JP2017225243A - Electric shock prevention circuit for photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電システムの設置場所で火災が発生した際に、消火放水による人体への感電事故を防止するための感電防止回路に関する。 The present invention relates to an electric shock prevention circuit for preventing an electric shock accident to a human body due to fire extinguishing water discharge when a fire occurs at a place where a solar power generation system is installed.
近年、太陽光発電システムは急速に普及し、多くの一般住宅にも導入が進んでいる。そのような状況の中、太陽光発電システムが設置されている住宅の火災においては、十分な安全性が確保されておらず、特に消防活動における感電の危険性についてはほとんど考慮されていない。 In recent years, solar power generation systems have spread rapidly and are being introduced into many ordinary homes. Under such circumstances, sufficient safety has not been secured in the fire of a house where a photovoltaic power generation system is installed, and in particular, the risk of electric shock in fire fighting activities is hardly taken into consideration.
図13は、従来の一般的な太陽光発電システムの一例を示す模式的な回路図であって、同図における太陽光発電システムA1は、それぞれ、直列接続されたn個の太陽電池モジュールM1、M2・・Mnからなる3ストリング構成となっている。 FIG. 13 is a schematic circuit diagram showing an example of a conventional general photovoltaic power generation system. The photovoltaic power generation system A1 in FIG. 13 includes n solar cell modules M1 connected in series, It has a three-string structure consisting of M2 ·· Mn.
これらのストリングの正極側と負極側はそれぞれ、正極側出力電路A2及び負極側出力電路A3を介して外部負荷(パワーコンディショナ)A4に並列接続されている。また、前記それぞれのストリングと外部負荷A4間を接続している正極側出力電路A2と負極側出力電路A2には、直流開閉器A5の開閉スイッチSwa、Swbが組み込まれている。 The positive electrode side and the negative electrode side of these strings are connected in parallel to an external load (power conditioner) A4 via a positive electrode output circuit A2 and a negative electrode output circuit A3, respectively. In addition, open / close switches Swa and Swb of the DC switch A5 are incorporated in the positive output circuit A2 and the negative output circuit A2 connecting the strings and the external load A4.
また、それぞれの太陽電池モジュールM1、M2・・Mnの正極端子P1と負極端子P2間には、バイパスダイオードDが組み込まれているとともに、それぞれの正極側出力電路A2の直流開閉器Swaと外部負荷A4との間には、逆流防止ダイオードA6が組み込まれている。 Further, a bypass diode D is incorporated between the positive electrode terminal P1 and the negative electrode terminal P2 of each solar cell module M1, M2,... Mn, and the DC switch Swa and the external load of each positive electrode output circuit A2 A backflow prevention diode A6 is incorporated between A4 and A4.
同図に示す太陽光発電システムにおいては、太陽電池モジュールM1、M2・・Mnで発電された電力は、直流開閉器A5及び逆流防止ダイオードA6を経由して外部負荷A4に供給されるが、太陽光発電システムA1の設置場所で火災が発生した場合、消火のための放水が行われると、直流開閉器A5の開閉スイッチSwa、Swbを遮断しても、これらの太陽電池モジュールM1、M2・・Mnが発電を継続している限り、放水を伝わって人体に感電する危険性がある。 In the photovoltaic power generation system shown in the figure, the power generated by the solar cell modules M1, M2,... Mn is supplied to the external load A4 via the DC switch A5 and the backflow prevention diode A6. If a fire breaks out at the place where the photovoltaic power generation system A1 is installed, when water is discharged for extinguishing, even if the open / close switches Swa, Swb of the DC switch A5 are shut off, these solar cell modules M1, M2,. As long as Mn continues to generate electricity, there is a risk of electric shock being transmitted to the human body through water discharge.
そこで、従来の消防時の安全対策としては、例えば、特許文献1に記載されているように、火災検知手段から出力された火災検知信号により、太陽電池モジュールのストリングをパワーコンディショナからを切り離すとともに、前記ストリングの出力端子間に所定の抵抗値を持つ短絡防止用抵抗を接続してその出力電圧を人体に安全な電圧まで降下させる技術が提案されている。 Therefore, as a conventional safety measure at the time of fire fighting, for example, as described in Patent Document 1, the solar battery module string is separated from the power conditioner by the fire detection signal output from the fire detection means. A technique has been proposed in which a short-circuit prevention resistor having a predetermined resistance value is connected between the output terminals of the string and the output voltage is lowered to a safe voltage for the human body.
しかしながら、近年では、太陽光発電システムに使用される個々の太陽電池モジュールの性能が向上して高出力のものが製造されているため、太陽電池モジュールへの放水から人体に感電する危険性が高まっている。 However, in recent years, since the performance of individual solar cell modules used in the photovoltaic power generation system has been improved and high output ones have been manufactured, there is an increased risk of electric shock from the water discharged to the solar cell modules. ing.
