JP5635562B2 - 発電モジュールを含む太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、発電モジュールを含む太陽光発電システムに関し、特に電気エネルギーの転送を継続または停止させることができる発電モジュールを含む太陽光発電システムに関する。

太陽光発電システムは、主に太陽光パネルによる光電変換で直流電源を生成する。また、太陽光発電システムは、電力調整器により直流電源を交流電源に変換して負荷の使用に供給するか、都市電力網にフィードバックして都市電力に同期して並列運転する。

したがって、小型分散式発電システムは、機能に応じて、（１）スタンドアローンシステム（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）、（２）グリッドコネクションシステム（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）、（３）ハイブリッドシステム（ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ）の三つのタイプに分類できる。

スタンドアローンシステムとは、太陽光発電システムが他の電源と系統連系せず、システムと接続した負荷に直接電力を供給するタイプである。したがって、辺土地区や孤島など都市電力の供給できない場所に適している。負荷へのすべての電力は風力または太陽エネルギーにより生成する。太陽エネルギーは負荷へ電力を供給する以外、余剰電力をバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）に充電して、負荷への供給電力に瞬間不足が発生した場合、足りない電力をバッテリより供給する。

グリッドコネクションシステムとは、太陽光発電システムが電力会社の電力網と並列するタイプである。都市電力の供給できる場所でありさえすれば、本タイプのシステムが適用できる。太陽光発電システムの発電量が負荷で使用する電力量を上回る場合、余剰電力を逆潮流で都市電力網にフィードバックし、太陽光発電システムの発電量が負荷で使用する電力量を下回る場合、都市電力網より足りない部分を供給する。

ハイブリッドシステムとは、電力を安定的に供給するために生まれたタイプである。太陽光発電システムは都市電力の供給が停止した場合、搭載されたバッテリを使用することにより直ちに都市電力と隔離して、単独運転により電力をしばらく供給する。都市電力の供給が再開した場合、太陽光発電システムは都市電力との並列を復帰し、同時にバッテリを充電する。

太陽光発電の普及につれ、一般の家庭では太陽光パネルを屋上に設置して、最大の日差しと太陽光の吸収効率を求める。また、都市電力と連系する太陽光発電システムは、家庭用給電以外、余剰電力を電力網にフィードバックできる。

図１４は、従来の太陽光発電システムを示すブロック図である。

図に示すように、太陽光発電システムは、複数の太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎを含む。

仮に、それぞれの太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎにより４０Ｖの直流電圧Ｖ１〜Ｖｎを出力し、かつ太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎが直列接続する場合、強い日差しの下、太陽光発電システムはとても高い出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。

したがって、厳しい操作環境、配線回路の老朽または劣化に起因する電気的接触により発生する電弧（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｃｉｎｇ）等が原因で、太陽光発電システムが故障した場合、直流の出力端には４００Ｖ（例えば、太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎが１０である場合）の開放電圧が生成され、高電圧感電の危険をもたらす。

従来の太陽光発電システムにおいて、建築物に火災が発生した場合、自動的に電圧を０Ｖにすることができず、解列方式により直列接続した太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎ間の切断ができない。このため、現行の救助対策は、消防隊員が水で消火する際感電して命が脅威されることを避けるため、太陽光発電システムの設置された家屋が全焼した後に救助活動を行うのが通常である。

また、太陽光パネルの取付け過程において、先にそれぞれの太陽光発電モジュールが隔離できると、作業者がとても低い出力電圧のもとで作業でき、生命の安全が確保できる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、厳しい操作環境、配線回路の老朽または劣化に起因する電気的接触により発生する電弧（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｃｉｎｇ）等が原因で、太陽光発電システムの直流出力端に高電圧が発生して火災を引起した場合、失火隔離（ｆｉｒｅ ｃｕｔｔｉｎｇ）を提供して即時に救助活動を開始できる太陽光発電システムを提供することを目的とする。

従来の技術的課題を解決するため、次のような太陽光発電システムを提供する。

本発明に係る太陽光発電システムは、電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと、通信部とを含む。

