JP2023122445A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光発電システムは、ストリングと、インバータと、第１遮断装置と、第２遮断装置とを備える。ストリングは、互いに直列に接続された複数の太陽電池モジュールグループを含む。第１遮断装置は、複数の太陽電池モジュールグループ同士を接続する第１電路に接続される。第２遮断装置は、複数の太陽電池モジュールグループ同士を接続する第２電路に接続される。第１遮断装置は、インバータからの第１制御信号に応じて第１電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断する。第２遮断装置は、電力線通信とは異なる通信方式で第１遮断装置と双方向通信可能に接続され第１遮断装置から出力される第２制御信号に応じて、第２電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムに関する。

米国では、火災時等の緊急時に消防士を感電等から保護することを目的として、太陽光発電システムに対して、緊急時に太陽光発電システムによる発電を即座に停止するいわゆるラピッドシャットダウン機能の導入がＮＥＣ（米国電気工事規定）によって義務付けられている。例えば、特許文献１では、インバータの動作状態に応じて、太陽電池モジュールからインバータへの電力の出力を停止させる太陽光発電システムが開示されている。

特表２０１２－５１１２９９号公報

太陽光発電システムにおいて、火災時等における消防士のさらなる安全性の向上を図るには、例えば、ラピッドシャットダウン機能を備える遮断装置を太陽電池モジュール毎に設置することが好ましい。しかしながら、太陽電池モジュール毎に遮断装置を設置した場合、遮断装置の設置コストが高くなる。

本発明の課題は、太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る太陽光発電システムは、ストリングと、インバータと、第１遮断装置と、第２遮断装置とを備える。ストリングは、互いに直列に接続された複数の太陽電池モジュールグループを含む。複数の太陽電池モジュールグループは、１つ又は直列に接続された複数の太陽電池モジュールをそれぞれ含む。インバータは、ストリングに接続され、ストリングから出力される直流電力を交流電力に変換する。第１遮断装置は、複数の太陽電池モジュールグループ同士を接続する第１電路に接続される。第２遮断装置は、第１電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループとは異なる複数の太陽電池モジュールグループ同士を接続する第２電路に接続される。ストリングの複数の太陽電池モジュールグループは、グループ毎の開放電圧が所定の開放電圧以下である。第１遮断装置は、インバータからの第１制御信号に応じて第１電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断する。第２遮断装置は、電力線通信とは異なる通信方式で第１遮断装置と双方向通信可能に接続され、第１遮断装置から出力される第２制御信号に応じて、第２電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断する。

この太陽光発電システムでは、第１遮断装置と第２遮断装置とがマスタとスレーブの関係にあり、第２遮断装置は、第１遮断装置から出力される第２制御信号に応じて複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断する。これにより、第２遮断装置の構成が簡素化できるので、第２遮断装置の設置コストを低減できる。また、複数の太陽電池モジュールグループは、グループ毎の開放電圧が所定の開放電圧以下であるため、安全性の高い太陽光発電システムを提供することができる。また、第１遮断装置からの出力される第２制御信号は、通信線を介して電力線通信とは異なる通信方式で出力されるので、電力線通信と比べてノイズの影響を受けにくく、第１遮断装置から第２遮断装置への安定した通信が可能になる。また、第２遮断装置が、第１遮断装置と双方向通信可能に接続されているので、例えば、第２遮断装置の状態を第１遮断装置で監視すること可能になる。

第１遮断装置は、第２遮断装置から出力される第２状態信号に基づいて第２遮断装置を監視してもよい。この場合は、第２遮断装置が正常に動作しているか否かを第１遮断装置で監視することができる。

第１遮断装置は、第２遮断装置から出力される第２状態信号に応じて第２遮断装置が異常であると判断すると、異常信号を出力してもよい。この場合は、第１遮断装置によって、第２遮断装置の異常をインバータ、或いはユーザなどに報知することが可能になる。

第１遮断装置は、第２遮断装置から出力される第２状態信号の出力が停止されたことを検知すると、第２遮断装置が異常であると判断してもよい。この場合は、簡単な構成で第２遮断装置の異常を検知することが可能になる。

第２遮断装置は、第１遮断装置と単線接続されてもよい。この場合は、簡単かつ安価な構成で、第１遮断装置に第２遮断装置を双方向通信可能に接続できる。

第２遮断装置は、第２電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を開閉する開閉部を含んでもよい。第２遮断装置から出力される第２状態信号は、開閉部の開閉状態に関する情報を含んでもよい。この場合は、例えば、開閉部が正常に動作しているか否かを第１遮断装置で監視することができる。

インバータは、第１遮断装置から出力される第１状態信号に基づいて第１遮断装置を監視してもよい。この場合は、第１遮断装置が正常に動作しているか否かをインバータで監視することができる。

インバータは、第１状態信号に応じて第１遮断装置が異常であると判断すると、異常信号を出力してもよい。この場合は、インバータによって、第１遮断装置の異常をユーザなどに報知することが可能になる。

