JP2017184355A - 太陽光発電システムおよび太陽光パネルの温度異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光パネルの火災を迅速に高精度に検出し、火災の拡大を防止する。【解決手段】複数の太陽光パネルと、接続箱と、パワーコンディショナとを備える太陽光発電システムにおいて、複数の太陽光パネルで生成された直流電力が、太陽光パネルから接続箱を経由してパワーコンディショナに供給されるまでの経路上にリレー接点が挿入されたリレーと、複数の太陽光パネルの全てを経由するように張り巡らされ、温度異常状態を検出する火災検知線と、火災検知線で温度異常状態が検出された場合には、リレー接点を開状態に切り換え、経路上を流れる直流電流を遮断する制御信号を出力する火災検知装置とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電システムにおける火災を検知し、火災の拡大を防止することのできる太陽光発電システムおよび太陽光パネルの温度異常検知方法に関する。

住宅用などの一般的な太陽発電システムでは、住宅の屋根に、直並列に接続された太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイ（以下では、この太陽電池アレイのことを太陽光パネルと称す）が設置されている。そして、太陽光パネルからの出力は、接続箱を介してパワーコンディショナに接続されており、所望の電力が得られるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１１０２９０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような太陽光発電システムは、メンテナンスフリーといわれ、普及が進んでいる。その一方で、普及台数の増加に伴い、太陽光発電システムに起因する火災（例えば、太陽光パネルを構成する太陽電池モジュールの製品不良、経年劣化、施工不良などによる異常発熱や火災）の増加が問題となっている。

太陽光発電システムは、太陽電池モジュールに不備がある場合でも、太陽が出ていると発電を行っており、数１００Ｖ、数１０Ａの電圧、電流が発生する。従って、太陽光パネルは、光が照射されれば常に発電するため、太陽光パネル内の故障が火災発生につながることがある。そこで、このような太陽光パネルの異常発熱や火災を迅速に検出することが重要となる。

例えば、赤外線カメラなどを用いれば、このような発熱の監視が可能である。しかしながら、赤外線カメラを用いる構成では、システム全体が高価となり、太陽光パネルの異常発熱を有効かつ安価に監視することが実現困難であった。今後、さらに太陽光パネルが普及することを考慮すると、安価で簡易な構成を用いて、異常発熱状態を確実に検知することが望まれている。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、太陽光パネルの火災を迅速に高精度に検出し、火災の拡大を防止することのできる太陽光発電システムおよび太陽光パネルの温度異常検知方法を得ることを目的とする。

本発明に係る太陽光発電システムは、太陽からの光エネルギーを電力に変換して、直流電力を生成する複数の太陽光パネルと、複数の太陽光パネルのそれぞれで生成された直流電力を集電する接続箱と、集電後の直流電力を交流電力に変換し、負荷に供給するパワーコンディショナとを備える太陽光発電システムにおいて、複数の太陽光パネルで生成された直流電力が、太陽光パネルから接続箱を経由してパワーコンディショナに供給されるまでの経路上に、開状態と閉状態を切り替え可能なリレー接点が挿入されたリレーと、複数の太陽光パネルに張り巡らされ、複数の太陽光パネルの少なくとも１つが、あらかじめ設定された許容温度を超えた温度異常状態を検出する火災検知線と、火災検知線の両端が接続され、火災検知線で温度異常状態が検出された場合には、リレー接点を開状態に切り換え、経路上を流れる直流電流を遮断する制御信号を出力する火災検知装置とを備えるものである。

また、本発明に係る太陽光パネルの温度異常検知方法は、太陽光発電システムで使用される太陽光パネルが許容温度を超えてしまう温度異常状態を検出するための太陽光パネルの温度異常検知方法であって、複数の太陽光パネルを経由するように張り巡らされ、複数の太陽光パネルの少なくとも１つが、温度異常状態となったことを検出する火災検知線から、異常検出信号を受信する検知ステップと、異常検出信号を受信した際に、温度異常状態が発生したことを報知するとともに、複数の太陽光パネルから出力される直流電力の経路上に挿入されたリレー接点を開状態に切り替えることで、経路上を流れる直流電流を遮断させる防火処理ステップとを有するものである。

