JP2007116857A - 太陽光発電装置用制御装置、及び太陽光発電装置の雷サージ保護システム、並びに太陽光発電装置の雷サージ保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから内部電気回路を保護することを可能にする。
【解決手段】太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間で電力のやり取りが可能である電力系統と太陽光発電装置４ａ〜４ｅの系統連系インバータとの電気的な切り離しである解列を行う開閉器に対して、解列を指示する制御部を有する制御センター３であって、太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値を取得する受信部を備え、制御部は、雷の発生を検知する雷検知装置２から雷の発生を通知されたときに、受信部が取得した、当該雷検知装置２に対応する太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値が、予め設定される発電電力の値よりも小さかった場合に、当該太陽光発電装置４ａ〜４ｅの開閉器へ解列を指示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置を雷サージによる破損及び劣化から保護する太陽光発電装置用制御装置、及び太陽光発電装置の雷サージ保護システム、並びに太陽光発電装置の雷サージ保護方法に関するものである。

火力発電、自動車、及び工場などから放出されるＣＯ_２によって地球温暖化が進んでいる現在、ＣＯ_２を排出しないクリーンエネルギーとして太陽光発電が注目されている。

太陽光発電装置は、分散電源として一般家庭の屋根又は、工場の敷地などに設置されている。そして、発電された電力を電力会社からの配電線等の商用系統に流す逆潮流をさせる機能を有する。

通常、太陽光発電装置は、一度設置すると自動的に、太陽光が太陽電池に注いでいるときには商用系統に逆潮流させ、夜などの太陽光が太陽電池に注いでいないときには商用系統から太陽光発電装置を電気的に切り離す解列を行うよう制御されている。

太陽光発電装置には、定期的な整備をほとんど必要しないこと及び、１０年以上動作を続けることが要求される。

そのため、太陽光発電装置は、錆び及び変形を防ぐ設計だけでなく、雷によって直接・間接的に発生する異常電圧（電流）としての雷サージにも耐えうる設計が必要となる。

図７は雷サージにも耐えうる太陽光発電装置４６の構成例を示している。

太陽電池５１ａ・５１ｂ・５１ｃによって発電した直流電力を系統連系インバータ５２によって電圧変換し、交流電力に変換している。

系統連系インバータ５２は、開閉器５４を介して家庭用又は工業用の交流電源である商用電源５３に接続されている。

また、系統連系インバータ５２に設けられている商用電源５３とのインターフェイス部には、雷サージから太陽光発電装置の内部電気回路を保護するためのサージアブソーバ５６が設置されている。

さらに、系統連系インバータ５２と開閉器５４とを制御するための制御部５５が設置されている。

図７の太陽光発電装置において太陽光発電を行っているときに周辺で雷が発生した場合、上記雷によって雷サージが商用電源５３に発生する。そして、系統連系インバータ５２に上記雷サージが印加される。

系統連系インバータ５２は、太陽光発電装置内部に設置された雷サージを吸収するサージアブソーバ５６により雷サージを吸収することによって太陽光発電装置の内部電気回路を保護する。

また、雷雲等を検知する検知器を負荷設備に接続し、上記検知器によって雷雲等を検知した場合に上記負荷設備を商用電源から電気的に切り離す雷防止回路が特許文献１に開示されている。
実開平４−１０２４８０号公報（平成４年９月３日公開）

しかしながら、図７に示した上記従来の太陽光発電装置では、雷サージをサージアブソーバ５６で吸収する場合、サージアブソーバ５６の最大電流容量を越える雷サージによる電流が流れ込んだ場合、サージアブソーバ５６が破壊されることがあるという問題点を有している。

また、雷サージによる電流がサージアブソーバ５６の最大電流容量を越えなくても、繰り返し発生する雷サージによる電流によってサージアブソーバ５６が劣化し、サージアブソーバ５６の破壊に至ることがある。

特許文献１に開示されている雷防止回路では、雷雲により生じる微弱な電界に由来する電磁波を検知するように上記検知装置の検知レベルを設定した場合には、上記検知装置周囲の電磁波ノイズを誤って検知してしまう恐れがある。

上記検知装置周囲の電磁波ノイズを誤って検知してしまった結果、太陽光発電装置が商用電源から電気的に切り離され、商用電源を通して電力を供給されている電力設備の集合体である商用系統が太陽光発電装置から発電電力を得ることができなくなることになる。

さらに、上記検知装置の近辺の落雷によって生じる大きな電磁波を検知するように上記検知装置の検知レベルを設定した場合は、落雷が発生した近辺だけでしか落雷による電磁波の検知ができない。よって、落雷を発生させた雷雲が上記検知装置の上空に懸かっているが距離が離れている場合には落雷による電磁波を検知できない。

逆に上記検知装置の上空から遠く離れた場所での落雷も検知するように上記検知装置の検知レベルを設定した場合には、落雷を発生させた雷雲が上記検知装置の上空に懸かっていなくても落雷による電磁波を検知してしまう。そして、上述の上記検知装置周囲の電磁波ノイズを誤って検知してしまう場合と同様に、太陽光発電装置が商用電源から電気的に切り離され、商用系統が太陽光発電装置から発電電力を得ることができなくなることになる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから内部電気回路を保護することを可能にすることにある。

本発明の太陽光発電装置用制御装置は、上記課題を解決するために、太陽光発電装置との間で電力のやり取りが可能である電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列を行う解列手段に対して、解列を指示する制御手段を有する太陽光発電装置用制御装置であって、上記太陽光発電装置の発電電力の値を取得する取得手段を備え、上記制御手段は、雷の発生を検知する検知装置から雷の発生が通知されたときに、上記取得手段が取得した、当該検知装置に対応する太陽光発電装置の発電電力の値が、予め設定される発電電力の値よりも小さかった場合に、当該太陽光発電装置の解列手段へ解列を指示することを特徴としている。