第１遮断装置は、インバータからの第１制御信号に応じて第１電路に接続された複数の太陽電池モジュールグループ間の接続を遮断してから、第２遮断装置に第２制御信号を出力してもよい。この場合は、第２遮断装置に係る電圧を抑えることができる。これにより、第２遮断装置のコストダウンを図ることができる。

ストリングの複数の太陽電池モジュールグループは、グループ毎の開放電圧が１６５Ｖ以下であってもよい。この場合は、より安全性の高い太陽光発電システムを提供することができる。

ストリングの複数の太陽電池モジュールグループは、第１グループを含んでもよい。第１遮断装置は、第１グループに属する１つ又は直列に接続された複数の太陽電池モジュールで発電される電力によって駆動されてもよい。この場合は、例えば、既存の太陽光発電システムに第１遮断装置を設置するときにおいて、インバータと第１遮断装置とを接続する追加配線を省略することができる。これにより、第１遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、第１遮断装置の駆動電圧範囲を小さく抑えることができるので、第１遮断装置の製造コストを抑えることができる。

ストリングの複数の太陽電池モジュールグループは、第２グループを含んでもよい。第２遮断装置は、第２グループに属する１つ又は直列に接続された複数の太陽電池モジュールで発電される電力によって駆動されてもよい。この場合は、例えば、既存の太陽光発電システムに第２遮断装置を設置するときにおいて、インバータと第２遮断装置とを接続する追加配線を省略することができる。これにより、第２遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、第２遮断装置の駆動電圧範囲を小さく抑えることができるので、第２遮断装置の製造コストを抑えることができる。

インバータは、電力線通信によって第１遮断装置に第１制御信号を出力してもよい。この場合は、既存の太陽光発電システムに第１遮断装置を設置するときに、インバータと第１遮断装置との通信を確保するための追加配線を省略することができるので、第１遮断装置の設置コストを抑えることができる。

インバータは、無線通信によって第１遮断装置に第１制御信号を出力してもよい。この場合は、遠隔操作によって第１遮断装置に第１制御信号を出力することが可能になる。

ストリングの複数の太陽電池モジュールグループの少なくとも１つは、直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含んでもよい。この場合は、第１遮断装置又は第２遮断装置によって、複数の太陽電池モジュールを遮断することができる。

第１遮断装置は、複数の太陽電池モジュールグループのいずれかに並列接続されるバイパスダイオードを含んでもよい。この場合は、発電できなくなった太陽電池モジュールの発熱等を抑制できるとともに、ストリングの発電効率が低下することを抑制できる。

第２遮断装置は、複数の太陽電池モジュールグループのいずれかに並列接続されるバイパスダイオードを含んでもよい。この場合は、発電できなくなった太陽電池モジュールの発熱等を抑制できるとともに、ストリングの発電効率が低下することを抑制できる。

本発明によれば、太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供することができる。

図１は、本発明の一態様に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、第１遮断装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図３は、レギュレータの構成を模式的に示す回路図である。 図４は、第２遮断装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図５は、遮断装置の動作モードの一例を説明する図である。 図６は、他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図７は、他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図８は、他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図９は、他の実施形態に係る太陽光発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。

図１は、本発明の一態様に係る太陽光発電システム１の構成を模式的に示すブロック図である。太陽光発電システム１は、ストリング２と、インバータ３と、第１遮断装置４と、複数の第２遮断装置５と、を備える。

ストリング２は、互いに直列に接続された複数の太陽電池モジュールグループ６Ａ～６Ｈを含む。複数の太陽電池モジュールグループ６Ａ～６Ｈは、１つ又は直列に接続された複数の太陽電池モジュール６を含む。すなわち、ストリング２は、互いに直列に接続された複数（本実施形態では１６個）の太陽電池モジュール６を含む。なお、太陽光発電システム１は、ストリング２が並列に複数連結された太陽電池アレイを含んでもよい。

複数の太陽電池モジュールグループ６Ａ～６Ｈは、グループ毎の開放電圧が所定の開放電圧以下である。所定の開放電圧は、例えば１６５Ｖである。すなわち、ストリング２は、グループ毎の開放電圧が１６５Ｖ以下になるように複数の太陽電池モジュールグループにグループ分けされている。太陽電池モジュール６の開放電圧は、例えば５０Ｖである。以下では、太陽電池モジュールグループ６Ａ～６Ｈをグループ６Ａ～６Ｈとして記すことがある。

グループ６Ａ，６Ｃ，６Ｅ，６Ｇのそれぞれは、１つの太陽電池モジュール６を含む。グループ６Ｂ，６Ｄ，６Ｆ，６Ｈのそれぞれは、互いに直列に接続された３つの太陽電池モジュール６を含む。したがって、グループ６Ａ，６Ｃ，６Ｅ，６Ｇの開放電圧は、５０Ｖであり、グループ６Ｂ，６Ｄ，６Ｆ，６Ｈの開放電圧は、１５０Ｖである。

