JP6351256B2 - 光発電システム - Google Patents

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Description

本発明は、光発電システムに関する。
従来、太陽電池モジュールを用いた光発電システムが利用されている。光発電システムは、例えば、複数の太陽電池モジュールが住宅等の屋根に設置されて、太陽光を受けて発電する。
一般住宅の場合には、例えば晴天時で3kW程度の電力を発生する光発電システムが利用されている。3kWの発電能力を有する光発電システムは、電圧200V、電流15Aの電力を出力し得る。
太陽電池モジュールは、天候の状態によって影響を受けるものの、光を受光していれば発電しており、太陽電池モジュールの出力端子には電圧が発生する。
光発電システムを備えた住宅が火災を生じた時には、火災を消火する消火活動が行われるが、この消火活動において、太陽電池モジュールにより発電した電気による感電を受けないような対策を行うことが求められる。
光発電システムは、発電した直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナを備えている。パワーコンディショナは、変換した交流電力を分電盤に供給する。パワーコンディショナは、停電等の異常が生じた時に、交流電力を分電盤に供給することを停止する機能を有するものがある。そこで、パワーコンディショナに対して、火災を生じた時に、交流電力を分電盤に供給することを停止する機能を追加することが考えられる。
しかし、太陽電池モジュールとパワーコンディショナとの間には、太陽電池モジュールが発電した電力が供給された状態にあるので、太陽電池モジュールとパワーコンディショナとを接続する配線に触れることにより、感電するおそれがある。
そこで、特許文献1では、太陽電池モジュールの出力コードに温度ヒューズを接続し、火災時には、火災の熱により温度ヒューズを溶断して、太陽電池モジュールの出力を遮断することが提案されている。
また、特許文献2では、太陽電池モジュールの電気配線に感熱配線遮断手段を配置し、火災時には、火災の熱により感熱配線遮断手段が、太陽電池モジュールの電気配線を遮断して、太陽電池モジュールの出力を遮断することが提案されている。
特開平11−40838号公報 特開2000−200919号公報
上述した太陽電池モジュールの出力を遮断する方法では、太陽電池モジュール又は太陽電池モジュールの近傍の温度が上昇して、はじめて太陽電池モジュールの出力が遮断される。
しかし、火災時において、火災の熱が、太陽電池モジュール又は太陽電池モジュールの近傍に伝わるとは限らない。
例えば、日本の場合、太陽電池モジュールは、住宅の屋根の南面に設置されるが、家屋の北側の一部分に火災が発生した場合には、火災の熱が、太陽電池モジュール又は太陽電池モジュールの近傍に伝わらない可能性がある。
一方、太陽電池モジュールは、光を受光していれば発電しており、太陽電池モジュールの出力端子には電圧が発生している。消火活動において、消防士は、住宅の屋根に穴を形成し、形成した穴を用いて住宅内部に注水して、消火を行う場合がある。火災が鎮火した後には、消防士は、形成した穴から屋根裏等の住宅内部に入って、鎮火した状態の確認を行う。
ここで、太陽電池モジュールが発電していると、消防士が、太陽電池モジュールが発電した電力を供給する配線に触れて感電するおそれがある。
また、太陽電池モジュールの保守を行う時にも、太陽電池モジュールが発電した電力を外部に出力することを遮断して、保守を行う作業者が感電することを防止することが求められる
そこで、本明細書では、太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断することを制御できる光発電システムを提供することを課題とする。
本明細書に開示する光発電システムによれば、光発電した電力を出力する太陽電池モジュールと、開閉することにより、前記太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断するスイッチと、前記スイッチの開閉を制御する制御部と、を備える。
上述した本明細書に開示する光発電システムによれば、太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断することを制御できる。
本明細書に開示する光発電システムの第1実施形態を示す図である。 第1実施形態の光発電システムの動作を説明する図である。 本明細書に開示する光発電システムの第2実施形態を示す図である。 第2実施形態の光発電システムの動作を説明する図(その1)である。 第2実施形態の光発電システムの動作を説明する図(その2)である。 本明細書に開示する光発電システムの第3実施形態の要部を示す図である。 本明細書に開示する光発電システムの変形例1を示す図である。 本明細書に開示する光発電システムの変形例2を示す図である。 本明細書に開示する光発電システムの変形例3を示す図である。 本明細書に開示する光発電システムの変形例4を示す図である。
