WO2021024339A1 - 太陽光発電システム - Google Patents

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WO2021024339A1
WO2021024339A1 PCT/JP2019/030661 JP2019030661W WO2021024339A1 WO 2021024339 A1 WO2021024339 A1 WO 2021024339A1 JP 2019030661 W JP2019030661 W JP 2019030661W WO 2021024339 A1 WO2021024339 A1 WO 2021024339A1
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WO
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solar cell
cell module
group
inverter
generation system
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PCT/JP2019/030661
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English (en)
French (fr)
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遼 小倉
エリカ マーティン
遠藤　智子
内田　強士
英治 村岡
英明 小島
Original Assignee
オムロン株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • H02S40/30—Electrical components
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    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/36—Electrical components characterised by special electrical interconnection means between two or more PV modules, e.g. electrical module-to-module connection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic power generation system.
  • Patent Document 1 discloses a photovoltaic power generation system that stops the output of electric power from the solar cell module to the inverter according to the operating state of the inverter.
  • a shutoff device having a rapid shutdown function for each solar cell module.
  • the installation cost of the breaking device becomes high.
  • An object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation system capable of reducing the installation cost of a shutoff device and improving safety in the photovoltaic power generation system.
  • the photovoltaic power generation system includes a string, an inverter, and a breaking device.
  • a string a plurality of solar cell modules are connected in series.
  • the inverter is connected to the string and converts the DC power output from the solar cell module into AC power.
  • the breaking device is arranged at a plurality of intermediate points of the string and cuts off the voltage output from the solar cell module in response to the control signal from the inverter.
  • the breaking devices are arranged at a plurality of intermediate points of the string, one breaking device is used when the voltage output from the solar cell module is cut in response to the control signal from the inverter. Can shut down multiple solar cell modules at once. As a result, the installation cost of the breaking device can be reduced as compared with the case where the breaking device is installed for each solar cell module. Further, it is possible to provide a solar power generation system having higher safety than the case where the solar cell module and the inverter are shut off in string units.
  • the string may include a plurality of solar cell module groups each including a plurality of solar cell modules.
  • the plurality of solar cell module groups may include at least a first group, a second group connected to the first group, and a third group connected to the second group.
  • the first group may include at least a first solar cell module connected to the second group and a second solar cell module connected to the first solar cell module among the plurality of solar cell modules.
  • the second group may include at least a third solar cell module connected to the first solar cell module and a fourth solar cell module connected to the third group among the plurality of solar cell modules.
  • the third group may include at least a fifth solar cell module connected to the fourth solar cell module among the plurality of solar cell modules.
  • the breaking device outputs from the first breaking device and the fourth solar cell module that cut off the connection between the first solar cell module and the third solar cell module by cutting off the voltage output from the first solar cell module.
  • a second cutoff device that cuts off the connection between the fourth solar cell module and the fifth solar cell module by cutting off the voltage to be generated may be included. Also in this case, the same effect as the above-mentioned effect can be obtained.
  • the first blocking device may be connected to a first electric circuit connecting the first solar cell module and the second solar cell module, and a second electric circuit connecting the first solar cell module and the third solar cell module. ..
  • the second blocking device connects the third electric circuit connecting the solar cell module connected to the fourth solar cell module and the fourth solar cell module in the second group, and the fourth solar cell module and the fifth solar cell module. It may be connected to the fourth electric circuit. In this case, the wiring connecting the breaking device and the solar cell module becomes short and simple.
  • the first shutoff device may be driven by the electric power generated by the first solar cell module.
  • the second cutoff device may be driven by the electric power generated by the fourth solar cell module.
  • the inverter may output a control signal to the cutoff device by power line communication.
  • the additional wiring for ensuring the communication between the inverter and the breaking device can be omitted, so that the installation cost of the breaking device can be reduced. be able to.
  • the blocking device may be externally attached to the solar cell module.
  • the shutoff device can be easily installed in the existing photovoltaic power generation system.
  • the cutoff device may include a signal receiver for receiving a signal from the inverter and a bypass circuit for the signal receiver to receive the signal from the inverter when the connection between the solar cell module groups is cut off. .. In this case, when the voltage output from the solar cell module is in the cutoff state, the cutoff state can be released in response to the signal from the inverter.
  • a photovoltaic power generation system in a photovoltaic power generation system, it is possible to provide a photovoltaic power generation system that can both reduce the installation cost of a shutoff device and improve safety.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a photovoltaic power generation system according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the blocking device.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the regulator.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an operation mode of the breaking device.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the blocking device.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the photovoltaic power generation system 1 according to one aspect of the present invention.
  • the photovoltaic power generation system 1 includes a string 2, an inverter 3, and a plurality of breaking devices 4a to 4c.
  • the string 2 includes a plurality of solar cell modules 5 connected in series with each other.
  • the string 2 in this embodiment is composed of 16 solar cell modules 5 including the solar cell modules 5a to 5h.
  • the string 2 includes a plurality of solar cell module groups including each of the plurality of solar cell modules 5.