グループ６Ａ～６Ｈは、グループ６Ａからグループ６Ｈまでアルファベット順に並んで互いに直列に接続されている。グループ６Ａ～６Ｈのそれぞれは、陽極側の端子と陰極側の端子とを含む。各グループ６Ａ～６Ｈの陽極側端子は、各グループ６Ａ～６Ｈに属する太陽電池モジュール６の中で、インバータ３の陽極に最も近い太陽電池モジュール６の陽極側の端子によって構成される。各グループ６Ａ～６Ｈ陰極側端子は、各グループ６Ａ～６Ｈに属する太陽電池モジュール６の中でインバータ３の陽極から最も離れた太陽電池モジュール６の陰極側の端子によって構成される。

例えば、グループ６Ａの陽極側の端子は、グループ６Ａの太陽電池モジュール６の陽極側の端子によって構成される。グループ６Ａの陽極側の端子は、インバータ３の陽極側の端子に接続されている。グループ６Ａの陽極側の端子は、グループ６Ａの太陽電池モジュール６の陰極側の端子によって構成される。グループ６Ａの陽極側の端子は、グループ６Ｂの陽極側の端子に接続されている。

例えば、グループ６Ｂの陽極側の端子は、グループ６Ｂに属する太陽電池モジュール６の中で、グループ６Ａに最も近い太陽電池モジュール６の陽極側の端子によって構成される。グループ６Ｂの陰極側の端子は、グループ６Ｂに属する太陽電池モジュール６の中で、グループ６Ａから最も離れた太陽電池モジュール６の陰極側の端子によって構成される。グループ６Ｂの陰極側の端子は、グループ６Ｃの陽極側の端子に接続されている。

グループ６Ｃの陰極側の端子は、グループ６Ｄの陽極側の端子に接続されている。グループ６Ｄの陰極側の端子は、グループ６Ｅの陽極側の端子に接続されている。グループ６Ｅの陰極側の端子は、グループ６Ｆの陽極側の端子に接続されている。グループ６Ｆの陰極側の端子は、グループ６Ｇの陽極側の端子に接続されている。グループ６Ｇの陰極側の端子は、グループ６Ｈの陽極側の端子に接続されている。グループ６Ｈの陰極側の端子は、インバータ３の陰極側の端子に接続されている。

太陽電池モジュール６は、太陽光を受けて電力を発電し、発電した電力をインバータ３に出力する。インバータ３は、電力線を介してストリング２に接続される。インバータ３は、ストリング２の太陽電池モジュール６から出力される直流電力を交流電力に変換する。インバータ３は、電力系統７に接続されており、交流電力を商用電力系統や負荷装置に供給する。

詳細には、インバータ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａと、ＤＣ／ＡＣインバータ３ｂと、制御部３ｃと、を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａは、太陽電池モジュール６から出力される電力の電圧を所定の電圧に変換して、ＤＣ／ＡＣインバータ３ｂに入力する。ＤＣ／ＡＣインバータ３ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａを介して、太陽電池モジュール６から出力される直流電力を交流電力に変換する。制御部３ｃは、ＣＰＵやメモリ等を含み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａ及びＤＣ／ＡＣインバータ３ｂを制御する。また、制御部３ｃは、電力線通信によって第１遮断装置４に第１制御信号を出力する。

第１遮断装置４は、グループ６Ａ～６Ｈ同士を接続する電路に接続されている。本実施形態では、第１遮断装置４は、グループ６Ａとグループ６Ｂとを接続する電路８ａと、インバータ３とグループ６Ａとを接続する電路８ｂに接続されている。第１遮断装置４は、インバータ３からの第１制御信号に応じてグループ６Ａとグループ６Ｂとの接続、並びにインバータ３とグループ６Ａとの接続を遮断する。

第１遮断装置４は、第１遮断装置４と複数の第２遮断装置５に接続される通信線１０を介して、電力線通信とは異なる通信方式で第２制御信号を複数の第２遮断装置５に出力する。第１遮断装置４は、例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信或いはＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）通信などのシリアル通信方式で第２制御信号を複数の第２遮断装置５に出力する。第１遮断装置４は、グループ６Ａとグループ６Ｂとの接続、並びにインバータ３とグループ６Ａとの接続を遮断してから、複数の第２遮断装置５に第２制御信号を出力する。第１遮断装置４は、通信線１０を介して複数の第２遮断装置５のそれぞれに接続されている。

第１遮断装置４と複数の第２遮断装置５とは、マスタとスレーブの関係にある。第１遮断装置４は、複数の第２遮断装置５に対してマスタとして機能し、複数の第２遮断装置５は、第１遮断装置４に対してスレーブとして機能する。すなわち、第１遮断装置４は、複数の第２遮断装置５を制御する。

図２は、第１遮断装置４の構成を模式的に示すブロック図である。第１遮断装置４は、レギュレータ４１と、信号受信部４２と、制御部４３と、リレー４４と、バイパス回路４５と、を含む。

レギュレータ４１は、太陽電池モジュール６で発電された電力を電源として第１遮断装置４を駆動させる駆動電源を生成し、第１遮断装置４に安定した駆動電源を供給する。ここでは、グループ６Ａの太陽電池モジュール６で発電された電力のみを利用して第１遮断装置４の駆動電源を生成する。