以下、本明細書で開示する光発電システムの好ましい第1実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
図1は、本明細書に開示する光発電システムの第1実施形態を示す図である。
本実施形態の光発電システム10は、光発電した電力を出力する複数の太陽電池モジュール11a〜11fと、開閉することにより、太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断するスイッチ12a〜12fと、スイッチ12a〜12fの開閉を制御する制御部13を備える。
太陽電池モジュール11a〜11fは、直列又は並列に接続された1つ又は複数の太陽電池素子、及び太陽電池素子が発電した電力を外部へ取り出す出力端子等を有し、屋根等に設置可能にモジュール化されている。
各太陽電池モジュール11a〜11fは、発電した直流電力を外部へ供給する2本の配線Lと接続される。2本の配線Lそれぞれは、一のスイッチと接続する。
光発電システム10では、複数の太陽電池モジュール11a〜11fは、配線L及びスイッチ12a〜12fを介して、直列に接続される。
太陽電池モジュール11a〜11fが発電した直流電力は、直流電力を交流電力に変換するインバータを有するパワーコンディショナ15において、交流電力に変換される。
パワーコンディショナ15は、変換した交流電力を分電盤16に出力する。分電盤16は、パワーコンディショナ15から入力した交流電力及び屋外の送電線17から供給される交流電力を、例えば、住宅内の電力配線に供給する。また、分電盤16は、パワーコンディショナ15から入力した交流電力を、屋外の送電線17に供給する。
光発電システム10では、制御部13は、機械的手段を用いて、スイッチ12a〜12fを制御する。具体的には、制御部13は、レバー13aと、レバー13aの操作により、駆動されるワイヤ13bを有する。
ワイヤ13bは、レバー13aから、スイッチ12a〜12fを挿通して、スイッチ12gまで延びている。
操作者がレバー13aを操作することにより、ワイヤ13bが駆動されて、全てのスイッチ12a〜12fの開閉が制御される。
太陽電池モジュール11a〜11fが発電した電力を出力する2本の配線Lそれぞれは、スイッチ12a〜12fを介して、スイッチの外部に供給される。
制御部13が、全てのスイッチ12a〜12fを開けることにより、各太陽電池モジュール11a〜11fの発電した電力が、スイッチから先へ供給されることが遮断される。
スイッチ12aは、太陽電池モジュール11aとパワーコンディショナ15との間に配置され、スイッチ12gは、太陽電池モジュール11fとパワーコンディショナ15との間に配置される。
制御部13が、全てのスイッチ12a〜12fを開けることにより、スイッチ12aとパワーコンディショナ15との間の配線L、及び、スイッチ12gとパワーコンディショナ15との間の配線Lへの電力の供給が停止される。
また、光発電システム10は、スイッチ12a〜12fの開閉状態を表示する表示部14を備える。レバー13aがスイッチ12a〜12fを開の状態にする位置にあるときには、表示部14は「開」又は遮断を意味する内容を表示し、一方、レバー13aがスイッチ12a〜12fを閉の状態にする位置にあるときには、表示部14は「閉」又は通電を意味する内容を表示する。
複数の太陽電池モジュール11a〜11fは、例えば、住宅の屋根に設置され、レバー13aは、住宅の外壁等、操作者がすぐに操作可能な場所に設置されることが好ましい。
スイッチ12a〜12fは、複数の太陽電池モジュール11a〜11fと共に、住宅の屋根に設置されても良いし、屋根裏等の住宅の内部に設置されても良い。
光発電システム10では、太陽電池モジュール11a〜11fが出力する電力を外部へ供給することを遮断する時に、制御部13を動作させて、スイッチ12a〜12fを開の状態にする。
このような場合としては、例えば、火災が発生した時、太陽電池モジュール又は太陽電池モジュールが設置された屋根の保守を行う時、又は、配線Lが設置された屋根裏等の住宅内部の保守を行う時等が挙げられる。スイッチ12a〜12fを開の状態にすることにより、消防士、又は、保守を行う作業者が、太陽電池モジュールが発電した電気に触れて感電することを防止する。
なお、スイッチ12a〜12fを開の状態にしても、太陽電池モジュール11a〜11fが発電している状態では、太陽電池モジュール11a〜11fとスイッチ12a〜12fとの間を接続する配線Lには電力が供給される。