  • the string 2 includes a plurality of solar cell module groups in which the plurality of solar cell modules 5 are divided into three or more groups.
  • the string 2 in the present embodiment includes solar cell module groups 5A to 5D in which a plurality of solar cell modules 5 are divided into four groups.
  • the solar cell module groups 5A to 5D will be described as groups 5A to 5D.
  • the solar cell module 5a is an example of the first solar cell module.
  • the solar cell module 5b is an example of the second solar cell module.
  • the solar cell module 5c is an example of a third solar cell module.
  • the solar cell module 5d is an example of the fourth solar cell module.
  • the solar cell module 5e is an example of the fifth solar cell module.
  • Group 5A is connected to group B.
  • Group 5A includes at least a solar cell module 5a and a solar cell module 5b among the plurality of solar cell modules 5.
  • the solar cell module 5a is connected to the group 5B.
  • the solar cell module 5b is connected to the solar cell module 5a.
  • the group 5A in the present embodiment is composed of four solar cell modules 5 including the solar cell modules 5a and 5b.
  • Group B is located between Group A and Group C and is connected to Group A and Group C.
  • Group 5B includes at least a solar cell module 5c and a solar cell module 5d among the plurality of solar cell modules 5.
  • the solar cell module 5c is connected to the solar cell module 5a.
  • the solar cell module 5d is connected to the group 5C.
  • Group 5B in the present embodiment includes four solar cell modules including the solar cell modules 5c and 5d, two solar cell modules 5 arranged between the solar cell modules 5c and the solar cell module 5d, and four solar cell modules. It is composed of 5.
  • Group C is located between Group B and Group D and is connected to Group B and Group D.
  • Group 5C includes at least a solar cell module 5e and a solar cell module 5f among the plurality of solar cell modules 5.
  • the solar cell module 5e is connected to the solar cell module 5d.
  • the solar cell module 5f is connected to the group 5D.
  • Group 5C in the present embodiment includes four solar cell modules including a solar cell module 5e, 5f, two solar cell modules 5 arranged between the solar cell module 5e and the solar cell module 5f, and four solar cell modules. It is composed of 5.
  • Group D is connected to Group C.
  • Group D includes a solar cell module 5g and a solar cell module 5h among the plurality of solar cell modules 5.
  • the solar cell module 5g is connected to the solar cell module 5f.
  • the solar cell module 5h is connected to the solar cell module 5g.
  • Group 5D in this embodiment is composed of four solar cell modules 5 including solar cell modules 5g and 5h.
  • each of the groups 5A to 5D includes four solar cell modules 5 connected in series.
  • the photovoltaic power generation system 1 may include a solar cell array in which a plurality of strings 2 are connected in parallel.
  • the solar cell module 5 receives sunlight to generate electric power, and outputs the generated electric power to the inverter 3.
  • the open circuit voltage of the solar cell module 5 is, for example, 50V.
  • the inverter 3 is connected to the string 2 via the power line 6.
  • the inverter 3 converts the DC power output from the solar cell module 5a into AC power.
  • the inverter 3 is connected to the power system 7 and supplies AC power to the commercial power system and the load device.
  • the inverter 3 includes a DC / DC converter 3a, a DC / AC inverter 3b, and a control unit 3c.
  • the DC / DC converter 3a converts the voltage of the electric power output from the solar cell module 5 into a predetermined voltage and inputs it to the DC / AC inverter 3b.
  • the DC / AC inverter 3b converts the DC power output from the solar cell module 5 into AC power via the DC / DC converter 3a.
  • the control unit 3c includes a CPU, a memory, and the like, and controls the DC / DC converter 3a and the DC / AC inverter 3b. Further, the control unit 3c outputs a control signal to the cutoff devices 4a to 4c by power line communication.
  • the breaking devices 4a to 4c are arranged at a plurality of intermediate points of the string 2 and cut off the voltage output from the solar cell module 5 in response to the control signal from the inverter 3.
  • the intermediate point here means an electric circuit to which the solar cell modules 5 are connected to each other.
  • the breaking devices 4a to 4c are externally attached to the solar cell module 5.
  • Bypass diodes are not provided in the breaking devices 4a to 4c. Therefore, when the voltage output from the solar cell module 5a is cut off by the cutoff devices 4a to 4c, the voltage input to the inverter 3 is cut off.
  • the cutoff device 4a cuts off the connection between the solar cell module 5a and the solar cell module 5c by cutting off the voltage output from the solar cell module 5a. As a result, the connection between the group A and the group B is cut off.
  • the blocking device 4a is connected to an electric circuit 8a that connects the solar cell module 5a and the solar cell module 5b, and an electric circuit 8b that connects the solar cell module 5a and the solar cell module 5c.
  • the cutoff device 4a is driven by the electric power generated by the solar cell module 5a.
  • the cutoff device 4b cuts off the connection between the solar cell module 5d and the solar cell module 5e by cutting off the voltage output from the solar cell module 5d. As a result, the connection between the group B and the group C is cut off.
  • the blocking device 4b includes an electric circuit 8c that connects the solar cell module 5 and the solar cell module 5d connected to the solar cell module 5d in group B, and an electric path 8d that connects the solar cell module 5d and the solar cell module 5e. Is connected to.
