演算で求め、下式(5)により太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakを求めることが可能である。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Vleak3を測定して電流値Ileak3を求めると、電流値Ileak3を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Rleak=VAsource/Ileak3−R−R33
又は、
Rleak=VAsource/Ileak3−R0−R33 …(5)
【0111】
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第3実施形態と異なる点について主に説明する。
【0112】
図15は、第4実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図15に示すように、本実施形態の地絡検出装置40が上記地絡検出装置30と異なる点は、測定部33(図11参照)に代えて測定部43を備えた点である。
【0113】
測定部43は、太陽電池ストリング103に対し直流電圧値VDsourceの電圧(DCバイアス)を印加する直流電源42を有している。直流電源42の一方側は、正極側とされており、接地電位Gに検出抵抗41を介して接続されている。一方、直流電源42の他方側は、負極側とされており、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されている。なお、直流電圧値VDsourceの電圧は、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の観点から所定上限値以下とされている。また、ここでの直流電圧値VDsourceは、好ましい値として、1つの太陽電池ストリング103の電圧値と同程度の電圧値とされている。
【0114】
この直流電源42は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて直流電圧値VDsourceを印加する。また、直流電源42は、直流電圧値VDsourceを記憶部5に記憶する。さらに、測定部43は、検出抵抗41にて発生する電圧値Vleak4を検出する電圧検出器10を有している。電圧検出器10は、直流電源42と検出抵抗41との間、及び検出抵抗41と接地電位Gとの間に電気的に接続されている。
【0115】
このように構成された本実施形態では、図16のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング103を測定部43に接続した後(上記S3の後)、検出抵抗41の電圧値Vleak4を測定し、記憶部5に記憶する(S41)。続いて、記憶した電圧値Vleak4に基づいて、下式(6)により漏れ電流値Ileak4を演算する(S42)。そして、演算した漏れ電流値Ileak4と予め記憶部5に記憶されている基準電流値とを比較して地絡を判定する上記S11へ移行することとなる。
Ileak4=Vleak4/R41 …(6)
但し、R41:検出抵抗41の抵抗値
【0116】
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
【0117】
また、本実施形態では、上述したように、直流電源42から接地電位Gに流れる漏れ電流値Ileak4に基づいて地絡の有無を判定している。よって、漏れ電流値Ileak4を監視することで、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することが可能となる。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Vleak4を測定して電流値Ileak4を求めると、電流値Ileak4を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
【0118】
また、上述したように、太陽電池ストリング103に解列して地絡検出を行うことから、パワーコンディショナ102に直流電源42による直流電圧が印加されるのを防止し、パワーコンディショナ102内のサージアブソーバや対地コンデンサ等の部品に負担がかかったり低寿命化したりするのを抑制でき、機器の破損を防止することが可能となる。
【0119】
なお、本実施形態では、直流電源42の他方側が太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されているが、直流電源42の他方側が太陽電池ストリング103の負極母線に電気的に接続されていてもよい。この場合、直流電源42の一方側は、正極側とされ、接地電位Gに検出抵抗41を介して接続される一方、直流電源42の他方側は、負極側とされ、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続される。
【0120】
図17は、第4実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。図17に示すように、変形例に係る地絡検出装置40’は、上記地絡検出装置40に対し、測定部43(図15参照)に代えて測定部43’を備えた点で異なっている。測定部43’では、直流電源42の一方側が、電流検出器25を介して接地電位Gに接続されている。ここでの電流検出器25は、直流電源42から接地電位Gに流れる漏れ電流値Ileak4を測定する。
【0121】
この変形例に係る地絡検出装置40’では、上記S41において、漏れ電流値Ileak4を測定し記憶でき、上記S42を省略することが可能となる。
【0122】
以上、本発明の好適な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られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【0123】
例えば、上記実施形態では、負荷装置としてパワーコンディショナ102を備えているが、負荷装置は、電力を消費又は変換するものであればよく、コンバータや蓄電池等の直流負荷であってもよい。また、太陽電池アレイ101を構成する太陽電池ストリング103の数は、2つでもよいし、4つ以上でもよく、また、各太陽電池ストリング103を構成する太陽電池モジュール104の数は、2〜7つでもよいし、9つ以上でもよい。
【0124】
また、上記実施形態では、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列したが、これに限定されるものではなく、太陽電池アレイ101を太陽光発電システム100から解列し、当該太陽電池アレイ101の地絡を検出してもよい。上記において、測定部及び演算制御部が検出部を構成し、演算制御部が制御部を構成する。
【0125】
また、本発明では、複数の太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し(つまり、複数の太陽電池ストリング103単位で解列し)、解列状態における複数の太陽電池ストリング103の地絡を検出してもよい。この場合、太陽電池アレイ101内の地絡を検出するに当たり、1つの太陽電池ストリング103毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
【符号の説明】
【0126】
1…地絡検出装置、2,32…スイッチング部、3,23,23’,23”,33,33’,33”,43,43’…測定部(検出部)、4…演算制御部(検出部,制御部)、9…検出抵抗、21…第1検出抵抗、22…第2検出抵抗、24…第1及び第2検出抵抗の接続点(接続部)、26…第3検出抵抗、31…交流電源、35x…第1検出抵抗、35y…第2検出抵抗、38…検出抵抗、41…検出抵抗、42…直流電源、100…太陽光発電システム、101…太陽電池アレイ、102…パワーコンディショナ(負荷装置)、103…太陽電池ストリング、104…太陽電池モジュール、G…接地電位。
【技術分野】
【0001】
本発明は、地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
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接続されて太陽電池ストリングが構成され、さらに、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて太陽電池アレイが構成されている。この太陽電池アレイからの出力は、パワーコンディショナ等の負荷装置に供給され、商用電力系統等に供給される。
【0003】
このような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、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、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。この地絡を検出するものとして、従来、例えば特許文献1に記載された地絡検出装置が知られている。特許文献1に記載の地絡検出装置では、接地された太陽電池アレイの電路から大地に流れる電流値が測定され、この電流値が予め設定された電流設定値を超えたとき、太陽電池アレイの地絡が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−158282号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記地絡検出装置は、太陽光発電システムが有する対地静電容量の影響で、地絡を誤検出してしまう虞がある。特に、太陽電池モジュールや太陽電池ストリングの数を増やす等して太陽電池アレイを大規模に構成する場合、太陽電池ストリングを接続する導線が長くなったり、総面積が大きくなったりすることから、対地静電容量が増加するため、かかる虞は顕著となる。
【0006】
さらに、上記地絡検出装置は、地絡検出の際、負荷装置に起因して生じるノイズ(例えば、高周波スイッチ動作や、商用周波数(50〜60Hz)等により生じるノイズ)の影響を受け易く、このことからも、地絡を誤検出してしまう虞がある。
【0007】
そこで、本発明は、地絡を確実に検出することができる地絡検出装置、地絡検出方法及び太陽光発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明に係る地絡検出装置は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出装置であって、太陽電池アレイ又は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によって解列するスイッチング部と、スイッチング部により太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
この地絡検出装置では、地絡が検出される太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されることから、地絡検出対象の対地静電容量を下げることができ、対地静電容量による悪影響が地絡検出に及ぶのを軽減することが可能となる。さらに、地絡検出時において太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが負荷装置に対して電気的に切り離されることとなり、よって、当該負荷装置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、本発明によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