そこで、太陽電池モジュール11a〜11fとスイッチ12a〜12fとの間を接続する配線Lの部分で感電することを防止する観点から、スイッチ12a〜12fを、太陽電池モジュールに隣接して配置することが好ましい。太陽電池モジュール11a〜11fとスイッチ12a〜12fとの間を接続する配線Lの長さを短くすることにより、この配線Lの部分で感電することを防止できる。
次に、スイッチの構造及び動作を、図2(A)〜図2(C)を参照して、以下に説明する。図2(A)〜図2(C)は、太陽電池モジュール11aと太陽電池モジュール11bとの間に配置されるスイッチ12bを説明する。全てのスイッチ12a〜12fは同じ構造を有しているので、スイッチ12bの説明は、他のスイッチに対しても適宜適用される。
図2(A)に示すように、スイッチ12bは、太陽電池モジュール11aから延びる配線Lと接続する端子21と、太陽電池モジュール11bから延びる配線Lと接続する端子22と、端子21と端子22とを電気的に接続可能な回転部材23を有する。回転部材23は、導電性を有し、支点23aを中心に回転することにより、端子21と端子22とを電気的に接続可能である。
図2(A)は、スイッチ12bが閉の状態を示しており、回転部材23が、端子21と端子22とを電気的に接続することにより、太陽電池モジュール11aと太陽電池モジュール11bとが接続されている。
また、スイッチ12bの内部には、ワイヤ13bが挿通されている。ワイヤ13bと回転部材23とは、ワイヤ13bの動きにより回転部材23を回転させるように駆動する駆動部材24により連結されている。
図2(B)は、スイッチ12bが開の状態を示している。
レバー13aをスイッチが開の状態になる方向へ操作することにより、ワイヤ13bが駆動されると、ワイヤ13bと駆動部材24により連結された回転部材23が支点23aを中心に回転して、回転部材23と端子21及び端子22との電気的な接続が切断される。このようにして、太陽電池モジュール11aと太陽電池モジュール11bとの間の電気的な接続が遮断される。
図2(C)は、スイッチ12bが閉の状態を示している。
レバー13aをスイッチが閉の状態になる方向へ操作することにより、ワイヤ13bが駆動されると、ワイヤ13bと駆動部材24により連結された回転部材23が支点23aを中心に回転して、端子21と端子22とが回転部材23により電気的に接続される。
上述した本実施形態の光発電システムによれば、太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断することを制御できる。本実施形態では、制御部が、機械的手段を用いて、スイッチを制御するので、火災等により、送電線からの電力の供給が停止した状態でも、スイッチを制御できる。
次に、上述した光発電システムの第2及び第3実施形態を、図3〜図6を参照しながら以下に説明する。第2及び第3実施形態について特に説明しない点については、上述の第1実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
図3は、本明細書に開示する光発電システムの第2実施形態を示す図である。
本実施形態の光発電システム10は、上述した第1実施形態に対して、制御部13及びスイッチ12a〜12gの構成が異なっている。
まず、制御部13について、以下に説明する。
制御部13は、電気信号を用いて、スイッチ12a〜12gを制御する。具体的には、制御部13は、操作者により操作される制御ボタン13d、制御ボタン13dの操作により電気信号を生成する制御部本体13cと、生成した電気信号をスイッチ12a〜12gに伝送する一対の信号線13e、13fを有する。
制御部本体13cは、制御ボタン13dが操作される度に、スイッチ12a〜12gを開の状態にする電気信号と、スイッチ12a〜12gを閉の状態にする電気信号とを交互に生成する。
一対の信号線13e、13fは、制御部本体13cから、各スイッチ12a〜12gに延びており、電気信号が並列に送信される。
操作者が制御ボタン13dを操作することにより、制御部本体13cは、電気信号を生成し、一対の信号線13d、13eを伝送した電気信号により、スイッチ12a〜12gが有する電気モータが駆動されて、全てのスイッチ12a〜12fの開閉が制御される。本明細書では、制御部本体13cが電気信号を生成することには、電気モータを駆動する電力を供給することが含まれる。
また、光発電システム10は、火災を検知した火災報知器18が出力する検知信号を受信すると、全てのスイッチ12a〜12fを開けるようにスイッチを制御する。
次に、スイッチの構造及び動作を、図4及び図5を参照して、以下に説明する。図4及び図5は、太陽電池モジュール11aと太陽電池モジュール11bとの間に配置されるスイッチ12bを説明する。全てのスイッチ12a〜12fは同じ構造を有しているので、スイッチ12bの説明は、他のスイッチに対しても適宜適用される。
図4(A)に示すように、スイッチ12bは、太陽電池モジュール11aから延びる配線Lと接続する端子21と、太陽電池モジュール11bから延びる配線Lと接続する端子22と、接続レバー27aが駆動されることにより、端子21と端子22とを電気的に接続可能な接続部27を有する。