  • the cutoff device 4b is driven by the electric power generated by the solar cell module 5d.
  • the cutoff device 4c cuts off the connection between the solar cell module 5f and the solar cell module 5g by cutting off the voltage output from the solar cell module 5f. As a result, the connection between the group C and the group D is cut off.
  • the cutoff device 4c has an electric path 8e for connecting the solar cell module 5 and the solar cell module 5f connected to the solar cell module 5f in group C, and an electric path 8f for connecting the solar cell module 5f and the solar cell module 5g. It is connected.
  • the cutoff device 4c is driven by the electric power generated by the solar cell module 5f.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the blocking device 4a.
  • the breaking device 4a includes a regulator 11, a signal receiving unit 12, a relay control unit 13, a relay 14a, and a bypass circuit 15.
  • the regulator 11 uses the electric power generated by the solar cell module 5a as a power source to generate a drive power source for driving the cutoff device 4a, and supplies a stable drive power source to the cutoff device 4a.
  • the electric power generated by the single solar cell module 5 solar cell module 5a
  • the drive voltage range of the regulator 11 can be suppressed to a small size, so that the manufacturing cost of the breaking device 4a can be suppressed.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the regulator 11.
  • the configuration of the regulator 11 is a well-known configuration, and is an input terminal 21a, 21b, an output terminal 22a, 22b, a line filter 23, a capacitor 24, 25, a booster circuit 26, a switching element 27, a control circuit 28, a transformer 29, and a diode 30. , DC / DC converter 31, feedback circuit 32 and the like.
  • the signal receiving unit 12 receives the control signal from the control unit 3c of the inverter 3 and outputs the received control signal to the relay control unit 13. Specifically, the signal receiving unit 12 receives the control signal from the control unit 3c of the inverter 3 via the signal detecting unit 16 that detects the control signal from the control unit 3c of the inverter 3.
  • the relay control unit 13 controls the current value flowing through the coil of the relay 14a based on the signal output from the signal reception unit 12, and controls the opening and closing of the contacts of the relay 14a.
  • the relay 14a is arranged in the electric circuit 8b.
  • the relay 14a is, for example, a mechanical relay in which contacts are connected in series, and can open and close a high-voltage direct current.
  • the contacts of the relay 14a are always in the open state. Therefore, when the breaking device 4a is not driven, the connection between the group 5A and the group B is cut off.
  • the bypass circuit 15 is a circuit for allowing the signal receiving unit 12 to receive the control signal from the control unit 3c when the breaking device 4a is in the breaking state.
  • the signal receiving unit 12 can receive the control signal from the control unit 3c via the bypass circuit 15.
  • the configuration of the blocking device 4b and the blocking device 4c is the same as that of the blocking device 4a except that the connected electric circuit is different from the blocking device 4a, and thus the description thereof will be omitted.
  • the operation modes of the shutoff devices 4a to 4c include three operation modes of a start mode, an active mode, and a safety mode.
  • the safety mode includes a normal shutoff mode and an emergency safety shutoff mode. Therefore, the shutoff devices 4a to 4c operate in four operation modes: a start mode, an active mode, a normal shutoff mode, and an emergency safety shutoff mode.
  • the start mode is a mode when sunlight begins to hit the solar cell module 5.
  • the solar cell module 5 receives sunlight to generate electric power.
  • the shutoff device 4a is driven by the drive power source generated by the regulator 11 from the electric power generated by the solar cell module 5a.
  • the relay control unit 13 receives the control signal from the control unit 3c of the inverter 3 via the signal reception unit 12, the relay control unit 13 connects the contacts of the relay 14a as shown in FIG. Control to close.
  • the cutoff device 4b is driven by the electric power generated by the solar cell module 5d, and closes the contacts of the relay 14b arranged in the electric circuit 8d in response to the control signal from the control unit 3c of the inverter 3.
  • the cutoff device 4c is driven by the electric power generated by the solar cell module 5f, and closes the contacts of the relay 14c arranged in the electric circuit 8f in response to the control signal from the control unit 3c of the inverter 3.
  • the groups 5A to 5D are connected via the breaking devices 4a to 4c, and the electric power generated by each solar cell module 5 including the solar cell modules 5a to 5h is output to the inverter 3.
  • the active mode is a state in which the solar cell module 5 receives sunlight during the day to generate electricity, which is substantially the same as the start mode. Therefore, in the active mode, the groups 5A to 5D are in a state of being connected via the breaking devices 4a to 4c, and the electric power generated by the solar cell module 5 is output to the inverter 3.
  • the normal cutoff mode is a mode when the solar cell module 5 is not receiving sunlight at night or due to the influence of weather such as rain. Therefore, in the normal cutoff mode, power is not generated by the solar cell module 5, and drive power is not supplied from the solar cell module 5a to the cutoff device 4a. Similarly, no drive power is supplied to the cutoff device 4b and the cutoff device 4c. Therefore, in the normal cutoff mode, the connection between the groups 5A to 5D is cut off. In this embodiment, power is supplied to the inverter 3 from the AC power supply, and the control signal is always output from the control unit 3c of the inverter 3 except in the emergency safety cutoff mode.