【0010】
ここで、スイッチング部及び検出部の動作を制御する制御部を備え、制御部は、複数の太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて検出部と接続させ、第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行させた後、当該第1太陽電池ストリングを検出部から解列させたときから、複数の太陽電池ストリングのうち第2太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて検出部と接続させるまでの間に、第1待ち時間を介在させることが好ましい。このように第1待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリングが検出部で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
【0011】
また、検出部は、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに接続されたときから地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間を有することが好ましい。このように第2待ち時間を設けることにより、例えばその間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、地絡を誤検出するのを抑制することが可能となる。
【0012】
また、検出部は、接続部を介して互いに接続された第1及び第2検出抵抗を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側に第1検出抵抗における接続部側と反対側を接続すると共に、負極側に第2検出抵抗における接続部と反対側を接続した状態にて、接続部から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、第1及び第2検出抵抗の接続部から接地電位に流れる電流に関する検出値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。なお、検出値としては、例えば、電流センサによって電流値を直接監視する場合には電流値が相当し、抵抗を介在させる場合には当該抵抗に発生する電圧値が相当する(以下の検出値において同様)。
【0013】
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された交流電源を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに交流電源の他方側を接続した状態にて、交流電源から接地電位に流れる電流値のうち交流電源による交流電圧値と同位相の電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、交流電源から接地電位に流れる電流値のうち、交流電源による交流電圧値と同位相の電流値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。
【0014】
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された直流電源を有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側又は負極側に直流電源の負極側又は正極側としての他方側を接続した状態にて、直流電源から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。この場合、直流電源から接地電位に流れる電流値に関する検出値を監視することで、解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングにおける地絡を検出することが可能となる。
【0015】
また、検出部は、一方側が接地電位に接続された検出抵抗を少なくとも1つ有しており、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの正極側のみに検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第1電圧降下値として測定すると共に、解列された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングの負極側のみに検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第2電圧降下値として測定し、測定した第1及び第2電圧降下値に基づいて、地絡の有無を判定することが好ましい。一般的に、零相電流を監視して地絡を検出する場合、零相電流は地絡が生じないと流れないことから、触れた人等に電流が流れる原因となる対地絶縁不良を予め検知するのが困難となることがある。この点、本発明では、零相電流を監視して地絡を検出するのではなく、第1及び第2電圧降下値を測定し当該第1及び第2電圧降下値に基づき地絡の有無を判定することから、対地絶縁不良をも予め好適に検知することが可能となる。
【0016】
また、スイッチング部は、検出部により地絡が検出されなかった場合、解列した太陽電池アレイ又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することが好ましい。この場合、地絡が検出されない太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムに自動的に接続させることができる。
【0017】
また、スイッチング部は、検出部により地絡が検出された場合、解列した太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列した状態のままにすることが好ましい。この場合、地絡が検出された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態のままにしておくことができる。よって、太陽光発電システムにおいて、絶縁不良箇所を電気的に切り離し、その安全性を高めることが可能となる。
【0018】
また、スイッチング部は、複数の太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し、検出部は、スイッチング部により複数の太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することが好ましい。この場合、太陽電池アレイ内の地絡を検出するに当たり、1つの太陽電池ストリング毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
【0019】
また、本発明に係る地絡検出方法は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出方法であって、太陽電池アレイ又は少なくとも1つの太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列する解列ステップと、解列ステップにより太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする。
【0020】
この地絡検出方法においても、地絡が検出される太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
【0021】
ここで、複数の太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し、地絡を検出するための検出部と接続する第1解列ステップと、第1解列ステップの後、第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行し、当該第1太陽電池ストリングを検出部から解列する第1検出ステップと、第1検出ステップの後、複数の太陽電池ストリングのうち第2太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し検出部と接続する第2解列ステップと、第1検出ステップにより第1太陽電池ストリングを検出部から解列したときから、第2解列ステップにより第2太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し検出部と接続するまでの間に、第1待ち時間を介在させる介在ステップと、を含むことが好ましい。このように第1待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリングが検出部で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
【0022】
また、検出ステップでは、地絡を検出するための検出部が解列状態の太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングに接続されたときから地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間が設けられていることが好ましい。このように第2待ち時間を設けることにより、例えばその間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、地絡を誤検出するのを抑制することが可能となる。
【0023】
また、地絡検出ステップにて地絡が検出されなかった場合、解列した太陽電池アレイ又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するステップをさらに含むことが好ましい。この場合、地絡が検出されない太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムに自動的に接続することができる。
【0024】
また、地絡検出ステップにて地絡が検出された場合、解列した太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列した状態のままにするステップをさらに含むことが好ましい。この場合、地絡が検出された太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態のままにしておくことができ、太陽光発電システムの安全性を高めることが可能となる。
【0025】
また、解列ステップでは、複数の太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列し、検出ステップでは、解列ステップにより複数の太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することが好ましい。この場合、太陽電池アレイ内の地絡を検出するに当たり、1つの太陽電池ストリング毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
【0026】
また、本発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、上記地絡検出装置と、を具備することを特徴とする。
【0027】
この太陽光発電システムにおいても、上記地絡検出装置を具備することから、地絡を検出する太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
【0028】