図３は、レギュレータ４１の構成を模式的に示す回路図である。レギュレータ４１の構成は、周知の構成であり、入力端子２１ａ，２１ｂ、出力端子２２ａ，２２ｂ、ラインフィルタ２３、コンデンサ２４，２５、昇圧回路２６、スイッチング素子２７、制御回路２８、トランス２９、ダイオード３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、フィードバック回路３２等を含む。

信号受信部４２は、インバータ３の制御部３ｃからの第１制御信号を受信して、受信した第１制御信号を制御部４３に出力する。詳細には、インバータ３の制御部３ｃからの第１制御信号を検出する信号検出部４６を介して、信号受信部４２はインバータ３の制御部３ｃからの第１制御信号を受信する。

制御部４３は、ＣＰＵやメモリ等を含む。制御部４３は、信号受信部４２から出力された信号に基づいて、リレー４４のコイルに流れる電流値を制御して、リレー４４の接点を開閉制御する。リレー４４は、例えばメカニカルリレーであり、高電圧の直流電流を開閉可能である。

制御部４３は、通信線１０を介して、電力線通信とは異なる通信方式で第２制御信号を複数の第２遮断装置５に出力する。制御部４３は、グループ６Ａとグループ６Ｂとの接続を遮断してから、複数の第２遮断装置５に第２制御信号を出力する。制御部４３は、例えば、リレー４４の接点間の電圧を監視することで、グループ６Ａとグループ６Ｂとの接続が遮断されたか否かを判断する。

リレー４４は、第１開閉部４４ａと、第２開閉部４４ｂとを含む。第１開閉部４４ａは、電路８ｂに配置されている。第１開閉部４４ａは、インバータ３とグループ６Ａとの接続を開閉する。第１開閉部４４ａは、グループ６Ａの陽極側の端子と、インバータ３の陽極側の端子とに接続されている。第２開閉部４４ｂは、電路８ａに配置されている。第２開閉部４４ｂは、グループ６Ａとグループ６Ｂとの接続を開閉する。第２開閉部４４ｂは、グループ６Ａの陰極側の端子と、グループ６Ｂの陽極側の端子とに接続されている。なお、本実施形態において、第１開閉部４４ａは、省略されてもよい。

第１遮断装置４にレギュレータ４１から駆動電源が供給されていないとき、第１開閉部４４ａ及び第２開閉部４４ｂは、常に開いた状態にある。したがって、第１遮断装置４が駆動していないときは、インバータ３とグループ６Ａとの接続、グループ６Ａとグループ６Ｂとの接続が遮断された状態にある。

バイパス回路４５は、第１遮断装置４が遮断状態のときに制御部３ｃからの第１制御信号を信号受信部４２が受信できるようにするための回路である。第１遮断装置４によって電路８ａ，８ｂが遮断された状態のとき、信号受信部４２は、バイパス回路４５を介して、制御部３ｃからの第１制御信号を受信することができる。

複数の第２遮断装置５は、電路８ａに接続されたグループ６Ａとグループ６Ｂとは異なるグループ６Ｃ～グループ６Ｈ同士を接続する電路８ｃ～８ｈに接続されている。複数の第２遮断装置５は、通信線１０を介して、例えばシリアル通信方式で第１遮断装置４と双方向通信可能に接続されている。第２遮断装置５は、第１遮断装置４と単線接続されている。すなわち、第２遮断装置５は、１本の通信線１０で第１遮断装置４に接続されている。複数の第２遮断装置５は、通信線１０を介して第１遮断装置４から出力される第２制御信号に応じて、グループ６Ｃ～グループ６Ｈ同士の接続を遮断する。本実施形態では、複数の第２遮断装置５は、３つの第２遮断装置５ａ～５ｃを含む。

第２遮断装置５ａは、グループ６Ｂとグループ６Ｃとを接続する電路８ｃ、並びにグループ６Ｃとグループ６Ｄとを接続する電路８ｄに接続されている。第２遮断装置５ｂは、グループ６Ｄとグループ６Ｅとを接続する電路８ｅ、並びにグループ６Ｅとグループ６Ｆとを接続する電路８ｆとに接続されている。第２遮断装置５ｃは、グループ６Ｆとグループ６Ｇとを接続する電路８ｇ、並びにグループ６Ｇとグループ６Ｈとを接続する電路８ｈに接続されている。

図４は、第２遮断装置５ａの構成を模式的に示すブロック図である。第２遮断装置５ａは、レギュレータ５１と、制御部５３と、リレー５４と、バイパス回路５５と、を含む。

レギュレータ５１は、太陽電池モジュール６で発電された電力を電源として第２遮断装置５ａを駆動させる駆動電源を生成し、第２遮断装置５ａに安定した駆動電源を供給する。ここでは、グループ６Ｃの太陽電池モジュール６で発電された電力のみを利用して第１遮断装置４の駆動電源を生成する。レギュレータ５１の構成は、第１遮断装置４のレギュレータ４１と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