  • the relay 14a operates on / off according to the power supplied from the solar cell module 5a. ..
  • the emergency safety cutoff mode is a mode in which the connection between the groups 5A to 5D is cut off during the start mode or the active mode to stop the output of electric power from the solar cell module 5 to the inverter 3.
  • the operation switch 35 when the operation switch 35 is connected to the inverter 3 and the operation switch 35 is operated while the shutoff devices 4a to 4c are in the start mode or the active mode, the shutoff is performed.
  • the operation mode of the devices 4a to 4c is switched to the emergency safety cutoff mode.
  • the control unit 3c stops the output of the control signal.
  • the signal detection unit 16 detects that the control signal is stopped for a certain period of time, the contacts of the relays 14a to 14c are opened as shown in FIG. 1 via the signal reception unit 12 and the relay control unit 13. As a result, the voltages output from all the solar cell modules 5 are cut off, and the connections between the groups 5A to 5D are cut off.
  • the blocking devices 4a to 4c when the operation mode of the blocking devices 4a to 4c is the emergency safety shutoff mode, the blocking devices 4a to 4c can shut off the plurality of solar cell modules 5. Therefore, the installation cost of the breaking device can be reduced as compared with the case where the breaking device is installed for each solar cell module 5. Further, it is possible to provide a solar power generation system having higher safety than the case where the solar cell module 5a and the inverter 3 are cut off by the string 2 unit. Specifically, when the open circuit voltage of the solar cell module 5 is 50 V, the open circuit voltage for each group 5A to 5D in the present embodiment is 200 V, and the open circuit voltage of the string 2 is 800 V.
  • the solar cell module 5 continues to generate power after the connection between the groups 5A to 5D is cut off, the voltage of each group 5A to 5D becomes 200V at the maximum, and the connection with the inverter 3 is cut off in units of strings 2. It will be safer than if you did.
  • the photovoltaic power generation system 1 it is possible to secure communication with the drive power supply of the cutoff devices 4a to 4c and the inverter 3 by using the power line 6.
  • the breaking devices 4a to 4c are installed in the existing photovoltaic power generation system, additional wiring for connecting the inverter 3 and the breaking devices 4a to 4c is not required. Therefore, it is possible to reduce the installation cost when installing the shutoff devices 4a to 4c in the existing photovoltaic power generation system.
  • the cutoff devices 4a to 4c need only be connected to one solar cell module 5, the wiring is shorter and simpler than the case where the cutoff devices 4a to 4c are connected to a plurality of solar cell modules 5. As a result, for example, it is possible to reduce the installation cost when installing the shutoff devices 4a to 4c in the existing photovoltaic power generation system, and to perform the construction with high flexibility.
  • bypass diode is omitted in the breaking devices 4a to 4c, the manufacturing cost of the breaking devices 4a to 4c can be suppressed.
  • the operation mode of the cutoff devices 4a to 4c can be switched from the emergency safety cutoff mode to the start mode according to the control signal of the control unit 3c.
  • each of the groups 5A to 5D includes four solar cell modules 5, but the number of solar cell modules 5 is not limited to the above embodiment. Further, each of the groups 5A to 5D does not necessarily include the same number of solar cell modules 5. For example, group 5A may include four solar cell modules 5 and group 5B may include five solar cell modules 5.
  • the string 2 includes four groups 5A to 5D, but the number of groups is not limited to the above embodiment.
  • string 2 may include five groups.
  • the arrangement and the number of the blocking devices 4a to 4c are not limited to the above-described embodiment.
  • switching to the emergency safety shutoff mode is performed by operating the operation switch 35, but switching from the start mode or the active mode to the emergency safety shutoff mode is not limited to the above embodiment.
  • the photovoltaic power generation system 1 may be provided with a sensor that detects the output state of the solar cell module 5.
  • the control unit 3c of the inverter 3 stops the control signal when an abnormality is detected from the output state of the solar cell module 5 detected by the sensor, and the cutoff devices 4a to 4c cut off the connection between the groups 5A to 5D. You may.
  • a fire alarm or fire alarm is connected to the inverter 3, and when the inverter 3 receives a signal from the fire alarm or fire alarm, the control signal from the control unit 3c is stopped to stop the shutoff device 4a.
  • the connection between groups 5A to 5D may be blocked by ⁇ 4c.