また、本発明に係る地絡検出プログラムは、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、太陽電池アレイ内の地絡を検出するための地絡検出プログラムであって、太陽電池アレイ又は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によって解列する解列機能と、太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【0029】
この地絡検出プログラムによっても、地絡を検出する太陽電池アレイ又は太陽電池ストリングが太陽光発電システムから解列されるため、上記作用効果、すなわち、地絡を確実に検出するという作用効果が奏される。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、地絡を確実に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】第1実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。
【図2】第1実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図である。
【図3】第1実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図4】第1実施形態に係る地絡検出装置の演算制御部を示す機能ブロック図である。
【図5】第1実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】第2実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図7】第2実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図8】第2実施形態の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図9】第2実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図13】第3実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図である。
【図11】第3実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図12】第3実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図10】第3実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
【図14】第3実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
【図15】第4実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。
【図16】第4実施形態に係る地絡検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図17】第4実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0033】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る地絡検出装置を備えた太陽光発電システムを示す概略構成図である。図1に示すように、本実施形態の地絡検出装置1は、太陽光発電システム100において太陽電池アレイ101内の地絡を検出するものである。そこで、まず、この太陽光発電システム100について説明する。
【0034】
太陽光発電システム100は、太陽光エネルギを利用して発電を行う発電システムであり、太陽電池アレイ101と、パワーコンディショナ(負荷装置)102と、を備えている。太陽電池アレイ101は、太陽光エネルギを電気エネルギへ変換し、直流出力としてパワーコンディショナ102へ供給する。太陽電池アレイ101は、複数(ここでは、3つ)の太陽電池ストリング103が並列接続されて構成されており、複数の太陽電池ストリング103のぞれぞれは、複数(ここでは、8つ)の太陽電池モジュール104が直列接続されて構成されている。これら複数の太陽電池ストリング103は、パワーコンディショナ102に対し、地絡検出装置1のスイッチング部2を介して接続されている。
【0035】
パワーコンディショナ102は、太陽電池アレイ101から供給された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を後段の電力系統(例えば商用電力系統)へ供給する。このパワーコンディショナ102は、太陽電池アレイ101の最大出力が得られるよう太陽電池アレイ101の動作電圧を制御する動作電圧制御機能と、電力系統の異常が検知された場合に安全にシステム停止する等の系統保護機能と、を有している。なお、パワーコンディショナ102は、絶縁トランスを有するトランス絶縁型であってもよいし、トランスレス(非絶縁)型であってもよい。
【0036】
図2は、第1実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図、図3は第1実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図、図4は第1実施形態に係る地絡検出装置の演算制御部を示す機能ブロック図である。図1〜図3に示すように、ここでの地絡検出装置1は、複数の太陽電池ストリング103毎に地絡検出を行う。具体的には、複数の太陽電池ストリング103の中から順次一つずつ選択して解列すると共に、解列した太陽電池ストリング103について絶縁抵抗値を測定して当該絶縁抵抗値に基づき地絡の有無を判定し、地絡がない場合には太陽光発電システム100に再度接続する。地絡検出装置1は、スイッチング部2と、測定部3と、演算制御部4と、記憶部5と、を備えている。
【0037】
図1,2に示すように、スイッチング部2は、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列すると共に、解列された太陽電池ストリング103を測定部3に接続するものである。このスイッチング部2は、各太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列するための解列用スイッチ6と、解列した太陽電池ストリング103を測定部3に接続するための測定用スイッチ7と、を有している。このスイッチング部2内では、各太陽電池ストリング103の正極及び負極が集約され、並列接続された正極母線及び負極母線が構成されている。
【0038】
解列用スイッチ6は、太陽電池ストリング103とパワーコンディショナ102との間に位置し、これらの電気的な接続/非接続を切り替える。解列用スイッチ6は、各太陽電池ストリング103の正極及び負極のそれぞれに直列接続された解列用スイッチ素子6aを複数含んで構成されている。解列用スイッチ素子6aは、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じてオンオフを切り替える。ここでの解列用スイッチ素子6aは、通常時にオン状態とされて電気的接続状態とされる一方、地絡を検出する際にオフ状態とされて電気的遮断状態とされる。
【0039】
また、複数の解列用スイッチ素子6aのパワーコンディショナ102側の端子は、正極側同士及び負極側同士で結線され、これにより、正極母線及び負極母線が構成されている。これら正極母線及び負極母線は、パワーコンディショナ102に接続されている。解列用スイッチ素子6aとしては、FET(電界効果トランジスタ,Field Effect Transistor)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。
【0040】
このように構成された解列用スイッチ6では、一の太陽電池ストリング103の正極側及び負極側に接続された一組の解列用スイッチ素子6a,6aがオフ状態とされ、これにより、当該一の太陽電池ストリング103が太陽光発電システム100から解列される。
【0041】
測定用スイッチ7は、太陽電池ストリング103と測定部3との間に位置し、これらの電気的な接続/非接続を切り替える。この測定用スイッチ7は、各太陽電池ストリング103の正極及び負極のそれぞれに直列接続された測定用スイッチ素子7aを複数含んで構成されている。測定用スイッチ素子7aは、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じてオンオフ切替を実施する。ここでの測定用スイッチ素子7aは、通常時にオフ状態とされて電気的遮断状態とされる一方、地絡を検出する際にオン状態とされて電気的接続状態とされる。
【0042】
また、複数の測定用スイッチ素子7aの測定部3側の端子は、正極側同士及び負極側同士で結線され、これにより、正極母線及び負極母線が構成されている。これら正極母線及び負極母線は、測定部3に接続されている。測定用スイッチ素子7a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。
【0043】
このように構成された測定用スイッチ7では、解列用スイッチ6により一の太陽電池ストリング103が太陽光発電システム100から解列されたとき、この一の太陽電池ストリング103の正極側及び負極側に接続された一組の測定用スイッチ素子7a,7aがオン状態とされ、これにより、解列された一の太陽電池ストリング103が測定部3で測定可能とされる。
【0044】
図1,3に示すように、測定部3は、解列された太陽電池ストリングについて地絡検出のための測定を行うものであり、極性切替スイッチ8、検出抵抗9及び電圧検出器10を有している。極性切替スイッチ8は、太陽電池ストリング103の正極側に対する接続と負極側に対する接続とを切り替えるものであり、正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yを含んでいる。正極側スイッチ素子8xは、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されており、負極側スイッチ素子8yは、太陽電池ストリング103の負極母線に電気的に接続されている。
【0045】
また、これら正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yのそれぞれは、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じてオンオフ切替を実施する。正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8y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。
【0046】
検出抵抗9は、極性切替スイッチ8と接地電位(大地,グラウンド)Gとの間に接続されている。具体的には、検出抵抗9の一方側は、接地電位Gに電気的に接続されて接地されている。一方、検出抵抗9の他方側は、極性切替スイッチ8に電気的に接続されている、つまり、極性切替スイッチ8を介してスイッチング部2に電気的に接続されている。この検出抵抗9の抵抗値は、例えば検出範囲の絶縁抵抗値(後述)と許容される検出時間とに応じて適宜設定されている。
【0047】
電圧検出器10は、極性切替スイッチ8と検出抵抗9との間、及び検出抵抗9と接地電位Gとの間に電気的に接続されており、検出抵抗9の電圧降下値及びその符号を測定する。電圧降下値の符号は、例えば、接地電位Gに向かって電流が流れる方向を正とし、逆向きを負として設定することができる。また、この電圧検出器10は、太陽電池ストリング103の正極母線及び負極母線のそれぞれにおいて極性切替スイッチ8よりもスイッチング部2側に接続されており、解列された太陽電池ストリング103の正極と負極との間の電位差(以下、「極間電圧値」という)及びその符号を測定する。極間電圧値の符号は、例えば、負極側電位を基準として正極側電位の大小を比較することで設定することができる。この電圧検出器10は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて各種測定を実行する。また、電圧検出器10は、その測定結果を記憶部5に記憶する。
