JP2021002930A - シャットダウンシステム、シャットダウン方法及びプログラム - Google Patents

シャットダウンシステム、シャットダウン方法及びプログラム Download PDF

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達雄 古賀
圭太 金森
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圭太 金森
和憲 木寺
Kazunori Kidera
和憲 木寺
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Abstract

【課題】有事の際に太陽光発電システムの安全性を高めることができるシャットダウンシステムを提供する。【解決手段】シャットダウンシステム1は、太陽光発電システムにおける太陽光パネル50の受光面を覆う調光ガラス10と、調光ガラス10の透過率を制御する制御部20と、を備え、制御部20は、太陽光パネル50により生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、当該信号が途切れたと判定した場合、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御して受光面への光を遮断する。【選択図】図1

Description

本発明は、シャットダウンシステム、シャットダウン方法及びプログラムに関する。
太陽光パネルが設置された建物等で火災が発生した際に、消防士の消火活動における感電等の危険を減らすための規格として、ラピッドシャットダウン規格が存在する。ラピッドシャットダウン規格では、建物等に設置された太陽光パネルから30cm以内の領域の直流電圧を10秒以内に80V以下に降圧し、当該領域外の直流電圧を10秒以内に30V以下に降圧することが義務付けられている。
特許文献1には、安全スイッチに関する技術が開示されている。具体的には、太陽光パネル毎に安全スイッチを設け、有事の際に、各安全スイッチを動作させて、各太陽光パネル間の接続を切断することで直流電圧を降圧する。これにより、上記領域内外の直流電圧を規定値内に降圧することができ、ラピッドシャットダウン規格に準拠できる。
特開2018−038254号公報
しかしながら、上記実施の形態では、各太陽光パネル間の接続を切断したとしても、太陽光パネルは受光している間は発電を続けるため、各太陽光パネルにおいては直流電圧が発生しており、安全性が高いとはいえない。例えば、水害等により太陽光パネルが流れた場合、太陽光パネルの周辺では感電のおそれがある。
そこで、本発明は、有事の際に太陽光発電システムの安全性を高めることができるシャットダウンシステム等を提供する。
上記目的を達成するために、本発明に係るシャットダウンシステムの一態様は、太陽光発電システムにおける太陽光パネルの受光面を覆う調光ガラスと、前記調光ガラスの透過率を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記太陽光パネルにより生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、前記信号が途切れたと判定した場合、前記調光ガラスの透過率を所定の透過率以下に制御して前記受光面への光を遮断する。
また、上記目的を達成するために、本発明に係るシャットダウン方法の一態様は、太陽光発電システムにおける太陽光パネルにより生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、前記信号が途切れたと判定した場合、前記太陽光パネルの受光面を覆う調光ガラスの透過率を所定の透過率以下に制御して前記受光面への光を遮断する。
また、上記目的を達成するために、本発明に係るプログラムの一態様は、上記のシャットダウン方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
本発明の一態様によれば、有事の際に太陽光発電システムの安全性を高めることができる。
実施の形態に係るシャットダウンシステムが適用された太陽光発電システムの一例を示す構成図である。 実施の形態に係るシャットダウンシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態の変形例に係るシャットダウンシステムが適用された太陽光発電システムの一例を示す構成図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
実施の形態に係るシャットダウンシステムについて、図面を用いて説明する。
図1は、実施の形態に係るシャットダウンシステム1が適用された太陽光発電システムの一例を示す構成図である。図1には、シャットダウンシステム1の構成以外に太陽光発電システムにおける太陽光パネル50及び電力変換装置60も示している。なお、シャットダウンシステム1は、電力変換装置60を備えていてもよい。
太陽光発電システムは、建物の屋根等に設置された複数の太陽光パネル50から供給される直流電力をパワーコンディショナ(パワコン)等の電力変換装置60で交流電力に変換するシステムである。図1に示されるように、太陽光パネル50の正側と電力変換装置60とは正側伝送路51で接続され、太陽光パネル50の負側と電力変換装置60とは負側伝送路52で接続される。正側伝送路51と、負側伝送路52と、互いに直列接続された複数の太陽光パネル50とでストリングが形成される。
