WO2012026450A1 - 太陽光発電用集電箱 - Google Patents

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Abstract

　この発明は、家庭用に用いるより規模の大きな太陽光発電装置において発生する地絡を適切に検出することができる装置を提供することを目的とする。　複数の太陽電池ストリング１０からの電力を集電する集電箱２であって、各太陽電池ストリング１０の地絡を検出するために往路及び復路のケーブルから発生する差電流に基づく検出出力を出力する検出器２２と、太陽電池ストリング１０のそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリング１０と接続ケーブル３との間に配置される開閉器２３と、検出器２２からの出力により、地絡の有無を判断し、判断の結果に応じて開閉器２３の開閉を制御する制御装置２０と、を備えた。

Description

太陽光発電用集電箱
　この発明は、太陽光発電用集電箱に関し、特に、複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池ストリングと、各太陽電池ストリングからの直流電力を集電する集電箱と、複数の集電箱からの電力を集め交流電力に変化して出力するパワーコンディショナとを有する太陽光発電装置に用いられる太陽光発電用集電箱に関するものである。
　太陽電池は、自然エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電力を生成する。近年の地球環境問題に対する意識の高まりを背景に、太陽電池を用いた太陽光発電装置は、地球温暖化の一因とされる二酸化炭素を排出しないクリーンな発電装置として注目されている。
　近年、注目されているメガソーラーシステムなどの大規模な太陽光発電装置では、１０００ｋＷ以上の出力の発電が目的とされており、２００Ｗ程度の出力の太陽電池モジュールが数千枚接続されて配置される。
　ところで、上述の太陽光発電装置では、設置環境や使用状況等何らかの原因により、太陽電池モジュール、配線等の絶縁性が悪くなり低下し、地絡が発生する場合がある。地絡が発生した場合、絶縁性が悪くなった箇所を特定し、適切な処置を行う必要がある。
　そこで、米国特許第６５９３５２０号公報には、太陽電池アレイの一部で地絡が発生した場合に、太陽光発電システム全体の運転を停止することなく、異常が発生した太陽電池ストリングのみを太陽光発電システムから切り離すように構成した太陽光発電装置が開示されている。
　この太陽光発電装置では、複数の太陽電池パネルが直列に接続されてなる複数の太陽電池ストリングの出力を集電する集電箱を有している。集電箱内には、複数の太陽電池ストリングのうちのいずれかに異常を検出すると異常検出信号を出力する検出器と、太陽電池ストリングの途中に設けられこの検出器からの異常検出信号により開状態に遷移する中間開閉器と、前記太陽電池ストリング毎に切り離し可能なストリング開閉器とが設けられている。そして、検出器の異常信号によりストリング開閉器もが開放するように構成した集電箱が開示されている。
　また、この太陽光発電装置は、家庭用であり、集電箱も屋内に設置され、その点検も比較的容易に行える。
米国特許第６５９３５２０号公報
　しかしながら、太陽光発電装置の規模が大型化すると、集電箱も多くなり、また、設置される場所も様々なところとなる。また、集電箱とパワーコンディショナとの間の距離も長くなり、両者を接続する接続ケーブルの長さや数も多くなる。
　この発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、家庭用に用いるより規模の大きな太陽光発電装置において発生する地絡を適切に検出することができる装置を提供することを目的とする。
　この発明は、複数の太陽電池ストリングからの電力を集電する太陽光発電用集電箱であって、各太陽電池ストリングの地絡を検出する検出器と、前記太陽電池ストリングのそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間に配置される開閉器と、前記検出手器の検出結果に応じて前記開閉器の開閉を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記検出器で地絡を検出すると該当する太陽電池ストリングの前記開閉器を遮断し、太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間の接続を遮断することを特徴とする。
　上記したように、この発明によれば、地絡が発生すると、太陽光発電用集電箱の制御装置により、太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間の接続が遮断されるので、それぞれに適した地絡対応処理を行うことができる。
この発明の実施形態の太陽光発電装置の全体構成を示す模式図である。 この発明の実施形態の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図である。 この発明の実施形態の太陽電池ストリングと集電箱が含まれる箇所を詳細に示す模式図である。 この発明の実施形態の太陽光発電装置における集電箱の制御装置の機能ブロック図である。 パワーコンディショナにおける制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 主制御装置の地絡発生情報を記録する機能の構成を示す機能ブロック図である。 この発明の集電箱の制御装置における地絡検出処理ルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施形態の太陽光発電装置における制御装置の地絡検出処理ルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施形態の太陽光発電装置におけるパワーコンディショナの制御装置の地絡検出処理を示すフローチャートである。 この発明の他の実施形態の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図である。