それぞれの太陽光発電モジュールは、直列接続する複数の太陽電池を備える太陽電池群と、制御ユニットおよび制御ユニットと太陽電池群とを電気的に接続する開閉ユニットを備える開閉整合部と、太陽電池群および開閉整合部と電気的に接続し、太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの太陽光発電モジュールの出力端に転送する配線接続部とを備える。

通信部は、それぞれの太陽光発電モジュールの開閉整合部の制御ユニットと接続し、それぞれの太陽光発電モジュールの出力端の電圧の値の大きさに基づいて、それぞれの太陽光発電モジュールに対応する制御信号を同期させて提供することにより対応するそれぞれの太陽光発電モジュールの制御ユニットを制御し、さらに当該制御ユニットを介して開閉ユニットを導通または遮断させることで、それぞれの太陽光発電モジュールに対応する太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させ、さらに複数の太陽光発電モジュールを互いに電気的に直列接続または切断させる。

本発明に係る他の太陽光発電システムであって、電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと、通信部とを含む。

それぞれの太陽光発電モジュールは、直列接続する複数の太陽電池を備える太陽電池群と、開閉素子を備える電源変換ユニットと、太陽電池群および電源変換ユニットと電気的に接続し、太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの太陽光発電モジュールの出力端に転送する配線接続部と、開閉素子と電気的に接続する制御ユニットと、制御ユニットと電気的に接続し、制御ユニットと有線または無線通信する通信ユニットとを備える。

通信部は、それぞれの太陽光発電モジュールの通信ユニットと接続し、それぞれの太陽光発電モジュールの出力端の電圧の値の大きさに基づいて、それぞれの太陽光発電モジュールに対応する制御信号を同期させて提供することにより対応するそれぞれの太陽光発電モジュールの制御ユニットを制御し、さらに当該制御ユニットを介して開閉素子を導通または遮断させることで、それぞれの太陽光発電モジュールに対応する太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させ、さらに複数の太陽光発電モジュールを互いに電気的に直列接続または切断させる。

さらに本発明に係る他の太陽光発電システムであって、電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと、通信部とを含む。

それぞれの太陽光発電モジュールは、直列接続する複数の太陽電池を備える太陽電池群と、開閉ユニットと、開閉素子を備える電源変換ユニットと、太陽電池群および電源変換ユニットと電気的に接続し、太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの太陽光発電モジュールの出力端に転送する配線接続部と、開閉素子と電気的に接続する制御ユニットと、制御ユニットと電気的に接続し、制御ユニットと有線または無線通信する通信ユニットとを備える。

通信部は、それぞれの太陽光発電モジュールの通信ユニットと接続し、それぞれの太陽光発電モジュールの出力端の電圧の値の大きさに基づいて、それぞれの太陽光発電モジュールに対応する制御信号を同期させて提供することにより対応するそれぞれの太陽光発電モジュールの制御ユニットを制御し、さらに当該制御ユニットを介して開閉ユニットおよび開閉素子を導通または遮断させることで、それぞれの太陽光発電モジュールに対応する太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させ、さらに複数の前記太陽光発電モジュールを互いに電気的に直列接続または切断させる。

厳しい操作環境、配線回路の老朽または劣化に起因する電気的接触により発生する電弧（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｃｉｎｇ）等が原因で、太陽光発電システムの直流出力端に高電圧の開放電圧が発生して火災を引起した場合、失火隔離（ｆｉｒｅ ｃｕｔｔｉｎｇ）を提供して即時に救助活動を開始できる。

また、操作環境の改善または復帰、配線回路の老朽または劣化の問題が解決された場合、太陽光発電モジュールが再び直列接続して給電し、太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続できる。

本発明の太陽光発電モジュールの第１実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第２実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第３実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第４実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第５実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第６実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第７実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第８実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第９実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１０実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１１実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１２実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１３実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１４実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１５実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の太陽光発電モジュールの第１６実施形態の電気回路を示すブロック図である。 本発明の発電モジュールを含む太陽光発電システムを示すブロック図である。 従来の太陽光発電システムを示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の図面および実施形態は本発明を説明するためだけのものであって、これにより本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の太陽光発電モジュールの第１実施形態の電気回路を示すブロック図である。

