JP2006526378A - 太陽エネルギシステム - Google Patents

Abstract

太陽エネルギシステムにおいて、切り換えられる基準レベルを持つ地絡検出システムが用いられる。結果として、装置の漏れ抵抗が常に決定され得る。

Description

本発明は、太陽エネルギシステムであって、
−第１出力端子及び第２出力端子と、前記出力端子間に配設される光電池の直列配列とを有するソーラ・パネル、
−第１オーム抵抗器及び第２オーム抵抗器を有し、前記第１出力端子と前記第２出力端子とを接続する直列配列SAが備え付けられる検出回路と、前記第１オーム抵抗器及び前記第２オーム抵抗器の共通端子と前記第２出力端子との間の電圧差ΔVを表わす信号S1を生成するための第１信号生成器とを有する地絡検出手段、及び
−前記信号S1に依存して前記太陽エネルギシステムの動作状態を変更するための、前記地絡検出手段に結合される安全回路が備え付けられる太陽エネルギシステムに関する。

本発明はまた、前記地絡検出手段と前記安全回路とを有するハウジングにも関する。

冒頭の段落において言及されているような太陽エネルギシステムは一般に知られている。ソーラ・パネルは、一連なりの直列に配設されるサブパネルを含み得ることに注意されたい。このような太陽エネルギシステムにおいて用いられるソーラ・パネル及び地絡検出手段は図１に示されている。Vpvは、第１出力端子K1と第２出力端子K2との間に接続される光電池の直列配列の合計電圧を表わしている。(1-n)Vpvは、光電池の第１部分によって生成される電圧を表わしており、nVpvは、光電池の第２部分によって生成される電圧を表わしている。nは０と１との間の値を持つ。Rxは、ソーラ・パネルの、光電池の第１部分と第２部分との間の一点を地電位に接続する漏れ抵抗器を表わしている。地電位は、太陽エネルギシステムが配置される環境(environment)の電位を意味する。既知の太陽エネルギシステムにおいては、第１オーム抵抗器R1及び第２オーム抵抗器R2の共通端子は、地電位に結合される。回路部SCは、信号S1に依存して太陽エネルギ変換器の動作状態を変更するための安全回路である。信号S1を生成するための第１信号生成器は、オーム抵抗器R2によって形成される。図１に示されている回路においては、信号S1は電圧差ΔVと等しい。安全回路SCの第１入力端子は、オーム抵抗器R1及びオーム抵抗器R2の共通端子に接続される。安全回路SCの第２入力端子は、ソーラ・パネルの第２出力端子K2に接続される。第３入力端子は、ソーラ・パネルの第１出力端子K1に接続される。ソーラ・パネルの第１出力端子K1は、スイッチング素子Qによって直流−交流変換器INVの第１入力端子に接続される。動作中、直流−交流変換器は、ソーラ・パネルによって供給される直流電流を電源に供給される交流電流に変換する。安全回路SCの出力端子は、スイッチング素子Qの制御電極に接続される。図１においては、この接続は破線によって示されている。直流−交流変換器INVの第２入力端子は、第２出力端子K2に接続される。K3及びK4は、電源との接続のための直流−交流変換器INVの第１出力端子及び第２出力端子である。

図１に示されている太陽エネルギシステムの動作は以下の通りである。実際には、多くの場合、n=1又は0と仮定される。即ち、電流の接地への漏れは、第１出力端子K1又は第２出力端子K2又はこれらの出力端子に接続される配線において起こっていると仮定される。例えば、n=1と仮定される場合、漏れ抵抗器Rxはオーム抵抗器R1と並列になる。例えば、オーム抵抗器R1の抵抗とオーム抵抗器R2の抵抗とが等しいよう選ばれる場合、漏れ抵抗器Rxの抵抗が無限に高い場合には、電圧差ΔVは0.5*Vpvになるであろう。漏れ抵抗器の抵抗が有限値を持つ場合には、電圧差ΔVの値は0.5*Vpvより高くなり、漏れ抵抗器Rxの抵抗は電圧差ΔVの値から容易に導き出され得る。n=1である場合、電圧差ΔVと漏れ抵抗との間に明瞭な関係があるため、電圧差ΔVが、漏れ抵抗を表わす信号である。電圧差ΔVの値が所定の基準値より高くなる場合には、安全回路SCは、インバータが電源に電力を一切供給することが出来ないようにスイッチQを非導電状態にする。一般に、直流−交流変換器には、１つ以上のスイッチング素子と、スイッチング素子の導電状態を制御するための制御回路とが備え付けられる。スイッチング素子Qを利用する代わりに、直流−交流変換器内に含まれるスイッチング素子を制御するために、直流−交流変換器内に含まれる制御回路をディスエーブルにすることも可能である。