　この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
　図１は、この発明の太陽光発電装置の全体構成を示す模式図、図２は、この発明の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図、図３は、太陽電池ストリングと集電箱が含まれる箇所を詳細に示す模式図である。
　この実施形態にかかる太陽光発電装置は、２００Ｗ程度の出力の太陽電池モジュールが数十枚接続されて配置される中規模システム、ないし、数千枚以上接続されて配置されるメガソーラーシステムを構成する。この太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュール１０ａを直列に接続した太陽電池ストリング１０を備える。複数の太陽電池ストリング１０が集電箱２に接続され、各太陽電池ストリング１０の直流出力が集電される。複数の集電箱２（２１～２ｎ）からの出力が接続ケーブル３を介してパワーコンディショナ４に与えられる。太陽電池により発電された直流電力は、パワーコンディショナ４内のインバータ装置４１にて交流電力に変換され、図示しないノイズフィルタによって高調波成分が除去され、交流電力が系統５に出力される。この図１においては、パワーコンディショナ４は、１つだけ記載しているが、装置の構成、規模により、複数のパワーコンディショナ４を用いて系統５に電力を供給するように構成してもよい。
　この集電箱２に接続されている太陽電池ストリング１０に地絡等の異常が発生した場合、集電箱２内部の制御装置２０から電力管理室などに設置される主制御装置６へ異常等が発生したことをＬＡＮ等のネットワークで構成された通信路８を介してその情報を通知する。この通信路８は、無線、有線等適宜必要に応じて構築される。
　また、集電箱２からパワーコンディショナ４の間の接続ケーブル３に地絡等の異常が発生した場合、パワーコンディショナ４内部の制御装置４０から主制御装置６へ異常等が発生したことが通信路８を介してその情報が通知される。以下、図１ないし図３の構成要素について、順に説明する。
　図３に示すように、太陽電池ストリング１０は、複数の太陽電池モジュール１０ａを直列に接続して構成されている。この図においては、１つの太陽電池ストリング１０の構成を記載しているが、他の太陽電池ストリング１０の構成も同様である。この実施形態では、２００Ｗ程度の太陽電池モジュール１０ａを８個直列に接続して太陽電池ストリング１０を構成し、この太陽電池ストリング１０の出力が集電箱２に与えられる。太陽電池モジュール１０ａの直列数は、８個に限らず、太陽光発電装置として必要な電圧が得られるように適宜構成される。
　太陽電池モジュール１０aは、複数の太陽電池を配線部材により直列に接続されたものをガラス等の表面部材と耐候性を有する裏面部材との間に耐候性、耐湿性に優れたＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、エチレン酢酸ビニル）等の透光性を有する封止材により封止されて構成されている。太陽電池としては、結晶系太陽電池、薄膜系太陽電池或いは化合物系太陽電池等種々の太陽電池を用いることができる。
　上記のように構成された複数の太陽電池ストリング１０の出力が集電箱２に接続される。１つの集電箱２に接続される太陽電池ストリング１０の個数は、太陽光発電装置として必要な出力が得られるように適宜選択される。
　複数の太陽電池ストリング１０は、集電箱２に並列に接続され、複数の太陽電池ストリング１０からの出力が集電される。集電箱２は、太陽電池ストリング１０との間のケーブルを短くするため、複数の太陽電池ストリング１０が設置される近傍に点検者が点検可能な箇所に設置される。この集電箱２に接続されている太陽電池ストリング１０に地絡等の異常が発生した場合、電力管理室などに設置される主制御装置６へ異常等が発生したことをＬＡＮ等のネットワークで構成された通信路８を介して通知する。通知する情報としては、例えば、集電箱２を特定する情報、地絡等の異常が発生した太陽電池ストリング１０を特定する情報、地絡が発生した日時等の情報である。集電箱２、太陽電池ストリング１０を特定するために予めそれぞれにＩＤ番号等を付しておき、そのＩＤ番号とともに、通信路８を介して主制御装置６に送信する。このように構成すれば、主制御装置６で地絡等の異常が発生している集電箱２、太陽電池ストリング１０を容易に把握することができる。また、集電箱２からは各太陽電池ストリング１０の出力電圧、各開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ情報が出力される。この情報は通信路８からパワーコンディショナ４へ与えられ、パワーコンディショナ４は、各太陽電池ストリング１０の出力電圧、各開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ情報を得ることができる。
　集電箱２には、各太陽電池ストリング１０に対応して、太陽電池モジュール１０ａ等の保守点検時又は太陽電池ストリング１０の一部に地絡等の異常が生じたときに、対応する太陽電池ストリング１０を回路から切り離すための開閉器２３がそれぞれ設けられている。開閉器２３の開閉制御はマイクロコンピュータ等で構成される制御装置２０の制御の下によりＯＮ／ＯＦＦが行われる。この開閉器２３は、太陽電池ストリング１０の流し得る最大の電流を通電、遮断する能力を有し、電気的に開閉動作が行われる。開閉器２３をＯＮ状態、すなわち、太陽電池ストリング１０からの電力が流れる通電状態は、開閉器２３にＯＮ電流が通電され、開閉器２３が閉じた状態に維持される。開閉器２３がＯＦＦ状態、すなわち、遮断状態の場合には、開閉器２３への通電を停止するように制御され、開閉器２３が開放された状態が維持される。この開閉器２３は、制御装置２０からの信号によってＯＮ、ＯＦＦ可能な電磁リレーなどにより構成され、上記のように、開閉器２３に通電しているときにはＯＮ、通電を停止したときにはＯＦＦとなる。したがって、この実施形態では、夜間など開閉器２３に電気を与えない場合には、ＯＦＦ状態が維持される。このように、この実施形態では、夜間など、太陽電池ストリング１０が発電していない時間帯の節電を図っている。
