JPH01163809A

JPH01163809A - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JPH01163809A
Application number: JP62321462A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Shinohara; 裕文篠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1989-06-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は太陽電池を用いた発電システムに関する。

（従来の技術）太陽電池から直流の電力をとり出し、これをＤＣ／ＡＣ
インバータによって商用周波数の交流電力に変換して用
いる太陽光発電システムが開発されている。このシステ
ムによれば、今まで商用電力を電源として使用していた
電気機器を、そのまま太陽光発電システムに継ぎ替えて
使用することができる。また太陽光発電システムの交流
出力を商用電力に並入して使用し、昼間の太陽光発電シ
ステムの交流出力の余剰分を商用電力系統へもどしたり
、逆に夜間等、太陽光発電システムの交流出力が無い時
には、商用電力系統からの電力で電圧機器を運転すると
いった使用法も可能である。

第６図に、従来の方式による太陽光発電システムの構成
図を示す。第６図において、太陽電池１によって発生し
た直流電力は、逆流阻止ダイオード２．過電流しゃ断器
３からケーブル４を通り。

太陽電池１から離れた別の場所に設置されたＤＣ／ＡＣ
インバータ８に、直流コンタクタ５を介して入力される
。ＤＣ／　ＡＣインバータ８においてこの直流電力は交
流電力に変換され、トランス１０、交流コンタクタ１１
．過電流しゃ断器１２を介して交流電力配電線１３に入
力される。ここで制御・保護回路９ゼ、ＤＣ／　ＡＣイ
ンバータの直流側に設置された直流電圧検出器６、直流
電流検出器７の検出信号を受け、ＤＣ／ＡＣインバータ
８の位相角を制御することによって、太陽電池１の最大
出力電力点を追従しながら運転を行うことができる。こ
の最大出力電力点は、太陽電池の持つ出力Ｖ−Ｉ特性上
で、ＶとＩの積が最大となる点として与えられる。

第４図（Ａ）−２は一般的な太陽電池のＶ−Ｉ出力特性
カーブである。太陽電池のＶ−Ｉ出力特性カーブはその
時の日射量、温度によって異なるが、温度一定のもとて
の、日射量の変化による最大出力電力点の変化は、実線
２３のようになる。　ＤＣ／ＡＣインバータ８の直流入
力電流を適当な範囲で変化させ、その時のＶと工の積の
値が最大となる点を追っていくことによって、最大出力
電力点に達することができる。この方法は、ｒ山のぼり
法」と呼ばれている。同時に直流電圧検出器６、直流電
流検出器７の出力が異常な時には、直流過電流、直流過
電圧等を検出し、インバータ８を停止すると共に、直流
コンタクタ５や交流コンタクタ１１をＯＦＦ　して、イ
ンバータ８や太陽電池１を保護する。

（発明が解決しようとする問題点）第６図に示した、従来の実施例において、太陽電池から
ＤＣ／　ＡＣインバータ８が置かれる場所までの間には
、ケーブル４が設置され、電力が送られる。ここで万一
、ケーブル４が地絡、又は相互短絡を起こした時に太陽
電池からケーブルを通り、ケーブルの地絡又は短絡点を
通って太陽電池にもどるような電流経路が生じると、こ
の通常とは異なる電流経路のいずれかで異常な発熱を生
じ、場合によって発熱部分の焼損、さらには火災を起こ
すことも心配される。この直流回路を切り離すために直
流コンタクタ５が用いられている。この直流コンタクタ
５は、ケーブル４よりもＤＣ／ＡＣインバータ８の側に
置かれているために、直流コンタクタ５をＯＦＦとして
も、地絡又は短絡が、ケーブル４や太陽電池１の付近で
生じている場合には、異常な電流経路をしゃ断すること
ができない。またこのような地絡、又は短絡電流は、太
陽電池の特性上、太ｐＢＩ電池の定格電流の１．３倍程
度以下なので１通常の配電用しゃ断器等の過電流しゃ断
器３では検出、しゃ断を完全には行うことができない。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり
、太陽電池からＤＣ／ＡＣインバータに至るケーブル部
で生じた地絡又は短絡を検出し、かつこの地絡又は短絡
の経路をしゃ断するシステムを得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）このために１本発明においては、太陽電池とケーブルの
間に直流コンタクタを配置し、太陽電池又はＤＣ／ＡＣ
インバータに地絡、又は短絡検出回路を具備することに
よって、ケーブルの地絡、又は短絡経路をしゃ断するシ
ステムとする。