そこで、本発明は、前述したような従来の太陽光発電システムの問題を解消し、消火放水による感電事故を効果的に防止することができる、太陽光発電システムの感電防止回路を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an electric shock prevention circuit for a solar power generation system that can solve the problems of the conventional solar power generation system as described above and can effectively prevent an electric shock accident due to firefighting and water discharge. Objective.
前記目的のために提供される、本発明の太陽光発電システムの感電防止回路は、直列接続された複数の太陽電池モジュールが、正極側出力電路及び負極側出力電路を介して外部負荷と接続されている太陽光発電システムに適用されるものであって、それぞれの太陽電池モジュールの正極端子と負極端子間を連絡する短絡電路と、前記それぞれの短絡電路に、対応する太陽電池モジュールの正極端子にアノードが、負極端子にカソードが繋がるように組み込まれ、ゲートが、当該太陽電池モジュールの開放電圧より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを介して当該正極端子と繋がれているサイリスタと、前記正極側出力電路と負極側出力電路間に組み込まれ、全てのツェナーダイオードのツェナー電圧の総和を超える高電圧のパルス電流を発生することにより、それぞれのサイリスタを点弧し、各短絡電路を一斉に導通させるパルス発生回路と、前記正極側出力電路と負極側出力電路間を短絡して各サイリスタを消弧し、前記各短絡電路を一斉に非導通状態に復帰させるリセット回路を備えている。 The electric shock prevention circuit of the photovoltaic power generation system according to the present invention provided for the above-described purpose is configured such that a plurality of solar cell modules connected in series are connected to an external load via a positive output circuit and a negative output circuit. Which is applied to a photovoltaic power generation system, which is connected to a positive terminal and a negative terminal of each solar cell module, to each of the short circuit, and to a positive terminal of a corresponding solar cell module A thyristor in which an anode is incorporated so that a cathode is connected to a negative terminal, and a gate is connected to the positive terminal via a Zener diode having a Zener voltage higher than an open voltage of the solar cell module; and the positive output A high-voltage pulse that is built in between the electric circuit and the negative output circuit, and exceeds the sum of the Zener voltages of all Zener diodes. By generating a flow, each thyristor is ignited, a pulse generation circuit that conducts each short circuit simultaneously, and a short circuit between the positive output circuit and the negative output circuit to extinguish each thyristor, A reset circuit is provided for returning the short-circuit circuits to the non-conductive state all at once.
本発明の太陽光発電システムの感電防止回路においては、それぞれの太陽電池モジュールの正極端子とサイリスタのゲート間が、周囲が所定温度に上昇すると導通してサイリスタを点弧させる、NTCサーミスタまたはCTRサーミスタを介して接続されていることが望ましい。 In the electric shock prevention circuit of the photovoltaic power generation system of the present invention, an NTC thermistor or a CTR thermistor that conducts when the surroundings rise to a predetermined temperature and ignites the thyristor between the positive electrode terminal of each solar cell module and the gate of the thyristor. It is desirable to be connected via
また、本発明の太陽光発電システムの感電防止回路においては、パルス発生回路及びリセット回路は、一方の端が正極側出力電路に直接または正極側共通電路を介して接続され、他方の端が負極側出力電路に直接または負極側共通電路を介して接続された第1の充放電路と、 一方の端が前記正極側出力電路に直接または前記正極側共通電路を介して接続され、他方の端が前記負極側出力電路に直接または前記負極側共通電路を介して接続された第2の充放電路と、第1の充放電路に組み込まれた第1のスイッチ素子と、第2の充放電路に組み込まれた第2のスイッチ素子と、第1の充放電路に、第1のスイッチ素子より正極側出力電路寄りに組み込まれた、第1のコンデンサと、第2の充放電路に、第2のスイッチ素子より負極側出力電路寄りに組み込まれた、第2のコンデンサと、第1の充放電路の第1のスイッチ素子と第1のコンデンサの間と、第2の充放電路の第2のスイッチ素子と第2のコンデンサの間を連絡するバイパス電路と、前記バイパス電路に組み込まれた第3のスイッチ素子を含む回路ユニットとして一体に構成されていることも望ましい。 In the electric shock prevention circuit of the photovoltaic power generation system of the present invention, one end of the pulse generation circuit and the reset circuit is connected to the positive output circuit directly or via the positive common circuit, and the other end is the negative electrode. A first charge / discharge circuit connected directly to the side output circuit or via the negative side common circuit, and one end connected to the positive side output circuit directly or via the positive side common circuit, and the other end Is connected to the negative-side output circuit directly or via the negative-side common circuit, a first switching element incorporated in the first charging / discharging path, and a second charging / discharging circuit A second switch element incorporated in the path, a first charge / discharge path, a first capacitor incorporated closer to the positive output circuit than the first switch element, and a second charge / discharge path, From the second switch element to the negative side output circuit A second capacitor, a first switch element and a first capacitor in the first charge / discharge path, and a second switch element and a second capacitor in the second charge / discharge path. It is also desirable that the circuit unit is integrally formed as a circuit unit including a bypass electric circuit that communicates with each other and a third switch element incorporated in the bypass electric circuit.