なお、上記取得手段が上記発電電力の値を取得するタイミングとしては、検知装置が雷の発生を検知した時点が好ましい。

上記の発明によれば、雷検知装置で雷の発生を検知すると、制御手段は取得手段で取得した太陽光発電装置の発電電力の情報に応じて電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列の指示を解列手段に行う。

つまり、雷によって発生する電磁波を検出することによって解列手段への解列の指示が行われるのではなく、雷が発生した時の太陽光発電装置の発電電力によって解列手段への解列の指示が行われる。

従って、検知装置が間違って雷の発生を検知した場合にも、制御手段が上記発電電力の情報に応じて解列手段へ解列の指示を行わない限り電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との解列が行われない。

落雷を太陽光発電装置の近辺に発生させる可能性の高い雷雲の影によって一般的に太陽光発電装置の発電電力は変動する。

よって、上記予め設定される発電電力の値を上記発電電力の値が太陽光発電装置が雷雲の影の下に存在する場合の発電電力に該当するだけ低い発電電力の値として設定すると、雷雲が太陽光発電装置の上空に懸かっており、雷による雷サージの危険性が高い場合には上記解列手段に対して解列の指示が行われることになる。

そして、解列の指示によって解列手段が太陽光発電装置の内部電気回路と電力系統との解列を行い、雷によって一般的に発生する雷サージの電力系統からの太陽光発電装置への侵入を上記解列によって防ぐ。

一方、雷雲が上記太陽光発電装置の上空に懸かっていない雷サージの危険性が小さい場合には太陽光発電装置の解列手段に対して解列の指示は行われないことになる。

従って、雷雲が太陽光発電装置の上空に懸かっていない太陽光発電装置での発電電力が大きい時間帯に、雷を検知する検知装置の誤動作によって太陽光発電装置の解列手段に対して解列の指示が行われる危険性を抑えることが可能になる。

その結果、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから内部電気回路を保護することが可能になる。

また、本発明の太陽光発電装置用制御装置では、前記検知装置には、当該検知装置の数よりも多い複数の前記太陽光発電装置が対応付けられていることが好ましい。

これにより、当該構成では、上記検知装置には当該検知装置の数よりも多い数の太陽光発電装置が対応付けられており、上記制御手段は、雷の発生を検知する検知装置から雷の発生を通知されたときに、当該検知装置に対応する太陽光発電装置の解列手段を制御する。

従って、複数の太陽光発電装置を用いる場合でも、一般的に高価な検知装置を太陽光発電装置と同じ数だけ備えなくてもすむ。

ここで、検知装置が、より広い範囲に発生する雷を検知しようとすると、周囲の電磁波ノイズなどによって、雷の発生を誤って検知する虞がある。

この場合に、検知装置の検知のみに基づいて解列の要否を判定すると、解列が不要な太陽光発電装置の解列手段に対しても解列を指示してしまい、当該太陽光発電装置が電力系統に電力を供給できなくなってしまう。

これに対して、上記構成では、制御手段は、検知装置による雷検知だけでなく、当該検知装置に対応する太陽光発電装置の発電電力の値に応じて、各太陽光発電装置の解列手段の解列を指示している。

従って、検知装置が雷の発生を誤って検知したとしても、各太陽光発電装置の発電電力の値によって、雷雲が発生しておらず解列不要と判断した場合は、解列を中止できる。

この結果、上記太陽光発電装置から電力系統への不所望な電力供給遮断を防止できる。

また、本発明の太陽光発電装置用制御装置では、前記制御手段は、前記検知装置に対応する複数の前記太陽光発電装置のそれぞれに予め設定される位置情報、及び各上記太陽光発電装置の発電電力の値とに応じて、複数の上記太陽光発電装置の解列手段のうちから解列を行うべき解列手段を判定し、解列を指示することが好ましい。

これにより、各太陽光発電装置の発電電力の値だけでなく、各太陽光発電装置の位置情報に応じて制御手段によって、上記解列を行うべき解列手段への解列の指示が行われる。

例えば、雷雲が太陽光発電装置の上空に懸かっており、雷による雷サージの危険性が高いが太陽光は太陽光発電装置に届いている状態の太陽光発電装置があるとする。

上記発電電力の値が太陽光発電装置が雷雲の影の下に存在する場合の発電電力に該当するだけ低い発電電力の値であったときに、解列手段に対して解列の指示を行うという対応づけが制御手段されていた場合には、太陽光が届いている太陽光発電装置には雷サージの危険性が高くても解列手段に対して解列の指示は行われない。

しかし、太陽光が太陽光発電装置に届いていても雷サージの危険性の高い位置に太陽光発電装置がある場合には解列手段に対して解列の指示を行うという対応づけを制御手段にしさえすれば、上記発電電力の値だけでは解列手段への解列の指示が行われない雷サージの危険性の高い位置にある太陽光発電装置の解列手段に対して解列の指示を行うことが可能になる。

よって、上記発電電力の値のみで太陽光発電装置の解列手段に対して解列の指示を行う場合よりも落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、不必要な太陽光発電の停止を回避できると共に、雷サージから内部電気回路を保護することを可能にできる。

また、本発明の太陽光発電装置用制御装置では、前記制御手段は、発電電力の値が予め設定される発電電力の値よりも小さい太陽光発電装置としての第１太陽光発電装置と上記第１太陽光発電装置から予め設定される距離内にあって発電電力の値が予め設定された発電電力の値よりも大きい太陽光発電装置としての第２太陽光発電装置との前記解列手段に対して解列を指示することが好ましい。

これにより、発電電力の値が予め設定される発電電力の値よりも小さい太陽光発電装置だけでなく、上記太陽光発電装置から予め設定される距離内にあって発電電力の値が予め設定された発電電力の値よりも大きい太陽光発電装置の前記解列手段に対しても解列の指示が行われる。