太陽光発電モジュール１０は、太陽電池群１００と、開閉整合部２００と、配線接続部３００とを備える。

太陽電池群１００は、直列接続する複数の太陽電池（不標記）を備える。本実施形態において、太陽電池の数は三つである。

開閉整合部２００は、制御ユニット２００２、開閉ユニット２００４、および通信ユニット２０１０を備える。本実施形態において、開閉ユニット２００４は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）で良いが、これに限らず、開閉効果のある等価素子であれば、本発明の技術的範囲に含まれる。

配線接続部３００は、太陽電池群１００および開閉整合部２００と電気的に接続し、これら太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの太陽光発電モジュール１０の出力端に転送する。

制御ユニット２００２は、開閉ユニット２００４を導通または遮断させることで、太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させる。

通信ユニット２０１０は、制御ユニット２００２と電気的に接続し、制御ユニット２００２と有線または無線通信することにより開閉ユニット２００４を導通または遮断させる。ここで、無線通信の場合は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）通信規格、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）通信規格、ブルートゥース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）通信規格を用いてよい。有線通信の場合は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）（登録商標）通信規定を用いてよいが、これに限らない。

太陽光発電モジュール１０は、通信ユニット２０１０と電気的に接続し、通信ユニット２０１０に必要な電極を供給する補助電力ユニット（不図示）をさらに備える。

配線接続部３００は、遮光（ｓｈａｄｉｎｇ）された場合に発生するホットスポット（ｈｏｔｓｐｏｔ）現象を避けるため、バイパスダイオード（ｂｙｐａｓｓｄｉｏｄｅ）を直列接続して構成する。

第１実施形態において、開閉ユニット２００４は配線接続部３００の出力端と直列接続するところに注意されたい。

制御ユニット２００２が開閉ユニット２００４を導通させると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット２００２が開閉ユニット２００４を遮断させると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態２）
図２は、本発明の太陽光発電モジュールの第２実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第１実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット２００４が配線接続部３００の出力端と直列接続する位置が異なるところである。

但し、本実施形態においても、開閉ユニット２００４は配線接続部３００の出力端と直列接続している。

制御ユニット２００２が開閉ユニット２００４を導通させると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット２００２が開閉ユニット２００４を遮断させると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態３）
図３は、本発明の太陽光発電モジュールの第３実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第１実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット２００４は配線接続部３００の出力端と並列接続するところである。

制御ユニット２００２が開閉ユニット２００４を遮断させると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット２００２が開閉ユニット２００４を導通させると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

本実施形態において、開閉ユニット２００４がｎ型ＭＯＳＦＥＴである場合を例にすると、開閉ユニット２００４のドレイン電極に二個のダイオード素子を直列接続してから、配線接続部３００の出力端と並列接続することで、太陽電池群１００の電気的接続により形成される正負極性の順方向導通（逆方向遮断）特性に対応させる。

これにより、電流導通方向が確保できるほか、開閉ユニット２００４と上記ダイオード素子が順方向導通するとき、ダイオード素子により供給する順方向電圧は、開閉ユニット２００４、制御ユニット５００、および通信ユニット６００の継続導通を維持するために必要な電圧を供給できる。

なお、太陽光発電モジュール内部には過電流保護機能（不図示）が備えられているため、並列接続された開閉ユニット２００４を短絡させることで、太陽光発電モジュールの出力電圧をダイオード素子の順方向電圧にきわめて近づけることができるところに注意されたい。

（実施形態４）
図４は、本発明の太陽光発電モジュールの第４実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第３実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉整合部２００に制御ユニット２００２および通信ユニット２０１０を使用していないところである。

リレー２００６を開閉ユニット２００４に直列接続し、さらに分圧抵抗群（不標記）および開閉素子（不標記）と電気的に接続することで、制御ユニット２００２および通信ユニット２０１０を使用しなくても、第３実施形態と同様な作用効果を奏する。

すなわち、分圧抵抗群により外部電圧を分圧して得られる分圧が開閉ユニット２００４を十分導通できるとき、リレー２００が励起され、開閉ユニット２００４の導通を継続させ、太陽光発電モジュール１０により太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態５）
図５は、本発明の太陽光発電モジュールの第５実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第３実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉整合部２００に制御ユニット２００２および通信ユニット２０１０を使用していないところである。