制御部５３は、ＣＰＵやメモリ等を含む。制御部５３は、第１遮断装置４からの第２制御信号に応じて、リレー５４のコイルに流れる電流値を制御して、リレー５４の接点を開閉制御する。リレー５４は、例えばメカニカルリレーであり、高電圧の直流電流を開閉可能である。リレー５４は、開閉部の一例である。制御部５３は、通信線１０に接続される図示しない通信インタフェースを介して、第１遮断装置４からの第２制御信号を受けて、リレー５４の接点を開状態にする。詳細には、制御部５３は、第１遮断装置４からの第２制御信号を受けると、リレー５４の接点を開状態にする指令信号を図示しないリレー制御部に出力する。リレー制御部は、制御部５３からの指令信号を受けてリレー５４の接点を開状態にする。制御部５３は、リレー制御部にリレー５４の接点を開状態にする指令信号を出力したことを通信線１０を介して第１遮断装置４にフィードバックする。

リレー５４は、第３開閉部５４ａと、第４開閉部５４ｂとを含む。第３開閉部５４ａは、電路８ｃに配置されている。第３開閉部５４ａは、グループ６Ｂとグループ６Ｃとの接続を開閉する。第３開閉部５４ａは、グループ６Ｂの陰極側の端子と、グループ６Ｃの陽極側の端子とに接続されている。第４開閉部５４ｂは、電路８ｅに配置されている。第４開閉部５４ｂは、グループ６Ｄとグループ６Ｅとの接続を開閉する。第４開閉部５４ｂは、グループ６Ｃの陰極側の端子と、グループ６Ｄの陽極側の端子とに接続されている。

第２遮断装置５ａにレギュレータ５１から駆動電源が供給されていないとき、第３開閉部５４ａ及び第４開閉部５４ｂは、常に開いた状態にある。したがって、第２遮断装置５ａが駆動していないときは、グループ６Ｂとグループ６Ｃとの接続、グループ６Ｃとグループ６Ｄとの接続が遮断された状態にある。

バイパス回路５５は、第２遮断装置５が遮断状態のときに、電力線通信による制御部３ｃからの第１制御信号を第１遮断装置４の信号受信部４２が受信できるようにするための回路である。バイパス回路５５を設けることで、電力線通信を継続することが可能になる。

第２遮断装置５ｂのリレー５４は、グループ６Ｄとグループ６Ｅとの接続、並びにグループ６Ｅと６Ｆとの接続を開閉する。第２遮断装置５ｃのリレー５４は、グループ６Ｆとグループ６Ｇとの接続、並びにグループ６Ｇとグループ６Ｈとの接続を開閉する。第２遮断装置５ｂ及び第２遮断装置５ｃは、接続させる電路が第２遮断装置５ａと異なる点を除いて、第２遮断装置５ａと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号に基づいて第２遮断装置５ａ～５ｃを監視する。第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号に応じて第２遮断装置５５ａ～５ｃが異常であると判断すると、インバータ３に異常信号を出力する。インバータ３が異常信号を受信すると、インバータ３は、インバータ３に接続された表示部３４を介して第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であることを報知する。

第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号は、例えば、第２制御信号を受けて制御部５３がリレー制御部に指令信号を出力したことに対する第１遮断装置４へのフィードバックである。第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃからのフィードバックがなければ、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であると判断する。

次に、図５を参照して第１遮断装置４及び複数の第２遮断装置５の動作モードの一例について説明する。第１遮断装置４及び複数の第２遮断装置５の動作モードは、スタートモード、アクティブモード、安全モードの３つの動作モードを含む。安全モードは、通常遮断モードと、緊急安全遮断モードと、を含む。したがって、第１遮断装置４及び複数の第２遮断装置５は、スタートモード、アクティブモード、通常遮断モード、及び緊急安全遮断モードの４つの動作モードで動作する。

スタートモードとは、太陽電池モジュール６に太陽光が当たり始めたときのモードである。このとき、太陽電池モジュール６は、太陽光を受けて電力を発電する。そして、太陽電池モジュール６で発電された電力からレギュレータ４１が生成した駆動電源によって第１遮断装置４が駆動され、太陽電池モジュール６で発電された電力からレギュレータ４１が生成した駆動電源によって第１遮断装置４が駆動される。第１遮断装置４が駆動されて制御部４３が信号受信部４２を介してインバータ３の制御部３ｃからの第１制御信号を受信すると、制御部４３はリレー４４の第１開閉部４４ａ及び第２開閉部４４ｂを閉じるように制御する。

同様に、太陽電池モジュール６で発電された電力から第２遮断装置５ａのレギュレータ５１が生成した駆動電源によって第２遮断装置５ａが駆動される。第２遮断装置５ａが駆動されて、例えば第２制御信号とは異なる第１遮断装置４からの指令信号を制御部５３が受けると、制御部５３は、リレー５４の第３開閉部５４ａ及び第４開閉部５４ｂを閉じるように制御する。第２遮断装置５ｂ及び第２遮断装置５ｃについても、第２遮断装置５ａと同様の動きをする。これにより、グループ６Ａ～６Ｈが第１遮断装置４及び第２遮断装置５ａ～５ｃを介してストリング２接続され、太陽電池モジュール６で発電された電力がインバータ３に出力される。