例えば、上記予め設定される発電電力の値を上記発電電力の値が太陽光発電装置が雷雲の影の下に存在する場合の発電電力に該当するだけ低い発電電力の値として設定し、上記予め設定される距離を、雷によって生じる雷サージが太陽光発電装置に侵入する場合に、同じ雷によって生じる雷サージが他の太陽光発電装置にも侵入する可能性のある範囲の距離として設定するとする。

そして、雷雲が太陽光発電装置の上空に懸かっており、雷による雷サージの危険性が高いが太陽光は太陽光発電装置に届いている状態の太陽光発電装置があるとする。

この場合には、太陽光が太陽光発電装置に届いていても雷サージの危険性の高い位置に太陽光発電装置がある場合には解列手段に対して解列の指示を行うという対応づけが制御手段によってなされることになる。

従って、発電電力の値だけでは解列手段への解列の指示が行われない雷サージの危険性の高い位置にある太陽光発電装置の解列手段に対しても解列の指示を行うことが可能になる。

よって、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、不必要な太陽光発電の停止を回避できると共に、雷サージから内部電気回路を保護することが可能になる。

また、本発明の太陽光発電装置用制御装置では、前記予め設定される距離は、半径１０ｋｍ以下の範囲内の距離であることが好ましい。

これにより、半径１０ｋｍ以下の範囲内の距離は、雷によって生じる雷サージが太陽光発電装置に侵入する場合に、同じ雷によって生じる雷サージが他の太陽光発電装置にも侵入する可能性の高い範囲の距離であるので、発電電力の値だけでは解列手段への解列の指示が行われない雷サージの危険性の高い位置にある太陽光発電装置の解列手段に対しても解列の指示を行うことが可能になる。

よって、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、不必要な太陽光発電の停止を回避できると共に、雷サージから内部電気回路を保護することを可能にできる。

本発明の太陽光発電装置の雷サージ保護システムは、上記課題を解決するために、前記のいずれかの太陽光発電装置用制御装置と、太陽光発電装置との間で電力のやり取りが可能な設備である電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列を行う解列手段を備えた太陽光発電装置と、雷の発生を検知する検知装置とを備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、不必要な太陽光発電の停止を回避できると共に、雷サージから内部電気回路を保護する太陽光発電装置の雷サージ保護システムを実現することが可能になる。

また、本発明の太陽光発電装置の雷サージ保護システムでは、解列が行われた前記解列手段は、予め設定された一定期間内に次の解列の指示が行われなかった場合に前記電力系統と前記太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な導通を行うことが好ましい。

これにより、予め設定された一定期間内に雷が生じた場合には前記解列手段は解列されているので、前記太陽光発電装置の内部電気回路が雷サージの侵入によって破損しない。

そして、予め設定された一定期間内に雷が生じなかった場合には、前記電力系統と前記太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な導通を行うので、太陽光発電装置の発電動作が再開される。

よって、雷サージの危険性が高いときには太陽光発電装置の内部電気回路を保護し、雷サージの危険性が低くなったときにはすぐに太陽光発電装置での発電動作を再開することができる。

本発明の太陽光発電装置の雷サージ保護方法は、上記課題を解決するために、検知装置で雷の発生を検知する検知工程と、太陽光発電装置から発電電力の値を取得する情報取得工程と、検知装置から雷の発生を通知されたときに、取得した上記発電電力の値に応じて、太陽光発電装置との間で電力のやり取りが可能な設備である電力系統と上記太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列を行っている解列手段に対しての解列の指示を行う解列命令工程とを備えることを特徴としている。

上記の発明によれば、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、不必要な太陽光発電の停止を回避できると共に、雷サージから内部電気回路を保護することが可能になる。

本発明によれば、取得した太陽光発電装置の発電電力の情報に応じて電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列の指示が解列手段に行われる。

従って、検知装置が間違って雷の発生を検知した場合にも、制御手段が上記発電電力の情報に応じて解列手段へ解列の指示を行わない限り電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との解列が行われない。

よって、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性が高い場合に雷の発生を検知装置が検知したときに解列手段に解列の指示を行うことができる。

そして、解列の指示によって解列手段が太陽光発電装置の内部電気回路と電力系統との解列を行い、雷によって一般的に発生する雷サージの電力系統からの太陽光発電装置への侵入を上記解列によって防ぐ。

したがって、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから内部電気回路を保護することが可能になるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。

最初に、図１を用いて本発明の太陽光発電装置の雷サージ保護システム１の構成を説明する。

本実施の形態における太陽光発電装置の雷サージ保護システム１は、雷検知装置（検知装置）２、制御センター（制御装置）３、５つの太陽光発電装置４ａ〜４ｅ、雷検知装置２と制御センター３との間の通信に用いられる通信回線５、及び制御センター３と太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間の通信に用いられる通信回線６ａ〜６ｅを備えている。

雷検知装置２はアンテナを備えており、上記アンテナで受信した電磁波の波形、又は電磁波の周波数などから雷が発生したことを検知し、雷検知信号を送信する装置である。雷検知装置２は既に商品化されており、公知の構成からなるものである。

また、雷検知装置２は、アンテナの他にもマイコンを搭載し、制御センター３との間で通信を行うことができる機能を有する。

雷検知装置２は雷を検知したときに雷検知信号を送信するが、雷検知信号を送信するタイミングは雷検知装置２が雷の発生を検知してからできるだけ早い時点であれば好ましく、雷検知装置２が雷を検知した時点であることがより好ましい。

制御センター３は、受信した太陽光発電装置４ａ〜４ｅでの発電電力の値及び太陽光発電装置４ａ〜４ｅの設置位置の情報から、太陽光発電装置４ａ〜４ｅに対する雷サージの危険性を判断するものであって、雷サージの危険性があると判断した場合に太陽光発電装置４ａ〜４ｅに後述する開閉器１４による解列の指令を送信するものである。