　また、各太陽電池ストリング１０は、ヒューズや逆流防止ダイオード等の保護素子２１が設けられている。これは太陽電池ストリング１０の設置位置や太陽光の照射状況等により、各太陽電池ストリング１０の発生電圧が異なる場合に生じる電流の流れ込みを防止するためのものである。
　各開閉器２３と太陽電池ストリング１０の間には、地絡を検出するための地絡検出器２２がそれぞれ設けられている。この地絡検出器２２は、電流の往路及び復路のケーブルからそれぞれ発生する磁界により、両ケーブルに流れる差電流を検出し、この検出信号を制御装置２０に与える。この検出信号には、太陽電池ストリング１０からのケーブル等によるノイズが重畳される。このノイズによる検出信号の誤動作を避けるために、この実施形態では、地絡検出器（地絡検出部）２２からの検出出力をローパスフィルター（ＬＰＦ）２６でノイズ成分を除去して制御装置２０へ与えている。制御装置２０には、地絡検出器２２からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧（Ｐ）が与えられる。この設定電圧（Ｐ）により、検出感度が決定される。この設定電圧（Ｐ）は、システムや通電される電流などを考慮して決められる。制御装置２０は、地絡検出器２２から与えられる検出出力が設定電圧（Ｐ）を越えると地絡が発生した判断する。また、地絡検出器２２としては、上記の磁界を用いる以外に、クランプ型電流センサを用いて差電流を検出するように構成しても良い。
　また、制御装置２０に一度入力された地絡検出器２２で地絡の有無を判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧（Ｐ）を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置２０は、例えば、１秒ごとに地絡検出器２２からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、それらの平均値を算出する。そして、その算出した平均値と設定電圧（Ｐ）とを比較する。この制御動作については、後述する。
　また、地絡検出器２２からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。
　また、検出出力が大きくなり、最も検出感度を大きくした場合には、地絡発生が生じやすくなっているので、この検出出力に応じて、メンテナンスを促すような通知を行うように構成してもよい。これらの制御については、後述する。
　制御装置２０は、地絡が発生したと判断すると、地絡が発生した太陽電池ストリング１０に接続されている開閉器２３をＯＦＦ、すなわち、回路を遮断するように制御する。制御装置２０は、開閉器２３を遮断するために、該当する開閉器２３への通電を停止する。この制御装置２０の制御により、開閉器２３は、地絡が発生した太陽電池ストリング１０からの通電を遮断する。
　制御装置２０は、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、その情報を液晶表示装置（ＬＣＤ）などからなる表示装置２５に表示させる。さらに、主制御装置６へも集電箱２の情報、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報が通信路８を介して送信される。
　制御装置２０は、電圧検出回路２７により、各太陽電池ストリング１０の出力電圧が与えられる。制御装置２０は、太陽電池ストリング１０からの太陽電池電圧をＶｐｎとすると、制御装置２０は、電圧Ｖｐｎを確認することで開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。すなわち、インバータ装置４１が運転中は、開閉器２３をＯＮにする必要がある。そして、インバータ装置４１の起動より先に開閉器２３をＯＮにする。後述するインバータ装置４１の運転開始電圧をＶ１、運転停止電圧をＶ２とし、太陽電池ストリング１０の太陽電池電圧をＶｐｎとすると、制御装置２０は、電圧Ｖｐｎを確認することで開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。すなわち、インバータ装置４１が運転中は、開閉器２３をＯＮにする。そして、インバータ装置４１の起動より先に開閉器２３をＯＮにする。
　開閉器２３のＯＮ条件は、Ｖｐｎ≧Ｖ１－５０Ｖとする。５０Ｖは例示であり、システムによりこの値は変化する。
　開閉器２３のＯＦＦ条件は、Ｖｐｎ≦Ｖ２－５０Ｖの状態が３０分間継続した場合とする。これは太陽電池の設置環境で必ずしも０Ｖとならないからである。３０分、５０Ｖは例示であり、システムによりこの値は変化する。
　制御装置２０は、地絡処理以外に、更に、太陽電池ストリング１０より与えられる電圧Ｖｐｎを確認し、上記条件に達すると、開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
　図４は、集電箱２における制御装置２０の構成を示す機能ブロック図である。制御装置２０は、マイクロコンピュータで構成され、内部に、ＣＰＵ（中央演算装置）２０１、送信部２０３、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）を備える記憶部２０４と、を備え、例えば、記憶部２０４のＲＯＭに地絡の検出、開閉器２３の開閉制御などこの集電箱２の動作を制御するプログラムが格納されている。ＣＰＵ２０１は、地絡が発生した場合には、地絡検出部２２からの出力の平均値を算出する算出部の機能、平均値と設定値を比較し地絡の有無を判断する判断部の機能、対応する太陽電池ストリング１０の特定、開閉器２３の遮断、異常を送信する等のプログラムを展開し、各種動作を制御する。送信部２０３は、通信路８を介して各種情報を主制御装置６へ送信する。