請求項1に記載された発明によれば、太陽光発電システムの設置場所で火災が発生した際に、それぞれの太陽電池モジュールを個別に短絡状態にして外部への漏電を回避することができるため、消防活動時の放水作業を安全に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, when a fire occurs at the place where the photovoltaic power generation system is installed, each solar cell module can be individually short-circuited to avoid leakage to the outside. Water discharge work during firefighting activities can be performed safely.
また、それぞれの太陽電池モジュールの短絡状態への移行ならびに短絡状態からの復帰の操作は、正極側出力電路と負極側出力電路間に組み込んだパルス発生回路とリセット回路から一斉に行うことができるため、火災発生時の消防活動を速やかに開始できるとともに、消防活動を終了後、太陽光発電システムを通常稼働状態へ容易に復帰できる。 In addition, since the operation of switching to the short circuit state and returning from the short circuit state of each solar cell module can be performed simultaneously from the pulse generation circuit and the reset circuit incorporated between the positive output circuit and the negative output circuit. In addition to being able to start fire fighting activities immediately when a fire breaks out, the solar power generation system can be easily returned to normal operation after the fire fighting activities are completed.
また、前述したそれぞれの太陽電池モジュールの短絡状態への移行ならびに短絡状態からの復帰の操作は、システムに別途信号ケーブルや無線通信手段を追加することなく離れた場所から行うことができるため、故障を起こし難く高い信頼性が得られるとともに、低コストで実施することができる。 In addition, since the operation of switching to the short-circuit state of each solar cell module and returning from the short-circuit state can be performed from a remote location without adding a signal cable or wireless communication means to the system separately, And high reliability can be obtained, and it can be carried out at a low cost.
請求項2に記載された発明によれば、各太陽電池モジュールに設けられているNTCサーミスタまたはCTRサーミスタが太陽電池モジュール周囲の温度上昇を検出して、自律的にサイリスタを点弧し、短絡電路を導通させることができるため、パルス発生回路による当該サイリスタの点弧が、火災による断線等により不能となった場合でも、当該太陽電池モジュールへの放水による感電を回避することができる。 According to the invention described in claim 2, the NTC thermistor or the CTR thermistor provided in each solar cell module detects a temperature rise around the solar cell module, autonomously fires the thyristor, Therefore, even when ignition of the thyristor by the pulse generation circuit becomes impossible due to disconnection or the like due to fire, electric shock due to water discharge to the solar cell module can be avoided.
請求項3に記載された発明によれば、パルス発生回路とリセット回路を、3つのスイッチ素子と2つのコンデンサを用いて一体化しているため、回路構成が簡単であるとともに、3つのスイッチ素子のON/OFF動作の組み合わせにより、それぞれの太陽電池モジュールに付設されているサイリスタの点弧と消弧の両方の操作を行うことができる。 According to the invention described in claim 3, since the pulse generation circuit and the reset circuit are integrated using the three switch elements and the two capacitors, the circuit configuration is simple and the three switch elements By the combination of ON / OFF operations, both the ignition and extinguishing operations of the thyristors attached to the respective solar cell modules can be performed.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の感電防止回路を組み込んだ太陽光発電システムの模式的な回路図であって、同図に示す太陽光発電システム1は、直列に接続されたn個の太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnからなる単一のストリング構成であり、これらの太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnのストリングの正極側と負極側はそれぞれ、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2Bを介して、パワーコンディショナ等の外部負荷3に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a photovoltaic power generation system incorporating the electric shock prevention circuit of the present invention. The photovoltaic power generation system 1 shown in FIG. 1 includes n solar cell modules M1 connected in series. , M2,... Mn in a single string configuration, and the positive electrode side and the negative electrode side of the strings of these solar cell modules M1, M2,. It is connected to an external load 3 such as a power conditioner via an
同図に示すように、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2Bには、直流開閉器4が組み込まれている。前記直流開閉器4は、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2Bをそれぞれ開閉する一対の開閉スイッチ4A、4Bを有している。
As shown in the figure, a DC switch 4 is incorporated in the
これらの開閉スイッチ4A、4Bは、互いに連係して同時にON/OFF動作を行うように構成されている。また、正極側出力電路2A側には、外部負荷3と開閉スイッチ4A間に、逆流防止ダイオード5が組み込まれている。
These open /
太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnのそれぞれの正極端子P1と負極端子P2の間には、バイパスダイオードDが接続されている。なお、以下においては、これらの太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnの1つを太陽電池モジュールMiと表記して説明する。 A bypass diode D is connected between the positive terminal P1 and the negative terminal P2 of each of the solar cell modules M1, M2,. In the following, one of these solar cell modules M1, M2,... Mn will be described as a solar cell module Mi.