また、制御センター３はマイコンを搭載し雷検知装置２、及び太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間で通信を行うことができる機能を有するものとする。上記通信には、インターネットを用いるものとする。

太陽光発電装置４ａ〜４ｅは、光エネルギーを直接電力に変換する装置である。

なお、本実施の形態においては太陽光発電装置の雷サージ保護システム１は太陽光発電装置４ａ〜４ｅを５つ備えているが、必ずしもこれに限定されない。

例えば、太陽光発電装置４ａ〜４ｅは、５つよりも少ない複数備えられていてもよいし、５つよりも多い複数備えられていてもよい。

また、本実施の形態においては制御センター３と雷検知装置２、及び太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間での通信はインターネットを用いて行われる構成になっているが、必ずしもこれに限定されない。

例えば、制御センター３と雷検知装置２、及び太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間での通信は無線通信などを用いて行われる構成であってもよい。

次に、図２を用いて太陽光発電装置４ａの構成を説明する。

太陽光発電装置４ａは、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃ、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃで発電される電力を直流から交流に変換する系統連系インバータ１２、商用電源１３、系統連系インバータ１２と商用電源１３との接続点を電気的に解列することのできる開閉器１４、系統連系インバータ１２と開閉器１４とを制御する制御装置１５、及びサージアブソーバ１６が備えられている。

太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃは、直列に結線された太陽電池を容器又は樹脂などに封じたものであって、単結晶シリコン系太陽電池モジュールを８つ直列に接続したものとする。

系統連系インバータ１２は、各太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃから送られてくる直流電力を交流電力に変換するのみでなく、各太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃでの発電電力が最大になるように調整する最大電力点追従制御を行うものでもある。

商用電源１３は家庭用又は工業用として供給される交流電源である。

開閉器１４は、系統連系インバータ１２と商用電源１３との接続点を電気的に分けることのできるパワーリレーである。

開閉器１４が系統連系インバータ１２と商用電源１３との接続点を電気的に分けることによって、太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間で電力のやり取りが可能な設備である電力系統と太陽光発電装置４ａ〜４ｅの内部電気回路である系統連系インバータ１２とが解列されることになる。

制御装置１５はマイコンを搭載し、制御センター３との間での通信を行うことができる機能、開閉器１４へ開閉制御信号を送信する機能、及び系統連系インバータ１２の動作を制御する機能を有するものとする。

サージアブソーバ１６は、商用電源１３から印加される雷サージから太陽光発電装置４ａ〜４ｅの電子回路を保護するためのものである。

サージアブソーバ１６は放電管型のものであってもよいし、バリスタ等の固体素子型のものであってもよい。

また、系統連系インバータ１２、開閉器１４、制御装置１５、及びサージアブソーバ１６は１つのパワーコンディショナ１０に含まれている。

なお、本実施の形態においては太陽光発電装置４ａは３つの太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃを備えているが、必ずしもこれに限定されない。

例えば、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃは、３つよりも少ない数備えられていてもよいし、３つよりも多い数備えられていてもよい。
とすることも可能である。

また、本実施の形態においては、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃは単結晶シリコン系太陽電池モジュールを８つ直列に接続したものであるがこれに限らない。

例えば、多結晶シリコン系太陽電池からなるものであってもよいし、多結晶化合物半導体太陽電池からなるものであってもよい。

また、太陽電池モジュールも８つ以外の数が直列に接続されていてもよい。

なお、図２では太陽光発電装置４ａの構成のみを示したが、太陽光発電装置４ｂ〜４ｄの構成も太陽光発電装置４ａの構成と同一である。

次に、図３を用いて太陽光発電装置の雷サージ保護システム１の動作について説明する。図３は太陽光発電装置の雷サージ保護システム１の実際の配置例を示している。

まず、雷雲２０から雷２１が発生すると電磁波が発生する。

そして、上記電磁波を雷検知装置２に備えられているアンテナで受信し、上記電磁波の波形、及び／又は周波数などから雷２１が雷検知装置２の近辺で発生したことを検知する。

続いて、雷検知装置２から制御センター３に雷検知信号を送信する。そして、雷検知信号を受信すると制御センター３は太陽光発電装置４ａに情報要求信号を送信する。

パワーコンディショナ１０と太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃとを備えている太陽光発電装置４ａは、情報要求信号を受信した場合、情報要求信号を受信した時点での太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃによる発電電力の値の情報及び予め記憶している太陽光発電装置４ａの設置位置の緯度・経度の情報を制御センター３へ返信する。

制御センター３は受信した太陽光発電装置４ａの発電電力の値及び設置位置の情報から、太陽光発電装置４ａに対する雷サージの危険性を判断する。そして、危険性があると判断した場合には、太陽光発電装置４ａへ開閉器１４による商用電源１３と系統連系インバータ１２との電気的な切り離しである解列を指令する開閉制御信号を送信する。

太陽光発電装置４ａは開閉制御信号を受信すると開閉器１４による解列を行う。

また、太陽光発電装置４ａは開閉制御信号の受信後３０分間は開閉器１４による解列を行い続ける。そして、開閉制御信号の受信後３０分間以内に次の開閉制御信号を受信しなかった場合は自動的に開閉器１４による解列を解除し、商用電源１３と系統連系インバータ１２との導通を可能にする。

一方、開閉器１４による解列を行い続けている間に太陽光発電装置４ａが次の開閉制御信号を受信した場合は、上記次の開閉制御信号を受信した時点から３０分間は開閉器１４による解列をさらに続ける。

次に、図４〜図６を用いて太陽光発電装置の雷サージ保護システム１における雷サージの危険性の判断方法及び手順について説明する。

図４は制御センター３の機能ブロック図であり、図５は雷雲２０に対する太陽光発電装置４ａ〜４ｄの設置位置を示す図であり、図６は制御センター３における雷サージの危険性を判断するフローを示したフローチャートである。