【0048】
このように構成された測定部3では、スイッチング部2により解列された太陽電池ストリング103について、演算制御部4からの指示信号に基づき次の測定を実施する。すなわち、正極側スイッチ素子8xをオン且つ負極側スイッチ素子8yをオフにすることで、正極側を検出抵抗9に接続すると共に負極側を非接続にした状態(解放状態)にし、当該検出抵抗9の電圧降下を第1電圧降下値として測定する。また、正極側スイッチ素子8xをオフ且つ負極側スイッチ素子8yをオンにすることで、正極側を非接続にすると共に負極側を検出抵抗9に接続した状態にし、当該検出抵抗9の電圧降下を第2電圧降下値として測定する。また、スイッチ素子8x,8yをともにオフにすることで正極側及び負極側を非接続にした状態にし、極間電圧値を測定する。
【0049】
演算制御部4は、地絡検出装置1全体を制御すると共に、測定部3による測定結果に基づき演算を行って地絡検出するためのもの(コンピュータ)であり、地絡検出プログラムを実行する。ここでは、演算制御部4は、太陽電池ストリング103の解列/接続、絶縁抵抗値の演算及び記憶、並びに、地絡存否の判定を制御する。この演算制御部4は、スイッチング部2、測定部3及び記憶部5に接続されている。演算制御部4としては、CPU(Central Processing Unit)により構成してもよいし、アナログIC回路やPLD(Programmable LogicDevice)回路により構成してもよい。
【0050】
この演算制御部4は、図4に示すように、地絡検出対象となる太陽電池ストリング103を選定するストリング選定機能と、スイッチング部2の解列用スイッチ6へオンオフ切替を指示して太陽電池ストリング103の解列を制御する解列制御機能と、スイッチング部2の測定用スイッチ7及び測定部3の極性切替スイッチ8へオンオフ切替を指示すると共に、電圧検出器10へ各種測定を指示する測定指示機能と、各太陽電池ストリング103の測定状況や電圧検出器10の測定結果及び演算結果を記憶部5に記憶する記憶機能と、記憶部5に記憶された結果に基づき絶縁抵抗値を演算する絶縁抵抗演算機能と、地絡の有無を判定する地絡判定機能と、を有している。
【0051】
記憶部5は、演算制御部4が実行する地絡検出プログラム、測定部3による測定結果、及び演算制御部4による演算結果を記憶するためのものである。なお、記憶部5としては、半導体メモリや磁気記憶装置等を用いることができる。また、記憶部5に地絡検出プログラムの全部又は一部が記憶されていない場合には、外部記憶装置(例えば、ハードディスク)に地絡検出プログラムの全部又は一部を記憶し、これを読み込むことにより演算制御部4に地絡検出を実行させてもよい。
【0052】
次に、地絡検出装置1により実施される地絡検出方法(地絡検出プログラムによる動作)について、図5のフローチャートを参照しつつ説明する。
【0053】
上述した地絡検出装置1では、太陽光発電システム100の太陽電池アレイ101内の地絡を検出する場合、演算制御部4の各種機能を実行して以下の処理を行い、太陽電池ストリング103毎に地絡を検出する。
【0054】
すなわち、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103を選択する(S1)。続いて、選択した一の太陽電池ストリング103の正極側と負極側とに対応する解列用スイッチ素子6aをオフにし、これにより、当該一の太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から電気的に切り離して解列し、解列状態とする(S2)
【0055】
続いて、解列状態の太陽電池ストリング103における正極側と負極側とに対応する測定用スイッチ素子7a,7aをオンにし、この太陽電池ストリング103を測定部3に接続する(S3)。続いて、解列状態の太陽電池ストリング103について、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10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し、当該測定結果を記憶部5に記憶する(S5)。
【0056】
また、解列状態の太陽電池ストリング103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10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し、当該測定結果を記憶部5に記憶する(S7)。
【0057】
さらに、解列状態の太陽電池ストリング103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10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し、当該測定結果を記憶部5に記憶する(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。
【0058】
続いて、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、下式(1)を用いて、絶縁抵抗値Rleakを算出する。
Rleak=Rd×|V0/(V1−V2)|−Rd …(1)
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
【0059】
続いて、演算した絶縁抵抗値Rleakと、予め記憶部5に記憶されている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。
【0060】
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103について、解列用スイッチ素子6a,6aをオン状態にして太陽光発電システム100に接続すると共に、測定用スイッチ素子7a,7aをオフにして測定部3から切り離す。一方、地絡判定結果が「地絡あり」であれば、解列状態の太陽電池ストリング103について、解列用スイッチ素子6a,6aをオフのままにして解列状態のままにすると共に、測定用スイッチ素子7a,7aをオフにして測定部3から切り離す(S12,S13)。
【0061】
そして、全ての太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakの測定が完了していない場合、上記S1に移行し、絶縁抵抗値Rleakを未測定の太陽電池ストリング103に対して上記S1〜S13を順次続行する。一方、全ての太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakの測定が完了した場合、地絡検出を終了する(S14)。
【0062】
以上、本実施形態では、太陽電池アレイ101内の地絡検出の際、太陽電池アレイ101を構成する太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、そして、この解列状態の太陽電池ストリング103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。
【0063】
さらに、地絡検出時に太陽電池ストリング103がパワーコンディショナ102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102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。
【0064】
ここで、本実施形態においては、上記S13から上記S1に移行する際、所定の待ち時間(ウェイティングタイム)を介在させる場合がある。すなわち、演算制御部4は、第1太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列させて測定部3と接続させ、第1太陽電池ストリング103の地絡の検出を実行させた後であって、当該第1太陽電池ストリング103を測定部3から解列させたときから、第2太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列させて測定部3と接続させるまでの間に、所定の待ち時間(第1待ち時間)を介在させる場合がある。このように第1待ち時間を設けることにより、例えばスイッチング部2の誤動作等に起因して複数の太陽電池ストリング103が測定部3で並列接続され、予期しない電流が流れてしまうことを防止できる。
【0065】
さらには、第1待ち時間を設けることにより、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列させる場合であっても、第1待ち時間の間には、全ての太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100に接続して発電に寄与させ得るため、発電量(所定時間当たりの発電能力)の低下を軽減することができる。なお、第1太陽電池ストリング103は、複数の太陽電池ストリング103における一つの太陽電池ストリング103を意図し、第2太陽電池ストリング103は、複数の太陽電池ストリング103における第1太陽電池ストリング103とは別の一つの太陽電池ストリング103を意図している。
【0066】
また、本実施形態では、上記S3の後に、所定の待ち時間(第2待ち時間)を挿入する場合がある。換言すると、解列状態の太陽電池ストリング103に測定部3が接続されたときから地絡検出を開始するまでの間に、第2待ち時間を有する場合がある。この場合、第1及び第2電圧降下値V1,V2をその値が一定となってから(落ち着いてから)測定することができる。すなわち、例えば第2待ち時間の間に対地静電容量に蓄えられた電荷を放電させることができ、太陽電池ストリング103の対地静電容量による突入電流に起因して地絡を誤検出してしまうのを抑制することが可能となる。
【0067】
また、一般的に、零相電流を監視して地絡を検出する場合、零相電流は地絡が生じないと流れないことから、触れた人等に電流が流れる原因となる対地絶縁不良を予め検知するのが困難となることがある。この点、本実施形態では、零相電流を監視して地絡を検出するのではなく、上述したように、第1及び第2電圧降下値V1,V2を測定し当該第1及び第2電圧降下値V1,V2から演算された絶縁抵抗値Rleakにより地絡の有無を判定するため、対地絶縁不良を予め好適に検知することができる。加えて、第1及び第2電圧降下値V1,V2のバランスから、地絡箇所を検知することも可能となる。
【0068】
また、極性切替スイッチ8による切り替えの際、対地静電容量による突入電流が発生し、正確で迅速な第1及び第2電圧降下値V1,V2の測定が妨げられる虞があるが、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング103の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るため、かかる虞を抑制することができる。
【0069】
また、本実施形態では、上述したように、検出抵抗9の第1及び第2電圧降下値V1,V2と極間電圧値V0とこれらの符号とを測定するだけで、太陽電池ストリング103の地絡検出可能であるため、比較的安価な測定機器でも十分な精度で絶縁抵抗値Rleakを検知することができる。さらに、検出抵抗9に対する太陽電池ストリング103の正極側及び負極側の接続状態を、極性切替スイッチ8のスイッチ操作により選択的に切り替えることが可能となっており、操作性を高めることが可能となる。