それぞれの太陽電池モジュールMiには短絡回路6が付設されている。前記短絡回路6は太陽電池モジュールMiの正極端子P1と負極端子P2間を連絡する短絡電路7、サイリスタ8、ツェナーダイオード9、抵抗素子10、及び、NTCサーミスタ11から構成されている。
Each solar cell module Mi is provided with a
サイリスタ8は、そのアノードが太陽電池モジュールMiの正極端子P1に、カソードが負極端子P2に繋がるように短絡電路7に組み込まれている。また、そのゲートは、当該太陽電池モジュールMiの正極端子P1にツェナーダイオード9を介して接続されているとともに、抵抗素子10を介して負極端子P2に接続されている。
The
ツェナーダイオード9は、ツェナー電圧Vzが太陽電池モジュールMiの開放電圧Vmより高いものを用いている。また、前記サイリスタ8のゲートは、さらにNTC(negative temperature coefficient )サーミスタ11を介して前記正極端子P1に接続されている。
The
NTCサーミスタ11は、温度上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有する素子であり、常温では電流を通さず、火災発生により太陽電池モジュールMiの周囲が高温になると、抵抗値が減少して導通状態になる。
The
また、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2B間には、各太陽電池モジュールMiの短絡回路6のサイリスタ8を点弧にして短絡電路7を導通させるためのパルス発生回路12と、当該サイリスタ8を消弧して短絡回路7を非導通状態に復帰させるためのリセット回路が組み込まれている。なお、本実施形態においては、前記リセット回路としてリセットスイッチ13を用いている。
Further, between the
本発明の感電防止回路は、前述した各太陽電池モジュールMiに付設されている短絡回路6と、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2B間に組み込まれたパルス発生回路12及びリセット回路としてのリセットスイッチ13から構成されている。なお、短絡回路6は、太陽電池モジュールMiの製造時にその筐体内に実装することが望ましいが、既製の太陽電池モジュールの筐体の外側に外付けするユニットとして構成してもよい。
The electric shock prevention circuit of the present invention includes a
次に、前述したように構成されている本発明の感電防止回路の動作を説明する。図1は、太陽光発電システム1の平常稼働状態を示している。この状態においては、リセットスイッチ13はOFF、直流開閉器4の開閉スイッチ4A、4Bは両方ともにONとなっていて、太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnの出力電流Iは外部負荷3に供給されている。
Next, the operation of the electric shock prevention circuit of the present invention configured as described above will be described. FIG. 1 shows a normal operation state of the photovoltaic power generation system 1. In this state, the
一方、太陽光発電システム1の設置場所で火災が発生した場合には、消火のための放水を行う前に、図2に示すように、直流開閉器4の2つの開閉スイッチ4A、4BをOFFにして、これらの太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnから外部負荷3へ供給される電流を遮断する。
On the other hand, in the event of a fire at the place where the photovoltaic power generation system 1 is installed, the two open /
次に、パルス発生回路12により、高電圧のパルス電流Idを発生させて、各短絡回路6に供給する。前記パルス発生回路12の出力電圧(パルス電圧)Vpは、前記それぞれのツェナーダイオード9のツェナー電圧Vzのn倍よりも高く設定されている。
Next, a high voltage pulse current Id is generated by the
その結果、各ツェナーダイオード9は導通状態となり、図3に示すように、サイリスタ8のゲートには、当該ツェナーダイオード9を通過したゲート電流Igが流入して点弧され、当該サイリスタ8のアノードとカソード間が導通状態となる。
As a result, each
そうすると、それぞれの太陽電池モジュールMiの正極端子P1から出力される電流は、短絡電流isとして短絡電路7を通って負極端子P2へ流れるため、放水による太陽電池モジュールMiから外部への漏電が回避され、感電事故を防ぐことができる。
Then, since the current output from the positive terminal P1 of each solar cell module Mi flows to the negative terminal P2 through the
また、本実施形態においては、火災による断線等により、パルス発生回路12から太陽電池モジュールMiの短絡回路6のサイリスタ8の点弧が不能となった場合において、火災発生により当該太陽電池モジュールMi周囲の温度が上昇すると、図4に示すように、NTCサーミスタ11が導通状態となって、太陽電池モジュールMiの正極端子P1側から当該NTCサーミスタ11を経由してサイリスタ8のゲートにゲート電流Igが供給される。
Further, in the present embodiment, when the ignition of the