太陽光パネル50は、受光面において受光することで、直流電力を生成する。1つの太陽光パネル50では、受光強度にもよるが、例えば50V〜60Vの直流電圧が発生する。太陽光パネルが設置された建物で火災が発生した際に、太陽光パネルから30cm以内の領域の直流電圧を10秒以内に80V以下に降圧し、当該領域外の直流電圧を10秒以内に30V以下に降圧することを義務付けたラピッドシャットダウン規格が存在する。シャットダウンシステム1は、太陽光発電システムがラピッドシャットダウン規格に準拠できるように太陽光発電システムに適用される。また、シャットダウンシステム1は、火災によらず、水害により太陽光パネル50が流される場合又は建物の倒壊により太陽光パネル50が地面に落ちた場合等、感電のおそれがある場合に有効なシステムである。詳細は後述するが、シャットダウンシステム1は、有事の際に、太陽光パネル50の受光面に光が入射しないようにして、太陽光パネル50が発電できないようにするシステムである。
電力変換装置60は、例えば、パワコンである。電力変換装置60は、太陽光パネル50から正側伝送路51を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置60は、例えばMPPT(Maximum Power Point Tracking)方式を採用しており、太陽光パネル50から供給される直流電力の電流及び電圧を、それぞれ電力が最大となる値に調整する。例えば、電力変換装置60は、直流電力を電圧100V、周波数50Hz又は60Hzの交流電力に変換する。
シャットダウンシステム1は、調光ガラス10と、制御部20と、操作スイッチ30と、異常検知センサ40と、を備える。
調光ガラス10は、太陽光発電システムにおける太陽光パネル50の受光面を覆うように太陽光パネル50に設置される。透過率を制御可能な調光ガラスとして様々なものが開発されており、調光ガラス10の透過率を制御する方法は特に限定されないが、例えば、調光ガラス10は、電圧が印加されることでその透過率を制御することができる。例えば、調光ガラス10は、電圧が印加されない定常状態では透過率が所定の透過率以下であり、所定の電圧が印加された状態では透過率が所定の透過率よりも十分大きくなる。所定の透過率は、太陽光パネル50の受光面への光を遮ることができる透過率であり、例えば、0.5%である。所定の電圧は、使用される調光ガラス10の性質等に合わせて決定される。調光ガラス10に所定の電圧が印加された状態での調光ガラス10の透過率は、太陽光パネル50の受光面へ光が十分に入射可能であって、所望の電力を生成できる透過率であり、例えば、85%以上である。
図1に示されるように、太陽光発電システムには、例えば、太陽光パネル50が複数設けられ、シャットダウンシステム1は、複数の太陽光パネル50のそれぞれごとに受光面を覆う複数の調光ガラス10を備える。
制御部20と電力変換装置60とは通信線21によって接続されている。制御部20は、通信線21を介して電力変換装置60から信号を定期的に受信する。当該信号は、例えば、電力変換装置60と制御部20との接続が有効であることを確認するためのハートビートである。制御部20は、通常時には、当該信号を例えば1秒毎に定期的に受信する。例えば、通信線21は、調光ガラス10の透過率を制御するための指示を電力変換装置60から制御部20へ送信するための通信線である。なお、制御部20と電力変換装置60とは電力線通信を行ってもよく、この場合、通信線21は電力線となる。例えば、有事の際に、通信線21が断線した場合、制御部20は、当該信号を定期的に受信できなくなる。
制御部20は、調光ガラス10の透過率を制御する装置である。詳細は後述する図2で説明するが、制御部20は、太陽光パネル50により生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、当該信号が途切れたと判定した場合、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御して太陽光パネル50の受光面への光を遮断する。例えば、制御部20は、プロセッサ(例えばマイコン)及びメモリ等を備えるコンピュータであり、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより上記制御が実現される。
調光ガラス10に印加される電圧は、例えば、太陽光パネル50から供給される。例えば、複数の調光ガラス10のそれぞれに印加される電圧は、複数の太陽光パネル50のうちの少なくとも1つの太陽光パネル50から供給される。例えば、制御部20は、電力変換装置60からの指示に応じて、制御線22において、太陽光パネル50から調光ガラス10への電圧の印加の制御を行う。
例えば、制御部20は、電力変換装置60から調光ガラス10の透過率を所定の透過率よりも大きくする(調光ガラス10を透明にする)ように指示された場合には、調光ガラス10に所定の電圧を印加することで(具体的には、太陽光パネル50からの電圧を所定の電圧に変換して調光ガラス10に印加されるように制御することで)、調光ガラス10の透過率を所定の透過率よりも大きい透過率に制御する。また、例えば、制御部20は、電力変換装置60から通信線21を介して定期的に受信する信号を受信しない場合には、調光ガラス10に電圧を印加しないことで(具体的には、太陽光パネル50からの電圧が調光ガラス10に印加されないように制御することで)、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御する。