開閉ユニット２００４の代わりにサイリスタ整流器２００８を使用し、駆動回路（不標記）より制御することで、制御ユニット２００２および通信ユニット２０１０を使用しなくても、第３実施形態と同様な作用効果を奏する。

すなわち、サイリスタ整流器２００８の素子特性を利用して、駆動回路よりサイリスタ整流器２００８を導通または遮断させる。

サイリスタ整流器２００８が遮断すると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、サイリスタ整流器２００８が導通すると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態６）
図６は、本発明の太陽光発電モジュールの第６実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第３実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット２００４の数と太陽電池の数が同数であるところである。

本実施形態において、開閉ユニット２００４＿１〜２００４＿３はそれぞれ対応する太陽電池と並列接続する。

したがって、制御ユニット２００２により開閉ユニット２００４＿１〜２００４＿３のそれぞれを制御することで、太陽光発電モジュール１０より出力する太陽電池の生成する電気エネルギーの大きさを制御できる。

開閉ユニット２００４＿１〜２００４＿３のすべてが遮断すると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成するすべての電気エネルギーの転送を継続する。

一方、開閉ユニット２００４＿１〜２００４＿３のすべてが導通すると、太陽光発電モジュール１０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

また、開閉ユニット２００４＿１のみが遮断し、他の開閉ユニット２００４＿２〜２００４＿３が導通すると、太陽光発電モジュール１０は第１太陽電池が生成する電気エネルギーに対してのみ、転送を継続し、第２、第３太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

他の開閉ユニット２００４＿２〜２００４＿３の遮断または導通する場合、対応する太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止するか否かの関係は、上記開閉ユニット２００４＿１の遮断または導通する場合に類推できるため、詳細な説明を省略する。

（実施形態７）
図７は、本発明の太陽光発電モジュールの第７実施形態の電気回路を示すブロック図である。

太陽光発電モジュール２０は、太陽電池群１００と、電源変換ユニット４００と、配線接続部３００と、制御ユニット５００と、通信ユニット６００とを備える。

太陽電池群１００は、直列接続する複数の太陽電池（不標記）を備える。本実施形態において、太陽電池の数は三つである。

電源変換ユニット４００は、開閉素子４０２を備える。

配線接続部３００は、太陽電池群１００および電源変換ユニット４００と電気的に接続し、これら太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの太陽光発電モジュール２０の出力端に転送する。

通信ユニット６００は、制御ユニット５００と電気的に接続し、制御ユニット５００と有線または無線通信することにより開閉素子４０２を導通または遮断させ、ひいて太陽電池が生成する電気エネルギーの転送の継続または停止を制御する。ここで、無線通信の場合は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）通信規格、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）通信規格、ブルートゥース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）通信規格を用いてよい。有線通信の場合は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）（登録商標）通信規定を用いてよいが、これに限らない。

太陽光発電モジュール２０は、通信ユニット６００と電気的に接続し、通信ユニット６００に必要な電極を供給する補助電力ユニット（不図示）をさらに備える。

電源変換ユニット４００は、太陽光発電モジュール２０の出力に対する最大電力点追従（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ，ＭＰＰＴ）が実現できる機能を備え、太陽光発電モジュール２０の直流電圧および直流電流が最大電力点で動作するように制御し、最大の電気エネルギー出力を実現する。

電源変換ユニット４００の開閉素子４０２が電源を変換するための切替え動作を行うとき、太陽光発電システムに発生する緊急状況により太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する必要がある場合、通信ユニット６００から制御ユニット５００へ通信することにより、開閉素子４０２を導通または遮断させる動作を開閉素子４０２の電源を変換するための切替え動作より優先させる。

すなわち、太陽光発電システムに緊急状況が発生する場合、開閉素子４０２は優先的に太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する処理に使用する。

本実施形態において、電源変換ユニット４００はバックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。

したがって、開閉素子４０２は、配線接続部３００の出力端と直列接続する。

通信ユニット６００は制御ユニット５００と通信する。

制御ユニット５００が開閉素子４０２を導通させると、太陽光発電モジュール２０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット５００が開閉素子４０２を遮断させると、太陽光発電モジュール２０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