本発明によれば、火災検知線を、太陽光パネル上の所望のルートを経由するように張り巡らせて配置することで火災検知を行い、火災を検知したときに、直流電流経路を遮断できる構成を備えている。この結果、太陽光パネルの火災を迅速に高精度に検出し、火災の拡大を防止することのできる太陽光発電システムおよび太陽光パネルの温度異常検知方法を得ることができる。

本発明が使用される一般的な太陽光発電システムの構成図である。 本発明の実施の形態１における太陽光発電システムの構成図である。

以下、本発明の太陽光発電システムおよび太陽光パネルの温度異常検知方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
まず始めに、本発明が用いられる太陽光発電システムについて、以下に説明する。図１は、本発明が使用される一般的な太陽光発電システムの構成図である。太陽光発電システム１００は、太陽光パネル１０、接続箱２０、パワーコンディショナ３０、分電盤４０、および売電メータ５０を含んで構成されている。

太陽光パネル１０は、太陽からの光エネルギーを電力に変換して、直流電力として出力する。図１に示した２つの太陽光パネル１０は、それぞれの入力用電線Ｌ１を介して、接続箱２０に接続されており、発生した電力を接続箱２０に出力する。

接続箱２０は、太陽光パネル１０が発電した直流の電力を集合させるものである。すなわち、太陽光パネル１０が図１に示すように複数設置されている場合に、接続箱２０は、各太陽光パネル１０からの電力を集電する。さらに、接続箱２０は、パワーコンディショナ３０と出力用電線Ｌ２を介して接続されており、集電した直流の電力をパワーコンディショナ３０に出力する。

パワーコンディショナ３０は、入力された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。さらに、パワーコンディショナ３０は、時間や天候によって変わる太陽光パネル１０の発電量に対応し、安定して電力を出力する機能を有している。そして、パワーコンディショナ３０は、接続線Ｌ３を介して屋内に設置されている分電盤４０に接続されている。

分電盤４０は、パワーコンディショナ３０によって交流に変換された電力を、家庭内で使用できるように送電する機器である。また、電力の売買のシステムが導入されている太陽光発電システム１００では、分電盤４０は、家庭内の電力が不足しているときには、家庭内に電力を送り、家庭内の電力が充分足りているときには、売電メータ５０を介して電力会社に電力を送る。

次に、図１に示したような一般的な太陽光発電システムに対して、火災を迅速に高精度に検出し、火災の拡大を防止する機能を付加した、本実施の形態１における太陽光発電システムについて説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における太陽光発電システムの構成図である。本実施の形態１における太陽光発電システム１００は、複数の太陽光パネル１０を直列接続して構成されたストリング１１（１）〜１１（３）、接続箱２０、パワーコンディショナ３０、火災検知装置６０、火災検知線６１、常開接点であるリレー７０（１）〜７０（３）、および緊急遮断ボタン８０を含んで構成されている。

なお、ここで、常開接点のリレー７０とは、火災監視時にリレーコイルが通電している（励磁されている）ときに閉じているリレーのことであり、言い換えれば、通電（励磁）時に閉じることができ、非励磁時には常に開いている、ノーマルオープン／アクティブクローズのリレーのことである。

図２に示した例では、４枚の太陽光パネルを直列接続することで１つのストリング１１が構成されている。さらに、ストリング１１（１）はリレー７０（１）を介して、ストリング１１（２）はリレー７０（２）を介して、ストリング１１（３）はリレー７０（３）を介して、ストリング単位ごとに接続箱２０に接続されている。すなわち、ストリング１１と同数のリレー７０が設けられる。

ここで１枚の太陽光パネル１０は、定格で２５Ｖ×８Ａの電力を発生するとした場合、最大で１２パネルを直列接続して構成したストリング１１は、３００Ｖ×８Ａ相当の電力を発生することとなる。また、ストリングの数としては、３〜６個として構成されることが考えられる。

本実施の形態１に係る太陽光発電システムは、全てのストリング１１（１）〜１１（３）を順次通過して、閉ループを構成するように配置された１本の火災検知線６１が、火災検知装置６０に接続されている。すなわち、火災検知線６１は、複数の太陽光パネル１０の全てを経由するように張り巡らされるもので、複数の太陽光パネル１０の少なくとも１つが、温度異常状態となったことを検出する。