  • a photovoltaic power generation system in a photovoltaic power generation system, it is possible to provide a photovoltaic power generation system that can both reduce the installation cost of a shutoff device and improve safety.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

太陽光発電システムは、ストリングと、インバータと、遮断装置と、を備える。ストリングは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続されている。インバータは、ストリングに接続され、太陽電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換する。遮断装置は、ストリングの複数の中間点に配置され、インバータからの制御信号に応じて太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断する。

Description

太陽光発電システム
　　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、遮断装置と、を備える。ストリングは、複数の太陽電池モジュールが直列に接続されている。インバータは、ストリングに接続され、太陽電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換する。遮断装置は、ストリングの複数の中間点に配置され、インバータからの制御信号に応じて太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断する。
　この太陽光発電システムでは、遮断装置がストリングの複数の中間点に配置されているので、インバータからの制御信号に応じて太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断したときに、１個の遮断装置で複数の太陽電池モジュールをまとめて遮断することができる。これにより、太陽電池モジュール毎に遮断装置を設置する場合に比べて、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、ストリング単位で太陽電池モジュールとインバータとを遮断する場合に比べて、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。
　ストリングは、複数の太陽電池モジュールをそれぞれ含む複数の太陽電池モジュールグループを含んでもよい。複数の前記太陽電池モジュールグループは、第１グループ、第１グループに接続される第２グループ、及び第２グループに接続される第３グループを少なくとも含んでもよい。第１グループは、複数の太陽電池モジュールのうち、第２グループに接続される第１太陽電池モジュールと、第１太陽電池モジュールに接続される第２太陽電池モジュールと、を少なくとも含んでもよい。第２グループは、複数の太陽電池モジュールのうち、第１太陽電池モジュールに接続される第３太陽電池モジュールと、第３グループに接続される第４太陽電池モジュールと、を少なくとも含んでもよい。第３グループは、複数の太陽電池モジュールのうち、第４太陽電池モジュールに接続される第５太陽電池モジュールを少なくとも含んでもよい。遮断装置は、第１太陽電池モジュールにから出力される電圧を遮断することによって第１太陽電池モジュールと第３太陽電池モジュールとの接続を遮断する第１遮断装置と、第４太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断することによって第４太陽電池モジュールと第５太陽電池モジュールとの接続を遮断する第２遮断装置と、を含んでもよい。この場合においても、前述した効果と同様の効果を得ることができる。
　第１遮断装置は、第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールを接続する第１電路と、第１太陽電池モジュールと第３太陽電池モジュールとを接続する第２電路とに接続されてもよい。第２遮断装置は、第２グループにおいて第４太陽電池モジュールに接続される太陽電池モジュールと第４太陽電池モジュールを接続する第３電路と、第４太陽電池モジュールと第５太陽電池モジュールとを接続する第４電路とに接続されてもよい。この場合は、遮断装置と太陽電池モジュールとを接続する配線が短くかつ簡易になる。
　第１遮断装置は、第１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。第２遮断装置は、第４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遮断装置を設置するときにおいて、インバータと遮断装置とを接続して遮断装置の電源を確保する必要がない。これにより、インバータと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ので、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、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、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遮断装置に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遮断装置を設置するときに、インバータと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、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。
　遮断装置は、太陽電池モジュールに外付けされてもよい。この場合は、既存の太陽光発電システムへの遮断装置の設置が容易にできる。
　遮断装置は、インバータからの信号を受信する信号受信部と、太陽電池モジュールグループ間の接続が遮断された状態において信号受信部がインバータからの信号を受信するためのバイパス回路と、を含んでもよい。この場合は、太陽電池モジュールから出力される電圧が遮断された状態にあるときに、インバータからの信号に応じて、遮断状態を解除することができる。