そのため、パルス発生回路12の動作とは別個に、各太陽電池モジュールMiに付設されている短絡回路6は自律的にサイリスタ8を導通状態に切り換えることができる。なお、NTCサーミスタ11に代えて、所定の温度を超えると急激に抵抗値が減少する特性を有するCTR(critical temperature resistor) サーミスタを用いてもよい。
Therefore, separately from the operation of the
消火活動が終了したら、太陽光発電システム1に損傷等の異常が無いことを確認後、これを通常の稼働状態に復帰させる場合には、図5に示すように、直流開閉器4の一対の開閉スイッチ4A、4BをONに切り換えるとともに、リセットスイッチ13をONに切り換える。
When it is confirmed that there is no abnormality such as damage in the solar power generation system 1 after the fire fighting operation is completed, when returning this to a normal operation state, as shown in FIG. The open /
そうすると、直列に接続されている太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnからなるストリングの正極側と負極側は、前記リセットスイッチ13で短絡される。その結果、各太陽電池モジュールMiを通して出力される電流は、当該リセットスイッチ13を通過する短絡電流Isとして循環し、図3に示す各短絡電路7を流れる短絡電流isは消失するため、サイリスタ8は消弧されて非導通状態となる。
Then, the positive electrode side and the negative electrode side of the string formed of the solar cell modules M1, M2,... Mn connected in series are short-circuited by the
この状態から図1に示すようにリセットスイッチ13を再びOFFに切り換えると、これらの太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnの発電出力は外部負荷3へ供給され、太陽光発電システム1は、通常の稼働状態に復帰する。
When the
なお、これらの太陽電池モジュールM1、M2、・・・Mnは、夜間は発電しないため、リセットスイッチ13のON/OFFの切り換え操作を行わなくても、サイリスタ8は夜間に非導通状態となって、翌朝には太陽光発電システム1は通常稼働が可能となる。
Since these solar cell modules M1, M2,... Mn do not generate electricity at night, the
次に、図6は、短絡回路6の変形例を示すもので、同図に示す短絡回路6’は、前述した短絡回路6のサイリスタ8を、PNP型トランジスタ8AとNPN型トランジスタ8Bを組み合わせた等価回路で置き換えたものであり、ここでは、特許請求の範囲中に記載されている「サイリスタ」という用語は、このような等価回路も含むものとする。
Next, FIG. 6 shows a modification of the
次に、図7は、本発明の別の実施形態において用いられる、パルス発生回路とリセット回路を一体化した回路ユニットを示す図であって、この実施形態において、同図に示す回路ユニット14以外の部分は、前述した実施形態において用いられているものと同一構成である。
Next, FIG. 7 is a diagram showing a circuit unit in which a pulse generation circuit and a reset circuit are integrated, which is used in another embodiment of the present invention. In this embodiment, the circuit unit other than the
図7に示す回路ユニット14は、一方の端が正極側出力電路2Aに正極側共通電路15Aを介して接続され、他方の端が負極側出力電路2Bに負極側共通電路15Bを介して接続された、充放電路16A(第1の充放電路)と充放電路16B(第2の充放電路)を並列に有している。
The
前記一方の充放電路16Aには、スイッチ素子17A(第1のスイッチ素子)とコンデンサ18A(第1のコンデンサ)が、スイッチ素子17Aを負極側共通電路15B寄りに配置して直列に組み込まれている。
In the one charging / discharging
また、他方の充放電路16Bには、スイッチ素子17B(第2のスイッチ素子)とコンデンサ18B(第2のコンデンサ)が、スイッチ素子17Bを正極側共通電路15A寄りに配置して直列に組み込まれている。
The other charge /
また、充放電路16Aのスイッチ素子17Aとコンデンサ18Aとの間の位置と、充放電路16Bのスイッチ素子17Bとコンデンサ18Bとの間の位置とは、途中にスイッチ素子17C(第3のスイッチ素子)が組み込まれているバイパス電路19によって連絡されている。
Further, the position between the
前述したように構成されている回路ユニット14は、図8(a)のように、スイッチ素子17Aとスイッチ素子17BをONに、スイッチ素子17CをOFFにすると、正極側出力電路2Aから正極側共通電路15Aへ充電電流Icが流入し、充放電路16Aと充放電路16Bを通してコンデンサ18Aとコンデンサ18Bがそれぞれ充電される。
As shown in FIG. 8A, the
次に、図8(b)のように、スイッチ素子17Aとスイッチ素子17BをOFFに切り換えるとともに、スイッチ素子17CをONに切り換えると、コンデンサ18Aとコンデンサ18Bは直列に接続されて、前述の各太陽電池モジュールMiの開放電圧の総和(nVm)を略2倍に昇圧した高電圧のパルス状の放電電流Idが出力される。