まず、制御センター３の構成を説明する。

制御センター（制御装置）３は、図４に示すように受信部３１、要求送信部３２、記憶部３３、及び演算部３４を有する制御部（制御手段）１７を備えている。

受信部３１は、雷検知装置２からの雷検知信号、及び太陽光発電装置４ａ〜４ｅからの発電電力の値及び設置位置の情報の受信を行うものである。

要求送信部３２は、受信部３１が雷検知信号を受信したときに、太陽光発電装置４ａ〜４ｅに対して発電電力の値及び設置位置の情報を送信させる命令である情報要求信号を送信するものである。

記憶部３３は、受信部３１が受信した太陽光発電装置４ａ〜４ｅのそれぞれの発電電力の値の情報及びそれぞれの設置位置の緯度・経度の情報を記憶しておくものである。

演算部３４は、記憶部３３に記憶されている太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値及び設置位置の緯度・経度の情報のうち対象とする太陽光発電装置４ａ〜４ｅの情報を参照し、所定の手順に従って演算するものである。

そして、上記演算の結果に従って太陽光発電装置４ａ〜４ｅの開閉器１４に開閉制御信号の送信を行うものである。

演算部３４は、例えば、太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値と予め設定される発電電力の値との比較を行い、予め設定される発電電力の値よりも太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値が小さかった場合に開閉器１４へ開閉制御信号の送信を行う。

また、演算部３４は、例えば太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値と予め設定される発電電力の値との比較を行い、予め設定される発電電力の値よりも太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値が大きかった場合に当該太陽光発電装置４ａ〜４ｅとそれ以外の予め設定される発電電力の値よりも小さい発電電力の値を示した太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの距離に対して、予め設定される距離との比較を行う。

そして、予め設定される距離よりも当該太陽光発電装置４ａ〜４ｅとそれ以外の予め設定される発電電力の値よりも小さい発電電力の値を示した太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの距離が小さかった場合に開閉器１４へ開閉制御信号の送信を行う。

上記受信部３１、要求送信部３２、記憶部３３、及び演算部３４は、ＣＰＵが記憶装置に格納されたプログラムを実行し、図示しない入出力回路などの周辺回路を制御することによって実現される機能ブロックである。

続いて、雷サージの危険性の判断方法を説明する。

まず、図５中に示す雷雲２０から発生した雷２１を雷検知装置２で検知する。

続いて、雷検知装置２から制御センター３の受信部３１に雷検知信号を送信する。そして、受信部３１が雷検知信号を受信すると、要求送信部３２が太陽光発電装置４ａ〜４ｄに発電電力の値、及び／又は設置位置の緯度・経度の情報を送信させるよう情報要求信号を送信する。

演算部３４は記憶部３３に格納されている太陽光発電装置４ａ〜４ｄから取得した発電電力の値、及び／又は設置位置の緯度・経度の情報といったデータに従って演算（判定）を行う。

太陽光発電装置４ａ〜４ｄは情報要求信号を受信すると、情報要求信号を受信した時点での太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃによる発電電力の値の情報及び予め記憶している太陽光発電装置４ａ〜４ｄの設置位置の緯度・経度の情報を受信部３１へ送信する。

ここで、太陽光発電装置４ａ〜４ｄは、雷検知装置２で検知された雷２１を発生させた雷検知装置２で検出できる距離に発生する雷２１を発生させる雷雲２０によって、雷サージが発生する可能性がある範囲（雷雲２０の影響を受ける範囲）として、例えば、雷検知装置２から５０ｋｍ以内の距離に設置されているものとする。

記憶部３３は、太陽光発電装置４ａ〜４ｄから受信部３１で受信した上記発電電力の値の情報、及び上記設置位置の緯度・経度の情報を格納する。

そして、演算部３４は、記憶部３３に格納されている情報（データ）を参照して、例えば、太陽光発電装置４ａ〜４ｄの太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃでの発電電力の値（予め設定される発電電力の値）が１００Ｗ以下の太陽光発電装置４ａ〜４ｄを雷雲２０の下にある太陽光発電装置４ａ〜４ｄとして判断する。

つまり、上記発電電力の値が１００Ｗ以下の太陽光発電装置４ａ〜４ｄが雷サージの危険性が高いと判断する。

図５に示すように、雷雲の影２２が掛かっている太陽光発電装置４ａ・４ｂでは太陽光が遮られるため、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃでの発電電力が低下する。

例えば、雷雲２０によって太陽光が遮られた場合に、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃでの発電電力の値が１００Ｗ以下になるとすると、雷雲の影２２が掛かっている太陽光発電装置４ａ・４ｂの太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃでの発電電力の値は１００Ｗ以下になることになる。

雷雲２０の真下は雷２１によって生じる電磁波による雷サージの危険性が高いことから、太陽電池モジュール１１ａ〜１１ｃでの発電電力の値と雷サージの危険性とは関連性が高い。

図５に示す場合では、太陽光発電装置４ａ・４ｂに対する雷サージの危険性が高いと演算部３４が判断することになる。

そして、演算部３４は、開閉器１４による解列を指令する開閉制御信号を太陽光発電装置４ａ・４ｂへ送信する。

また、上記発電電力の値が１００Ｗよりも大きかった場合であっても、予め定められた一定距離（予め設定される距離）以内、例えば１０ｋｍ以内に、発電電力の値が１００Ｗ以下の太陽光発電装置４ａ〜４ｄが存在すれば、演算部３４は記憶部３３に格納されているデータを参照して、１０ｋｍ以内に発電電力の値が１００Ｗ以下の太陽光発電装置４ａ〜４ｄが存在する太陽光発電装置４ａ〜４ｄを雷サージの危険性が高いと判断する。