　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、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、遮断装置の動作モードの一例を説明する図である。 図５は、遮断装置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、複数の遮断装置４ａ～４ｃ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５を含む。本実施形態におけるストリング２は、太陽電池モジュール５ａ～５ｈを含めた１６個の太陽電池モジュール５で構成されている。ストリング２は、複数の太陽電池モジュール５をそれぞれ含む複数の太陽電池モジュールグループを含む。詳細には、ストリング２は、複数の太陽電池モジュール５を３以上のグループに分割した複数の太陽電池モジュールグループを含む。本実施形態におけるストリング２は、複数の太陽電池モジュール５を４個のグループに分割した太陽電池モジュールグループ５Ａ～５Ｄを含む。なお、以下からの説明を分かり易くするために、太陽電池モジュールグループ５Ａ～５Ｄをグループ５Ａ～５Ｄとして説明する。
　なお、太陽電池モジュール５ａは、第１太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ｂは、第２太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ｃは、第３太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ｄは、第４太陽電池モジュールの一例である。太陽電池モジュール５ｅは、第５太陽電池モジュールの一例である。
　グループ５Ａは、グループＢに接続される。グループ５Ａは、複数の太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ａと、太陽電池モジュール５ｂと、を少なくとも含む。太陽電池モジュール５ａは、グループ５Ｂに接続される。太陽電池モジュール５ｂは、太陽電池モジュール５ａに接続される。図１に示すように、本実施形態におけるグループ５Ａは、太陽電池モジュール５ａ，５ｂを含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。
　グループＢは、グループＡとグループＣの間に位置し、グループＡとグループＣとに接続される。グループ５Ｂは、複数の太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ｃと、太陽電池モジュール５ｄと、を少なくとも含む。太陽電池モジュール５ｃは、太陽電池モジュール５ａに接続される。太陽電池モジュール５ｄは、グループ５Ｃに接続される。本実施形態におけるグループ５Ｂは、太陽電池モジュール５ｃ，５ｄと、太陽電池モジュール５ｃと太陽電池モジュール５ｄとの間に配置された２個の太陽電池モジュール５と、を含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。
　グループＣは、グループＢとグループＤの間に位置し、グループＢとグループＤとに接続される。グループ５Ｃは、複数の太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ｅと、太陽電池モジュール５ｆと、を少なくとも含む。太陽電池モジュール５ｅは、太陽電池モジュール５ｄに接続される。太陽電池モジュール５ｆは、グループ５Ｄに接続される。本実施形態におけるグループ５Ｃは、太陽電池モジュール５ｅ，５ｆと、太陽電池モジュール５ｅと太陽電池モジュール５ｆとの間に配置された２個の太陽電池モジュール５と、を含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。
　グループＤは、グループＣに接続される。グループＤは、複数の前記太陽電池モジュール５のうち、太陽電池モジュール５ｇと、太陽電池モジュール５ｈと、を含む。太陽電池モジュール５ｇは、太陽電池モジュール５ｆに接続される。太陽電池モジュール５ｈは、太陽電池モジュール５ｇに接続される。本実施形態におけるグループ５Ｄは、太陽電池モジュール５ｇ，５ｈを含めた４個の太陽電池モジュール５で構成されている。
　すなわち、本実施形態では、グループ５Ａ～５Ｄのそれぞれが直列に接続された４個の太陽電池モジュール５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。
　太陽電池モジュール５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。太陽電池モジュール５の開放電圧は、例えば、５０Ｖである。インバータ３は、電力線６を介してストリング２に接続される。インバータ３は、太陽電池モジュール５ａ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５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５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遮断装置４ａ～４ｃに制御信号を出力する。
　遮断装置４ａ～４ｃは、ストリング２の複数の中間点に配置され、インバータ３からの制御信号に応じて太陽電池モジュール５から出力される電圧を遮断する。ここでの中間点とは、太陽電池モジュール５同士が接続されている電路を意味する。遮断装置４ａ～４ｃは、太陽電池モジュール５に外付けされている。
　遮断装置４ａ～４ｃには、バイパスダイオードが設けられていない。このため、遮断装置４ａ～４ｃによって太陽電池モジュール５ａから出力される電圧が遮断されると、インバータ３に入力される電圧が遮断される。
　遮断装置４ａは、太陽電池モジュール５ａから出力される電圧を遮断することによって太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｃとの接続を遮断する。これにより、グループＡとグループＢとの接続が遮断される。遮断装置４ａは、太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｂを接続する電路８ａと、太陽電池モジュール５ａと太陽電池モジュール５ｃとを接続する電路８ｂとに接続されている。遮断装置４ａは、太陽電池モジュール５ａで発電される電力によって駆動される。
　遮断装置４ｂは、太陽電池モジュール５ｄから出力される電圧を遮断することによって太陽電池モジュール５ｄと太陽電池モジュール５ｅとの接続を遮断する。これにより、グループＢとグループＣとの接続が遮断される。遮断装置４ｂは、グループＢにおいて太陽電池太陽電池モジュール５ｄに接続される太陽電池モジュール５と太陽電池モジュール５ｄとを接続する電路８ｃと、太陽電池モジュール５ｄと太陽電池モジュール５ｅとを接続する電路８ｄとに接続されている。遮断装置４ｂは、太陽電池モジュール５ｄで発電される電力によって駆動される。
　遮断装置４ｃは、太陽電池モジュール５ｆから出力される電圧を遮断することによって太陽電池モジュール５ｆと太陽電池モジュール５ｇとの接続を遮断する。これにより、グループＣとグループＤとの接続が遮断される。遮断装置４ｃは、グループＣにおいて太陽電池モジュール５ｆに接続される太陽電池モジュール５と太陽電池モジュール５ｆとを接続する電路８ｅと、太陽電池モジュール５ｆと太陽電池モジュール５ｇとを接続する電路８ｆとに接続されている。遮断装置４ｃは、太陽電池モジュール５ｆで発電される電力によって駆動される。