Next, as shown in FIG. 8B, when the
また、図8(c)のように、全てのスイッチ素子17A、17B、17CをONにした場合には、正極側出力電路2Aから正極側共通電路15A、充放電路16B、バイパス電路19、充放電路16A、及び、負極側共通電路15Bを経由して負極側出力電路2Bへ短絡電流Isが流れて、前述の各太陽電池モジュールMiの短絡電路7の各サイリスタ8を通過する電流は消失するため、これらのサイリスタ8は非導通状態にリセットされる。
Further, as shown in FIG. 8C, when all the
前述した図7及び図8に示す回路ユニット14は、コンデンサ18Aとコンデンサ18Bを、並列接続状態で各太陽電池モジュールMiが発生する電圧Vmの総和の電圧nVmで充電した後、これらのコンデンサ18A、18Bを直列接続状態に繋ぎ換えることにより、その2倍の電圧2nVmをパルス電圧Vpとして出力する。
The
そのため、太陽電池モジュールMiの直列接続数nが多いシステムにおいては、回路ユニット14から出力されるパルス電圧Vpは過度に高電圧になるため、システム内の他の回路が悪影響を受ける虞がある。
Therefore, in a system with a large number n of series connection of the solar cell modules Mi, the pulse voltage Vp output from the
そこで、このようなシステムにおいては、図9に示す回路ユニット14’ように、前述した回路ユニット14の正極側共通電路15Aと負極側共通電路15B間に、前記パルス電圧Vpより低いツェナー電圧を有する電圧調整用ツェナーダイオード20を接続して、外部に出力されるパルス電圧Vpを適切な電圧に調整することが望ましい。
Therefore, in such a system, a zener voltage lower than the pulse voltage Vp is provided between the positive
なお、前記電圧調整用ツェナーダイオード20は、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2B間を跨ぐように接続してもよい。また、前述したような、パルス発生回路とリセット回路を一体化した回路ユニット14、14’は、外部負荷3と太陽電池モジュールM1・・Mnのストリングの間が離れている場合は、ストリングの配線のある接続箱付近やパワーコンディショナ付近等の複数箇所に分散して設け、個別に各短絡回路6のサイリスタ8の点弧や消弧を遠隔制御できるようにしてもよい。
The voltage adjusting
次に、図10は、前述した図7に示す回路ユニット14、または、図9に示す電圧調整用ツェナーダイオード20を含む回路ユニット14’を内蔵している操作ボックス内のスイッチ切換機構の断面図であって、同図に示す操作ボックス21は、これらの回路ユニット14、14’の各スイッチ素子17A、17B、17Cの切り換え操作を手動で行うためのものである。
Next, FIG. 10 is a sectional view of the switch switching mechanism in the operation box incorporating the
図10に示すように、操作ボックス21には、その筐体22の上面に一対の操作ボタン収容孔23a、23bを有する操作パネル23が取り付けられている。これらの操作ボタン収容孔23a、23bにはそれぞれ、押ボタン24と押しボタン25が出没自在に配置されていて、一方の押ボタン24の下方には、スイッチ操作ロッド26がこれと一体に設けられている。
As shown in FIG. 10, an
スイッチ操作ロッド26は、筐体22の天壁に前記ボタン収容孔23aと同心状に開口された受孔22aと、当該筐体22内の下部に固定されている受具27に形成された受孔27aで上下方向に摺動自在に案内支持されている。
The
また、スイッチ操作ロッド26の下端部には、受具27の下面に当接して、当該スイッチ操作ロッド26の移動上限を規制する止め環28が嵌着されている。また、スイッチ操作ロッド26の側面には、その長手方向に3つの突部26A、26B、26Cが下から順に、直列に並んで設けられている。
Further, a
また、他方の押ボタン25の下方には、これと一体にスイッチ操作ロッド29が設けられている。前記スイッチ操作ロッド29は、筐体22の天壁部に前記ボタン収容孔23bと同心状に形成された受孔22bと、筐体22内の上部に固定されている受具30に形成された受孔30aで上下方向に摺動自在に案内支持されている。
A
スイッチ操作ロッド29の下端部には、受具30の下面に当接して、当該スイッチ操作ロッド29の移動上限を規制する止め環31が嵌着されている。また、スイッチ操作ロッド29の下端面は、筐体22側に軸32で揺動自在に支持された揺動リンク33の当接部33aに当接している。
A retaining
揺動リンク33には、引っ張りコイルばね34の一方の端部が連結されている。また、この引っ張りコイルばね34の他方の端部は、スイッチ操作ロッド26の中間の突部26Bに、当該引っ張りコイルばね34を僅かに弾性伸長させた状態で連結されている。
One end of a
そのため、スイッチ操作ロッド26は、引っ張りコイルばね34の弾性復元力により常時上向きに付勢されており、押しボタン24の上端部は、操作パネル23の上面から所定量突出した位置に保持されている。
Therefore, the
また、前記揺動リンク33は、引っ張りコイルばね34から軸32を中心とした反時計回りのモーメントを受けており、その結果、スイッチ操作ロッド29の下端面は、当該揺動リンク33の当接部33aで常時上向きに付勢されているため、他方の押しボタン25の上端部も、操作パネル23の上面から所定量突出した位置に保持されている。
Further, the