なお、図２に示したように、複数の太陽光パネル１０の全てを経由するように張り巡らされている１本の火災検知線６１は、内部は２本の撚り線により構成されており、２線間が火災の熱で短絡することで、火災検知を行うことができる構成となっている。

なお、図２に示した閉ループは、あくまでも一例であり、１つのストリング内１１を直線状に横切るのではなく、用途に応じて適切なルートを経由するように張り巡らす構成を採用することも可能である。また、火災検知線６１は、太陽光パネル１０の前面、背面、いずれに配置することもできる。

また、火災検知線６１は、一端が火災検知装置６０に接続され、他端が終端抵抗に接続されていればよく、従って、当該他端は、火災検知装置６０に設けられなくてもよい（すなわち、閉ループでなくてもよい）。

火災検知線６１は、以下の特徴を有するものである。
・周囲の温度上昇をキャッチし、信号を発信することができる。
・温度上昇の緩急にかかわらず、一定温度に達すると確実に作動する。
・火災検知可能な部分が連続した線状になっているため、広い範囲をカバーできる。
・耐油・耐薬品性、耐候性、耐水性に優れており、幅広い環境条件下で使用できる。
・細く軽い電線形状のため延線、取付けが容易であり、動作機構も簡単なため、取付け後の保守も特殊技術を必要としない。

従って、火災検知装置６０は、図２に示すように配置された火災検知線６１からの信号により、所望のルートで張り巡らせた火災検知線６１の閉ループ上で、一定温度以上に到達した状態を迅速に検出することで、太陽光パネル１０の異常発熱あるいは火災を検出することができる。

火災検知装置６０は、火災検知線６１からの信号に基づいて太陽光パネル１０の異常発熱あるいは火災を検出した場合には、パワーコンディショナ３０に対して制御信号である火災信号を出力する。

火災検知装置６０から火災信号を受信したパワーコンディショナ３０は、異常表示あるいは異常アナウンスを行うことで、利用者に対して、太陽光パネル１０が異常であることを報知することができる。

また、パワーコンディショナ３０は、火災検知装置６０から火災信号を受信した場合には、制御信号を出力することで、リレー７０（１）〜リレー７０（３）のコイル（図示せず）を非励磁状態として、接点を開状態とさせることで、電流経路を遮断する。この結果、異常発熱あるいは火災の拡大を抑えることが可能となる。

なお、図２に示した構成では、３つのストリング１１（１）〜１１（３）のそれぞれに個別に対応するように、３つのリレー７０（１）〜７０（３）を設ける場合について例示しているが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。リレー７０は、パワーコンディショナからの指令で開状態に切り換えられることで、パワーコンディショナ３０に流れる電流経路を遮断できればよく、複数の太陽光パネル１０から出力される直流電力の経路上（すなわち、ストリング１１からパワーコンディショナ３０間）に設けられていればよい。

従って、１つのリレー７０を、接続箱２０とパワーコンディショナ３０との間の直流電流経路上に設ける構成、または、ストリング１１内のそれぞれの太陽光パネル１０ごとに個別にリレー７０を設ける構成などを採用することも可能である。

また、上述した内容では、火災検知装置６０が火災信号をパワーコンディショナ３０に送信し、パワーコンディショナ３０を介してリレー７０（１）〜７０（３）を遮断する構成について説明した。しかしながら、本発明は、このような構成に限定されるものではない。パワーコンディショナ３０を介さずに、火災検知装置６０が、直接、リレー７０（１）〜リレー７０（３）のコイル（図示せず）を非励磁状態とする構成によっても、同様の効果を得ることができる。

また、図２に示した構成では、常時は閉状態の接点である緊急遮断ボタン８０が、火災検知装置６０に接続されている。従って、火災検知装置６０は、緊急遮断ボタン８０が利用者、保守員などにより押下されることで、常時は閉状態の接点が開状態となり、火災検知線６１が火災を検知したとき（許容温度を超えた温度異常状態となったとき）に出力する信号と同様の信号を、火災検知装置６０に出力する。