　図２は、遮断装置４ａの構成を模式的に示すブロック図である。遮断装置４ａは、レギュレータ１１と、信号受信部１２と、リレー制御部１３と、リレー１４ａと、バイパス回路１５と、を含む。
　レギュレータ１１は、太陽電池モジュール５ａで発電された電力を電源として遮断装置４ａを駆動させる駆動電源を生成し、遮断装置４ａに安定した駆動電源を供給する。ここでは、単一の太陽電池モジュール５（太陽電池モジュール５ａ）で発電された電力のみを利用して遮断装置４ａの駆動電源を生成する。これにより、レギュレータ１１の駆動電圧範囲を小さく抑えることができるので、遮断装置４ａの製造コストを抑えることができる。
　図３は、レギュレータ１１の構成を模式的に示す回路図である。レギュレータ１１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１２は、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号を受信して、受信した制御信号をリレー制御部１３に出力する。詳細には、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号を検出する信号検出部１６を介して、信号受信部１２はインバータ３の制御部３ｃからの制御信号を受信する。
　リレー制御部１３は、信号受信部１２から出力された信号に基づいて、リレー１４ａのコイルに流れる電流値を制御して、リレー１４ａの接点を開閉制御する。リレー１４ａは、電路８ｂに配置されている。
　リレー１４ａは、例えば、接点が直列に接続された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。遮断装置４ａに駆動電源が供給されていないとき、リレー１４ａの接点は、常に開いた状態にある。したがって、遮断装置４ａが駆動していないときは、グループ５ＡとグループＢの接続が遮断された状態にある。
　バイパス回路１５は、遮断装置４ａが遮断状態のときに制御部３ｃからの制御信号を信号受信部１２が受信できるようにするための回路である。遮断装置４ａによって太陽電池モジュール５ａから出力される電圧が遮断された状態のとき、信号受信部１２は、バイパス回路１５を介して、制御部３ｃからの制御信号を受信することができる。
　遮断装置４ｂ及び遮断装置４ｃの構成は、接続される電路が遮断装置４ａと異なる点を除いて遮断装置４ａと同様の構成であるため説明を省略する。
　次に、図４を参照して遮断装置４ａ～４ｃの動作モードの一例について説明する。遮断装置４ａ～４ｃ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、遮断装置４ａ～４ｃ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５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５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５ａで発電された電力からレギュレータ１１が生成した駆動電源によって遮断装置４ａが駆動される。遮断装置４ａが駆動されてリレー制御部１３が信号受信部１２を介してインバータ３の制御部３ｃからの制御信号を受信すると、図５に示すように、リレー制御部１３はリレー１４ａの接点を閉じるように制御する。同様に、遮断装置４ｂは、太陽電池モジュール５ｄで発電された電力によって駆動され、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号に応じて、電路８ｄに配置されたリレー１４ｂの接点を閉じる。同様に、遮断装置４ｃは、太陽電池モジュール５ｆで発電された電力によって駆動され、インバータ３の制御部３ｃからの制御信号に応じて、電路８ｆに配置されたリレー１４ｃの接点を閉じる。これにより、グループ５Ａ～５Ｄが遮断装置４ａ～４ｃを介して接続され、太陽電池モジュール５ａ～５ｈを含む各太陽電池モジュール５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５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５Ａ～５Ｄが遮断装置４ａ～４ｃを介して接続された状態にあり、太陽電池モジュール５が発電し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５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５によって電力が発電されておらず、太陽電池モジュール５ａから遮断装置４ａに駆動電源が供給されていない。同様に、遮断装置４ｂ及び遮断装置４ｃにも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、グループ５Ａ～５Ｄ間の接続が遮断されている。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、例えば太陽電池モジュール５ａの発電が不安定な状態のときは、太陽電池モジュール５ａから供給される電力に応じてリレー１４ａ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、グループ５Ａ～５Ｄ相互間の接続を遮断して、太陽電池モジュール５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、遮断装置４ａ～４ｃ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、遮断装置４ａ～４ｃ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、制御信号の出力を停止する。信号検出部１６が制御信号の一定周期停止を検出すると、信号受信部１２及びリレー制御部１３を介して、図１に示すようにリレー１４ａ～１４ｃの接点が開かれる。これにより、全ての太陽電池モジュール５から出力される電圧が遮断されるとともに、グループ５Ａ～５Ｄ間の接続が遮断される。
　上記構成の太陽光発電システム１では、遮断装置４ａ～４ｃの動作モードが緊急安全遮断モードのときに、遮断装置４ａ～４ｃによって複数の太陽電池モジュール５を遮断することができる。このため、太陽電池モジュール５毎に遮断装置を設置する場合に比べて、遮断装置の設置コストの低減を図ることができる。また、ストリング２単位で太陽電池モジュール５ａとインバータ３とを遮断する場合に比べて、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。具体的には、太陽電池モジュール５の開放電圧が５０Ｖの場合、本実施形態におけるグループ５Ａ～５Ｄ毎の開放電圧は２００Ｖであり、ストリング２の開放電圧は８００Ｖとなる。したがって、グループ５Ａ～５Ｄ間の接続が遮断された後、太陽電池モジュール５が発電を継続した場合、各グループ５Ａ～５Ｄの電圧は最大で２００Ｖとなり、ストリング２単位でインバータ３との接続を遮断した場合に比べてより安全性が高くなる。