操作スイッチ30は、例えば人に操作されるスイッチであり、複数の太陽光パネル50が設置された建物等の屋内又は屋外(建物の壁等)に設けられる。操作スイッチ30は、複数の太陽光パネル50が設置された建物等において火災が発生したり、災害(地震、水害等)が発生したりするときに操作される。操作スイッチ30は、操作されることで操作スイッチ30が操作されたことを示す信号を出力する。操作スイッチ30と電力変換装置60とは有線又は無線で接続されており、操作スイッチ30は、操作されることで操作スイッチ30が操作されたことを示す信号を電力変換装置60へ出力する。操作スイッチ30は、例えば押しボタンである。電力変換装置60は、操作スイッチ30が操作されたことを示す信号を取得することで、通信線21を介する制御部20への定期的な信号の送信を停止する。
異常検知センサ40は、例えば、火災、水害又は地震等を検知するセンサ(具体的には、熱検知センサ、煙センサ、振動センサ、水検知センサ等)であり、複数の太陽光パネル50が設置された建物等の屋内又は屋外に設けられる。異常検知センサ40は、有事の際に異常を検知する。異常検知センサ40は、異常を検知することで異常を示す信号を出力する。異常検知センサ40と電力変換装置60とは有線又は無線で接続されており、異常検知センサ40は、異常を検知することで異常を示す信号を電力変換装置60へ出力する。電力変換装置60は、異常を示す信号を取得することで、通信線21を介する制御部20への定期的な信号の送信を停止する。なお、異常検知センサ40は、太陽光パネル50の異常(例えばホットスポットの発生等)を検知するセンサであってもよい。
次に、シャットダウンシステム1の動作の詳細について図2を用いて説明する。
図2は、実施の形態に係るシャットダウンシステム1の動作の一例を示すフローチャートである。
制御部20は、電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定する(ステップS11)。例えば、制御部20は、通信線21における通信を監視し、1秒間信号を受信しない場合、信号が途切れたと判定する。例えば、通信線21が断線した場合には、制御部20は、電力変換装置60から通信線21を介して信号を受信できなくなるため、信号が途切れたと判定できる。また、例えば、操作スイッチ30が操作されたり、異常検知センサ40が異常を検知したりして、電力変換装置60から通信線21を介する制御部20への定期的な信号の送信が停止した場合にも、制御部20は、電力変換装置60から通信線21を介して信号を受信できなくなるため、信号が途切れたと判定できる。つまり、制御部20は、操作スイッチ30が操作された場合に、又は、異常検知センサ40が異常を検知した場合に、信号が途切れたと判定することになる。
制御部20は、電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れていないと判定した場合(ステップS11でNo)、信号が途切れないかを監視しつつ通常の動作(つまり、調光ガラス10に所定の電圧を印加して調光ガラス10の透過率を高める動作)を行う。
制御部20は、電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れたと判定した場合(ステップS11でYes)、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御して太陽光パネル50の受光面への光を遮断する(ステップS12)。例えば火災、水害又は倒壊等により、太陽光パネル50が発電を続けると危険な状態となるおそれがあるが、通信線21が断線したり、操作スイッチ30への操作がされたり、異常検知センサ40が異常検知を検知したりして、電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れることで、太陽光パネル50の発電を停止できる。
以上説明したように、本実施の形態に係るシャットダウンシステム1は、太陽光発電システムにおける太陽光パネル50の受光面を覆う調光ガラス10と、調光ガラス10の透過率を制御する制御部20と、を備える。制御部20は、太陽光パネル50により生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、当該信号が途切れたと判定した場合、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御して受光面への光を遮断する。
例えば、電力変換装置60と制御部20とを接続する通信線21が火災、水害又は倒壊等により断線した場合、電力変換装置60から定期的に受信する上記信号が途切れる。また、例えば、電力変換装置60が火災、水害又は倒壊等を認識した場合に、上記信号を強制的に途切れさせることで、電力変換装置60から定期的に受信する上記信号が途切れる。このように電力変換装置60から定期的に受信する上記信号が途切れた場合に、調光ガラス10の透過率が所定の透過率以下に制御されて太陽光パネル50の受光面への光を調光ガラス10によって遮ることができる。これにより、太陽光パネル50は、有事の際に発電が停止され、有事の際に太陽光発電システムの安全性を高めることができる。
また、シャットダウンシステム1は、さらに、操作スイッチ30を備え、制御部20は、操作スイッチ30が操作された場合に、上記信号が途切れたと判定するとしてもよい。例えば、操作スイッチ30は、押しボタンであるとしてもよい。