アクティブモードは、太陽電池モジュール６が日中に太陽光を受けて発電している状態であり、実質的にスタートモードと同じである。したがって、アクティブモードでは、グループ６Ａ～６Ｈが第１遮断装置４及び第２遮断装置５ａ～５ｃを介して接続された状態にあり、太陽電池モジュール６が発電された電力がインバータ３に出力される。

通常遮断モードは、夜間、或いは雨等の天候の影響で、太陽電池モジュール６が太陽光を受けていないときのモードである。したがって、通常遮断モードでは、太陽電池モジュール６によって電力が発電されておらず、太陽電池モジュール６から第１遮断装置４及び第２遮断装置５ａ～５ｃに駆動電源が供給されていない。このため、通常遮断モードでは、第１遮断装置４の第１開閉部４４ａ及び第２開閉部４４ｂと、第２遮断装置５ａ～５ｃの第３開閉部５４ａ及び第４開閉部５４ｂが全て開いた状態にある。なお、本実施形態では、インバータ３にＡＣ電源から電力が供給されており、緊急安全遮断モード時を除いて、インバータ３の制御部３ｃから第１制御信号が常に出力されている。

通常遮断モードにおいて、天候の不安定等の理由により、例えばグループ６Ａの太陽電池モジュール６の発電が不安定な状態のときは、グループ６Ａの太陽電池モジュール６から供給される電力に応じてリレー５４がオン／オフ動作する。また、例えば、グループ６Ｃの太陽電池モジュール６の発電が不安定な状態のときは、グループ６Ｃの太陽電池モジュール６から供給される電力に応じてリレー５４がオン／オフ動作する。

緊急安全遮断モードは、スタートモード、或いはアクティブモード中に、電路８ａ～８ｈを遮断して、太陽電池モジュール６からインバータ３への電力の出力を停止させるモードである。本実施形態では、図１に示すように、操作スイッチ３５がインバータ３に接続されており、第１遮断装置４がスタートモード、或いはアクティブモード中のときに操作スイッチ３５が操作されると、第１遮断装置４の動作モードが緊急安全遮断モードに切り替わる。

詳細には、操作スイッチ３５が操作されると、制御部３ｃは、第１制御信号の出力を停止する。信号検出部４６が第１制御信号の一定周期停止を検出すると、信号受信部４２及び制御部４３を介して、リレー４４の第１開閉部４４ａ及び第２開閉部４４ｂが開かれる。これにより、グループ６Ａとグループ６Ｂとの接続、並びにインバータ３とグループ６Ａとの接続が遮断され、太陽電池モジュール６からインバータ３への電力の出力が停止される。このとき、第１遮断装置４は、リレー４４の第１開閉部４４ａ及び第２開閉部４４ｂを開いた後で、第２遮断装置５ａ～５ｃに通信線１０を介して第２制御信号を出力する。 第２遮断装置５ａ～５ｃは、第１遮断装置４からの第２制御信号を受けて、グループ６Ｃ～グループ６Ｈ同士の接続を遮断する。これにより、全てのグループ６Ａ～６Ｈが互いに分断されることで、ストリング２の開放電圧が１６５Ｖ以下に分断される。第２遮断装置５ａ～５ｃの制御部５３は、第１遮断装置４からの第２制御信号を受けてリレー制御部にリレー５４の接点を開状態にする指令信号を出力したことを第１遮断装置４にフィードバックする。第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃからのフィードバックがなければ、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であると判断して、インバータ３に異常信号を出力する。

上記構成の太陽光発電システム１では、第１遮断装置４と第２遮断装置５ａ～５ｃとがマスタとスレーブの関係にあり、第２遮断装置５ａ～５ｃは、第１遮断装置４から出力される第２制御信号に応じて複数の太陽電池モジュールグループ６Ｂ～６Ｈ同士の接続を遮断する。これにより、第２遮断装置５ａ～５ｃにおいて、信号受信部４２や信号検出部４６などの機能を省略できる。その結果、第２遮断装置５ａ～５ｃの構成が簡素化できるので、複数の第２遮断装置５の設置コストを低減できる。

また、複数の太陽電池モジュールグループ６Ａ～６Ｈは、グループ毎の開放電圧が１６５Ｖ以下であるため、安全性の高い太陽光発電システムを提供することができる。また、第１遮断装置４からの出力される第２制御信号は、通信線１０を介して電力線通信とは異なる通信方式で出力されるので、電力線通信と比べてノイズの影響を受けにくく、第１遮断装置４から複数の第２遮断装置５への安定した通信が可能になる。

また、上記構成の太陽光発電システム１では、第１遮断装置４によってグループ６Ａとグループ６Ｂとの接続が遮断された後で、第２遮断装置５ａ～５ｃによって複数の太陽電池モジュールグループ６Ｂ～６Ｈ同士の接続が遮断されるので、第２遮断装置５ａ～５ｃに係る電圧を抑えることができる。これにより、第２遮断装置５ａ～５ｃのコストダウンを図ることができる。