【0070】
また、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング103について地絡が検出されなかった場合、この太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100に電気的に接続することができる。つまり、地絡が検出されない太陽電池ストリング103を、太陽光発電システム100に自動的に接続させることが可能となる。
【0071】
また、本実施形態では、上述したように、解列状態の太陽電池ストリング103について地絡が検出された場合、この太陽電池ストリング103を解列状態のままにすることができる。つまり、太陽光発電システム100において、絶縁不良箇所を電気的に切り離し、その安全性を高めることが可能となる。
【0072】
また、本実施形態では、地絡検出の際、地絡検出対象外の太陽電池ストリング103(上記S1にて選択されていない太陽電池ストリング103)がパワーコンディショナ102に接続されたままの状態であることから、地絡検出の際でも有効に発電を行うことが可能となる。
【0073】
なお、パワーコンディショナ102がトランスレス型のものであり、接地された電力系統に太陽電池アレイ101が接続されている場合でも、本実施形態では、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、上記(1)を成立させて地絡を確実に検出することが可能となる。よって、太陽電池アレイ101に接続するパワーコンディショナ102の絶縁型/非絶縁型を問わずに確実に地絡を検出することができ、ユーザの多様なニーズに応えることが可能となる。
【0074】
また、本実施形態では、上述したように、1つの検出抵抗9を用いて絶縁抵抗値Rleakを求めることが可能であるため、複数の検出抵抗9を用いて絶縁抵抗値Rleakを求める場合に必要な“複数の検出抵抗9に対する高精度のキャリブレーション”が不要となり、絶縁抵抗値Rleakの誤差を容易に低減することが可能となる。
【0075】
なお、上記S8,S9においては、解列された太陽電池ストリング103の極間電圧値V0を、正極側スイッチ素子8xをオンにし且つ負極側スイッチ素子8yをオフにした状態で測定してもよいし、正極側スイッチ素子8xをオフにし且つ負極側スイッチ素子8yをオンにした状態で測定してもよいし、これらの両者をオフにした状態で測定してもよい。
【0076】
ちなみに、本実施形態では、1つの検出抵抗9を備え、この検出抵抗9の電圧降下を第1及び第2電圧降下値V1,V2として測定しているが、太陽電池ストリング103の正極側に接続される第1検出抵抗と負極側に接続される第2検出抵抗とを備え、第1検出抵抗の電圧降下を第1電圧降下値V1として測定すると共に、第2検出抵抗の電圧降下を第2電圧降下値V2として測定してもよい。
【0077】
また、正極側スイッチ素子8x及び負極側スイッチ素子8yを省略し、測定用スイッチ素子7aのオンオフを適宜切り替えることで、検出抵抗9に接続される太陽電池ストリング103及びその電極を直接選択することも可能である。
【0078】
上記において、ストリング選定機能及び解列制御機能が、特許請求の範囲における解列機能(つまり、スイッチング部2によって太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から電気的に切り離し解列する機能)を構成する。また、上記において、測定指示機能、記憶機能、絶縁抵抗演算機能及び地絡判定機能が、特許請求の範囲における検出機能(つまり、測定部3及び演算制御部4によって解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出する機能)を構成する。
【0079】
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
【0080】
図6は、第2実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図6に示すように、本実施形態の地絡検出装置20が上記地絡検出装置1と異なる点は、測定部3(図3参照)に代えて、測定部23を備えた点である。
【0081】
測定部23は、その一方側が互いに接続された第1及び第2検出抵抗21,22と、第1及び第2検出抵抗21,22の接続点(接続部)24と接地電位Gとの間に接続された電流検出器25と、を備えている。第1検出抵抗21の他方側(接続点24と反対側)は、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されている。第2検出抵抗22の他端側(接続点24と反対側)は、太陽電池ストリング103の負極母線に電気的に接続されている。
【0082】
電流検出器25は、第1及び第2検出抵抗21,22と接地電位Gとの間に流れる漏れ電流(つまり、漏洩電流又は零相電流)の電流値(以下、「漏れ電流値Ileak2」という)を測定するものである。この電流検出器25としては、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ている。電流検出器25は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて漏れ電流値Ileak2の測定を実行する。また、電流検出器25は、その測定結果を記憶部5に記憶する。
【0083】
このように構成された本実施形態では、図7のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング103を測定部23に接続した後(上記S3の後)、漏れ電流値Ileak2を測定し、記憶部5に記憶する(S21)。続いて、記憶した漏れ電流値Ileak2と、予め記憶部5に記憶されている基準電流値とを比較し、地絡判定を行う(S22)。具体的には、漏れ電流値Ileak2が基準電流値を超えた場合、「地絡あり」と判定する一方、漏れ電流値Ileak2が基準電流値以下の場合、「地絡無し」と判定する。そして、地絡判定結果が「地絡無し」であれば上記S13に移行し、地絡判定結果が「地絡あり」であれば上記S14に移行する(S22)。
【0084】
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
【0085】
また、本実施形態では、上述したように、漏れ電流値Ileak2に基づいて地絡の有無を判定している。よって、漏れ電流値Ileak2を監視することで、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することが可能となる。また、地絡検出に際し、電圧印加が不要であり、その安全性を確保することができる。
【0086】
ところで、一般的に、漏れ電流値Ileak2を監視して地絡検出を行う場合、太陽光発電システム100の接地電位Gに対する静電容量(対地静電容量)が大きいと、太陽光発電システム100と地絡検出装置1との間の電位差が一定値に達するのに長時間を必要とし、又は一定値に達する前に地絡検出を行うと誤差が生じることが懸念される。これに対し、本実施形態のように、太陽電池ストリング103の単位に解列して検出を行えば、当該懸念を回避し、短い時間で確実に地絡検出を行うこと可能となる。
【0087】
なお、第1及び第2検出抵抗21,22の抵抗値は、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、漏れ電流値Ileak2の検出容易性の観点から所定上限値以下とされている。
【0088】
図8は、第2実施形態の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図8に示すように、変形例に係る地絡検出装置20’は、上記地絡検出装置1に対し、測定部23(図6参照)に代えて測定部23’を備えた点で異なっている。測定部23’では、第1及び第2検出抵抗21,22の接続点24と接地電位Gとの間に第3検出抵抗26が接続されている。また、接続点24と検出抵抗26との間、及び検出抵抗26と接地電位Gとの間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗26の電圧値Vleak2が電圧検出器10により測定される。
【0089】
この地絡検出装置20’では、上記S21において、第3検出抵抗26に発生する電圧値Vleak2を電圧検出器27により測定し記憶し、下式(2)により漏れ電流値Ileak2を演算することが可能である。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Vleak2を測定して電流値Ileak2を求めると、電流値Ileak2を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ileak2=Vleak2/R2 …(2)
但し、R2:第3検出抵抗26の抵抗値
【0090】
図9は、第2実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図9に示すように、他の変形例に係る地絡検出装置20”は、上記地絡検出装置1に対し、測定部23(図6参照)に代えて測定部23”を備えた点で異なっている。測定部23”では、第1及び第2検出抵抗21,22の接続点24が接地電位Gにそのまま接続されている。また、スイッチング部2と検出抵抗21との間、及び検出抵抗21と接続点24との間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗21の電圧値V21が電圧検出器10により測定される。さらにまた、スイッチング部2と検出抵抗22との間、及び検出抵抗22と接続点24との間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗22の電圧値V22が電圧検出器10により測定される。
【0091】
この地絡検出装置20”では、上記S21において、電圧値V21,V22を電圧検出器10により測定して記録し、下式(3)により漏れ電流値Ileak2を演算することが可能である。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値V21,V22を測定して電流値Ileak2を求めると、電流値Ileak2を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Ileak2=|V21/R21|−|V22/R22| …(3)
但し、R21:第1検出抵抗21の抵抗値
R22:第2検出抵抗22の抵抗値
【0092】
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
【0093】
図10は、第3実施形態に係る地絡検出装置のスイッチング部を示す概略構成図、図11は、第3実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図10、11に示すように、本実施形態の地絡検出装置30が上記地絡検出装置1と異なる点は、スイッチング部2(図2参照)に代えてスイッチング部32を備え、測定部3(図3参照)に代えて測定部33を備えた点である。
【0094】
図10に示すように、スイッチング部32は、測定用スイッチ37を有している。測定用スイッチ37は、各太陽電池ストリング103の正極に直列接続された測定用スイッチ素子7aを複数含んでいる。複数の測定用スイッチ素子7aの測定部33側の端子は、正極側同士で結線され、これにより、正極母線が構成されている。