これによれば、操作スイッチ30を操作することで、容易に調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御することができる。例えば、操作スイッチ30が押しボタンである場合には、操作スイッチ30の操作を、押すという単純な操作にすることができる。
また、シャットダウンシステム1は、さらに、異常検知センサ40を備え、制御部20は、異常検知センサ40が異常を検知した場合に、上記信号が途切れたと判定するとしてもよい。
これによれば、異常検知センサ40が異常を検知することで、容易に調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御することができる。
また、制御部20は、調光ガラス10に所定の電圧を印加することで、調光ガラス10の透過率を所定の透過率よりも大きい透過率に制御し、調光ガラス10に電圧を印加しないことで、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御するとしてもよい。
これによれば、調光ガラス10は、電圧が印加されていないときに透過率の低い状態となる。例えば、有事の際には、調光ガラス10に電圧を印加する装置(例えば制御部20)が破壊されたり、当該装置と調光ガラス10とを接続する制御線(例えば制御線22)が断線したりして調光ガラス10に電圧を印加できない場合がある。このような場合であっても、調光ガラス10は電圧が印加されていないときに透過率の低い状態となり、太陽光パネル50の受光面への光を調光ガラス10によって遮ることができる。このように、有事の際に太陽光発電システムの安全性をさらに高めることができる。
また、調光ガラス10に印加される電圧は、太陽光パネル50から供給されるとしてもよい。
これによれば、通常時において調光ガラス10を所定の透過率よりも大きくする(つまり透明にする)場合に、太陽光パネル50により生成される電力を利用することができ、調光ガラス10用の電源を別途用意しなくてもよい。ただし、この場合、夜明けには調光ガラス10が不透明な状態となっており、それに伴い太陽光パネル50も電力を生成できない状態となっているため、調光ガラス10の起動用の簡易な電源は必要となる。
また、太陽光発電システムには、太陽光パネル50が複数設けられ、シャットダウンシステム1は、複数の太陽光パネル50のそれぞれごとに受光面を覆う複数の調光ガラス10を備え、複数の調光ガラス10のそれぞれに印加される電圧は、複数の太陽光パネル50のうちの少なくとも1つの太陽光パネル50から供給されるとしてもよい。
これによれば、複数の太陽光パネル50のそれぞれ毎に、対応する調光ガラス10へ電圧を印加するための回路を用意する必要がなく、太陽光発電システムの低コスト化が可能となる。
(変形例)
シャットダウンシステム1では、操作スイッチ30及び異常検知センサ40は、電力変換装置60に接続されているが、電力変換装置60に接続されていなくてもよい。例えば、操作スイッチ30又は異常検知センサ40は、制御部20に接続されていてもよい。これについて、実施の形態の変形例として図3を用いて説明する。
図3は、実施の形態の変形例に係るシャットダウンシステム2が適用された太陽光発電システムの一例を示す構成図である。
シャットダウンシステム2は、操作スイッチ30及び異常検知センサ40が制御部20に接続される点が、シャットダウンシステム1と異なる。その他の点は、シャットダウンシステム1におけるものと同じであるため説明は省略する。
操作スイッチ30と制御部20とは有線又は無線で接続されており、操作スイッチ30は、操作されることで操作スイッチ30が操作されたことを示す信号を制御部20へ出力する。
異常検知センサ40と制御部20とは有線又は無線で接続されており、異常検知センサ40は、異常を検知することで異常を示す信号を制御部20へ出力する。
シャットダウンシステム2では、制御部20は、電力変換装置60から通信線21を介して定期的に受信する信号を受信しない場合の他に、操作スイッチ30から操作スイッチ30が操作されたことを示す信号を受信した場合、及び、異常検知センサ40から異常を示す信号を受信した場合に、調光ガラス10に電圧を印加しないことで調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御する。
シャットダウンシステム1では、電力変換装置60がいったん操作スイッチ30から操作スイッチ30が操作されたことを示す信号を受信したり、いったん異常検知センサ40から異常を示す信号を受信したりし、これらの信号に応じて電力変換装置60から定期的に送信される信号が強制的に停止されることで、制御部20は、調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御する。これに対して、シャットダウンシステム2のように、制御部20は、操作スイッチ30又は異常検知センサ40から直接信号を受信して、これらの信号に応じて調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御してもよい。なお、シャットダウンシステム2では、例えば、通信線21が断線した場合に、シャットダウンシステム1と同じように、電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れて調光ガラス10の透過率が所定の透過率以下に制御される。
(その他の実施の形態)