そして、火災検知装置６０が火災信号をパワーコンディショナ３０に出力することで、リレー７０を開状態に切り換えることができる。また、緊急遮断ボタン８０は、火災検知装置６０に接続する代わりに、リレー７０のコイルに対する電源供給ラインに、直接組み込むこともできる。すなわち、リレー７０の常閉接点をコイルに対する電源供給ラインに接続しておき、人手により押下され、接点が開状態となることで、コイルが非励磁状態となる構成を採用することも可能である。

なお、図２に示した構成では、複数のストリング１１に対して１本の火災検知線６１で火災を監視するものとして説明したが、複数あるストリング１１ごとにそれぞれ火災検知線６１を配設してもよい。その場合、どの火災検知線６１が火災を検知したかが分かることになり、言い換えれば、どのストリング１１から火災が発生しているかを火災検知装置６０で識別できることとなる。

さらに、火災が発生しているストリング１１を特定することができるので、火災が発生したストリング１１に接続されるリレー７０だけを開状態にしてもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、火災検知線を、太陽光パネル上の所望のルートを経由して閉ループを形成するように配置し、火災検知を行い、火災が検知されることで、ストリングと接続箱との間の電流経路を遮断できる構成を備えている。この結果、太陽光パネルの火災を迅速に高精度に検出し、火災の拡大を防止することのできる太陽光発電システムを実現できる。

１０ 太陽光パネル、１１ ストリング、２０ 接続箱、３０ パワーコンディショナ、４０ 分電盤、５０ 売電メータ、６０ 火災検知装置、６１ 火災検知線、７０ リレー、８０ 緊急遮断ボタン、１００ 太陽光発電システム。

Claims (5)

1. 太陽からの光エネルギーを電力に変換して、直流電力を生成する複数の太陽光パネルと、
   前記複数の太陽光パネルのそれぞれで生成された前記直流電力を集電する接続箱と、
   集電後の直流電力を交流電力に変換し、負荷に供給するパワーコンディショナと
   を備える太陽光発電システムにおいて、
   前記複数の太陽光パネルで生成された前記直流電力が、前記太陽光パネルから前記接続箱を経由して前記パワーコンディショナに供給されるまでの経路上に、開状態と閉状態を切り替え可能なリレー接点が挿入されたリレーと、
   前記複数の太陽光パネルに張り巡らされ、前記複数の太陽光パネルの少なくとも１つが、あらかじめ設定された許容温度を超えた温度異常状態を検出する火災検知線と、
   前記火災検知線の両端が接続され、前記火災検知線で前記温度異常状態が検出された場合には、前記リレー接点を前記開状態に切り換え、前記経路上を流れる直流電流を遮断する制御信号を出力する火災検知装置と
   を備える太陽光発電システム。
2. 前記火災検知装置は、前記制御信号を前記パワーコンディショナに対して出力し、
   前記パワーコンディショナは、前記火災検知装置から受信した前記制御信号を出力することで、前記リレーのコイルを非励磁状態とし、前記リレー接点を前記開状態に切り換える
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記リレーのコイルに対する電源供給ラインに挿入された接点を有し、前記接点が開状態となることで、前記リレーのコイルを非励磁状態とし、前記リレー接点を前記開状態に切り換える緊急遮断ボタンをさらに備える
   請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記複数の太陽光パネルは、直並列構成を有し、Ｎ個の太陽光パネルを直列接続して構成されたストリングをＭ個並列接続することで、複数のストリングとして構成され、
   前記リレーは、前記複数のストリングと同数のＭ個で構成され、前記複数のストリングのそれぞれと前記接続箱とを接続するそれぞれの経路上に前記Ｍ個のリレーの対応するリレー接点が配置され、
   ここで、ＮおよびＭは、２以上の整数である
   請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
5. 太陽光発電システムで使用される太陽光パネルが許容温度を超えてしまう温度異常状態を検出するための太陽光パネルの温度異常検知方法であって、
   複数の太陽光パネルを経由するように張り巡らされ、前記複数の太陽光パネルの少なくとも１つが、前記温度異常状態となったことを検出する火災検知線から、異常検出信号を受信する検知ステップと、
   前記異常検出信号を受信した際に、前記温度異常状態が発生したことを報知するとともに、前記複数の太陽光パネルから出力される直流電力の経路上に挿入されたリレー接点を開状態に切り替えることで、前記経路上を流れる直流電流を遮断させる防火処理ステップと
   を有する太陽光パネルの温度異常検知方法。

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