すなわち、本実施形態において、バックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の回路トポロジーを利用して、開閉素子４０２を配線接続部３００の出力端と直列接続することで、他の開閉素子を追加することなく、太陽電池が生成する電源エネルギーの転送を継続または停止することができる。

（実施形態８）
図８は、本発明の太陽光発電モジュールの第８実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第７実施形態との最大の差異は、本実施形態において、電源変換ユニット４００がブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であるところである。

したがって、開閉素子４０４は、配線接続部３００の出力端と並列接続する。

通信ユニット６００は制御ユニット５００と通信する。

制御ユニット５００が開閉素子４０４を遮断させると、太陽光発電モジュール２０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット５００が開閉素子４０４を導通させると、太陽光発電モジュール２０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

すなわち、本実施形態において、ブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の回路トポロジーを利用して、開閉素子４０４を配線接続部３００の出力端と並列接続することで、他の開閉素子を追加することなく、太陽電池が生成する電源エネルギーの転送を継続または停止することができる。

（実施形態９）
図９Ａは、本発明の太陽光発電モジュールの第９実施形態の電気回路を示すブロック図である。

太陽光発電モジュール３０は、太陽電池群１００と、開閉ユニット７００と、電源変換ユニット４００と、配線接続部３００と、制御ユニット５００と、通信ユニット６００とを備える。

太陽電池群１００は、直列接続する複数の太陽電池（不標記）を備える。本実施形態において、太陽電池の数は三つである。

電源変換ユニット４００は、開閉素子４０２を備える。

配線接続部３００は、太陽電池群１００および電源変換ユニット４００と電気的に接続し、これら太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの太陽光発電モジュール３０の出力端に転送する。

通信ユニット６００は、制御ユニット５００と電気的に接続し、制御ユニット５００と有線または無線通信することにより開閉ユニット７００および開閉素子４０２を導通または遮断させ、ひいて太陽電池が生成する電気エネルギーの転送の継続または停止を制御する。ここで、無線通信の場合は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）通信規格、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）通信規格、ブルートゥース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）通信規格を用いてよい。有線通信の場合は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）（登録商標）通信規定を用いてよいが、これに限らない。

太陽光発電モジュール３０は、通信ユニット６００と電気的に接続し、通信ユニット６００に必要な電極を供給する補助電力ユニット（不図示）をさらに備える。

本実施形態において、電源変換ユニット４００はバックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。

したがって、開閉素子４０２は、配線接続部３００の出力端と直列接続する。

また、開閉ユニット７００は、電源変換ユニット４００の出力端と直列接続する。

通信ユニット６００は制御ユニット５００と通信する。

制御ユニット５００が開閉素子４０２を導通させかつ開閉ユニット７００を導通させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット５００が開閉素子４０２を遮断させまたは開閉ユニット７００を遮断させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

図９Ａに示すように、開閉ユニット７００は太陽光発電モジュール３０の出力端の正極に位置する。本発明の他の実施形態（不図示）として、開閉ユニット７００は太陽光発電モジュール３０の出力端の負極に位置することもできることに注意されたい。

（実施形態１０）
図９Ｂは、本発明の太陽光発電モジュールの第１０実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第９実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット７００が配線接続部３００の出力端と直列接続するところである。

言い換えれば、開閉ユニット７００の設置位置は異なるが、第９実施形態と同様な作用効果を奏する。

図９Ｂに示すように、開閉ユニット７００は太陽光発電モジュール３０の出力端の負極に対応する配線接続部３００の出力端に位置する。本発明の他の実施形態（不図示）として、開閉ユニット７００は太陽光発電モジュール３０の出力端の正極に対応する配線接続部３００の出力端に位置することもできることに注意されたい。

（実施形態１１）
図１０Ａは、本発明の太陽光発電モジュールの第１１実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第９実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット７００が電源変換ユニット４００の出力端と並列接続するところである。

通信ユニット６００は制御ユニット５００と通信する。

制御ユニット５００が開閉素子４０２を導通させかつ開閉ユニット７００を遮断させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット５００が開閉素子４０２を遮断させまたは開閉ユニット７００を導通させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態１２）
図１０Ｂは、本発明の太陽光発電モジュールの第１２実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第１１実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット７００が配線接続部３００の出力端と並列接続するところである。