【0095】
図11に示すように、測定部33は、一方側が接地電位Gに電流検出器25を介して接続された交流電源31を有している。交流電源31は、太陽電池ストリング103に対し交流電圧値VAsourceの交流電圧(ACバイアス)を印加するものであり、交流電源31の他方側は、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されている。なお、交流電圧値VAsourceの電圧振幅は、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、電気回路破損防止の観点から所定上限値以下とされている。また、ここでの交流電圧値VAsourceは、好ましい値として、1つの太陽電池ストリング103の電圧値と同程度の電圧値とされている。
【0096】
この交流電源31は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて交流電圧値VAsourceを印加する。また、交流電源31は、交流電圧値VAsourceの波形を記憶部5に記憶する。電流検出器25は、交流電源31と接地電位Gとの間に流れる漏れ電流値Ileak3を測定する。
【0097】
このように構成された本実施形態では、図12のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング103を測定部33に接続した後(上記S3の後)、漏れ電流値Ileak3及び交流電圧値VAsourceとこれらの波形とを測定し、記憶部5に記憶する(S31)。続いて、記憶した測定結果に基づいて、絶縁抵抗値Rleakを演算する(S32)。
【0098】
具体的には、まず、漏れ電流値Ileak3を、交流電圧値VAsourceの同位相成分である漏れ電流値Ileak3−Rと、交流電圧値VAsourceの位相に対し90°異なる成分である漏れ電流値Ileak3−Cと、に分離する。続いて、交流電圧値VAsourceを漏れ電流値Ileak3−Rで除すことによって絶縁抵抗値Rleakを算出する。これは、使用している絶縁材料の誘電損失が小さく太陽電池ストリング103と接地電位Gとの間の誘電損失が無視できる場合、漏れ電流値Ileak3−Rは、絶縁が不完全であるために流れる電流とみなせるためである。そして、演算した絶縁抵抗値Rleakと予め記憶部5に記憶されている基準抵抗値とを比較して地絡を判定する上記S11へ移行することとなる。
【0099】
なお、太陽電池ストリング103と接地電位Gとの間の誘電損失が無視できない場合には、次の方法で絶縁抵抗値Rleakを求めることができる。すなわち、まず、上記S31にて、漏れ電流値Ileak3の波形及び交流電圧値VAsourceの波形を、複数の印加周波数で測定し記憶する。そして、上記S32にて、周波数0における漏れ電流値Ileak3−Rの値を外挿し、絶縁抵抗値Rleakを求める。具体的には、印加周波数をfとしたとき、漏れ電流値Ileak3−Rを周波数に対してプロットする。そして、f=0における漏れ電流値Ileak3−Rを漏れ電流値Ileak3−R0として求め、この漏れ電流値Ileak3−R0で交流電圧値VAsourceを除すことにより絶縁抵抗値Rleakを求める。
【0100】
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
【0101】
また、本実施形態では、上述したように、漏れ電流値Ileak3のうち交流電圧値VAsourceと同位相の電流値Ileak3−Rに基づいて、地絡の有無を判定している。よって、電流値Ileak3−Rを監視することで、解列状態の太陽電池ストリング103における地絡を検出することが可能となる。
【0102】
ところで、一般的に、太陽電池アレイ101と接地電位Gとの間にて交流電圧を印加し、交流電圧値VAsourceと同位相の漏れ電流値Ileak3−Cを監視して地絡検出を行う場合、印加した交流電圧値VAsourceに対し位相が90°異なる漏れ電流値Ileak3−Cを演算処理によって取り除く必要がある。しかし、地絡検出対象の対地静電容量が大きいと、この漏れ電流値Ileak3−Cも大きくなるため、当該演算処理によって十分に取り除くことが困難になり、地絡検出に誤差が生じることが懸念される。これに対して、本実施形態では、太陽電池ストリング103毎に解列して地絡検出を行うことから、対地静電容量を小さくできるため、上記懸念を回避して確実に地絡検出を行うことが可能となる。
【0103】
さらに、このように、太陽電池ストリング103に解列して地絡検出を行うことから、パワーコンディショナ102に交流電源31による交流電圧が印加されるのを防止し、パワーコンディショナ102内のサージアブソーバや対地コンデンサ等の部品に負担がかかったり低寿命化したりするのを抑制でき、機器の破損を防止することも可能となる。
【0104】
なお、上記S31では、上記S32における漏れ電流値Ileak3の演算を容易にするため、複数の周波数で測定を行ってもよい。
【0105】
図13は、第3実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。変形例に係る地絡検出装置30’は、上記地絡検出装置30に対し、スイッチング部32(図10参照)に代えて上記スイッチング部2(図2参照)を備え、図13に示すように、測定部33(図11参照)に代えて測定部33’を備えた点で異なっている。
【0106】
測定部33’では、交流電源31の一方側が電流検出器25を介して接地電位Gに接続されている。また、交流電源31の他方側が、太陽電池ストリング103を検出抵抗35x,35yで分圧した中点36に接続されている。つまり、太陽電池ストリング103の正極母線及び負極母線が、検出抵抗35x,35yをそれぞれ介して中点36にて接続され、この中点36が交流電源31の他方側に接続されている。
【0107】
この変形例に係る地絡検出装置30’では、上記S32において、分圧抵抗の影響を考慮し、下式(4)により太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakを求めることが可能である。また、検出抵抗35x,35yの存在によって漏れ電流値Ileakの大きさを抑えることができ、安全性を高めることが可能となる。
Rleak=VAsource/Ileak3−R
−1/{(1/R31)+(1/R32)}
又は、
Rleak=VAsource/Ileak3−R0
−1/{(1/R31)+(1/R32)} …(4)
但し、R31:検出抵抗35xの抵抗値
R32:検出抵抗35yの抵抗値
【0108】
図14は、第3実施形態の他の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。図14に示すように、他の変形例に係る地絡検出装置30”は、上記地絡検出装置30に対し、測定部33(図11参照)に代えて測定部33”を備えた点で異なっている。
【0109】
測定部33”では、交流電源31の一方側が検出抵抗38を介して接地電位Gに接続されている。また、交流電源31の他方側が、太陽電池ストリング103の正極母線に接続されている。さらにまた、交流電源31と検出抵抗38との間、及び検出抵抗38と接地電位Gとの間に電圧検出器10が電気的に接続されており、検出抵抗38の電圧値が電圧検出器10により測定される。
【0110】
この他の変形例に係る地絡検出装置30”では、上記S31において、検出抵抗38に発生する電圧値Vleak3の波形を測定し記憶する。そして、上記S32において、電圧値Vleak3を検出抵抗38の抵抗値R33で除し、この値(Vleak3/R33)を漏れ電流値Ileak3と同様に取り扱うことで漏れ電流値Ileak3−Rを演算で求め、下式(5)により太陽電池ストリング103の絶縁抵抗値Rleakを求めることが可能である。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Vleak3を測定して電流値Ileak3を求めると、電流値Ileak3を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
Rleak=VAsource/Ileak3−R−R33
又は、
Rleak=VAsource/Ileak3−R0−R33 …(5)
【0111】
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第3実施形態と異なる点について主に説明する。
【0112】
図15は、第4実施形態に係る地絡検出装置の測定部を示す概略構成図である。図15に示すように、本実施形態の地絡検出装置40が上記地絡検出装置30と異なる点は、測定部33(図11参照)に代えて測定部43を備えた点である。
【0113】
測定部43は、太陽電池ストリング103に対し直流電圧値VDsourceの電圧(DCバイアス)を印加する直流電源42を有している。直流電源42の一方側は、正極側とされており、接地電位Gに検出抵抗41を介して接続されている。一方、直流電源42の他方側は、負極側とされており、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されている。なお、直流電圧値VDsourceの電圧は、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の観点から所定上限値以下とされている。また、ここでの直流電圧値VDsourceは、好ましい値として、1つの太陽電池ストリング103の電圧値と同程度の電圧値とされている。
【0114】
この直流電源42は、演算制御部4に接続されており、演算制御部4からの指示信号に応じて直流電圧値VDsourceを印加する。また、直流電源42は、直流電圧値VDsourceを記憶部5に記憶する。さらに、測定部43は、検出抵抗41にて発生する電圧値Vleak4を検出する電圧検出器10を有している。電圧検出器10は、直流電源42と検出抵抗41との間、及び検出抵抗41と接地電位Gとの間に電気的に接続されている。
【0115】
このように構成された本実施形態では、図16のフローチャートに示すように、解列状態の太陽電池ストリング103を測定部43に接続した後(上記S3の後)、検出抵抗41の電圧値Vleak4を測定し、記憶部5に記憶する(S41)。続いて、記憶した電圧値Vleak4に基づいて、下式(6)により漏れ電流値Ileak4を演算する(S42)。そして、演算した漏れ電流値Ileak4と予め記憶部5に記憶されている基準電流値とを比較して地絡を判定する上記S11へ移行することとなる。
Ileak4=Vleak4/R41 …(6)
但し、R41:検出抵抗41の抵抗値
【0116】
以上、本実施形態においても、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することから、地絡を確実に検出するという上記効果と同様の効果が奏される。
【0117】
また、本実施形態では、上述したように、直流電源42から接地電位Gに流れる漏れ電流値Ileak4に基づいて地絡の有無を判定している。よって、漏れ電流値Ileak4を監視することで、解列状態の太陽電池ストリング103の地絡を検出することが可能となる。なお、電圧検出器10は電流検出器25に比べてその測定精度が一般的に高いことから、本実施形態のように電圧値Vleak4を測定して電流値Ileak4を求めると、電流値Ileak4を精度よく把握することができ、よって、地絡を精度よく検出することが可能となる。
【0118】
また、上述したように、太陽電池ストリング103に解列して地絡検出を行うことから、パワーコンディショナ102に直流電源42による直流電圧が印加されるのを防止し、パワーコンディショナ102内のサージアブソーバや対地コンデンサ等の部品に負担がかかったり低寿命化したりするのを抑制でき、機器の破損を防止することが可能となる。