以上、実施の形態に係るシャットダウンシステム1、2について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、シャットダウンシステム1は、操作スイッチ30及び異常検知センサ40を備えるとしたが、備えていなくてもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、操作スイッチ30は、押しボタンであるとしたが、これに限らない。
また、例えば、上記実施の形態では、調光ガラス10に印加される電圧は、太陽光パネル50から供給されるとしたが、これに限らない。例えば、調光ガラス10に印加される電圧は、太陽光パネル50とは異なる専用の電源から供給されてもよい。
また、本発明は、シャットダウンシステム1、2として実現できるだけでなく、シャットダウンシステム1、2を構成する各構成要素が行うステップ(処理)を含むシャットダウン方法として実現できる。
具体的には、図2に示されるように、シャットダウン方法では、太陽光発電システムにおける太陽光パネル50により生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置60から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し(ステップS11)、当該信号が途切れたと判定した場合(ステップS11でYes)、太陽光パネル50の受光面を覆う調光ガラス10の透過率を所定の透過率以下に制御して受光面への光を遮断する(ステップS12)。
例えば、それらのステップは、コンピュータ(コンピュータシステム)によって実行されてもよい。そして、本発明は、それらの方法に含まれるステップを、コンピュータに実行させるためのプログラムとして実現できる。さらに、本発明は、そのプログラムを記録したCD−ROM等である非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現できる。
上記実施の形態に係るシャットダウンシステム1、2は、マイコンによってソフトウェア的に実現されたが、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータにおいてソフトウェア的に実現されてもよい。さらに、シャットダウンシステム1、2は、A/D変換器、論理回路、ゲートアレイ、D/A変換器等で構成される専用の電子回路によってハードウェア的に実現されてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、2 シャットダウンシステム
10 調光ガラス
20 制御部
21 通信線
22 制御線
30 操作スイッチ
40 異常検知センサ
50 太陽光パネル
51 正側伝送路
52 負側伝送路
60 電力変換装置

Claims (9)

  1. 太陽光発電システムにおける太陽光パネルの受光面を覆う調光ガラスと、
    前記調光ガラスの透過率を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記太陽光パネルにより生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、
    前記信号が途切れたと判定した場合、前記調光ガラスの透過率を所定の透過率以下に制御して前記受光面への光を遮断する
    シャットダウンシステム。
  2. 前記シャットダウンシステムは、さらに、操作スイッチを備え、
    前記制御部は、前記操作スイッチが操作された場合に、前記信号が途切れたと判定する
    請求項1に記載のシャットダウンシステム。
  3. 前記操作スイッチは、押しボタンである
    請求項2に記載のシャットダウンシステム。
  4. 前記シャットダウンシステムは、さらに、異常検知センサを備え、
    前記制御部は、前記異常検知センサが異常を検知した場合に、前記信号が途切れたと判定する
    請求項1〜3のいずれか1項に記載のシャットダウンシステム。
  5. 前記制御部は、
    前記調光ガラスに所定の電圧を印加することで、前記調光ガラスの透過率を前記所定の透過率よりも大きい透過率に制御し、
    前記調光ガラスに電圧を印加しないことで、前記調光ガラスの透過率を前記所定の透過率以下に制御する
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のシャットダウンシステム。
  6. 前記調光ガラスに印加される電圧は、前記太陽光パネルから供給される
    請求項5に記載のシャットダウンシステム。
  7. 前記太陽光発電システムには、前記太陽光パネルが複数設けられ、
    前記シャットダウンシステムは、前記複数の太陽光パネルのそれぞれごとに受光面を覆う複数の前記調光ガラスを備え、
    前記複数の調光ガラスのそれぞれに印加される電圧は、前記複数の太陽光パネルのうちの少なくとも1つの太陽光パネルから供給される
    請求項6に記載のシャットダウンシステム。
  8. 太陽光発電システムにおける太陽光パネルにより生成された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置から定期的に受信する信号が途切れたか否かを判定し、
    前記信号が途切れたと判定した場合、前記太陽光パネルの受光面を覆う調光ガラスの透過率を所定の透過率以下に制御して前記受光面への光を遮断する
    シャットダウン方法。
  9. 請求項8に記載のシャットダウン方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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