JP2010153552A

JP2010153552A - 太陽電池アレイの地絡試験方法

Info

Publication number: JP2010153552A
Application number: JP2008329519A
Authority: JP
Inventors: Takuro Ihara; 卓郎井原
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】複数の太陽電池モジュールを並列に接続して構成するシステムにおいて地絡が発生した太陽電池モジュールを容易に特定すること。
【解決手段】地絡検出装置６で太陽電池アレイ２における地絡の発生が検出された場合に、太陽電池アレイ２を負荷から切り離した状態で、太陽電池アレイ２の＋側出力端２５又は−側出力端２６とアース端子２７との間に電流を流し、該電流による太陽電池モジュール２０の発熱を赤外線サーモグラフ装置３０により検知することにより地絡が発生している太陽電池モジュールを特定する。これにより、太陽光発電システムにおいて地絡が発生した場合に、個々の太陽電池モジュール２０の配線を切り離すような煩雑な作業を行うことなく、簡便な方法により地絡が発生している太陽電池モジュールを特定することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールを並列接続してなる太陽電池アレイの中から地絡が生じている太陽電池モジュールを特定する太陽電池アレイの地絡試験方法に関する。

太陽電池は、クリーンエネルギー源として注目を集めており、太陽電池を用いた光発電システムが急速に普及しつつある。特に、太陽電池で発電した直流電力をパワーコンディショナで交流電力に変換して商用電力系統へ供給する系統連系型太陽光発電システムの導入が増加してきている。

太陽電池には、光電変換を行う材料によりいろいろな種類がある。その中でアモルファスシリコン系薄膜太陽電池は、現在市場で中心的な位置を占めている結晶シリコンと比べて、（１）原料の使用量が少ない、（２）ロールツーロール方式による大量生産が容易、（３）可撓性基板上に形成することにより、曲面上に設置することが可能、（４）１枚の基板上に直列接続構造を形成可能で、例えばインバータなどに接続するための２００Ｖ程度の電圧を１枚の基板上で得ることも容易であるなどの特長を持つものである。特に１枚の太陽電池で高い電圧が得られることから、複数の太陽電池モジュールを全て並列に電気接続するシステム構築も容易である。

太陽電池は、一部の民生用途を除いて、個人住宅の屋根上など屋外に設置され、厳しい屋外環境に曝される。そこで、太陽光発電システムには、万一、何らかの要因により絶縁が破壊され地絡が発生する場合に備えて地絡検出機能を持たせ、地絡を検知した場合には、太陽電池の直流回路と負荷(系統電力)を切り離すのが一般的である。

従来の地絡の検出方法としては、例えば、以下の方法がある。
（１）トランスレスタイプのパワーコンディショナを用いて系統連係を行う場合は、商用電力系統からパワーコンディショナを介して太陽電池アレイに対地電位が与えられるため、太陽電池アレイからパワーコンディショナを通って商用電力系統へ流れる地絡電流を計測することにより地絡を検出することができる。

（２）負荷（系統連系の場合は商用電力系統）と電気的に切り離された状態で、太陽電池アレイの＋端および−端とそれぞれインピーダンスを介して電気的中間点を設け、この電気的中間点とアース間の電位差が閾値を超えた場合に地絡が生じたと判定する。
これらの方法によれば、地絡の有無を検知して太陽電池回路と負荷(系統電力)を切り離すことは可能となる。

ところで、上記のような地絡検出方法により、地絡の有無を検出することが可能となったとしても、実際には何らかの要因により絶縁が破壊されて地絡を生じている太陽電池モジュールを特定し、その太陽電池モジュールを交換（または可能であれば修理でもよい）して発電システムの機能を復帰させることが必要となる。地絡原因の太陽電池モジュールを特定する方法として、複数の太陽電池モジュールを直列接続して構成したシステムについては以下のような方法が知られている。

太陽電池アレイの電圧（＋側出力端と−側出力端の間の電圧)、および、＋側出力端もしくは−側出力端とアースとの間の電圧を電圧計測手段により各々測定する。この２つの電圧値から、（＋側出力端とアースとの間の電圧）÷（太陽電池アレイの電圧）の値を求める。この値は、（＋側出力端から数えたときの地絡しているモジュールの順番）÷（全体の直列モジュール数）に相当することから、地絡している太陽電池モジュールを特定することが可能である。