　集電箱２には、電源部２０２が設けられ、電源部２０２は、開閉器２３を介して太陽電池ストリング１０からの電力が与えられているときは、その電力の一部が供給され、太陽電池ストリング１０からの電力が与えられないときは、系統５からの電力が供給される。そして、電源部２０２は、ＣＰＵ２０１、送信部２０３、記憶部２０４などに対し、電力を供給する。尚、この電源部２０２には、二次電池を備え、供給された電力により充電され、太陽電池ストリング１０が発電しない場合においても制御装置２０の動作が可能なように構成している。
　制御装置２０は、地絡等を検出した場合には、主制御装置６に集電箱２を特定するために割り当てられたＩＤ番号と、地絡発生した太陽電池ストリング１０の情報等を送信部２０３から通信路８へ送信し、主制御装置６へ送信される。また、表示装置２５は、地絡が発生した太陽電池ストリング１０を特定するための情報や地絡の発生時間などの情報を表示する。また、集電箱２の送信部２０３からは各太陽電池ストリング１０の出力電圧、各開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ情報が出力される。この情報は通信路８からパワーコンディショナ４へ与えられ、パワーコンディショナ４は、各太陽電池ストリング１０の出力電圧、各開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ情報を得ることができる。
　図１及び図２に示すように、パワーコンディショナ４には、複数の集電箱２１から２ｎの電力が接続ケーブル３を介して与えられる。パワーコンディショナ４は、接続ケーブル３からの電力を開閉器４３、地絡検出器４２を介してインバータ装置４１に与える。インバータ装置４１は、与えられた直流電力から交流電力へ変換する。インバータ装置４１からの交流電力は開閉器４４を介して系統５へ出力される。開閉器４３、４４は制御装置４０により、その開閉がＯＮ／ＯＦＦ制御される。上記のように、複数の太陽電池ストリング１０が集電箱２に接続され、複数の集電箱２がパワーコンディショナ４に接続される。それぞれの数は、太陽電池ストリング１０＞集電箱２＞パワーコンディショナ４の関係になる。すなわち、太陽電池ストリング１０の数が一番多く、次に、集電箱２の数、続いて、パワーコンディショナ４の数となる。尚、開閉器４３、４４は、パワーコンディショナ４の外部に設けても良い。
　開閉器４３とインバータ装置４１での間には、地絡を検出するための地絡検出器４２が設けられている。この地絡検出器４２は、電流の往路及び復路の接続ケーブルからそれぞれ発生する磁界により、両ケーブルに流れる差電流を検出し、この検出信号を制御装置４０に与える。この検出信号には、接続ケーブル３等によるノイズが重畳される。このノイズによる検出信号の誤動作を避けるために、この実施形態では、地絡検出器４２からの検出出力をローパスフィルター４６でノイズ成分を除去して制御装置４０へ与えている。制御装置４０には、地絡検出器４２からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧（Ｐ）が与えられる。この設定電圧（Ｐ）により、検出感度が決定される。検出感度はノイズを考慮して決める必要がある。集電箱２に用いた地絡検出器２２とパワーコンディショナ４に用いた地絡検出器４２とは、線路の長さ並びに線路が配置される場所が全く異なることから、その線路に重畳されるノイズが異なる。ノイズが異なることから、ノイズを考慮した検出感度に対応する設定電圧（Ｐ）は、両制御装置２０、４０で異なることになる。
　通常、太陽電池ストリング１０から集電箱２までの線路の長さより、集電箱２からパワーコンディショナ４までの線路の長さが長くなる。そして、パワーコンディショナ４に接続される接続ケーブル３に重畳されるノイズの方が大きいので、この実施形態では、制御装置４０における地絡検出感度を集電箱２の制御装置２０における地絡検出感度より低く設定している。地絡検出感度が高いとノイズにより地絡発生と誤動作が生じるからである。
　制御装置４０は、地絡検出器４２の出力により、集電箱２とパワーコンディショナ４との間で地絡が発生したか否かを検出することができる。また、地絡検出器４２としては、上記の磁界を用いる以外に、クランプ型電流センサを用いて差電流を検出するように構成しても良い。
　また、制御装置４０に一度入力された地絡検出器４２からの検出出力で地絡の有無を判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧（Ｐ）を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置４０は、算出部の機能と地絡の有無を判断する判断部の機能を有する。制御装置４０は、例えば、１秒ごとに地絡検出器４２からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、算出部でそれらの平均値を算出する。そして、その算出した平均値と設定電圧（Ｐ）とを判断部で比較する。この制御動作については、後述する。また、地絡検出器４２からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。
　また、検出出力が大きくなり、最も検出感度を大きくした場合には、地絡発生が生じやすくなっているので、この検出出力に応じて、メンテナンスを促すような通知を行うように構成してもよい。