筐体22の内部には、前述した3つのスイッチ素子17A、17B、17Cが上下方向に配置されている。本実施形態においては、これらのスイッチ素子17A、17B、17Cには、先端にローラが回転自在に取り付けられている揺動式のアクチュエータを有する常開スイッチを用いている。
Inside the
筐体22内の上部に配置されているスイッチ素子17Cは、下方の2つのスイッチ素子17A、17Bとは、上下逆向きに取り付けられていて、図10に示す状態では、2つのスイッチ素子17A、17BはともにOFFであるが、スイッチ素子17Cは、そのアクチュエータが突部26Cの上面で押し上げられてONになっている。なお、この状態は、前述の正極側出力電路2Aと負極側出力電路2Bの間を、直列に繋いだコンデンサ18A、18Bで連結した状態である。
The
次に、図11に示すように、一方の押しボタン24を押すと、これにつれてスイッチ操作ロッド26も引っ張りコイルばね34の弾性復元力に抗して下方に変位し、この際、突部26Aと突部26Bの下面によって、スイッチ素子17Aとスイッチ素子17Bは、それぞれのアクチュエータが押し下げられてONに切り換わる。
Next, as shown in FIG. 11, when one of the
また、同時に突部26Cが下方に変位することにより、スイッチ素子17CはOFFに切り換わる。この状態は、図8(a)に対応しており、このとき、同図に示す2つのコンデンサ18A、18Bは、正極側出力電路2Aと負極側出力電路2B間に並列に接続された状態となって、充電電流Icにより充電される。
At the same time, the projection 26C is displaced downward, so that the
ここで、押しボタン24から指を離すと、スイッチ操作ロッド26は引っ張りコイルばね34の弾性復元力により、図10の位置へ戻るが、このとき、前記2つのコンデンサ18A、18Bは、図8(b)に示すように直列接続された状態に切り換わるため、これらのコンデンサ18A、18Bから高電圧のパルス状の電流Idが放電される。
When the finger is released from the
また、図12に示すように、押しボタン24と押しボタン25を2つ同時に押したときは、前述した図11の場合と同様に、スイッチ操作ロッド26は下方に変位しているため、2つのスイッチ素子17A、17Bは、ともにONになっている。
Also, as shown in FIG. 12, when the
この際、スイッチ操作ロッド26の上部に配置されている突部26Cは、図11と同様に下方に変位しているが、押しボタン25が押されてスイッチ操作ロッド29が下降すると、その下端面が揺動リンク33の当接部33aを押し下げる。
At this time, the protrusion 26C disposed on the upper portion of the
その結果、揺動リンク33は、引っ張りコイルばね34の弾性復元力に抗して、軸32を中心に時計回りに回動し、反対側の当接部33bが前記突部26Cの上面から突出してスイッチ素子17Cのアクチュエータを押し上げ、当該スイッチ素子17CをONに切り換える。
As a result, the
そうすると、これら3つのスイッチ素子17A、17B、17Cは、図8(c)に示すように直列に導通して短絡電流Isを通過させるため、前述した各サイリスタ8は非導通状態になり、太陽光発電システム1は、通常の稼働状態に復帰する。
Then, since these three switching
以上に説明した実施形態においては、パルス発生回路の高電圧パルス発生に必要なエネルギーを、太陽電池モジュールの発電出力から得ているが、パルス発生回路の電源は別電源としてもよい。さらに、直流開閉器やパルス発生回路の動作は、火災報知器やパワーコンディショナに内蔵されている地絡検出手段等に連携させて自動的に行うように構成してもよい。 In the embodiment described above, the energy necessary for generating the high voltage pulse of the pulse generation circuit is obtained from the power generation output of the solar cell module, but the power source of the pulse generation circuit may be a separate power source. Furthermore, you may comprise so that operation | movement of a DC switch and a pulse generation circuit may be automatically performed in cooperation with a ground fault detection means built in a fire alarm or a power conditioner.
本発明は、太陽光発電システムの設置場所の火災時の消火放水の際に、消防隊員等を感電から防ぐために効果的に利用することができるほか、故障したり経年劣化した太陽電池モジュールの修理や交換作業の際に、作業者を感電事故から保護するために利用することも可能である。 The present invention can be effectively used to prevent fire crews from electric shock during fire extinguishing water discharge in the event of a fire at a place where a solar power generation system is installed, and repairs a failed or aged solar cell module It can also be used to protect workers from electric shock accidents during replacement work.
