JP2013143246A - Photovoltaic power generation system and lightning protection mechanism for use therein - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光を用いて発電を行う太陽光発電システムに関し、特に太陽電池モジュール表面に生じる影により出力が低下することを防止する技術に関する。 The present invention relates to a photovoltaic power generation system that generates power using sunlight, and more particularly to a technique for preventing output from being reduced by shadows generated on the surface of a solar cell module.
一般的な太陽光発電システムでは、太陽電池モジュール(ストリング)により太陽光のエネルギーを直流電力に変換した後、各ストリング電圧を各ストリング毎に接続箱などにより直列接続した後に1つにまとめ、まとめられた直流電力をパワーコンディショナシステム(以下、「PCS」という。)により交流電力に変換する。 In a general photovoltaic power generation system, after converting solar energy into DC power by a solar cell module (string), each string voltage is connected in series by a connection box etc. for each string and then combined into one. The obtained direct current power is converted into alternating current power by a power conditioner system (hereinafter referred to as “PCS”).
すなわち、太陽光発電システムは、太陽電池モジュールに設けられたセルに太陽光などの光が照射されることで発電することで直流電力を発生し、PCSによって交流電力に変換され、電力系統に電力を供給すべく系統連系されている。また、発電量を確保するために、複数の太陽電池モジュールを接続し敷設している。 That is, the photovoltaic power generation system generates direct-current power by generating light by irradiating light such as sunlight to cells provided in the solar cell module, converted into alternating-current power by the PCS, and power to the power system. It is grid-connected to supply In order to secure the amount of power generation, a plurality of solar cell modules are connected and laid.
特に、1メガワット以上の発電を行ういわゆるメガソーラシステムにおいては、広大なエリアに広域にわたって太陽電池モジュールが設置される。 In particular, in a so-called mega solar system that generates power of 1 megawatt or more, a solar cell module is installed over a wide area in a wide area.
ところが、各太陽電池モジュールは、表面(発電するセルを有する面)に影がかかった場合、該当する太陽電池モジュールのストリングだけ、他のストリングと比較し発電電力が落ち込むため、設置する際には、受光する側の太陽電池モジュール等の影にならないように配慮している。 However, when each solar cell module is shaded on the surface (surface with cells to generate electricity), only the string of the corresponding solar cell module falls compared to other strings, so when installing it, The solar cell module on the light receiving side is taken into consideration so as not to be shaded.
一方、このような太陽光発電システムでは、落雷に対し次のような対策がなされている。 On the other hand, in such a photovoltaic power generation system, the following measures are taken against lightning strikes.
すなわち、図8に示すように、送電線101に落ちた直撃雷Aが高電圧となって柱状部103を経由して太陽光発電システム105に導かれ、いわゆる誘導雷により太陽光発電システム105等の損傷を防止するため、遮断器107の上流やトランス109の上流、あるいはパワーコンディショナシステム111(以下、「PCS」という。)の上流に避雷器113、115、117を設けている。
That is, as shown in FIG. 8, the direct strike lightning A falling on the
これにより、雷による送電線101の高電圧は避雷器113、115、117を介して大地と導かれ、PCS111や太陽光発電システム105などの周辺機器の損傷の防止等を図っている。
As a result, the high voltage of the
ただ、落雷に対し誘導雷について対策がなされているが、直撃雷についての対策はなされていないことが少なくない。 However, measures against induced lightning have been taken against lightning strikes, but there are many cases where measures against direct lightning have not been taken.
これは、直撃雷に対しては避雷針を設ける必要があるが、建築基準法では、高さ20m以上の場合に避雷針の設置を義務付けられているが、太陽光発電システムでは、このような広大なエリアに設置する場合には高さ20mとなることがほとんどないこと、また、前述したよう太陽電池モジュール表面に影ができると出力が低下することが考えられる。 It is necessary to install a lightning rod for direct lightning strikes, but the Building Standards Law requires that a lightning rod be installed when the height is 20 m or more. When installed in an area, the height is rarely 20 m, and as described above, if the surface of the solar cell module is shaded, the output may be reduced.
ちなみに、避雷針については高さにより保護角は異なり、たとえば新JISでは、20mの場合55度となっており、これを踏まえて所定間隔で設置することになる。このため、太陽光発電システムより高い位置に避雷機構が位置することになり、太陽光発電システムの最後方にのみ設けることでは全エリアをカバーすることはできず、直撃雷対策には、避雷機構を前後太陽電池モジュール間に設置せざるをえない。 By the way, the angle of protection of the lightning rod varies depending on the height. For example, in the new JIS, it is 55 degrees in the case of 20 m, and based on this, it is installed at a predetermined interval. For this reason, the lightning protection mechanism is positioned higher than the photovoltaic power generation system, and it is not possible to cover the entire area by installing it only at the end of the photovoltaic power generation system. Must be installed between the front and rear solar cell modules.