言い換えれば、開閉ユニット７００の設置位置は異なるが、第１１実施形態と同様な作用効果を奏する。

（実施形態１３）
図１１Ａは、本発明の太陽光発電モジュールの第１３実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第９実施形態との最大の差異は、本実施形態において、電源変換ユニット４００がブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であるところである。

したがって、開閉素子４０４は、配線接続部３００の出力端と並列接続する。

通信ユニット６００は制御ユニット５００と通信する。

制御ユニット５００が開閉素子４０４を遮断させかつ開閉ユニット７００を導通させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット５００が開閉素子４０４を導通させまたは開閉ユニット７００を遮断させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態１４）
図１１Ｂは、本発明の太陽光発電モジュールの第１４実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第１３実施形態と最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット７００が配線接続部３００の出力端に直列接続するところである。

言い換えれば、開閉ユニット７００の設置位置は異なるが、第１３実施形態と同様な作用効果を奏する。

図１１Ｂに示すように、開閉ユニット７００は太陽光発電モジュール３０の出力端の負極に対応する配線接続部３００の出力端に位置する。本発明の他の実施形態（不図示）として、開閉ユニット７００は太陽光発電モジュール３０の出力端の正極に対応する配線接続部３００の出力端に位置することもできることに注意されたい。

（実施形態１５）
図１２Ａは、本発明の太陽光発電モジュールの第１５実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第１３実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット７００が電源変換ユニット４００の出力端と並列接続するところである。

通信ユニット６００は制御ユニット５００と通信する。

制御ユニット５００が開閉素子４０４を遮断させかつ開閉ユニット７００を遮断させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

一方、制御ユニット５００が開閉素子４０４を導通させまたは開閉ユニット７００を導通させると、太陽光発電モジュール３０は太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

（実施形態１６）
図１２Ｂは、本発明の太陽光発電モジュールの第１６実施形態の電気回路を示すブロック図である。

第１５実施形態との最大の差異は、本実施形態において、開閉ユニット７００が配線接続部３００の出力端に並列接続するところである。

言い換えれば、開閉ユニット７００の設置位置は異なるが、第１５実施形態と同様な作用効果を奏する。

図１３は本発明の発電モジュールを含む太陽光発電システムを示すブロック図である。

図に示すように、太陽光発電システムは、複数の太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎと、通信部５０とを含む。

複数の太陽光発電モジュールは互いに電気的に直列接続する。また、それぞれの太陽光発電モジュールは対応する出力電圧Ｖ１〜Ｖｎを生成する。したがって、太陽光発電システムより提供するシステム出力電圧Ｖｏｕｔの値は、出力電圧Ｖ１〜Ｖｎの値の和である。

それぞれの太陽光発電モジュールは、太陽電池群と、開閉整合部と、配線接続部と、通信ユニット（不図示）とを備える。ただし、これら各構成部分の回路接続方式および回路トポロジーは上述した実施形態を参照されたい。

通信部５０は、それぞれの太陽光発電モジュールの開閉整合部と機能的に接続し、それぞれの太陽光発電モジュールの出力端の電圧の値により開閉ユニットを導通または遮断させることで、太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させる。

言い換えれば、太陽光発電システムが厳しい操作環境、または配線路の老朽化あるいは劣化が原因で電気的接触による電弧（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｃｉｎｇ）の発生、等による故障が発生して直流の出力端に高電圧の開放電圧を生成すると、通信部５０は対応する制御信号Ｓ１〜Ｓｎを同期させて提供して、太陽光発電モジュール内部の構成および素子の回路トポロジーの特性に合わせて、開閉ユニットを導通または遮断させ、解列方式により直列接続する太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎ間を切断して、太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する。

これにより、厳しい操作環境、配線回路の老朽または劣化に起因する電気的接触により発生する電弧（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｒｃｉｎｇ）等が原因で、太陽光発電システムの直流出力端に高電圧の開放電圧が発生して火災を引起した場合、失火隔離（ｆｉｒｅ ｃｕｔｔｉｎｇ）を提供して即時に救助活動を開始できる。