　また、太陽光発電システム１では、電力線６を利用して遮断装置４ａ～４ｃの駆動電源及びインバータ３との通信を確保することができる。これにより、例えば、既存の太陽光発電システムに遮断装置４ａ～４ｃを設置するときに、インバータ３と遮断装置４ａ～４ｃとを接続する追加配線を必要としない。このため、既存の太陽光発電システムに遮断装置４ａ～４ｃを設置する際の設置コストの低減を図ることができる。
　また、遮断装置４ａ～４ｃは、１個の太陽電池モジュール５に接続すればよいので、遮断装置４ａ～４ｃを複数の太陽電池モジュール５に接続する場合に比べて配線が短くかつ簡易になる。これにより、例えば、既存の太陽光発電システムに遮断装置４ａ～４ｃを設置する際の設置コストの低減や、柔軟性の高い施工が可能になる。
　また、遮断装置４ａ～４ｃでは、バイパスダイオードが省略されるので、遮断装置４ａ～４ｃの製造コストを抑えることができる。
　また、遮断装置４ａ～４ｃにバイパス回路１５を設けることで、遮断装置４ａ～４ｃの動作モードを、制御部３ｃの制御信号に応じて緊急安全遮断モードからスタートモードに切り替えることができる。
  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。
　前記実施形態では、グループ５Ａ～５Ｄのそれぞれが、４個の太陽電池モジュール５を含んでいたが、太陽電池モジュール５の個数は前記実施形態に限定されるものではない。また、グループ５Ａ～５Ｄのそれぞれが必ずしも同じ個数の太陽電池モジュール５を含む必要はない。例えば、グループ５Ａが４個の太陽電池モジュール５を含み、グループ５Ｂが５個の太陽電池モジュール５を含んでもよい。
　前記実施形態では、ストリング２が４つのグループ５Ａ～５Ｄを含んでいたが、グループの数は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、ストリング２が５つのグループを含んでもよい。また、遮断装置４ａ～４ｃの配置や設置個数は、前記実施形態に限定されるものではない。
　前記実施形態では、操作スイッチ３５の操作によって緊急安全遮断モードへの切り替えを実施していたが、スタートモード、或いはアクティブモードから緊急安全遮断モードへの切り替えは、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、太陽光発電システム１に太陽電池モジュール５の出力状態を検出するセンサを設けてもよい。インバータ３の制御部３ｃは、センサで検出された太陽電池モジュール５の出力状態から異常を検出したときに制御信号を停止して、遮断装置４ａ～４ｃによってグループ５Ａ～５Ｄ間の接続を遮断してもよい。或いは、インバータ３に火災報知器又は火災警報器を接続して、インバータ３が火災報知器又は火災警報器から信号を受信したときに、制御部３ｃからの制御信号を停止して、遮断装置４ａ～４ｃによってグループ５Ａ～５Ｄ間の接続を遮断してもよい。
　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
４ａ～４ｃ　遮断装置
５Ａ～５Ｄ　太陽電池モジュールグループ
５　太陽電池モジュール
５ａ～５ｈ　太陽電池モジュール
６　電力線
８ａ～８ｆ　電路
１２　信号受信部
１５　バイパス回路
 

Claims (7)

  1. 　複数の太陽電池モジュールが直列に接続されたストリングと、
    　前記ストリングに接続され、前記太陽電池モジュール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、
    　前記ストリングの複数の中間点に配置され、前記インバータからの制御信号に応じて前記太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断する遮断装置と、
    を備える、太陽光発電システム。
  2. 　前記ストリングは、複数の前記太陽電池モジュールをそれぞれ含む複数の太陽電池モジュールグループを含み、
    　複数の前記太陽電池モジュールグループは、第１グループ、前記第１グループに接続される第２グループ、及び前記第２グループに接続される第３グループを少なくとも含み、
    　前記第１グループは、複数の前記太陽電池モジュールのうち、前記第２グループに接続される第１太陽電池モジュールと、前記第１太陽電池モジュールに接続される第２太陽電池モジュールと、を少なくとも含み、
    　前記第２グループは、複数の前記太陽電池モジュールのうち、前記第１太陽電池モジュールに接続される第３太陽電池モジュールと、前記第３グループに接続される第４太陽電池モジュールと、を少なくとも含み、
    　前記第３グループは、複数の前記太陽電池モジュールのうち、前記第４太陽電池モジュールに接続される第５太陽電池モジュールを少なくとも含み、
    　前記遮断装置は、前記第１太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断することによって前記第１太陽電池モジュールと前記第３太陽電池モジュールとの接続を遮断する第１遮断装置と、前記第４太陽電池モジュールから出力される電圧を遮断することによって前記第４太陽電池モジュールと前記第５太陽電池モジュールとの接続を遮断する第２遮断装置と、を含む、
    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１太陽電池モジュールと前記第２太陽電池モジュールを接続する第１電路と、前記第１太陽電池モジュールと前記第３太陽電池モジュールとを接続する第２電路とに接続され、
    　前記第２遮断装置は、前記第２グループにおいて前記第４太陽電池モジュールに接続される太陽電池モジュールと前記第４太陽電池モジュールを接続する第３電路と、前記第４太陽電池モジュールと前記第５太陽電池モジュールとを接続する第４電路とに接続される、
    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１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、
    　前記第２遮断装置は、前記第４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２又は３に記載の太陽光発電システム。
  5. 　前記インバータは、電力線通信によって前記遮断装置に制御信号を出力する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
  6. 　前記遮断装置は、前記太陽電池モジュールに外付けされる、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
  7. 　前記遮断装置は、前記インバータからの信号を受信する信号受信部と、前記太陽電池モジュールから出力される電圧が遮断された状態において前記信号受信部が前記インバータからの信号を受信するためのバイパス回路と、を含む、
    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。
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