　制御装置４０は、地絡検出器４２からの検出信号に基づき地絡の発生があると判断すると、インバータ装置４１と接続ケーブル３とを接続する開閉器４３、インバータ装置４１と系統５とを接続する開閉器４４をそれぞれＯＦＦ、すなわち、回路を遮断するように、開閉器４３、４４への通電を停止する。この開閉器４３、４４は通電している状態で開閉器４３、４４がＯＮとなり、開閉器４３、４４は接続を維持する。開閉器４３、４４への通電を停止するとＯＦＦとなり、開閉器４３、４４は接続を切断するように動作する。
　制御装置４０は、地絡を検出すると、インバータ装置４１の制御を停止してインバータ装置４１を停止する。続いて、開閉器４４をＯＦＦして、パワーコンディショナ４と系統５との間の接続を切断する。そして、開閉器４３をＯＦＦし、インバータ装置４１と接続ケーブル３との間の接続を切断する。制御装置４０は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、主制御装置６へも地絡の発生についての情報を通信路８を介して送信する。
　制御装置４０は、系統５へ供給する電力が所定電圧、所定周波数の交流電力となるように、インバータ装置４１を構成するスイッチング素子をＰＷＭ制御する。インバータ装置４１は、制御装置４０からＰＷＭ信号が入力されると起動し、ＰＷＭ信号の供給が停止されると停止する。インバータ装置４１は、入力される接続ケーブル３からの電圧が設定されている基準電圧より大きい場合に起動される。このため、制御装置４０には、接続ケーブルからの電圧が与えられ、インバータ装置４１に入力される電圧と基準電圧を比較する。入力される電圧が大きい場合には、インバータ装置４１を起動するために、インバータ装置４１にＰＷＭ信号を与える。また、入力される電圧又は電力が所定の値以下になると制御装置４０は、ＰＷＭ信号の供給を停止し、インバータ装置４１を停止する。この所定の値は、インバータ装置４１を動作させるために必要な電圧であり、予め設定されている。制御装置４０は、インバータ装置４１が停止している場合には、開閉器４４をＯＦＦ（遮断）し、インバータ装置４１と系統５との間の接続を切断する。夜間等、太陽電池ストリング１０が発電していない時間帯などは、開閉器４３，４４はＯＦＦ状態にして節電するように構成している。また、地絡検出器４２への電力の供給も停止している。
　インバータ装置４１の運転開始電圧をＶ１、運転停止電圧をＶ２とし、インバータ装置４１へ与えられる接続ケーブル３からの太陽電池電圧をＶｐｎとすると、制御装置４０は、電圧Ｖｐｎを確認することで開閉器４３、４４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。すなわち、インバータ装置４１が運転中は、開閉器４３，４４をＯＮにする必要がある。また、制御部４０には、集電箱２から太陽電池ストリング１０の出力電圧並びに開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ制御の情報が通信路８を介して入力されている。そして、全ての集電箱２おいて、いずれの開閉器２３もＯＮしていない場合には、開閉器４３はＯＦＦの状態を保つように制御する。
　開閉器４３、４４のＯＮ条件は、上記したように、Ｖｐｎ≧Ｖ１－５０Ｖとする。５０Ｖは例示であり、システムによりこの値は変化する。
　開閉器４３、４４のＯＦＦ条件は、上記したように、Ｖｐｎ≦Ｖ２－５０Ｖの状態が３０分間継続した場合とする。これは太陽電池の設置環境で必ずしも０Ｖとならないからである。３０分、５０Ｖは例示であり、システムによりこの値は変化する。
　制御装置４０は、起動処理、地絡処理以外に、更に、接続ケーブル３より与えられる太陽電池の電圧Ｖｐｎを確認し、上記条件に達すると、開閉器４３、４４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
　制御装置４０には、電源部が備えられ、太陽電池ストリング１０からの電力が与えられているときは、その電力の一部が供給され、太陽電池ストリング１０からの電力が与えられないときは、系統５からの電力が供給される。更に、二次電池を備え、太陽電池ストリング１０又は系統５からの電力により充電し、その充電した電力を制御装置４０等の動作に用いるように構成してもよい。
　制御装置４０は、インバータ装置４１を起動させるための起動処理を行う。この起動処理は、太陽電池ストリング１０が太陽光を受け始める時間、例えば、日の出時刻に開始される。また、太陽電池ストリング１０が太陽光を受けられる時間であり、インバータ装置４１が動作していない場合、例えば、一時的に太陽光が遮られて太陽電池ストリング１０の出力動作が停止した場合に、当該起動処理が行われる。起動処理は、まず、制御装置４０に与えられる太陽電池電圧Ｖｐｎが上記条件を達すると、開閉器４３をＯＮにする。そして、太陽電池電圧ＶｐｎがＶ１に達すると、インバータ装置４１を動作させ、開閉器４４をＯＮし、系統５と接続する。
　また、制御装置４０は、インバータ装置４１を停止するための停止処理を行う。地絡による停止以外の停止処理は、太陽電池ストリング１０への太陽光の照射がなくなる、例えば、日の入り時刻に開始される。また、太陽電池ストリング１０が太陽光を受けられる時間において、太陽ストリング１０の出力が低下した場合も当該停止処理が行われる。太陽電池電圧ＶｐｎがＶ２になるとインバータ装置４１の運転が停止する。そして、開閉器４４がＯＦＦになる。この時、開閉器４３はＯＮ状態である。これは、一時的な電圧の変動で直ちにインバータ装置４１への電力供給を停止しないためである。そして、太陽電池電圧Ｖｐｎが上記条件を満足すると、開閉器４３をＯＦＦする。
　地絡の発生を検出すると、直ちに、制御装置４０は、停止処理を行う。インバータ装置４１の制御を停止してインバータ装置４１を停止する。続いて、開閉器４４をＯＦＦして、パワーコンディショナ４と系統５との間の接続を切断し、安全性を確保する。そして、開閉器４３をＯＦＦし、インバータ装置４１と接続ケーブル３との間の接続を切断する。制御装置４０は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納すると共に、主制御装置６へも地絡の発生についての情報を通信路８を介して送信する。