図５に示す場合では、太陽光発電装置（第１の太陽光発電装置）４ｂから１０ｋｍ以内の９ｋｍの位置に設置されている太陽光発電装置（第２の太陽光発電装置）４ｃでは雷雲２０の雷２１による雷サージの危険性が高いと演算部３４が判断する。

そして、演算部３４は、開閉器１４による解列を指令する開閉制御信号を太陽光発電装置４ｃへ送信する。

一方、太陽光発電装置４ｂから１０ｋｍ以上離れた１５ｋｍの位置に設置されている太陽光発電装置４ｄでは雷雲２０の雷２１による雷サージの危険性が低いと演算部３４が判断する。

この場合、演算部３４は、開閉器１４による解列を指令する開閉制御信号を太陽光発電装置４ｄへ送信しない。

なお、本実施の形態においては演算部３４での演算に用いられる予め設定される発電電力の値を１００Ｗとしているが、必ずしもこれに限定されず、例えば、太陽光発電装置が雷雲の影２２の下に存在する場合の発電電力に相当するだけ低い発電電力の値であればよい。

また、本実施の形態においては演算部３４での演算に用いられる予め設定される距離を１０ｋｍとしているが、必ずしもこれに限定されず、例えば、雷２１によって生じる雷サージが太陽光発電装置４ａ〜４ｅに侵入する場合に、同じ雷２１によって生じる雷サージが他の太陽光発電装置４ａ〜４ｅにも侵入する可能性のある範囲の距離であればよい。

続いて、雷サージの危険性の判断手順を図６に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では受信部３１が雷検知装置２から雷検知信号を受信したかどうかの判定を演算部３４が行う。

そして、受信部３１が雷検知信号を受信していた場合（ステップＳ１でＹｅｓ）にはステップＳ２に移る。

また、受信部３１が雷検知信号を受信していなかった場合（ステップＳ１でＮｏ）には、ステップＳ１に戻ってフローが繰り返される。

ステップＳ２では要求送信部３２が太陽光発電装置４ａ〜４ｅに情報要求信号を送信し、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３では受信部３１が太陽光発電装置４ａ〜４ｅから発電電力の値及び設置位置の情報の受信を行う。

そして、受信部３１が上記情報の受信を完了した場合（ステップＳ３でＹｅｓ）には受信した情報を記憶部３３に記憶させステップＳ４に移る。

また、受信部３１が上記情報の受信を完了できなかった場合（ステップＳ３でＮｏ）には、ステップＳ２に戻ってフローが繰り返される。

ステップＳ４では、記憶部３３に記憶されている判定対象の太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値が１００Ｗ以下であるかどうかの判定を演算部３４が行う。

そして、上記発電電力の値が１００Ｗ以下であった場合（ステップＳ４でＹｅｓ）にはステップＳ５に移る。

また、上記発電電力の値が１００Ｗ以下でなかった場合（ステップＳ４でＮｏ）にはステップＳ６に移る。

ステップＳ６では、記憶部３３に記憶されている太陽光発電装置４ａ〜４ｅの設置位置の情報を参照する。そして、上記発電電力の値が１００Ｗ以下であった太陽光発電装置４ａ〜４ｅの半径１０ｋｍ以内に存在する他の太陽光発電装置４ａ〜４ｅのうち、上記発電電力の値が１００Ｗ以下のものがあるかどうかの判定を演算部３４で行う。

そして、上記発電電力の値が１００Ｗ以下でなかった太陽光発電装置４ａ〜４ｅの半径１０ｋｍ以内に、上記発電電力の値が１００Ｗ以下の他の太陽光発電装置４ａ〜４ｅが存在した場合（ステップＳ６でＹｅｓ）にはステップＳ５に移る。

また、上記発電電力の値が１００Ｗ以下でなかった太陽光発電装置４ａ〜４ｅの半径１０ｋｍ以内に、上記発電電力の値が１００Ｗ以下の他の太陽光発電装置４ａ〜４ｅが存在しなかった場合（ステップＳ６でＮｏ）にはステップＳ１に戻ってフローが繰り返される。

ステップＳ５では、演算部３４が上記発電電力の値が１００Ｗ以下であった太陽光発電装置４ａ〜４ｅ、又は半径１０ｋｍ以内に上記発電電力の値が１００Ｗ以下の他の太陽光発電装置４ａ〜４ｅが存在する太陽光発電装置４ａ〜４ｅの開閉器１４に対して、解列を指令する開閉制御信号を送信する。

以上の構成によれば、複数の太陽光発電装置４ａ〜４ｅに対して雷検知装置２を１つ備えさえすれば太陽光発電装置の雷サージ保護システム１を実現できる。よって、一般的に高価な雷検知装置２を太陽光発電装置の雷サージ保護システム１中に複数設ける必要がない。

従って、太陽光発電装置の雷サージ保護システム１を安価に実現できる。

なお、本実施の形態においては制御センター３は独立しているが、必ずしもこれに限定されず、制御センター３の行う機能を各太陽光発電装置４ａ〜４ｅに分散させてもよい。

例えば、検知装置２からの雷検知信号を各太陽光発電装置４ａ〜４ｅに送信し、雷検知信号を受信した各太陽光発電装置４ａ〜４ｅが自らの発電電力の値が１００Ｗより小さいと判断した場合は開閉器１４を解列してもよい。

一方、自らの発電電力の値が１００Ｗより大きい場合は、予め記憶されている半径１０ｋｍ以内の太陽光発電装置４ａ〜４ｅに発電電力の値の情報の送信を要求し、送信されてきた情報の中に発電電力の値が１００Ｗより小さいものがあれば開閉器１４を解列してもよい。