このような、各ストリング間に出力電圧値の不均衡が生じた場合であっても、各ストリングから発電電力を安定的に取り出すものとして、たとえば特許文献1のような太陽光発電システムが知られている。
Even when such an imbalance of output voltage values occurs between the strings, for example, a photovoltaic power generation system as disclosed in
しかしながら、特許文献1にかかる技術では、太陽電池モジュールに影ができた場合でも、なるべく出力を出そうとするもので、出力低下を抑制する思想のものは見当たらなかった。
However, in the technique according to
上記目的を達成するために、本発明の太陽光発電システムでは、架台等に設置されるとともに所定間隔をもって配置された複数の太陽電池モジュールと、この太陽電池モジュールへの直撃雷を回避可能に設けられた受雷部を有する避雷機構を備え、前記避雷機構は、伸長または収縮可能に構成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the photovoltaic power generation system of the present invention, a plurality of solar cell modules installed on a gantry or the like and arranged at a predetermined interval are provided so as to avoid direct lightning strikes on the solar cell modules. And a lightning protection mechanism having a lightning receiving portion, wherein the lightning protection mechanism is configured to be extendable or contractible.
以下、本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明による太陽光発電システムにおける実施例1につき、図1を参照して説明する。 A first embodiment of the photovoltaic power generation system according to the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、太陽光発電システムの全体概要を示した図である。 FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of a photovoltaic power generation system.
太陽光発電システム1は、複数の太陽電池モジュール3を所定枚数(例えば20枚)ごとに区分けし配置している。太陽電池モジュール3は、地面より所定高さ(例えば2m)上方に位置し、且つ、所定角度(例えば20度)となるよう、架台5に設置している。
In the solar
所定高さとしているのは、積雪やメンテナンス性等を考慮しているためのである。また、太陽電池モジュール3の設置傾斜角度は、年間を通して太陽光を最適に受光できる角度としている。
The predetermined height is used in consideration of snow accumulation, maintainability, and the like. Moreover, the installation inclination angle of the
複数の太陽電池モジュール3は、所定電圧となるよう配線7により直列接続しており、これによりストリングを形成している。また、所望の発電電力となるよう複数のストリングを構成している。
The plurality of
本実施例では、区分けした隣接する太陽電池モジュールと直列接続している。 In the present embodiment, the solar cell modules adjacent to each other are connected in series.
図2は、本願発明の太陽光発電システムを上方から見た図である。 FIG. 2 is a top view of the photovoltaic power generation system of the present invention.
太陽光Sは太陽光の照射方向を示している。 Sunlight S indicates the irradiation direction of sunlight.
傾斜に設置した複数の太陽電池モジュール3は、晴天時には、それぞれ全面で太陽光Sを受光できるよう配置している。
The plurality of
符合13は、本願発明の太陽光発電システム1における避雷機構である。
符合14も避雷機構であり、太陽光発電システム1の最後方に配置している。
Reference numeral 14 is a lightning protection mechanism, and is arranged at the end of the photovoltaic
太陽電池モジュール3は、直列接続することでストリングを構成し、所定数のストリングが接続箱9に並列接続することで束ねられている。また、同様の接続箱9が複数個も受けられ、これら複数の接続箱9がパワーコンディショナシステム11(以下、「PCS」という。)に接続されている。ストリング数および並列数については、接続するPCSの定格電圧および定格電流内におさまるようにしている。
The
図3は、本願発明の太陽光発電システムの側面図である。 FIG. 3 is a side view of the photovoltaic power generation system of the present invention.
区分けされた前方側の太陽電池モジュール(図中3A)の後方には、避雷機構13が配置され、隣接する後方の太陽電池モジュール3(図中3B)は、前方の太陽電池モジュール3が影とならないよう所定間隔を設けて、太陽光を全面で受光できるよう配置されている。
A
このとき、避雷機構13は、収縮した状態(最も高さを低くした状態)となっており、避雷機構13の先端に設けた受雷部15を含め、後方の太陽電池モジュールに対して影とならない高さとしている。
At this time, the
図4は、本願発明の太陽光発電システムにおける避雷機構の収縮時の内部構造を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing the internal structure when the lightning arresting mechanism is contracted in the photovoltaic power generation system of the present invention.
避雷機構13は、図に示すように、発生した雷による直撃雷の高電圧を安全に大地に流すべく、受雷部15、導線17および接地極19で構成している。
As shown in the figure, the
また、受雷部15を所定高さまで伸長可能に受雷部15を保持する円筒部22が設けられている。円筒部22は、最外側の第一の円筒部23、その内側に設けられた第二の円筒部25、同様に第三の円筒部27、第四の円筒部29、そして最内側の第五の円筒部31により構成している。本実施例では、受雷部15は、第五の円筒部によって支持されている。
Moreover, the
円筒部22は、地面に設置されたベース部21の上方に設けられている。
The
ベース部21には、内部に制御部33、受信部35、前記円筒部22を上昇または下降させる駆動部37および巻回部39が配置されている。
In the
巻回部39には、導線17が巻回されている。導線17は、一端側は接地極19を構成し地中に埋設されており、他端側は受雷部15と接続されている。
The conducting
円筒部22は駆動部37により上昇する際、第二の円筒部25が上昇し、上昇仕切ると、第二の円筒部25の上昇状態を保持しつつ第三の円筒部27が上昇する、以下同様に、第四の円筒部29、第五の円筒部31が上昇するよう構成されている。
When the
円筒部22の上昇時、受雷部15と接続された導線17は、受雷部15の上昇とともに巻回部39に巻回された導線17も連動して引き上げられ、避雷機構13の伸長状態でも受雷部15と接地極19と電気的に接続されているよう構成されている。
When the
円筒部22の下降時は、円筒部22の下降と駆動部37と同期して、巻回部39が導線17を巻回する方向に駆動軸40が駆動するよう制御部33により制御する構成となっている。
When the
図6は、本発明の太陽光発電システムにおけるブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram of the photovoltaic power generation system of the present invention.