　図５は、パワーコンディショナ４における制御装置４０の構成を示す機能ブロック図である。制御装置４０は、マイクロコンピュータで構成され、内部に、ＣＰＵ（中央演算装置）４０１、送信部４０３、受信部４０５、ＲＯＭ、ＲＡＭを備える記憶部４０４と、を備え、例えば、記憶部４０４のＲＯＭに地絡の検出、開閉器４３、４４の開閉制御、インバータ装置４１の駆動制御などこのパワーコンディショナ４の動作を制御するプログラムが格納されている。ＣＰＵ４０１は、地絡が発生した場合には、地絡の検出、インバータ装置４１の停止、開閉器４３、４４の遮断、異常を送信する等のプログラムを展開し、各種動作を制御する。送信部４０３は、通信路８を介して各種情報を主制御装置６へ送信する。受信部４０５は、通信路８から集電箱２の各太陽電池ストリング１０の出力電圧、開閉器２３のＯＮ／ＯＦＦ情報が与えられ、これら情報がＣＰＵ４０１に与えられ、インバータ装置４１の制御に用いられる。制御装置４０には、電圧検出器４７を介して各太陽電池ストリング１０の出力電圧が与えられる。又、地絡検出器４２からの出力はローパスフィルター（ＬＰＦ）４６にてノイズ成分が除去されて与えられる。
　制御部４０には、電源部４０２が設けられ、電源部４０２は、接続ケーブル３に接続され、太陽電池ストリング１０によって発電した電力の一部の供給を受ける。そして、電源部４０２は、ＣＰＵ４０１、送信部４０３、受信部４０５、記憶部４０４などに対し、電力を供給する。尚、この電源部４０２には、二次電池を備え、供給された電力により充電され、太陽電池ストリング１０が発電しない場合においても制御装置４０の動作が可能なように構成している。
　制御装置４０は、地絡等を検出した場合には、主制御装置６にパワーコンディショナ４を特定するために割り当てられたＩＤ番号と、地絡発生した日時の情報等を送信部４０３から通信路８へ送信し、主制御装置６へ送信される。
　図６は、主制御装置６の地絡発生情報を記録する機能の構成を示す機能ブロック図である。主制御装置６は、通信路８を介して複数の集電箱２、１つ以上のパワーコンディショナ４と通信可能に接続される。図示するように、主制御部６は、ＣＰＵ６０１、電源部６０２、受信部６０３、記憶部６０４、出力部６０５を備える。
　受信部６０３は、各集電箱２、パワーコンディショナ４から通信路８を介して通知データを受け取り、受信されたデータをＣＰＵ６０１に与える。記憶部６０４は、この主制御装置の各種動作を行うプログラムが格納されると共に、通知データに含まれる各集電箱２、パワーコンディショナ４の識別番号、測定日時、測定結果を記憶する。
　ＣＰＵ６０１は、受信したデータを記憶部６０４に格納するとともに、地絡等の異常を出力部６０５に与える。
　出力部６０５は、地絡情報を液晶表示装置(ＬＣＤ)やスピーカに出力する。メンテナンスを行う人は、この主制御装置６の出力装置６０５に表示された情報により、どの集電箱２、パワーコンディショナ４に地絡が発生したかを確認できる。電源部６０２は、ＣＰＵ６０１、受信部６０３、記憶部６０４、出力部６０５などに対し、電力を供給する。尚、この電源部６０２には、二次電池を備えてもよい。
　上記した出力部６０５の情報に従って、メンテナンス作業を行うべき箇所を特定することができる。メンテナンスを行うものは、地絡が発生した集電箱２又はパワーコンディショナ４での作業が行うことができる。また、集電箱２の表示装置２５には、地絡が発生した太陽電池ストリング１０の情報とその太陽電池ストリング１０と接続する開閉器２３がＯＦＦ状態であるかが表示されている。この表示に従い作業を行うことで太陽電池ストリング１０の交換作業を安全且つ迅速に行うことができる。
　次に、この発明の集電箱２の制御装置２０における地絡検出処理について図７のフローチャートに従い説明する。
　各開閉器２３と太陽電池ストリング１０の間に設けられた地絡検出器２２からの出力がローパスフィルター２６でノイズ分を低減して制御装置２０に与えられる。制御装置２０は、地絡検出器２２から検出出力を、例えば、１秒ごとに取り込む（ステップＳ１）。
　制御装置２０は、地絡検出器２２から１秒ごとに取り込んだ出力を所定回数になるまで記憶させ、これら検出出力の平均をとり、平均値と設定電圧（Ｐ）により、地絡が発生したか否か判断する地絡検出処理を行う（ステップＳ２）。この地絡検出処理ついては、図８のフローチャートに従い後述する。そして、ステップＳ３に進み、地絡が発生していない場合には、ステップＳ１に戻り、前述の動作を繰り返す。
　制御装置２０は、地絡が発生と判断すると、地絡が発生した太陽電池ストリング１０を特定する（ステップＳ４）。地絡が発生している太陽電池ストリング１０に接続されている開閉器２３をＯＦＦ、すなわち、回路を遮断するように制御する（ステップＳ５）。
　続いて、制御装置２０は、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報を内部の記憶部２０４に格納する(ステップＳ６)。そして、集電箱２の情報、地絡の発生並びに地絡の発生した太陽電池ストリング１０についての情報を送信部２０３から通信路８を介して主制御装置６へ送信する（ステップＳ７）。そして、その情報を表示装置２５に表示させて（ステップＳ８）、地絡処理を終了する。
　次に、制御装置における地絡検出処理ルーチンについて、図８に従い説明する。