また、上記実施形態では、制御センター３を構成する各部材が、「ＣＰＵなどの演算手段がＲＯＭやＲＡＭなどの記録媒体に格納されたプログラムコードを実行することで実現される機能ブロックである」場合を例にして説明したが、同様の処理を行うハードウェアで実現してもよい。また、処理の一部を行うハードウェアと、当該ハードウェアの制御や残余の処理を行うプログラムコードを実行する上記演算手段とを組み合わせても実現することもできる。さらに、上記各部材のうち、ハードウェアとして説明した部材であっても、処理の一部を行うハードウェアと、当該ハードウェアの制御や残余の処理を行うプログラムコードを実行する上記演算手段とを組み合わせても実現することもできる。なお、上記演算手段は、単体であってもよいし、装置内部のバスや種々の通信路を介して接続された複数の演算手段が共同してプログラムコードを実行してもよい。また、上記各部材のうちの記憶部３３は、メモリなどの記憶装置自体であってもよい。

上記演算手段によって直接実行可能なプログラムコード自体、または、後述する解凍などの処理によってプログラムコードを生成可能なデータとしてのプログラムは、当該プログラム（プログラムコードまたは上記データ）を記録媒体に格納し、当該記録媒体を配付したり、あるいは、上記プログラムを、有線または無線の通信路を介して伝送するための通信手段で送信したりして配付され、上記演算手段で実行される。

なお、通信路を介して伝送する場合、通信路を構成する各伝送媒体が、プログラムを示す信号列を伝搬し合うことによって、当該通信路を介して、上記プログラムが伝送される。また、信号列を伝送する際、送信装置が、プログラムを示す信号列により搬送波を変調することによって、上記信号列を搬送波に重畳してもよい。この場合、受信装置が搬送波を復調することによって信号列が復元される。一方、上記信号列を伝送する際、送信装置が、デジタルデータ列としての信号列をパケット分割して伝送してもよい。この場合、受信装置は、受信したパケット群を連結して、上記信号列を復元する。また、送信装置が、信号列を送信する際、時分割／周波数分割／符号分割などの方法で、信号列を他の信号列と多重化して伝送してもよい。この場合、受信装置は、多重化された信号列から、個々の信号列を抽出して復元する。いずれの場合であっても、通信路を介してプログラムを伝送できれば、同様の効果が得られる。

ここで、プログラムを配付する際の記録媒体は、取外し可能である方が好ましいが、プログラムを配付した後の記録媒体は、取外し可能か否かを問わない。また、上記記録媒体は、プログラムが記憶されていれば、書換え（書き込み）可能か否か、揮発性か否か、記録方法および形状を問わない。記録媒体の一例として、磁気テープやカセットテープなどのテープ、あるいは、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスクなどの磁気ディスク、または、ＣＤ−ＲＯＭや光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニディスク（ＭＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などのディスクが挙げられる。また、記録媒体は、ＩＣカードや光カードのようなカード、あるいは、マスクＲＯＭやＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュＲＯＭなどのような半導体メモリであってもよい。あるいは、ＣＰＵなどの演算手段内に形成されたメモリであってもよい。

なお、上記プログラムコードは、上記各処理の全手順を上記演算手段へ指示するコードであってもよいし、所定の手順で呼び出すことで、上記各処理の一部または全部を実行可能な基本プログラム（例えば、オペレーティングシステムやライブラリなど）が既に存在していれば、当該基本プログラムの呼び出しを上記演算手段へ指示するコードやポインタなどで、上記全手順の一部または全部を置き換えてもよい。

また、上記記録媒体にプログラムを格納する際の形式は、例えば、実メモリに配置した状態のように、演算手段がアクセスして実行可能な格納形式であってもよいし、実メモリに配置する前で、演算手段が常時アクセス可能なローカルな記録媒体（例えば、実メモリやハードディスクなど）にインストールした後の格納形式、あるいは、ネットワークや搬送可能な記録媒体などから上記ローカルな記録媒体にインストールする前の格納形式などであってもよい。また、プログラムは、コンパイル後のオブジェクトコードに限るものではなく、ソースコードや、インタプリトまたはコンパイルの途中で生成される中間コードとして格納されていてもよい。いずれの場合であっても、圧縮された情報の解凍、符号化された情報の復号、インタプリト、コンパイル、リンク、または、実メモリへの配置などの処理、あるいは、各処理の組み合わせによって、上記演算手段が実行可能な形式に変換可能であれば、プログラムを記録媒体に格納する際の形式に拘わらず、同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては受信部３１が雷検知信号を受信したときに要求送信部３２が情報要求信号の送信を行う構成になっているが、必ずしもこれに限定されず、例えば、受信部３１での雷検知信号の受信によらずに所定の期間毎に要求送信部３２が情報要求信号の送信を行う構成とすることも可能である。

いずれの場合であっても、太陽光発電装置４ａ〜４ｅとの間で電力のやり取りが可能である電力系統と太陽光発電装置の系統連系インバータ１２との電気的な切り離しである解列を行う開閉器１４を備えた太陽光発電装置４ａ〜４ｅから発電電力の値の情報を取得し、雷２１の発生を検知した雷検知装置２から送信される信号を受信したときに、取得した雷２１の発生時での上記発電電力の値の情報に応じて開閉器１４へ解列の指示を行う制御部１７を備えているのであれば、落雷が太陽光発電装置４ａ〜４ｅの近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから系統連系インバータ１２を保護することを可能にできるので、同様の効果が得られる。

ただし、上記各実施形態のように、受信部３１が雷検知信号を受信したときに要求送信部３２が情報要求信号の送信を行う構成であれば、常に要求送信部３２から情報要求信号を送信し続けなくてもよい。

よって、要求送信部３２から情報要求信号を送信するときにかかる電力を節約できる。

また、常に要求送信部３２から情報要求信号を送信し続け、太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値、及び設置位置の情報を取得する場合には、雷２１の発生を雷検知装置２が検知した直後の上記発電電力の値、及び設置位置の情報を取得するための上記情報要求信号の要求をより短い間隔で行わなければならない。