同様に、n=0と仮定される場合、漏れ抵抗器はオーム抵抗器R2と並列になる。再び、オーム抵抗器R1の抵抗とオーム抵抗器R2の抵抗とが等しいよう選ばれる場合には、漏れ抵抗器Rxの抵抗の有限値は、0.5*Vpvより小さい電圧差ΔVの値に対応し、漏れ抵抗器Rxの抵抗は、再び、電圧差ΔVによって明瞭に表わされる。この場合（n=0）には、安全回路SCは、電圧差ΔVが所定の基準値より小さくなる場合にスイッチング素子Qを非導電状態にする。

しかしながら、実際には、漏れは、必ずしも、出力端子K1及びK2のうちの一方から起こっているとは限らず、ソーラ・パネル内の、これらの出力端子の間に位置する端子からも起こり得る。即ち、nの値は、略々0と1との間であるが、一般に、正確には知られていない。このような場合には、漏れ抵抗器Rxは、有限値を持つが、R1/R2 = n/(1-n)であることから漏れ電流を伝えないという状況が生じ得ることが分かり得る（図１）。この場合には、電圧差ΔVの値は、Rxを通る漏れ電流によって影響を及ぼされず、故に、漏れは検出されないままである。nとR1とR2との間のあらゆる他の関係に対しては（即ち、R1/R2≠n/(1-n)の場合は）、漏れ抵抗器Rxを通る電流は零ではなく、故に、Rxを通る漏れ電流により電圧差ΔVの値はR1* Vpv/(R1+R2)と異なり、漏れが検出される。しかしながら、nの値が不明であることから、Rxの抵抗と電圧差ΔVの値との間の関係も分からない。実際には、これはいくつかの問題を招く。なぜなら、Rxの抵抗が所定の値未満に落ちる場合には、太陽エネルギシステムがオン状態に切り換えられない又はオフ状態に切り換えられることを要求する規制があるからである。

本発明の目的は、あらゆる状況の下でRxの抵抗の正確な決定を可能にする地絡検出システムを有する太陽エネルギシステムを提供することにある。

それ故、冒頭の段落に言及されているような太陽エネルギシステムは、本発明によれば、前記地絡検出手段に、
−前記直列配列SA内に含まれる第３オーム抵抗器、
−スイッチング素子を有し、前記第３オーム抵抗器をシャントするスイッチング回路部、
−前記スイッチング素子の導電状態を制御するための、該スイッチング素子の制御電極に結合される制御回路、及び
−前記太陽エネルギシステムと該太陽エネルギシステムの環境との間の漏れ抵抗を表わす第２信号S2を生成するための、前記第１信号生成器と前記安全回路との間に結合される第２信号生成器が更に備え付けられることを特徴とする。

本発明による回路装置においては、前記制御回路が前記スイッチング回路内に含まれる前記スイッチング素子を非導電状態にしている場合と、前記制御回路が前記スイッチング回路内に含まれる前記スイッチング素子を導電状態にしている場合との両方で、電圧差ΔVが測定される。これら２つの測定から、nとRxの抵抗との両方が、あらゆる状況下で、前記第２信号生成器によって導き出されることができ、故に、前記安全回路は、例えば、前記太陽エネルギシステムからの負荷の切り離しを、漏れの量がこのような動作を必要にする場合に、行うことが出来る。

本発明による太陽エネルギシステムの好ましい実施例においては、前記太陽エネルギシステムは、前記ソーラ・パネルの前記第１出力端子及び前記第２出力端子に結合される直流−交流変換器を更に有する。このような直流−交流変換器は、例えば、前記ソーラ・パネルによって生成される直流電流を前記電源に供給される交流電流に変換するのに用いられ得る。