上記方法以外に、太陽電池モジュールにおける短絡欠陥を検出する方法として、例えば特許文献１で開示されている方法がある。この先行文献には、少なくとも光起電力素子とその光入射面上に形成された保護層とからなる光起電力素子モジュールの第１電極と第２電極との間の短絡欠陥を検出する方法であって、前記保護層と前記光起電力素子の光入射面との接合面を樹脂によって形成し、光起電力素子にバイアスを印加した状態で、前記保護層の表面から放射される赤外線の放射量を測定する点が開示されている。
特開２００２−２０３９７８号公報

しかしながら、地絡した太陽電池モジュールの特定に関する上記方法は、当然、複数の太陽電池モジュールを直列に接続して構成するシステムについてのみ有効な方式であり、高電圧のアモルファス太陽電池を用いた場合のように並列に接続して構成するシステムに適用できるものではない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数の太陽電池モジュールを並列に接続して構成するシステムにおいて地絡が発生した太陽電池モジュールを容易に特定することができる太陽電池アレイの地絡試験方法を提供することを目的とする。
問題がある。

本発明の太陽電池アレイの地絡試験方法は、複数の太陽電池モジュールを、それぞれに逆流防止ダイオードを介挿して、電気的に並列に接続して構成される太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの地絡発生を検知する地絡検出装置とを具備する太陽光発電システムにおいて地絡の発生している太陽電池モジュールを特定する太陽電池アレイの地絡試験方法であって、前記地絡検出装置で前記太陽電池アレイにおける地絡の発生が検出された場合、前記太陽電池アレイを負荷から切り離した状態で、前記太陽電池アレイの＋側出力端又は−側出力端とアース端子との間に電流を流し、該電流による太陽電池モジュールの発熱を赤外線検知器により検知し、発熱が検知された太陽電池モジュールを地絡が発生している太陽電池モジュールとして特定することを特徴とする。

この太陽電池アレイの地絡試験方法によれば、複数の太陽電池モジュールを並列に接続して構成する太陽光発電システムにおいて地絡が発生した場合に、個々の太陽電池モジュールの配線を切り離すような煩雑な作業を行うことなく、簡便な方法により地絡が発生している太陽電池モジュールを特定することが可能となり、正常な太陽電池モジュールへの交換を容易に且つ短時間で行うことができる。

また本発明では、上記太陽電池アレイの地絡試験方法において、アースとの間に電流を流す前記太陽電池アレイの出力端を、＋側出力端又は−側出力端のうちの前記各太陽電池モジュールに逆流防止ダイオードを付与しない側の出力端とし、アースと前記出力端の間に流す電流の向きを前記太陽電池アレイの発電電流とは逆の向きにしたことを特徴とする。

この太陽電池アレイの地絡試験方法によれば、地絡した太陽電池モジュール以外の太陽電池モジュールについては、逆流防止ダイオードおよび太陽電池モジュール自身のダイオード特性の働きにより電流が流れることがないので、温度上昇が生じることがなく、地絡した太陽電池モジュールを確実に特定することができる。

また本発明は、上記太陽電池アレイの地絡試験方法において、前記＋側出力端又は前記−側出力端のうちの一方の出力端とアースとの間に電流を流して該電流による前記太陽電池モジュールの発熱を前記赤外線検知器により検知する地絡試験を前記太陽電池アレイの発電が少ない夜間もしくは曇天時に行うことを特徴とする。

この太陽電池アレイの地絡試験方法によれば、日射によって生ずる太陽電池モジュールの本来の光電流と区別することができ、地絡した太陽電池モジュールを確実に特定することができる。

本発明によれば、個々の太陽電池モジュールの配線を切り離すような煩雑な作業を行うことなく、簡便な方法により地絡が発生している太陽電池モジュールを特定することが可能となり、正常な太陽電池モジュールへの交換を容易に且つ短時間で行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の太陽電池アレイの地絡試験方法を説明するための太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。同図に示す太陽光発電システム１は、例えば建物の屋根の上に設置して使用するものであり、複数の太陽電池モジュールを電気的に並列に接続して構成される太陽電池アレイ２と、太陽電池アレイ２の直流出力を交流に変換するパワーコンディショナ３と、パワーコンディショナ３により直交変換された交流出力を商用電力系統５に連系する系統連系保護装置４と、パワーコンディショナ３に設けられた地絡検出装置６と、太陽電池アレイ２とパワーコンディショナ３との間に設けられた直流開閉器７とを備えている。