しかし、情報要求信号の要求をより短い間隔で行う場合には情報要求信号を送信するときにかかる電力が増大する。

一方、受信部３１が雷検知信号を受信したときに要求送信部３２が情報要求信号の送信を行い太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値、及び設置位置の情報を取得する場合には、雷２１の発生を雷検知装置２が検知した直後の太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値、及び設置位置の情報を取得することができる。

よって、受信部３１が雷検知信号を受信したときに要求送信部３２が情報要求信号の送信を行う構成であれば、容易に雷２１の発生を雷検知装置２が検知した直後の太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値、及び設置位置の情報を取得することができる。

また、本実施の形態においては受信部３１で受信した太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値の情報及び設置位置の緯度・経度の情報に基づいて演算部３４で演算を行っているが、これに限らず、受信部３１で受信した太陽光発電装置４ａ〜４ｅの発電電力の値の情報のみに基づいて演算部３４で演算を行ってもよい。

なお、本実施の形態においては記憶部３３は制御センター３の内部に備えられているがこれに限らず、制御センター３の外部に備えられていても構わない。

この場合、記憶部３３が制御センター３の外部に備えられていても落雷が太陽光発電装置４ａ〜４ｅの近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから系統連系インバータ１２を保護することを可能にできるので、同様の効果が得られる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、本発明の太陽光発電装置用制御装置、及び太陽光発電装置の雷サージ保護システム、並びに太陽光発電装置の雷サージ保護方法は、落雷が太陽光発電装置の近辺に発生する可能性を精度良く判断し、雷サージから内部電気回路を保護することが可能である。したがって、本発明は、太陽光発電装置に関連する産業分野に好適に用いることができる。

本発明における太陽光発電装置の雷サージ保護システムの実施の一形態を示す図である。 本発明における太陽光発電装置の概略的構成を示す図である。 上記太陽光発電装置の雷サージ保護システムの配置を示す図である。 本発明における制御センターの機能ブロック図である。 雷雲に対する本発明における太陽光発電装置の設置位置を示す図である。 本発明における制御センターでの動作フローを説明するフローチャートである。 従来技術を示すものであり、太陽光発電装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 太陽光発電装置の雷サージ保護システム
２ 雷検知装置（検知装置）
３ 制御センター（太陽光発電装置用制御装置）
４ａ〜４ｅ 太陽光発電装置
５ 通信回線
６ａ〜６ｅ 通信回線
１０ パワーコンディショナ
１１ａ〜１１ｃ 太陽電池モジュール
１２ 系統連系インバータ（内部電気回路）
１３ 商用電源
１４ 開閉器（解列手段）
１５ 制御装置
１６ サージアブソーバ
１７ 制御部（制御手段）
２０ 雷雲
２１ 雷
２２ 雷雲の影
３１ 受信部（取得手段）
３２ 要求送信部
３３ 記憶部
３４ 演算部
４６ 太陽光発電装置
５１ａ〜５１ｃ 太陽電池
５２ 系統連系インバータ
５３ 商用電源
５４ 開閉器
５５ 制御部
５６ サージアブソーバ

Claims (8)

1. 太陽光発電装置との間で電力のやり取りが可能である電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列を行う解列手段に対して、解列を指示する制御手段を有する太陽光発電装置用制御装置であって、
   上記太陽光発電装置の発電電力の値を取得する取得手段を備え、
   上記制御手段は、雷の発生を検知する検知装置から雷の発生が通知されたときに、上記取得手段が取得した、当該検知装置に対応する太陽光発電装置の発電電力の値が、予め設定される発電電力の値よりも小さかった場合に、当該太陽光発電装置の解列手段へ解列を指示することを特徴とする太陽光発電装置用制御装置。
2. 前記検知装置には、当該検知装置の数よりも多い複数の前記太陽光発電装置が対応付けられていることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置用制御装置。
3. 前記制御手段は、前記検知装置に対応する複数の前記太陽光発電装置のそれぞれに予め設定される位置情報、及び各上記太陽光発電装置の発電電力の値とに応じて、複数の上記太陽光発電装置の解列手段のうちから解列を行うべき解列手段を判定し、解列を指示することを特徴とする請求項２記載の太陽光発電装置用制御装置。
4. 前記制御手段は、発電電力の値が予め設定される発電電力の値よりも小さい太陽光発電装置としての第１太陽光発電装置と上記第１太陽光発電装置から予め設定される距離内にあって発電電力の値が予め設定された発電電力の値よりも大きい太陽光発電装置としての第２太陽光発電装置との前記解列手段に対して解列を指示することを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電装置用制御装置。
5. 前記予め設定される距離は、半径１０ｋｍ以下の範囲内の距離であることを特徴とする請求項４記載の太陽光発電装置用制御装置。
6. 請求項１〜５に記載のいずれか１項の太陽光発電装置用制御装置と、
   太陽光発電装置との間で電力のやり取りが可能な設備である電力系統と太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列を行う解列手段を備えた太陽光発電装置と、
   雷の発生を検知する検知装置とを備えていることを特徴とする太陽光発電装置の雷サージ保護システム。
7. 解列が行われた前記解列手段は、予め設定された一定期間内に次の解列の指示が行われなかった場合に前記電力系統と前記太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な導通を行うことを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電装置の雷サージ保護システム。
8. 検知装置で雷の発生を検知する検知工程と、
   太陽光発電装置から発電電力の値を取得する情報取得工程と、
   検知装置から雷の発生を通知されたときに、取得した上記発電電力の値に応じて、太陽光発電装置との間で電力のやり取りが可能な設備である電力系統と上記太陽光発電装置の内部電気回路との電気的な切り離しである解列を行っている解列手段に対しての解列の指示を行う解列命令工程とを備えることを特徴とする太陽光発電装置の雷サージ保護方法。

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