受信部35については、後述する雷情報判定部43にて、太陽光発電システム1が設置された地域または近辺で落雷があるとの気象情報47を送信部49から送信し、受信部35にて受信する。受信部35にて受信した雷情報にもとづき、制御部33にて駆動部37を制御する。
As for the receiving
また、雷情報判定部43については、落雷の可能性がある場合、たとえば、太陽光発電システム1の上空が曇っている場合も、避雷機構13を伸長状態としている。たとえば、日中、本来太陽光が照射され発電している時間帯にもかかわらず、発電していない場合は上空に雲が掛かっている可能性があり、発電していない状態では、避雷機構13を伸長状態としても影響がなく、落雷の可能性も否定できないため、伸長状態とする。これは、時計機能45と発電状態検知手段(図示せず)を設けることで、設定された時間帯に太陽電池モジュール3による発電状態を検知し、発電していない場合は、上空が曇っていると推定できる。これにより雷情報判定部43から送信部49により送信し、受信部35にて受信することで、同様に、避雷機構13の収縮および伸長状態に制御することができる。
Moreover, about the lightning
図5は、避雷機構13の伸長状態を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing an extended state of the
避雷機構13は、傾斜状に配置された太陽電池モジュール3に対して、避雷針としての機能を発揮すべく受雷部15を太陽電池モジュールより上方に位置するよう円筒部22を上昇させている。このときの受雷部15の高さは、保護する太陽電池システムの配置および避雷機構13の設置位置から保護角法に基づき決定している。
The
図7は、雷情報を管理者等により直接制御部に送信可能とする場合のブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram when lightning information can be transmitted directly to the control unit by an administrator or the like.
前述では、雷情報を、気象庁などの気象情報47により基づいて行ったが、太陽光発電システム1を管理する管理センター41があり、管理センター41における管理者周辺状況等によりが雷の可能性があると判断した場合は、管理者が避雷機構高さ入力部51により直接受信部35に避雷機構13を伸長または収縮させる指示を送信部49を介して送信可能に構成している。
In the above description, the lightning information is based on the
以上の通り、本発明の太陽光発電システムでは、太陽電池モジュール等周辺機器に対し、直撃雷の対策を行いつつ、影による出力低下を抑制することができる。 As described above, in the photovoltaic power generation system of the present invention, it is possible to suppress a decrease in output due to a shadow while taking measures against direct lightning strikes on peripheral devices such as solar cell modules.
本実施例では、最後方の避雷機構を常時伸長状態のものを用いたが、本願発明の避雷機構を用いてもかまわない。 In the present embodiment, the lightning protection mechanism at the end is always in the extended state, but the lightning protection mechanism of the present invention may be used.
また、架台の形状、避雷機構の設置位置、設置数、円筒部の段数や形状または内部の導線の配置・保持については本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更であることはいうまでもない。 Needless to say, the shape of the gantry, the installation position of the lightning protection mechanism, the number of installations, the number and shape of the cylindrical portions, and the arrangement and holding of the internal conductors are appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. .
さらには、避雷機構への雷情報の送信は、無線で行ったが有線で行ってもよい。 Furthermore, although the lightning information is transmitted to the lightning protection mechanism wirelessly, it may be wired.
1、太陽光発電システム
3、太陽電池モジュール
5、架台
7、配線
9、接続箱
11、パワーコンディショナシステム(PCS)
13、避雷機構
S、太陽光
15、受雷部
17、導線
19、接地極
21、ベース部
22、円筒部
23、第一の円筒部
25、第二の円筒部
27、第三の円筒部
29、第四の円筒部
31、第五の円筒部
33、制御部
35、受信部
37、駆動部
39、巻回部
41、管理センター
43、雷情報判定部
45、時計機能
47、気象情報
49、送信部
51、避雷機構高さ入力部
1. Solar
13, lightning protection mechanism S,
Claims (6)
前記避雷機構は、伸長または収縮可能に構成されていることを特徴とする太陽光発電システム。 In a photovoltaic power generation system including a plurality of solar cell modules installed on a gantry or the like and arranged at a predetermined interval, and a lightning arresting mechanism having a lightning receiving portion provided so as to avoid direct lightning strikes on the solar cell modules ,
The lightning protection mechanism is configured to be capable of extending or contracting, and is a solar power generation system.
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