太陽電池アレイ２の直流出力は、直流開閉器７を介してパワーコンディショナ３に入力される。パワーコンディショナ３は、トランスレスタイプであり、このパワーコンディショナ３により直交変換された交流出力は系統連係保護装置４を通って商用電力系統５に連系される。複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイ２は、太陽電池モジュール群を設置する基礎の部分が接地される。万が一、複数の太陽電池モジュール中の一部で絶縁破壊が発生し、アースとの間で電流が流れる地絡状態となった場合、パワーコンディショナ３に設けられた地絡検出装置６が太陽電池アレイ２からパワーコンディショナ３を通って商用電力系統５へ流れる地絡電流を計測して地絡を検出する。地絡検出装置６で地絡が検出されると、直流開閉器７を開列して太陽電池アレイ２を電気的に切り離す操作を行う。この切り離し装置は、ユーザによって行われる。

図２は、太陽電池アレイ２の概略構成と赤外線サーモグラフ装置３０を示すブロック図である。同図において、太陽電池アレイ２は、幅５０ｃｍ、長さ４ｍ、最大出力１２０Ｗ（動作電圧２００Ｖ、動作電流０．６Ａ)のアモルファス太陽電池モジュール２０を３０枚有して構成される。３０枚の太陽電池モジュール２０は電気的に並列に接続されている。また、各太陽電池モジュール２０には、日陰の影響等で発電しなくなった場合に電流が逆流しないように、逆流防止ダイオード２２が設けられている。逆流防止ダイオード２２は、太陽電池モジュール２０の出力端のうち＋側、−側のいずれか一方に接続すれば良く、本実施の形態では＋側に接続している。赤外線サーモグラフ装置３０は、太陽電池アレイ２０全体をその視野の中に収める視野を有している。

さて、３０枚の太陽電池モジュール２０のうち、例えば図２に示す太陽電池モジュール２０ａが中央部で何らかの原因で絶縁破壊を起こし、アースとの間の絶縁不良となる地絡状態を生じたとする。このような地絡状態になると、まずパワーコンディショナ３の地絡検出装置６により地絡が検出される。次いで、地絡が生じたことを知ったユーザが、直流開閉器７を開列する。次いで、地絡が生じている太陽電池モジュール２０を特定して交換する必要がある。

この場合、３０枚の太陽電池モジュール２０をそれぞれ１つずつ順次並列回路から切り離し、絶縁抵抗計等を用いてアースとの間の絶縁抵抗を測定していけば原理的には地絡している太陽電池モジュール２０を特定することは可能である。しかしながら、このような作業は大変煩雑であり、特に屋根上のような足場の悪い場所に設置されている場合には太陽電池モジュール２０の接続箇所が屋根の構造体の中に収められていることが多く極めて困難である。そこで、本実施の形態では、以下のようにして地絡している太陽電池モジュール２０の特定を行うようにしている。

まず太陽電池アレイ２の＋側出力端２５、−側出力端２６、アース端子２７が近接する直流開閉器７において二次側が確実に切り離されていることを確認した上で、−側出力端２６とアース端子２７の間に定電流電源１０を接続し、この定電流電源１０により両端子間に強制的に電流を流す。なお、ここで、十分な日射があり、太陽電池モジュール２０が発電可能な状態で、−側出力端２６とアース端子２７の間に負荷を接続した場合を想定すると、地絡部と−側出力端２６との間に電流が流れることになるが、その方向は負荷においてアース端子２７側から−側出力端２６へ流れることになる。定電流電源１０で−側出力端２６とアース端子２７との間に強制的に電流を流す場合、日射によって生ずる太陽電池モジュール２０の本来の光電流と区別するため、夜間もしくは曇天時に行う方が条件のコントロールが容易となるが、場合によっては晴天時に、定電流電源１０による電流の代わりに太陽電池の光電流を利用して以下の地絡モジュールの特定を行うことも可能である。

定電流電源１０で−側出力端２６とアース端子２７との間に電圧を印加し、電流を流す向きとしては、太陽電池モジュール２０を構成する太陽電池素子２１が図２に示すような向きのダイオードであることから、該ダイオードの順方向、即ちアース端子２７側から−側出力端２６側に電流を流す方が望ましい。電流を流す一方の端子として＋側出力端２５側ではなく−側出力端２６側を選択している理由は、本実施の形態では、＋側出力端２５側に逆流防止ダイオード２２を接続しているため順方向に電流を流すことができないからである。電流の流れ易さは、地絡抵抗（地絡している太陽電池モジュール２０とアースとの間の絶縁抵抗）により異なる。電流を”０”から太陽電池モジュール２０の短絡電流（０．６Ａ）を目安にして徐々に上昇させていく。