一方、太陽光発電システムの操作環境が改善または復帰、配線回路の老朽あるいは劣化の問題が解決された場合、通信部５０は対応する制御信号Ｓ１〜Ｓｎを同期させて提供して、太陽光発電モジュール内部の構成および素子の回路トポロジーの特性に合わせて、開閉ユニットを導通または遮断させ、太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎが再び直列接続して給電し、太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続する。

ここで、上述の制御信号Ｓ１〜Ｓｎは、太陽光発電システムに異常状況が発生する場合には、警告信号として太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎ間の解列に利用し、太陽光発電システムの異常状況が解消した場合には、復帰信号として太陽光発電モジュール１０＿１〜１０＿ｎの接続操作に利用する。

また、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変化が可能である。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められ、本発明の技術的思想および技術的思想から変化されるあらゆる実施形態は、すべて本発明の技術的範囲に含まれる。任意の当業者が本発明に基づいて、容易に想到できる変化または改造もすべて本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１０、２０、３０、１０＿１〜１０＿ｎ 太陽光発電モジュール、
１００ 太陽電池群、
２００ 開閉整合部、
２００２、５００ 制御ユニット、
２００４、７００ 開閉ユニット、
２００６ リレー、
２００８ サイリスタ整流器、
２０１０、６００ 通信ユニット、
３００ 配線接続部、
４００ 電源変換ユニット、
４０２、４０４ 開閉素子、
５０ 通信部。

Claims (14)