また、第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃと双方向通信可能に接続されており、第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号に基づいて第２遮断装置５ａ～５ｃを監視する。これにより、操作スイッチ３５が操作されたときに、第２遮断装置５ａ～５ｃが正常に動作していることを第１遮断装置４によって検知できるので、より安全性の高い太陽光発電システム１を提供できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

複数の太陽電池モジュールグループのグループ数は、前記実施形態に限定されるものではない。ストリング２は、グループ毎の開放電圧が１６５Ｖ以下になるように複数の太陽電池モジュールグループにグループ分けされていればよい。例えば、図６に示すように、複数の太陽電池モジュールグループ６Ａ～６Ｆのそれぞれが３つの直接に接続された太陽電池モジュール６を含んでいてもよい。すなわち、複数の太陽電池モジュールグループは、第１遮断装置４と複数の第２遮断装置５によって複数の太陽電池モジュールグループのそれぞれが３つの直列に接続された太陽電池モジュール６を含むように分割されてもよい。

また、図７に示すように、複数の第２遮断装置５は、第１遮断装置４が接続されるグループ（ここではグループ６Ａ）を除いた複数の太陽電池モジュールグループ毎に１つずつ設けられもよい。

図８に示すように、第１遮断装置４は、複数の太陽電池モジュールグループのいずれかに並列接続されるバイパスダイオード４８を含んでもよい。図８に示す例では、バイパスダイオード４８は、グループ６Ａに電気的に並列接続されている。バイパスダイオード４８は、グループ６Ａの陰極側の端子に接続されるアノードと、グループ６Ａの陽極側の端子に接続されるカソードと、を含む。同様に、複数の第２遮断装置５は、複数の太陽電池モジュールグループのいずれかに並列接続されるバイパスダイオード５８を含んでもよい。図８に示す例では、グループ６Ｃとグループ６Ｅのそれぞれにバイパスダイオード５８が電気的に並列接続されている。

前記実施形態では、第１遮断装置４のリレー４４が第１開閉部４４ａと第２開閉部４４ｂの２つの接点を備えていたが、図９に示すように、リレー４４は、単一の接点を備える２つのリレーで構成してもよい。すなわち、第１遮断装置４の制御部４３が第１開閉部４４ａと第２開閉部４４ｂとを独立して開閉制御可能な構成であってもよい。同様に、複数の第２遮断装置５においても、制御部５３がリレー５４の第３開閉部５４ａと第４開閉部５４ｂとを独立して制御可能な構成であってもよい。

前記実施形態では、第１遮断装置４は、グループ６Ａとグループ６Ｂとを接続する電路８ａと、インバータ３とグループ６Ａとを接続する電路８ｂに接続されていたが、第１遮断装置４と、複数の第２遮断装置５の配置を入れ替えてもよい。例えば、第１遮断装置４を電路８ｃと電路８ｄとに接続して、第２遮断装置５ａを電路８ａと電路８ｂとに接続してもよい。

前記実施形態では、電力線通信によって第１遮断装置４に第１制御信号を出力していたが、図８に示すように、Ｗｉｆｉ（登録商標）等の無線通信によって第１制御信号を第１遮断装置４に出力してもよい。或いは、インバータ３と第１遮断装置４は、無線通信によって相互通信可能な構成であってもよい。例えば、第１遮断装置４は、無線通信によってインバータ３に異常信号を出力してもよい。或いは、第１遮断装置４は、無線通信によってユーザのモバイル端末に異常信号を出力する構成であってもよい。

前記実施形態では、第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃからのフィードバックがなければ、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であると判断していたが、第１遮断装置４による第２遮断装置５ａ～５ｃの異常の判断は、前記実施に限定されるものではない。例えば、第１遮断装置４と第２遮断装置５ａ～５ｃとを定期通信させて、第２遮断装置５ａ～５ｃから通信の応答がない場合（定期通信が途絶えた場合）に、第１遮断装置４は、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であると判断してもよい。

第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号は、前記実施形態に限定されるものではない。第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号は、第２遮断装置５ａ～５ｃの電圧、電流、又はリレー５４の開閉状態に関する情報の少なくともいずれかを含んでもよい。第１遮断装置４は、リレー５４の開閉状態に関する情報を基に、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であると判断してもよいし、状態信号に基づいてリレー５４の接点間の電圧を監視することで、リレー５４の溶着を検知して、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常であると判断してもよい。また、第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号は、第２遮断装置５ａ～５ｃが異常である旨の情報を含んでもよい。すなわち、第２遮断装置５ａ～５ｃは、自身の電圧等を監視して、第２遮断装置５ａ～５ｃの異常を自ら検知する構成であっ
てもよい。