一方、例えば、汎用の赤外線サーモグラフ（赤外線検知器）３０を用意し、太陽電池アレイ２０全体をその視野の中に収める。赤外線サーモグラフ装置３０は物体の表面から輻射される赤外線放射エネルギーを検出し、見かけの温度に変換して温度分布画像表示する装置である。定電流電源１０を調整して電流を徐々に上げていくと、地絡を生じている太陽電池モジュール２０ａにのみ電流が流れ、それにより発生するジュール熱により加熱されて表面の温度が上昇する。この温度上昇の様子を赤外線サーモグラフの画像変化で確認することにより、全体の太陽電池モジュール群の中から地絡を生じている太陽電池モジュール２０ａを特定することが可能となる。太陽電池モジュール２０ａ以外の太陽電池モジュール２０については、逆流防止ダイオード２２および太陽電池モジュール２０自身のダイオード特性の働きにより電流が流れることがないので、温度上昇が生じることがない。赤外線サーモグラフ装置３０としては各種製品が市販されており、その中から適当な装置を選択することは容易である。

以上のように本発明の太陽電池アレイの地絡試験方法は、地絡検出装置６で太陽電池アレイ２における地絡の発生が検出された場合に、太陽電池アレイ２を負荷から切り離した状態で、太陽電池アレイ２の＋側出力端２５又は−側出力端２６とアース端子２７との間に電流を流し、該電流による太陽電池モジュール２０の発熱を赤外線サーモグラフ装置３０により検知することにより地絡が発生している太陽電池モジュール２０ａを特定するので、複数の太陽電池モジュール２０を並列に接続して構成する太陽光発電システムにおいて地絡が発生した場合に、個々の太陽電池モジュール２０の配線を切り離すような煩雑な作業を行うことなく、簡便な方法により地絡が発生している太陽電池モジュール２０を特定することが可能となり、正常な太陽電池モジュールへの交換を容易に且つ短時間で行うことができる。

本発明は、高電圧のアモルファス太陽電池を用いた場合のように並列に接続して構成する太陽光発電システムに適用可能である。

本発明の太陽電池アレイの地絡試験方法を説明するための太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。図１の太陽電池アレイの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１太陽光発電システム２太陽電池アレイ
３パワーコンディショナ４系統連系保護装置
５商用電力系統６地絡検出装置
７直流開閉器１０定電流電源
２０太陽電池モジュール２１太陽電池素子
２２逆流防止ダイオード２５＋側出力端
２６ −側出力端２７アース端子
３０赤外線サーモグラフ装置

Claims

複数の太陽電池モジュールを、それぞれに逆流防止ダイオードを介挿して、電気的に並列に接続して構成される太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの地絡発生を検知する地絡検出装置とを具備する太陽光発電システムにおいて地絡の発生している太陽電池モジュールを特定する太陽電池アレイの地絡試験方法であって、
前記地絡検出装置で前記太陽電池アレイにおける地絡の発生が検出された場合、前記太陽電池アレイを負荷から切り離した状態で、前記太陽電池アレイの＋側出力端又は−側出力端とアース端子との間に電流を流し、該電流による太陽電池モジュールの発熱を赤外線検知器により検知し、発熱が検知された太陽電池モジュールを地絡が発生している太陽電池モジュールとして特定することを特徴とする太陽電池アレイの地絡試験方法。
アースとの間に電流を流す前記太陽電池アレイの出力端を、＋側出力端又は−側出力端のうちの前記各太陽電池モジュールに逆流防止ダイオードを付与しない側の出力端とし、アースと前記出力端の間に流す電流の向きを前記太陽電池アレイの発電電流とは逆の向きにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アレイの地絡試験方法。
前記＋側出力端又は前記−側出力端のうちの一方の出力端とアースとの間に電流を流して該電流による前記太陽電池モジュールの発熱を前記赤外線検知器により検知する地絡試験を、前記太陽電池アレイの発電が少ない夜間もしくは曇天時に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池アレイの地絡試験方法。