　まず、制御装置２０には、地絡検出器２２からの出力により地絡が発生したか否かを判定するための設定電圧（Ｐ）が与えられる。この設定電圧（Ｐ）により、検出感度が決定される。この設定電圧（Ｐ）は、システムや通電される電流などを考慮して決められる。例えば、この設定電圧（Ｐ）を１０とする。一度の地絡検出器２２からの出力で制御装置２０が地絡判断すると、突発的なノイズなどで検出誤動作が生じることがある。そこで、この実施形態においては、何回か入力された検出出力の平均値をとり、この平均値と上記設定電圧（Ｐ）を比較して地絡の有無を判断するようにしている。このため、制御装置２０は、例えば、１秒ごとに地絡検出器２２からの検出出力を取り込み、その検出出力を所定回記憶させて、それらの平均値を算出する。また、地絡検出器２２からの検出出力は、地絡は発生していないが、ケーブル等が劣化すると徐々に大きくなる。そこで、この実施形態では、検出した検出出力により、信号の平均回数を調整することで検出感度を調整している。例えば、検出出力が大きくなる毎に、平均回数を減らし、検出感度を上げる。このため、まず、今検出しようとする検出値（Ｄ）の平均値（Ｄ）を算出する（Ｓ２１）。この実施形態では、この検出値（Ｄ）の値により、平均回数を調整する。最初の検出値（Ｄ）は、最も検出電圧（Ｄ）が高かった時と同じ回数検出出力を取り込み、その平均値（Ｄ）を算出する（ステップＳ２１）。この実施形態は、５回分の検出出力の平均を算出し検出値（Ｄ）としている。
　続いて、検出出力が一番低く設定した値（Ａ）以下であるか否か判断する（ステップＳ２２）。この値（Ａ）は、例えば、設定電圧（Ｐ）の１／２とする。設定電圧（Ｐ）の１／２程度であれば、ケーブル等の劣化は殆どないので、検出感度を低くしていても問題が少ない。すなわち、ノイズ等により検出電圧が大きくなっても平均化されると設定電圧（Ｐ）未満になる場合が多い。そこで、ここでは、１秒ごとに地絡検出器２２から与えられる検出出力を２０回記憶装置に蓄え、その平均値（Ｄ１）を算出する（ステップＳ２３）。
　制御装置２０は、算出した平均値（Ｄ１）と設定電圧（Ｐ）とを比較し、平均値（Ｄ１）が設定電圧（Ｐ）以上であるか否か判断する（ステップＳ２４）。設定電圧（Ｐ）未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
　一方、設定電圧（Ｐ）以上であると、地絡が発生と判断し（ステップＳ２５）、このルーチンを終了する。
　ステップＳ２２で検出出力が一番低く設定した値（Ａ）を越えると判断されると、ステップＳ２６に進む（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において、検出出力（Ｄ）がＡより大きくＢ以下であるか否か判断する。この値（Ｂ）は、例えば、設定電圧（Ｐ）の７／１０とする。この範囲に検出出力が入る場合には、ケーブル等の劣化が少し生じている場合がある。そのため、Ａ以下の場合よりは、検出感度を上げる。そこで、ここでは、１秒ごとに地絡検出器２２から与えられる検出出力を１０回記憶装置に蓄え、その平均値（Ｄ２）を算出する（ステップＳ２７）。なお、この範囲に入っていることは少しケーブル等に劣化がある場合があるので、近い将来にメンテナンスが必要であるなどの通知をすれば、急な地絡発生等の異常を防止することができる。
　制御装置２０は、算出した平均値（Ｄ２）と設定電圧（Ｐ）を比較し、平均値（Ｄ２）が設定電圧（Ｐ）以上であるか否か判断する（ステップＳ２８）。設定電圧（Ｐ）未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
　一方、設定電圧（Ｐ）以上であると、地絡が発生と判断し（ステップＳ２９）、このルーチンを終了する。
　ステップＳ２６で検出出力が設定した値（Ｂ）を越えると判断されると、ステップＳ３０に進む。値（Ｂ）越えると、ケーブル等の劣化が生じている可能性が大きい。そのため、更に、検出感度を上げる。そこで、ここでは、１秒ごとに地絡検出器２２から与えられる検出出力を５回記憶装置に蓄え、その平均値（Ｄ３）を算出する（ステップＳ３０）。なお、この範囲に入っていることはケーブル等に劣化がある場合が多いので、メンテナンスが必要であるなどの通知を行うことで、急な地絡発生等の異常を防止することができる。
　制御装置２０は、算出した平均値（Ｄ３）と設定電圧（Ｐ）を比較し、平均値（Ｄ３）が設定電圧（Ｐ）以上であるか否か判断する（ステップＳ３１）。設定電圧（Ｐ）未満であると、地絡が発生していないと判断し、このルーチンを終了する。
　一方、設定電圧（Ｐ）以上であると、地絡が発生と判断し（ステップＳ３２）、このルーチンを終了する。
　このように、設定電圧（Ｐ）と検出値（Ｄ）により、信号の取り込む回数を調整する。そして、検出値（Ｄ）が大きくなる毎に、段階的に検出感度を上げることで、誤検出を防ぐと共に地絡の検出も適切に行うことができる。
　次に、この発明のパワーコンディショナ４の制御装置４０における地絡検出処理について図９のフローチャートに従い説明する。
　地絡検出器４２からの出力がローパスフィルター（ＬＰＦ）４６でノイズ分を低減して制御装置４０に与えられる。制御装置４０は、地絡検出器４２から検出出力を、例えば、１秒ごとに取り込む（ステップＳ１１）。
　制御装置４０は、地絡検出器４２からの１秒ごとに取り込んだ出力を所定回数なるまで記憶させ、これら検出出力の平均をとり、平均値と設定電圧（Ｐ）により、地絡が発生したか否か判断する地絡検出処理を行う（ステップＳ１２）。この地絡検出処理ついては、前述した図８のフローチャートと同様の処理が行われる。尚、設定電圧（Ｐ）は、接続ケーブル３等のノイズを考慮して設定されるので、集電箱２における設定電圧とは異なり、この設定電圧の方が高く設定され、感度は低くなっている。
　制御装置４０は、地絡検出器４２からの出力により、地絡が発生したか否か判断する（ステップＳ１３）。地絡が発生していない場合には、ステップＳ１１に戻り、前述の動作を繰り返す。
　制御装置４０は、地絡が発生したことを検出すると、インバータ装置４１の制御を停止してインバータ装置４１を停止する（ステップＳ１４）。続いて、開閉器４４をＯＦＦして、パワーコンディショナ４と系統５との間の接続を切断する（ステップＳ１５）。そして、開閉器４３をＯＦＦし、インバータ装置４１と接続ケーブル３との間の接続を切断する(ステップＳ１６)。