また、スイッチ12bは、回転することにより接続レバー27aを駆動する駆動部材26と、駆動部材26を回転させる電気モータ25を有する。電気モータ25には、一対の信号線13d、13eが接続される。
図4(A)は、スイッチ12bが閉の状態を示しており、接続レバー27aが端子21と端子22とを電気的に接続する状態に位置しており、接続部27が、端子21と端子22とを電気的に接続することにより、太陽電池モジュール11aと太陽電池モジュール11bとが接続されている。
図4(B)は、スイッチ12bが開の状態を示している。
制御ボタン13dが操作されることにより、制御部本体13cは、スイッチ12bを開の状態にする電気信号を生成する。生成された電気信号は、一対の信号線13e、13fを伝送して、スイッチ12bが有する電気モータ25を駆動する。電気モータ25は、駆動部材26を回転させて、接続レバー27aを駆動する。接続レバー27aが駆動された接続部27は、端子21と端子22との間の電気的な接続を切断する。
図5は、スイッチ12bが閉の状態を示している。
制御ボタン13dが操作されることにより、制御部本体13cは、スイッチ12bを閉の状態にする電気信号を生成する。生成した電気信号は、一対の信号線13e、13fを伝送して、スイッチ12bが有する電気モータ25を駆動する。電気モータ25は、駆動部材26を回転させて、接続レバー27aを駆動する。接続レバー27aが駆動された接続部27は、端子21と端子22との間を電気的に接続する。
上述した本実施形態の光発電システム10によれば、太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断することを制御できる。
本実施形態では、制御部が、火災報知器が出力する検知信号を受信すると、スイッチを開けるようにスイッチを制御するので、制御ボタンが操作されなくても、自動的にスイッチを制御できる。
次に、本明細書に開示する光発電システムの第3実施形態を以下に説明する。
図6は、本明細書に開示する光発電システムの第3実施形態の要部を示す図である。
本実施形態の光発電システム10は、制御部13が、電気信号を用いて、スイッチ12a〜12gを制御することは、上述した第2実施形態と同様であるが、スイッチの構造及び動作が上述した第2実施形態とは異なっている。本実施形態は、スイッチの構造以外の構成は、第2実施形態と同様である。
次に、スイッチの構造及び動作を、図6を参照して、以下に説明する。図6は、太陽電池モジュール11aと太陽電池モジュール11bとの間に配置されるスイッチ12bを説明する。全てのスイッチ12a〜12fは同じ構造を有しているので、スイッチ12bの説明は、他のスイッチに対しても適宜適用される。
図6(A)に示すように、スイッチ12bは、太陽電池モジュール11aから延びる配線Lと接続する端子21と、太陽電池モジュール11bから延びる配線Lと接続する端子22と、端子21と端子22とを電気的に接続可能な電磁スイッチ28を有する。
図6(A)は、スイッチ12bが閉の状態を示している。電磁スイッチ28は、端子21と端子22との間を電気的に接続する。
図6(B)は、スイッチ12bが開の状態を示している。
制御ボタン13dが操作されることにより、制御部本体13cは、スイッチ12bを開の状態にする電気信号を生成する。生成された電気信号は、一対の信号線13e、13fを伝送して、スイッチ12bの電磁スイッチ28を駆動する。駆動された電磁スイッチ28は、端子21と端子22との間の電気的な接続を切断する。
更に、制御ボタン13dが操作されることにより、制御部本体13cは、スイッチ12bを閉の状態にする電気信号を生成する。生成した電気信号は、一対の信号線13e、13fを伝送して、スイッチ12bの電磁スイッチ28を駆動する。駆動された電磁スイッチ28は、端子21と端子22との間を電気的に接続して、図6(A)の状態に戻る。
上述した本実施形態の光発電システムによれば、太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断することを制御できる。
本実施形態のスイッチ12bは、電磁スイッチを用いて回路の開閉を行うので、スイッチ12bの構成が簡単になり、耐久性が向上する。
本実施形態では、スイッチ12bは、電磁スイッチを有していたが、スイッチ12bは、トランジスタ等のスイッチング素子を有していても良い。
本発明では、上述した実施形態の光発電システムは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
例えば、上述した第1実施形態では、スイッチは、太陽電池モジュールと太陽電池モジュールとの間に配置されていたが、スイッチは、直列に接続された太陽電池モジュールの出力を外部へ供給する配線だけに接続されていれば良い。