【0119】
なお、本実施形態では、直流電源42の他方側が太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続されているが、直流電源42の他方側が太陽電池ストリング103の負極母線に電気的に接続されていてもよい。この場合、直流電源42の一方側は、正極側とされ、接地電位Gに検出抵抗41を介して接続される一方、直流電源42の他方側は、負極側とされ、太陽電池ストリング103の正極母線に電気的に接続される。
【0120】
図17は、第4実施形態の変形例に係る地絡検出装置における測定部を示す概略構成図である。図17に示すように、変形例に係る地絡検出装置40’は、上記地絡検出装置40に対し、測定部43(図15参照)に代えて測定部43’を備えた点で異なっている。測定部43’では、直流電源42の一方側が、電流検出器25を介して接地電位Gに接続されている。ここでの電流検出器25は、直流電源42から接地電位Gに流れる漏れ電流値Ileak4を測定する。
【0121】
この変形例に係る地絡検出装置40’では、上記S41において、漏れ電流値Ileak4を測定し記憶でき、上記S42を省略することが可能となる。
【0122】
以上、本発明の好適な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られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【0123】
例えば、上記実施形態では、負荷装置としてパワーコンディショナ102を備えているが、負荷装置は、電力を消費又は変換するものであればよく、コンバータや蓄電池等の直流負荷であってもよい。また、太陽電池アレイ101を構成する太陽電池ストリング103の数は、2つでもよいし、4つ以上でもよく、また、各太陽電池ストリング103を構成する太陽電池モジュール104の数は、2〜7つでもよいし、9つ以上でもよい。
【0124】
また、上記実施形態では、太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列したが、これに限定されるものではなく、太陽電池アレイ101を太陽光発電システム100から解列し、当該太陽電池アレイ101の地絡を検出してもよい。上記において、測定部及び演算制御部が検出部を構成し、演算制御部が制御部を構成する。
【0125】
また、本発明では、複数の太陽電池ストリング103を太陽光発電システム100から解列し(つまり、複数の太陽電池ストリング103単位で解列し)、解列状態における複数の太陽電池ストリング103の地絡を検出してもよい。この場合、太陽電池アレイ101内の地絡を検出するに当たり、1つの太陽電池ストリング103毎に解列し地絡検出する場合に比べ、地絡検出の総回数を低減することができる。
【符号の説明】
【0126】
1…地絡検出装置、2,32…スイッチング部、3,23,23’,23”,33,33’,33”,43,43’…測定部(検出部)、4…演算制御部(検出部,制御部)、9…検出抵抗、21…第1検出抵抗、22…第2検出抵抗、24…第1及び第2検出抵抗の接続点(接続部)、26…第3検出抵抗、31…交流電源、35x…第1検出抵抗、35y…第2検出抵抗、38…検出抵抗、41…検出抵抗、42…直流電源、100…太陽光発電システム、101…太陽電池アレイ、102…パワーコンディショナ(負荷装置)、103…太陽電池ストリング、104…太陽電池モジュール、G…接地電位。
【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接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから電気的に切り離すことによって解列するスイッチング部と、
前記スイッチング部により前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
【請求項2】
前記スイッチング部及び前記検出部の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、複数の前記太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて前記検出部と接続させ、前記第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行させた後、当該第1太陽電池ストリングを前記検出部から解列させたときから、複数の前記太陽電池ストリングのうち第2太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列させて前記検出部と接続させるまでの間に、第1待ち時間を介在させることを特徴とする請求項1記載の地絡検出装置。
【請求項3】
前記検出部は、解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングに接続されたときから前記地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間を有することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項4】
前記検出部は、
接続部を介して互いに接続された第1及び第2検出抵抗を有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの正極側に前記第1検出抵抗における前記接続部側と反対側を接続すると共に、負極側に前記第2検出抵抗における前記接続部と反対側を接続した状態にて、前記接続部から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項5】
前記検出部は、
一方側が接地電位に接続された交流電源を有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングに前記交流電源の他方側を接続した状態にて、前記交流電源から前記接地電位に流れる電流値のうち前記交流電源による交流電圧値と同位相の電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項6】
前記検出部は、
一方側が接地電位に接続された直流電源を有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの正極側又は負極側に前記直流電源の負極側又は正極側としての他方側を接続した状態にて、前記直流電源から前記接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項7】
前記検出部は、
一方側が接地電位に接続された検出抵抗を少なくとも1つ有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの正極側のみに前記検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第1電圧降下値として測定すると共に、解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの負極側のみに前記検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第2電圧降下値として測定し、
測定した前記第1及び第2電圧降下値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項8】
前記スイッチング部は、前記検出部により前記地絡が検出されなかった場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムに電気的に接続することを特徴とする請求項1〜7の何れか一項記載の地絡検出装置。
【請求項9】
前記スイッチング部は、前記検出部により前記地絡が検出された場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列した状態のままにすることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項記載の地絡検出装置。
【請求項10】
前記スイッチング部は、複数の前記太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し、
前記検出部は、前記スイッチング部により複数の前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することを特徴とする請求項1〜9の何れか一項記載の地絡検出装置。
【請求項11】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出方法であって、
前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列する解列ステップと、
前記解列ステップにより前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする地絡検出方法。
【請求項12】
複数の前記太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し、地絡を検出するための検出部と接続する第1解列ステップと、
前記第1解列ステップの後、前記第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行し、当該第1太陽電池ストリングを前記検出部から解列する第1検出ステップと、
前記第1検出ステップの後、複数の前記太陽電池ストリングのうち前記第2太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列し前記検出部と接続する第2解列ステップと、
前記第1検出ステップにより前記第1太陽電池ストリングを前記検出部から解列したときから、前記第2解列ステップにより前記第2太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し前記検出部と接続するまでの間に、第1待ち時間を介在させる介在ステップと、を含むことを特徴とする請求項11記載の地絡検出方法。
【請求項13】
前記検出ステップでは、地絡を検出するための検出部が解列状態の前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングに接続されたときから前記地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間が設けられていることを特徴とする請求項11又は12記載の地絡検出方法。
【請求項14】
前記地絡検出ステップにて前記地絡が検出されなかった場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムに電気的に接続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項11〜13の何れか一項記載の地絡検出方法。
【請求項15】
前記地絡検出ステップにて前記地絡が検出された場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列した状態のままにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項11〜14の何れか一項記載の地絡検出方法。
【請求項16】
前記解列ステップでは、複数の前記太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し、