好ましくは、前記直列配列SA内に含まれる前記第３オーム抵抗器は、前記第２出力端子と前記第２オーム抵抗器との間に結合される。重要な利点は、前記スイッチング回路内に含まれる前記スイッチング素子を制御する前記制御回路が、レベルシフタを有する必要がなく、それ故、比較的単純であり得ることにある。

前記スイッチング回路内に含まれる前記スイッチング素子が導電している状態と、導電していない状態とで行なわれるΔVの２つの測定から前記漏れ抵抗Rxの値を導き出すために前記第２信号生成器がマイクロコントローラを有する場合に有利であることが分かった。

前記地絡検出手段及び前記安全回路内に含まれる回路を湿気などから保護するために、これらの両方の回路部はハウジング内に収容され得る。前記太陽エネルギ変換器が直流−交流変換器を有する場合には、好ましくは、該直流−交流変換器も前記ハウジング内に収容される。

本発明による太陽エネルギシステムの実施例は、図面を参照して説明されている。

図１に示されている太陽エネルギシステムは上記で述べられている。

図２においては、図１内の構成要素及び回路部と類似している構成要素及び回路部には同じ参照符号が付けられている。図２においても、 Vpvは、第１出力端子K1と第２出力端子K2との間に接続される光電池の直列配列の合計電圧を表わしている。(1-n)Vpvは、光電池の第１部分によって生成される電圧を表わしており、nVpvは、光電池の第２部分によって生成される電圧を表わしている。nは０と１との間の値を持つ。Rxは、ソーラ・パネルの、光電池の第１部分と第２部分との間の一点を地電位に接続する漏れ抵抗器を表わしている。図２に示されている太陽エネルギシステムにおいては、第１出力端子K1は、直列配列SAを形成する３つのオーム抵抗器R1、R2及びR3の直列配列によって第２出力端子K2に接続される。オーム抵抗器R1及びオーム抵抗器R2の共通端子は接地される。オーム抵抗器R3は、スイッチング回路部を形成するスイッチング素子SW1によってシャントされる。回路部CCは、スイッチング素子SW1の導電状態を制御するための制御回路である。スイッチング素子SW1の制御電極は、回路部CCの出力端子に結合される。オーム抵抗器R2及びオーム抵抗器R3の直列配列は、スイッチング素子SW1及び制御回路CCと共に、第１オーム抵抗器R1及び第２オーム抵抗器R2の共通端子と、第２出力端子K2との間の電圧差ΔVを表わす信号S1を生成するための第１信号生成器を形成する。実際、この実施例においては、信号S1は電圧差ΔVと等しい。回路部SSGは、太陽エネルギシステムと該太陽エネルギシステムの環境との間の漏れ抵抗Rxの値を表わす第２信号S2を生成するための第２信号生成器である。回路部SSGは、図２には示されていないマイクロコントローラを有する。回路部SSGの各々の入力端子は、各々、オーム抵抗器R1及びオーム抵抗器R2の共通端子並びに第２出力端子K2に接続される。回路部SSGの他の入力端子は、ソーラ・パネルの第１出力端子K1に接続される。安全回路SCの各々の入力端子は、回路部SSGの各々の出力端子に接続される。回路部SSG内に含まれるマクロコントローラの出力端子は、回路部SSGの他の出力端子を介して、制御回路CCの入力端子に接続される。マイクロコントローラは、この接続を介して、制御回路CCを作動させて、スイッチング素子SW1を導電状態又は非導電状態にすることが出来る。図２においては、この接続は破線によって示されている。ソーラ・パネルの第１出力端子K1は、スイッチング素子Qによって直流−交流変換器INVの第１入力端子に接続される。安全回路SCの出力端子は、スイッチング素子Qの制御電極と接続される。この接続は破線によって示されている。直流−交流変換器INVの第２入力端子は第２出力端子K2に接続される。K3及びK4は、電源との接続のための直流−交流変換器INVの第１出力端子及び第２出力端子である。