（作　　用）この構成によれば、直流コンタクタを直流地絡を検出し
た時にＯＦＦすることにより、ケーブルでの地絡点を介
した地絡経路をしゃ断する。

（実　施　例）第１図は１本発明による太陽光発電システムの一実施例
である。（ここで第６図と同一の番号を付けた構成要素
は、第６図におけるものと同一の機能を有するので説明
を省略する。）第１図において、ケーブル４における地
絡事故を検出するために、太陽電池は１−ａ群とｉ−ｂ
群に分割され、それらの中間点１５において接地されて
いる。太陽電池の近傍１例えば端子箱内等に直流地絡検
出器１４及び直流コンタクタ５が設けられている。

第１図において、太陽電池１−ａからケーブル４を介し
、　ＤＣ／ＡＣインバータ８を通って地絡点１７へ至っ
た電流は、ここから周囲のケーブル外部へ流出し、地中
又は建屋構造物等の異常な経路を通って、太陽電池群の
中間点に設けられた接地点１５から太陽電池１−ａに戻
る。一方、太陽電池１−ｂから出た電流は接地点１５か
ら地中または建屋構造物等の異常な横路を通って地絡点
１７に至り、ここからケーブル４を通って太陽電池ｉ−
ｂに戻る。このような電流径路が生じる結果として、直
流地絡検出器１４内で、電圧のアンバランスを生じ、接
地点１６から接地点１５を介して太陽電池１−ａに戻る
電流が生じ、直流地絡が検出される。この地絡信号によ
って直流コンタクタ制御回路１８が動作し、直流コンタ
クタ５がＯＦＦされる。

この構成によれば、ケーブル４での地絡を検出し、この
地絡電流をしゃ断することが可能となる。

この時、制御・保護回路９からの指令により、交流コン
タクタ１１も同時にＯＦＦされ、インバータは停止され
る。

ここで述べた実施例では、直流地絡検出器１４を太陽電
池近傍に配置しているが、これをインバータ近傍として
も全く同様の効果が得られる。第２図は、この点を考慮
した本発明の他の実施例である。第２図において、ＤＣ
／ＡＣインバータ８の近傍に置かれた直流地絡検出器１
４によって、第１図で説明したのと同じ動作によって直
流地絡が検出されると、その検出信号は制御・保護回路
９を介して太陽電池近傍に置かれた直流コンタクタ制御
回路１８へ送信され、同じく太陽電池近傍に置かれた直
流コンタクタ５をＯＦＦする。

このような構成にすれば、直流地絡検出器１４を、太陽
電池近傍の端子箱等の中に置かないで、　ＤＣ／ＡＣイ
ンバータ部の周辺回路とすることができるので、屋外に
置かれる場合もある端子箱の構造を、複雑なものにしな
くて済む、という利点を生ずる。

なお直流地絡検出器１４を接地点１５に設置すること及
び、接地点１５を地絡検出器１４のもつ接地点１６に代
替させて省略できる場合があることは言うまでもない。

さらに、今までに述べた実施例では、ケーブル４に生じ
た地絡事故を検出し、この地絡電流をしゃ断することは
できるが、ケーブル４相互の短絡又は不完全短絡に対し
ては、これを検出し、しゃ断することはできない。この
ような点を考慮した本発明の他の実施例を第３図に、そ
の動作の説明図を第４図に、また第３図の制御・保護回
路の一部を示す構成図を第５図に示す。

第３図において、制御・保護回路９では、従来の実施例
において説明した山のぼり法による最大電力追従制御を
行う。ここで、ケーブルの短絡又は不完全短絡が無い場
合の等価回路と、最大電力点カーブを第４図（Ａ）−１
、（Ａ）−２に示す。ここにおいて、ＤＣ／ＡＣインバ
ータは等価インピーダンス（抵抗）２２で置゛きかえら
れている。日射量の変化に対応する最大電力点の追従カ
ーブは、第４図（Ａ）−２の２３のようになる。　ここ
で第４図（Ｂ）−１のようにケーブル４で短絡が生じる
と、その短絡部の抵抗値を２１とするとき、このケーブ
ル短絡点のインピーダンス２１を通って流れる電流分だ
け、　ＤＣ／ＡＣインバータの等価インピーダンス２２
へ流れ込む電流Ｉ′が減る。この状態において、　ＤＣ
／ＡＣインバータが、山のぼり法によって最大電力追従
を行なうと、その最大電力点カーブは第４図（Ｂ）−２
の２４のようになる。