　続いて、制御装置４０は、地絡の発生についての情報を内部の記憶装置に格納する(ステップＳ１７)。そして、地絡の発生を通信路８に送信する（ステップＳ１８）。この情報が通信路８を介して主制御装置６へ送信される。
　次に、この発明の他の実施形態につき、図１０を参照して説明する。図１０は、この発明の他の実施形態の太陽光発電装置の主たる構成を示す模式図である。上記した実施形態においては、地絡検出器２２、地絡検出器４２は、差電流を出力し、それぞれの制御装置２０、４０で地絡の発生の有無を判断している。これに対して、この図１０に示すものは、地絡検出器で地絡の有無を判断し、地絡が発生したときに制御装置に地絡発生を知らせる信号を送信するものである。
　この図１０に示す地絡検出器２２’は、電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出し、検出結果が設定された検出感度の値と比較し、検出感度の値以上であった場合には、地絡である旨の信号を制御装置２０へ出力する。この地絡検出器２２’の検出感度は、太陽電池ストリング１０からのケーブル等に重畳されるノイズに対応して設定される。制御装置２０は、地絡検出器２２’の出力により、どの太陽電池ストリング１０に地絡が発生したかを検出することができる。地絡の発生を検出した後の制御装置２０の制御は前述の実施形態と同様に行われる。
　同じく地絡検出器４２’は、接続ケーブル３の電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出し、検出結果が設定された検出感度の値と比較し、検出感度の値以上であった場合には、地絡である旨の信号を制御装置４０へ出力する。この地絡検出器４２’の検出感度は、集電箱２からパワーコンディショナ４までの接続ケーブル３等に重畳されるノイズに対応して設定される。地絡の発生を検出した後の制御装置４０の制御は前述の実施形態と同様に行われる。
　パワーコンディショナ４には、複数の集電箱２からの出力が纏められて与えられるため、接続ケーブル３の長さも集電箱２との距離により異なる。そして、接続ケーブル３の長さも長くなる。地絡検出器４２’に与えられる電力には、接続ケーブル３などからノイズが重畳される。このため、地絡検出器４２’の検出感度はノイズを考慮して決める必要がある。集電箱２に用いた地絡検出器２２’とパワーコンディショナ４に用いた地絡検出器４２’とは、線路の長さ並びに線路が配置される場所が全く異なることから、その線路に重畳されるノイズが異なる。ノイズが異なることから、ノイズを考慮した検出感度は、両地絡検出器２２’、４２’で異なることになる。
　上記したように、地絡検出は、地絡検出器自体で検出する方法と、差電流を検出し、制御装置で地絡の有無を判断する方法とがある。地絡検出器としては、両方の方法を含む。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　太陽電池ストリング
　２　集電箱
　２０　制御装置
　２２　集電箱側検出器
　２３　開閉器
　２０　制御装置
　３　接続ケーブル
　４　パワーコンディショナ
　４０　制御装置
　４２　検出器
　４３　開閉器

Claims (8)

  1. 　複数の太陽電池ストリングからの電力を集電する太陽光発電用集電箱であって、
    　各太陽電池ストリングの地絡を検出する検出器と、
    　前記太陽電池ストリングのそれぞれに対応して設けられ、前記太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間に配置される開閉器と、
    　前記検出器の検出結果に応じて前記開閉器の開閉を制御する制御装置と、を有し、
    　前記制御装置は、前記検出器で地絡を検出すると該当する太陽電池ストリングの前記開閉器を遮断し、太陽電池ストリングと接続ケーブルとの間の接続を遮断することを特徴とする太陽光発電用集電箱。
  2. 　前記制御装置は、マイコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用集電箱。
  3. 　情報を表示する表示部を備え、前記制御装置は、前記検出部で地絡を検出すると前記表示部へ地絡発生情報を表示させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用集電箱。
  4. 　前記制御装置は、前記表示部へ前記地絡発生情報と共に対応する前記太陽電池ストリングの情報を表示させることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電用集電箱。
  5. 　前記制御装置は、前記表示部へ前記太陽電池ストリングに対応する前記開閉器のＯＦＦ情報を表示させることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電用集電箱。
  6. 　通信路と接続する装置を備え、前記制御装置は、前記検出部で地絡を検出すると前記通信路へ地絡発生情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用集電箱。
  7. 　前記検出器は、電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出し、検出結果が設定された検出感度の値と比較し、検出感度の値以上であった場合には、地絡である旨の信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用集電箱。
  8. 　前記検出器は、電流の往路及び復路のケーブルに流れる差電流を検出する差電流検出器と、この差電流検出器からの出力を検出結果が設定された検出感度の値と比較する手段とを、備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用集電箱。
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