第２遮断装置５ａ～５ｃは、２本の通信線で第１遮断装置４に接続されてもよい。すなわち、第２遮断装置５ａ～５ｃは、第１遮断装置４と常時通信可能な構成であってもよい。

第１遮断装置４は、電力線通信又は無線通信によってインバータ３に状態信号を出力してもよい。インバータ３は、第１遮断装置４から出力される状態信号に基づいて第１遮断装置４を監視してもよい。インバータ３は、第１遮断装置４から出力される状態信号に応じて第１遮断装置４が異常であると判断すると、第１遮断装置４が異常であることを報知するための異常信号を表示部３４やユーザのモバイル端末等に出力してもよい。第１遮断装置４から出力される状態信号は、第２遮断装置５ａ～５ｃから出力される状態信号と同様の情報であってもよい。第１遮断装置４から出力される状態信号は、例えば、第１制御信号を受けてリレー４４に指令信号を出力したことに対するインバータへのフィードバックであってもよいし、第１遮断装置４の電圧、電流、又はリレー４４の開閉状態に関する情報の少なくともいずれかを含んでもよいし、第１遮断装置４が異常である旨の情報を含んでもよい。

本発明によれば、太陽光発電システムにおいて、遮断装置の設置コストの低減、及び安全性の向上を両立できる太陽光発電システムを提供することができる。

１ 太陽光発電システム
２ ストリング
３ インバータ
４ 第１遮断装置
５ａ～５ｃ 第２遮断装置
６ 太陽電池モジュール
６Ａ～６Ｈ 太陽電池モジュールグループ
５４ リレー（開閉部の一例）

Claims (17)

1. １つ又は直列に接続された複数の太陽電池モジュールをそれぞれ含み互いに直列に接続された複数の太陽電池モジュールグループを含むストリングと、
   前記ストリングに接続され、前記ストリングから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記複数の太陽電池モジュールグループ同士を接続する第１電路に接続された第１遮断装置と、
   前記第１電路に接続された前記複数の太陽電池モジュールグループとは異なる前記複数の太陽電池モジュールグループ同士を接続する第２電路に接続された第２遮断装置と、
   を備え、
   前記ストリングの前記複数の太陽電池モジュールグループは、グループ毎の開放電圧が所定の開放電圧以下であり、
   前記第１遮断装置は、前記インバータからの第１制御信号に応じて前記第１電路に接続された前記複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断し、
   前記第２遮断装置は、電力線通信とは異なる通信方式で前記第１遮断装置と双方向通信可能に接続され、前記第１遮断装置から出力される第２制御信号に応じて、前記第２電路に接続された前記複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を遮断する、
   太陽光発電システム。
   
2. 前記第１遮断装置は、前記第２遮断装置から出力される第２状態信号に基づいて前記第２遮断装置を監視する、
   請求項１に記載の太陽光発電システム。
   
3. 前記第１遮断装置は、前記第２状態信号に応じて前記第２遮断装置が異常であると判断すると、異常信号を出力する、
   請求項２に記載の太陽光発電システム。
   
4. 前記第１遮断装置は、前記第２状態信号の出力が停止されたことを検知すると、前記第２遮断装置が異常であると判断する、
   請求項３に記載の太陽光発電システム。
   
5. 前記第２遮断装置は、前記第１遮断装置と単線接続されている、
   請求項２から４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
   
6. 前記第２遮断装置は、前記第２電路に接続された前記複数の太陽電池モジュールグループ同士の接続を開閉する開閉部を含み、
   前記第２状態信号は、前記開閉部の開閉状態に関する情報を含む、
   請求項２から５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
   
7. 前記インバータは、前記第１遮断装置から出力される第１状態信号に基づいて前記第１遮断装置を監視する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
   
8. 前記インバータは、前記第１状態信号に応じて前記第１遮断装置が異常であると判断すると、異常信号を出力する、
   請求項７に記載の太陽光発電システム。
   
9. 前記第１遮断装置は、前記インバータからの前記第１制御信号に応じて前記第１電路に接続された前記複数の太陽電池モジュールグループ間の接続を遮断してから、前記第２遮断装置に前記第２制御信号を出力する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
   
10. 前記ストリングの前記複数の太陽電池モジュールグループは、グループ毎の前記開放電圧が１６５Ｖ以下である、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
11. 前記ストリングの前記複数の太陽電池モジュールグループは、第１グループを含み、
    前記第１遮断装置は、前記第１グループに属する１つ又は直列に接続された複数の前記太陽電池モジュールで発電される電力によって駆動される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
12. 前記ストリングの前記複数の太陽電池モジュールグループは、第２グループを含み、
    前記第２遮断装置は、前記第２グループに属する１つ又は直列に接続された複数の前記太陽電池モジュールで発電される電力によって駆動される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
13. 前記インバータは、電力線通信によって前記第１遮断装置に前記第１制御信号を出力する、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
14. 前記インバータは、無線通信によって前記第１遮断装置に前記第１制御信号を出力する、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
15. 前記ストリングの前記複数の太陽電池モジュールグループの少なくとも１つは、直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含む、
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
16. 前記第１遮断装置は、前記複数の太陽電池モジュールグループのいずれかに並列接続されるバイパスダイオードを含む、請求項１から１５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
    
17. 前記第２遮断装置は、前記複数の太陽電池モジュールグループのいずれかに並列接続されるバイパスダイオードを含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

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