第３図は制御・保護回路の一部は第５図（ａ）のように
構成される。この構成要素は、比較部２５゜最大電力追
従制御回路２６、記憶部２７、ゲート回路２８等である
。

太陽電池とＤＣ／　ＡＣインバータ８を組み合わせた運
転によって得られる、その太陽電池の最大電力点カーブ
は、記憶部２７に基準データとして記憶される。ケーブ
ルで短絡、又は不完全短絡が生じた場合、ＤＣ／　ＡＣ
インバータ８を最大電力追従制御により運転すると、最
大電力点カーブは、記憶部２７に入っているデータと比
較され、偏差を生じる。

この偏差があらかじめ定められた値より大きいことを比
較部２５が検出すると、比較部２５は、太陽電池側に置
かれた直流コンタクタ制御回路１８に対して信号を送り
、直流コンタクタ５がＯＦＦされる。

このような構成によれば、太陽光発電システムにおいて
、太陽電池とＤＣ／ＡＣインバータの間のケーブルで生
じた短絡、又は不完全短絡を検出し、この短絡電流をし
ゃ断することができる。ここでは太陽光発電システムは
電力系統に接続して用いる方式を例として説明したが、
電力系統に接続しないで用いる場合も、同様の構成とす
ることができる。また、ＤＣ／ＡＣインバータを用いず
、直流のまま蓄電池を充電するようなシステムに第５図
（ａ）に示したものと同様の制御を行っても、同様の効
果が得ることができる。第５図（ｂ）に２９に蓄電池充
電用のＤＣ／　ＤＣコンバータを示す。さらに、ここに
述べた最大電力点カーブの偏差の検出を確実にするため
に、太陽電池表面温度を記憶部２７に入力し、温度によ
る最大電力点カーブの補正を行うことも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、太陽電池からイン
バータ部へ至る間のケーブルで生じた地絡、短絡、又は
不完全短絡を検出し、しかもこの事故電流をしゃ断する
ようにしたので、ケーブル焼損、又は周辺の火災なども
併せて防止することが可能となり、完全な太陽光発電シ
ステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の太陽光発電システムを示す
構成図、第２図及び第３図は本発明の他の実施例を示す
構成図、第４図（Ａ）−１，（Ａ）−２，（Ｂ）−１，
（Ｂ）−２は第３図の制御保護の動作を示す説明図、第
５図（ａ）、　（ｂ）は第３図の制御・保護回路の一部
を説明するブロック図、第６図は従来のシステムの構成
図である。１・・・太陽電池２・・・逆流阻止ダイオード３．１２・・・過電流しゃ断器４・・・ケーブル５・・
・直流コンタクタ　　６・・・直流電圧検出器７・・・
直流電流検出器　　８・・・ＤＣ／ＡＣインバータ９・
・・制御・保護回路　　ｌＯ・・・トランス１１・・・
交流コンタクタ　　１３・・・交流電力配電線１４・・
・直流地絡検出器　　１５，１６，２０・・・接地点１
７・・・ケーブル地終点１８・・・直流コンタクタ制御回路１９・・・交流地絡検出器２１・・・ケーブル短絡点のインピーダンス２２・・・
ＤＣ／ＡＣインバータの等価インピーダンス２３・・・
ケーブル短絡前の最大電力点カーブ２４・・・ケーブル
短絡後の最大電力点カーブ２５・・・比較部２６・・・最大電力追従制御回路２７・・・記憶部　　　　　　２８・・・ゲート回路２
９・・・ＤＣ／　ＤＣコンバータ代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第３図第４図（α）（ｂ）第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）太陽電池、ケーブル、インバータなどから構成さ
れる太陽光発電システムにおいて、太陽電池とケーブル
の間に直流コンタクタを接続したことを特徴とする太陽
光発電システム。
（２）直流コンタクタは、ケーブルとインバータの間に
接続した地絡検出回路の指令信号によりＯＮ／ＯＦＦす
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽光
発電システム。
（３）最大電力追従カーブを記憶し、かつこれと現在の
最大電力運転値との比較を行って、ケーブルの不完全短
絡を検出する手段を有することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の太陽光発電システム。
（４）インバータの替わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータを
有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太
陽光発電システム。