前記検出ステップでは、前記解列ステップにより複数の前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することを特徴とする請求項11〜15の何れか一項記載の地絡検出方法。
【請求項17】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、
複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、
電力を消費又は変換する負荷装置と、
請求項1〜10の何れか一項記載の地絡検出装置と、を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項18】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出するための地絡検出プログラムであって、
太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから電気的に切り離すことによって解列する解列機能と、
前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする地絡検出プログラム。
【請求項1】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから電気的に切り離すことによって解列するスイッチング部と、
前記スイッチング部により前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
【請求項2】
前記スイッチング部及び前記検出部の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、複数の前記太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを太陽光発電システムから解列させて前記検出部と接続させ、前記第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行させた後、当該第1太陽電池ストリングを前記検出部から解列させたときから、複数の前記太陽電池ストリングのうち第2太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列させて前記検出部と接続させるまでの間に、第1待ち時間を介在させることを特徴とする請求項1記載の地絡検出装置。
【請求項3】
前記検出部は、解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングに接続されたときから前記地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間を有することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項4】
前記検出部は、
接続部を介して互いに接続された第1及び第2検出抵抗を有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの正極側に前記第1検出抵抗における前記接続部側と反対側を接続すると共に、負極側に前記第2検出抵抗における前記接続部と反対側を接続した状態にて、前記接続部から接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項5】
前記検出部は、
一方側が接地電位に接続された交流電源を有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングに前記交流電源の他方側を接続した状態にて、前記交流電源から前記接地電位に流れる電流値のうち前記交流電源による交流電圧値と同位相の電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項6】
前記検出部は、
一方側が接地電位に接続された直流電源を有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの正極側又は負極側に前記直流電源の負極側又は正極側としての他方側を接続した状態にて、前記直流電源から前記接地電位に流れる電流値に関する検出値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項7】
前記検出部は、
一方側が接地電位に接続された検出抵抗を少なくとも1つ有しており、
解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの正極側のみに前記検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第1電圧降下値として測定すると共に、解列された前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングの負極側のみに前記検出抵抗の他方側を接続した状態にて、当該検出抵抗の電圧降下値を第2電圧降下値として測定し、
測定した前記第1及び第2電圧降下値に基づいて、前記地絡の有無を判定することを特徴とする請求項1又は2記載の地絡検出装置。
【請求項8】
前記スイッチング部は、前記検出部により前記地絡が検出されなかった場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムに電気的に接続することを特徴とする請求項1〜7の何れか一項記載の地絡検出装置。
【請求項9】
前記スイッチング部は、前記検出部により前記地絡が検出された場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列した状態のままにすることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項記載の地絡検出装置。
【請求項10】
前記スイッチング部は、複数の前記太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し、
前記検出部は、前記スイッチング部により複数の前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することを特徴とする請求項1〜9の何れか一項記載の地絡検出装置。
【請求項11】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出する地絡検出方法であって、
前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列する解列ステップと、
前記解列ステップにより前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする地絡検出方法。
【請求項12】
複数の前記太陽電池ストリングのうち第1太陽電池ストリングを、太陽光発電システムから解列し、地絡を検出するための検出部と接続する第1解列ステップと、
前記第1解列ステップの後、前記第1太陽電池ストリングの地絡の検出を実行し、当該第1太陽電池ストリングを前記検出部から解列する第1検出ステップと、
前記第1検出ステップの後、複数の前記太陽電池ストリングのうち前記第2太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列し前記検出部と接続する第2解列ステップと、
前記第1検出ステップにより前記第1太陽電池ストリングを前記検出部から解列したときから、前記第2解列ステップにより前記第2太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し前記検出部と接続するまでの間に、第1待ち時間を介在させる介在ステップと、を含むことを特徴とする請求項11記載の地絡検出方法。
【請求項13】
前記検出ステップでは、地絡を検出するための検出部が解列状態の前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングに接続されたときから前記地絡の検出を開始するまでの間に、第2待ち時間が設けられていることを特徴とする請求項11又は12記載の地絡検出方法。
【請求項14】
前記地絡検出ステップにて前記地絡が検出されなかった場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムに電気的に接続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項11〜13の何れか一項記載の地絡検出方法。
【請求項15】
前記地絡検出ステップにて前記地絡が検出された場合、解列した前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから解列した状態のままにするステップをさらに含むことを特徴とする請求項11〜14の何れか一項記載の地絡検出方法。
【請求項16】
前記解列ステップでは、複数の前記太陽電池ストリングを前記太陽光発電システムから解列し、
前記検出ステップでは、前記解列ステップにより複数の前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該複数の太陽電池ストリングの地絡を検出することを特徴とする請求項11〜15の何れか一項記載の地絡検出方法。
【請求項17】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、
複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、
電力を消費又は変換する負荷装置と、
請求項1〜10の何れか一項記載の地絡検出装置と、を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項18】
複数の太陽電池モジュールが直列接続されて構成された太陽電池ストリングと、複数の前記太陽電池ストリングが並列接続されて構成された太陽電池アレイと、電力を消費又は変換する負荷装置と、を具備する太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池アレイ内の地絡を検出するための地絡検出プログラムであって、
太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを、前記太陽光発電システムから電気的に切り離すことによって解列する解列機能と、
前記太陽電池アレイ又は前記太陽電池ストリングを解列した状態で、当該太陽電池アレイ又は当該太陽電池ストリングの地絡を検出する検出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする地絡検出プログラム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
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【図17】
【公開番号】特開2012−119382(P2012−119382A)
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−265397(P2010−265397)
【出願日】平成22年11月29日(2010.11.29)
【出願人】(000004444)JX日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年11月29日(2010.11.29)
【出願人】(000004444)JX日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Fターム(参考)】
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