1 太陽光発電システム
2A 正極側出力電路
2B 負極側出力電路
3 外部負荷
4 直流開閉器
4A、4B 開閉スイッチ
5 逆流防止ダイオード
6、6’ 短絡回路
7 短絡電路
8 サイリスタ
8A PNP型トランジスタ
8B NPN型トランジスタ
9 ツェナーダイオード
10 抵抗素子
11 NTCサーミスタ
12 パルス発生回路
13 リセットスイッチ(リセット回路)
14、14 回路ユニット
15A 正極側共通電路
15B 負極側共通電路
16A 充放電路(第1の充放電路)
16B 充放電路(第2の充放電路)
17A スイッチ素子(第1のスイッチ素子)
17B スイッチ素子(第2のスイッチ素子)
17C スイッチ素子(第3のスイッチ素子)
18A コンデンサ(第1のコンデンサ)
18B コンデンサ(第2のコンデンサ)
19 バイパス電路
20 電圧調整用ツェナーダイオード
21 操作ボックス
22 筐体
22a、22b 受孔
23 操作パネル
23a、23b 押ボタン収容孔
24、25 押ボタン
26 スイッチ操作ロッド
27 受具
27a 受孔
28 止め環
29 スイッチ操作ロッド
30 受具
30a 受孔
31 止め環
32 軸
33 揺動リンク
33a、33b 当接部
34 引っ張りコイルばね
D バイパスダイオード
I 出力電流
Ic 充電電流
Id パルス電流
Ig ゲート電流
Is 短絡電流
is 短絡電流
M1、M2、Mi、Mn 太陽電池モジュール
P1 正極端子
P2 負極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photovoltaic
14, 14
16B charge / discharge path (second charge / discharge path)
17A switch element (first switch element)
17B switch element (second switch element)
17C switch element (third switch element)
18A capacitor (first capacitor)
18B capacitor (second capacitor)
19
Claims (3)
それぞれの太陽電池モジュールの正極端子と負極端子間を連絡する短絡電路と、
前記それぞれの短絡電路に、対応する太陽電池モジュールの正極端子にアノードが、負極端子にカソードが繋がるように組み込まれ、ゲートが、当該太陽電池モジュールの開放電圧より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを介して当該正極端子と繋がれているサイリスタと、
前記正極側出力電路と負極側出力電路間に組み込まれ、全てのツェナーダイオードのツェナー電圧の総和を超える高電圧のパルス電流を発生することにより、それぞれのサイリスタを点弧し、各短絡電路を一斉に導通させるパルス発生回路と、
前記正極側出力電路と負極側出力電路間を短絡して各サイリスタを消弧し、前記各短絡電路を一斉に非導通状態に復帰させるリセット回路を備えたことを特徴とする太陽光発電システムの感電防止回路。 A plurality of solar cell modules connected in series is an electric shock prevention circuit of a solar power generation system connected to an external load through a positive output circuit and a negative output circuit,
A short circuit that connects between the positive terminal and the negative terminal of each solar cell module;
In each of the short-circuit circuits, an anode is connected to the positive terminal of the corresponding solar cell module and a cathode is connected to the negative terminal, and the gate is connected via a Zener diode having a Zener voltage higher than the open circuit voltage of the solar cell module. A thyristor connected to the positive terminal,
Built in between the positive-side output circuit and the negative-side output circuit, and generates a high-voltage pulse current that exceeds the sum of the Zener voltages of all Zener diodes, each thyristor is ignited, and each short-circuit circuit is connected simultaneously. A pulse generation circuit for conducting to,
A photovoltaic power generation system comprising: a reset circuit that short-circuits between the positive-side output circuit and the negative-side output circuit to extinguish each thyristor, and simultaneously returns the short-circuit circuits to a non-conducting state. Electric shock prevention circuit.
一方の端が正極側出力電路に直接または正極側共通電路を介して接続され、他方の端が負極側出力電路に直接または負極側共通電路を介して接続された第1の充放電路と、
一方の端が前記正極側出力電路に直接または前記正極側共通電路を介して接続され、他方の端が前記負極側出力電路に直接または前記負極側共通電路を介して接続された第2の充放電路と、
第1の充放電路に組み込まれた第1のスイッチ素子と、
第2の充放電路に組み込まれた第2のスイッチ素子と、
第1の充放電路に、第1のスイッチ素子より正極側出力電路寄りに組み込まれた、第1のコンデンサと、
第2の充放電路に、第2のスイッチ素子より負極側出力電路寄りに組み込まれた、第2のコンデンサと、
第1の充放電路の第1のスイッチ素子と第1のコンデンサの間と、第2の充放電路の第2のスイッチ素子と第2のコンデンサの間を連絡するバイパス電路と、
前記バイパス電路に組み込まれた第3のスイッチ素子を含む回路ユニットとして一体に構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽光発電システムの感電防止回路。 The pulse generator and reset circuit are
A first charge / discharge circuit having one end connected directly to the positive output circuit or via the positive common circuit, and the other end connected directly or via the negative common circuit to the negative output circuit;
A second charging circuit having one end connected directly to the positive output circuit or via the positive common circuit and the other end connected directly or via the negative common circuit to the negative output circuit. A discharge path;
A first switch element incorporated in the first charge / discharge path;
A second switch element incorporated in the second charge / discharge path;
A first capacitor incorporated in the first charge / discharge path closer to the positive output circuit than the first switch element;
A second capacitor incorporated in the second charge / discharge path closer to the negative output circuit than the second switch element;
A bypass circuit that communicates between the first switch element of the first charge / discharge path and the first capacitor, and between the second switch element of the second charge / discharge path and the second capacitor;
3. The electric shock prevention circuit for a photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the electric shock prevention circuit is integrally formed as a circuit unit including a third switch element incorporated in the bypass electric circuit.
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