図２に示されている太陽エネルギシステムの動作は以下の通りである。

太陽エネルギシステムが動作状態になった直後に、マイクロコントローラは、制御回路CCが確実に地絡検出手段を第１動作状態に維持するようにする。地絡検出手段のこの第１動作状態においては、スイッチング手段SW1は非導電状態に維持される。この第１動作状態における電圧ΔVの値ΔV1が、測定され、回路部SSG内に含まれるメモリ内に記憶される。その後、マイクロコントローラは、地絡検出手段が確実に第２動作状態に維持されるようにする。地絡検出手段のこの第２動作状態においては、スイッチング素子SW1は導電状態にされる。それによって、オーム抵抗器R3が、事実上、直列配列SAから切り離されることから、電圧差ΔVは、第１の値とは異なる第２の値ΔV2を持ち、第２の値ΔV2も、回路部SSG内に含まれるメモリ内に記憶される。

以下の式が適用される。
ΔV = Vpv * (RxRy + RyR1(1-n))/(RxRy + RyR1 +RxR1)
第１動作状態においてはΔV=ΔV1且つRy = R2 + R3であるのに対して、第２動作状態においてはΔV=ΔV2且つRy = R2である。前記式への代入は、２つの不明なパラメータ（n及びRx）を持つ２つの式を供給する。両パラメータの値は、これらの式からマイクロコントローラによって見出され得る。Rxの値が所定の基準値より小さい場合、安全回路SCは、直流−交流変換器が不動作状態に維持されるようにスイッチング素子Qを非導電状態にする。Vpvの値は、ソーラ・パネルに当たる日光の量などのパラメータに強く依存し、故に、常にVpvの実際の値を測定する必要があることに注意されたい。

地絡検出手段の２つの異なる動作状態におけるΔVの測定は、地絡検出手段の正確な実施に応じて、太陽エネルギシステムが最初に作動される又はオン状態に切り換えられる場合に行なわれ得ることに言及されるであろう。その場合、漏れ抵抗Rxが基準値より小さいことが判明する場合には、直流−交流変換器が動作状態にならないように、スイッチング素子Qは非導電を維持される。他の例においては、測定は、定期的に、例えば一時間毎に、又は太陽エネルギシステムのユーザが、測定が行なわれるよう手動で若しくは例えば遠隔制御装置によって命令する場合に、行なわれ得る。

従来技術の太陽エネルギシステムを示す。 本発明による太陽エネルギシステムを示す。

Claims (6)

1. 太陽エネルギシステムであり、
   −第１出力端子及び第２出力端子と、前記出力端子間に配設される光電池の直列配列とを有するソーラ・パネル、
   −第１オーム抵抗器及び第２オーム抵抗器を有し、前記第１出力端子と前記第２出力端子とを接続する直列配列SAが備え付けられる検出回路と、前記第１オーム抵抗器及び前記第２オーム抵抗器の共通端子と前記第２出力端子との間の電圧差ΔVを表わす信号S1を生成するための第１信号生成器とを有する地絡検出手段、及び
   −前記信号S1に依存して前記太陽エネルギシステムの動作状態を変更するための、前記地絡検出手段に結合される安全回路が備え付けられる太陽エネルギシステムであって、前記地絡検出手段に、
   −前記直列配列SA内に含まれる第３オーム抵抗器、
   −スイッチング素子を有し、前記第３オーム抵抗器をシャントするスイッチング回路部、
   −前記スイッチング素子の導電状態を制御するための、該スイッチング素子の制御電極に結合される制御回路、及び
   −前記太陽エネルギシステムと該太陽エネルギシステムの環境との間の漏れ抵抗を表わす第２信号S2を生成するための、前記第１信号生成器と前記安全回路との間に結合される第２信号生成器が更に備え付けられることを特徴とする太陽エネルギシステム。
2. 前記太陽エネルギシステムが、前記第１出力端子及び前記第２出力端子に結合される直流−交流変換器を更に有することを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギシステム。
3. 前記第３オーム抵抗器が、前記第２出力端子と前記第２オーム抵抗器との間に結合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽エネルギシステム。
4. 前記第２信号生成器がマイクロコントローラを有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の太陽エネルギシステム。
5. 前記太陽エネルギシステムが、前記地絡検出手段及び前記安全回路を収容するハウジングを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽エネルギシステム。
6. 前記ハウジングが、前記直流−交流変換器を更に収容することを特徴とする請求項２又は５に記載の太陽エネルギシステム。

Images