1. 電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと、通信部とを含み、
   それぞれの前記太陽光発電モジュールは、
   直列接続する複数の太陽電池を備える太陽電池群と、
   制御ユニットおよび前記制御ユニットと前記太陽電池群とを電気的に接続する開閉ユニットを備える開閉整合部と、
   前記太陽電池群および前記開閉整合部と電気的に接続し、前記太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの前記太陽光発電モジュールの出力端に転送する配線接続部と、
   を備え、
   前記通信部は、それぞれの前記太陽光発電モジュールの前記開閉整合部の前記制御ユニットと接続し、それぞれの前記太陽光発電モジュールの前記出力端の電圧の値の大きさに基づいて、それぞれの前記太陽光発電モジュールに対応する制御信号を同期させて提供することにより対応するそれぞれの前記太陽光発電モジュールの前記制御ユニットを制御し、さらに当該制御ユニットを介して前記開閉ユニットを導通または遮断させることで、それぞれの前記太陽光発電モジュールに対応する前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させ、さらに複数の前記太陽光発電モジュールを互いに電気的に直列接続または切断させる太陽光発電システム。
2. 前記開閉整合部は、
   前記制御ユニットと電気的に接続し、前記制御ユニットと有線または無線通信することにより前記開閉ユニットを導通または遮断させる通信ユニットと、
   前記通信ユニットと電気的に接続し、前記通信ユニットに必要な電力を供給する補助電力ユニットと、
   をさらに備える請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記開閉ユニットは前記配線接続部の出力端と並列接続し、
   前記制御ユニットが前記開閉ユニットを遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
   前記制御ユニットが前記開閉ユニットを導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記開閉ユニットは前記配線接続部の出力端と直列接続し、
   前記制御ユニットが前記開閉ユニットを導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
   前記制御ユニットが前記開閉ユニットを遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
5. 電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと、通信部と、を含み、
   それぞれの前記太陽光発電モジュールは、
   直列接続する複数の太陽電池を備える太陽電池群と、
   開閉素子を備える電源変換ユニットと、
   前記太陽電池群および前記電源変換ユニットと電気的に接続し、前記太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの前記太陽光発電モジュールの出力端に転送する配線接続部と、
   前記開閉素子と電気的に接続する制御ユニットと、
   前記制御ユニットと電気的に接続し、前記制御ユニットと有線または無線通信する通信ユニットと、
   を備え、
   前記通信部は、前記それぞれの太陽光発電モジュールの通信ユニットと接続し、前記それぞれの太陽光発電モジュールの前記出力端の電圧の値の大きさに基づいて、それぞれの前記太陽光発電モジュールに対応する制御信号を同期させて提供することにより対応するそれぞれの前記太陽光発電モジュールの前記制御ユニットを制御し、さらに当該制御ユニットを介して前記開閉素子を導通または遮断させることで、それぞれの前記太陽光発電モジュールに対応する前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させ、さらに複数の前記太陽光発電モジュールを互いに電気的に直列接続または切断させる太陽光発電システム。
6. 前記太陽光発電モジュールは、前記通信ユニットと電気的に接続し、前記通信ユニットに必要な電力を供給する補助電力ユニットをさらに備える請求項５に記載の太陽光発電システム。
7. 前記電源変換ユニットがブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、
   前記開閉素子は前記配線接続部の出力端と並列接続し、
   前記制御ユニットが前記開閉素子を遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
   前記制御ユニットが前記開閉素子を導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項５または６に記載の太陽光発電システム。
8. 前記電源変換ユニットがバックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、
   前記開閉素子は前記配線接続部の出力端と直列接続し、
   前記制御ユニットが前記開閉素子を導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
   前記制御ユニットが前記開閉素子を遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項５または６に記載の太陽光発電システム。
9. 電気的に直列接続する複数の太陽光発電モジュールと、通信部と、を含み、
   前記それぞれの太陽光発電モジュールは、
   直列接続する複数の太陽電池を備える太陽電池群と、
   開閉ユニットと、
   開閉素子を備える電源変換ユニットと、
   前記太陽電池群および前記電源変換ユニットと電気的に接続し、前記太陽電池が生成する電気エネルギーを収集してそれぞれの前記太陽光発電モジュールの出力端に転送する配線接続部と、
   前記開閉素子と電気的に接続する制御ユニットと、
   前記制御ユニットと電気的に接続し、前記制御ユニットと有線または無線通信する通信ユニットと、
   を備え、
   前記通信部は、それぞれの前記太陽光発電モジュールの通信ユニットと接続し、それぞれの前記太陽光発電モジュールの前記出力端の電圧の値の大きさに基づいて、それぞれの前記太陽光発電モジュールに対応する制御信号を同期させて提供することにより対応するそれぞれの前記太陽光発電モジュールの前記制御ユニットを制御し、さらに当該制御ユニットを介して前記開閉ユニットおよび前記開閉素子を導通または遮断させることで、それぞれの前記太陽光発電モジュールに対応する前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続または停止させ、さらに複数の前記太陽光発電モジュールを互いに電気的に直列接続または切断させる太陽光発電システム。
10. 前記太陽光発電モジュールは、前記通信ユニットと電気的に接続し、前記通信ユニットに必要な電力を供給する補助電力ユニットをさらに備える請求項９に記載の太陽光発電システム。
11. 前記電源変換ユニットがブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、
    前記開閉素子は前記配線接続部の出力端と並列接続し、
    前記開閉ユニットは前記電源変換ユニットの出力端と並列接続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を遮断させかつ前記開閉ユニットを遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を導通させまたは前記開閉ユニットを導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項９または１０に記載の太陽光発電システム。
12. 前記電源変換ユニットがブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、
    前記開閉素子は前記配線接続部の出力端と並列接続し、
    前記開閉ユニットは前記電源変換ユニットの出力端と直列接続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を遮断させかつ前記開閉ユニットを導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を導通させまたは前記開閉ユニットを遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項９または１０に記載の太陽光発電システム。
13. 前記電源変換ユニットがバックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、
    前記開閉素子は前記配線接続部の出力端と直列接続し、
    前記開閉ユニットは前記電源変換ユニットの出力端と並列接続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を導通させかつ前記開閉ユニットを遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を遮断させまたは前記開閉ユニットを導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項９または１０に記載の太陽光発電システム。
14. 前記電源変換ユニットがバックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であって、
    前記開閉素子は前記配線接続部の出力端と直列接続し、
    前記開閉ユニットは前記電源変換ユニットの出力端と直列接続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を導通させかつ前記開閉ユニットを導通させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を継続し、
    前記制御ユニットが前記開閉素子を遮断させまたは前記開閉ユニットを遮断させると、前記太陽光発電モジュールは前記太陽電池が生成する電気エネルギーの転送を停止する請求項９または１０に記載の太陽光発電システム。

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