図7は、本明細書に開示する光発電システムの変形例1を示す図である。
変形例1の太陽電池モジュール10では、スイッチ12aが、太陽電池モジュール11aの出力を外部へ供給する配線Lに接続され、スイッチ12bが、太陽電池モジュール11gの出力を外部へ供給する配線Lに接続されているが、太陽電池モジュールと太陽電池モジュールとの間には、スイッチが配置されない。
図8は、本明細書に開示する光発電システムの変形例2を示す図である。
同様に、上述した第2実施形態では、スイッチは、太陽電池モジュールと太陽電池モジュールとの間に配置されていたが、図8に示すように、スイッチは、直列に接続された太陽電池モジュールの出力を外部へ供給する配線だけに接続されていれば良い。
図9は、本明細書に開示する光発電システムの変形例3を示す図である。
図9に示す光発電システム10では、各太陽電池モジュール11aは、発電した直流電力を外部へ供給する2本の配線L1を有し、2本の配線L1それぞれは、スイッチ12a、12bと接続する。同様に、光発電システム10は、太陽電池モジュール11bが発電した直流電力を外部へ供給する2本の配線L1を有し、2本の配線L1それぞれは、スイッチ12c、12dと接続する。
スイッチ12bとスイッチ12cとは、配線L2により接続される。
太陽電池モジュール11aとスイッチ12bを接続する配線L1の長さ及び太陽電池モジュール11bとスイッチ12cを接続する配線L1の長さは、配線L2の長さを調整することにより、適宜短くすることが可能である。
図9に示す光発電システム10では、スイッチ12a〜12dを、太陽電池モジュール11a、11bにより隣接して配置することにより、配線L1の長さをより短くかくすることができる。従って、この配線L1の部分で感電することを一層防止することが可能になる。
また、上述した第1実施形態では、光発電システムは、火災報知器を備えていなかったが、火災報知器を配置して、火災を検知した火災報知器が出力する検知信号を受信すると、レバーがスイッチを閉じるようにスイッチを制御するようにしても良い。
更に、上述した各実施形態では、太陽電池モジュールとスイッチとは配線を介して接続されているが、図10に示すように、スイッチは、太陽電池モジュールと一体に形成されていても良い。このような構成によれば、外部へ露出する配線を用いることなく、太陽電池モジュールとスイッチとを接続できる。
10 光発電システム
11a〜11f 太陽電池モジュール
12a〜12g スイッチ
21 端子
22 端子
23 回転部材
23a 支点
24 駆動部材
25 電気モータ
26 駆動部材
27 接続部
27a 接続レバー
28 電磁スイッチ
13 制御部
13a レバー
13b ワイヤ
13c 制御部本体
13d 制御ボタン
13e 信号線
13f 信号線
14 表示部
15 パワーコンディショナ
16 分電盤
17 送電線
18 火災報知器
L 配線

Claims (7)

  1. 光発電した電力を出力する複数の太陽電池モジュールであって、複数の当該太陽電池モジュールのそれぞれは、発電した直流電力を外部へ供給する2本の配線と接続されている、複数の太陽電池モジュールと、
    複数のスイッチであって、複数の前記太陽電池モジュールのそれぞれに対して、前記2本の配線のそれぞれと一の前記スイッチが接続しており、開閉することにより、当該太陽電池モジュールが出力する電力を外部へ供給させるか又は遮断する複数のスイッチと、
    複数の前記スイッチの開閉を制御する制御部であって、機械的手段を用いて、複数の前記スイッチのそれぞれを制御する制御部と、
    を備える光発電システム。
  2. 前記制御部は、ワイヤを駆動して、前記スイッチを開閉する請求項に記載の光発電システム。
  3. 前記スイッチの開閉状態を表示する表示部を備える請求項1又は2に記載の光発電システム。
  4. 前記制御部は、火災を検知した火災報知器が出力する検知信号を受信すると、前記スイッチを開けるように前記スイッチを制御する請求項1〜の何れか一項に記載の光発電システム。
  5. 前記スイッチは、前記太陽電池モジュールに隣接して配置される請求項1〜の何れか一項に記載の光発電システム。
  6. 前記スイッチは、前記太陽電池モジュールと一体に形成される請求項1〜の何れか一項に記載の光発電システム。
  7. 複数の前記スイッチは、一の前記太陽電池モジュールの前記2本の配線の内の一方の配線と接続する第1の前記スイッチと、当該2本の配線の内の他方の配線と接続する第2の前記スイッチとを有し、
    第1の前記スイッチ及び第2の前記スイッチは、他の前記太陽電池モジュールの前記2本の配線とは他の前記スイッチを介して電気的に接続可能である請求項1〜6の何れか一項に記載の光発電システム
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