JPH09128070A - 太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池モジュールの受光面に生じる影や汚
れ，断線，ショート等の異常を正確に検出して、使用者
に確実に知らせることが可能な信頼性の非常に優れた画
期的な太陽光発電装置を提供すること。 【解決手段】 負荷ＬＤに並列接続させ、負荷ＬＤに給
電させる複数の太陽電池モジュール（Ｐ１〜Ｐ４）と、
これら複数の太陽電池モジュールのうち最大電力で発電
している太陽電池モジュールの電力値を該電力値より低
い比較用電力値に変換させる変換手段Ｈと、変換手段Ｈ
により変換された比較用電力値と各太陽電池モジュール
の発電電力値とを比較させて前記比較用電力値より低い
電力で発電している太陽電池モジュールを検出する検出
手段Ｋを有する太陽光発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の太陽電池モ
ジュールを並列接続して負荷へ給電するようにした太陽
光発電装置に関し、特に太陽電池モジュールの受光面に
生じた影や汚れ，断線，ショート等の異常を正確に検出
して、使用者に知らせることが可能な太陽光発電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】従来より、複数の太陽電池
モジュールの発電電力を負荷に供給するようにした太陽
光発電装置は、離島や僻地等の電力供給が困難な地域で
利用されて来たが、近年、地球環境に対する関心が高ま
っていること、製造コストが大幅に低下していること、
装置性能の改良が盛んになされていることなどから、一
般の住宅地においてもいっそう身近なものとなりつつあ
る。

【０００３】また、太陽電池と既存の電力系統との連系
システム等の研究開発が盛んに行われており、特に商用
系統との連系システムは電力需要のピークカット要請に
応えるだけでなく、省エネルギーの観点からも大いに注
目されている。

【０００４】現在、系統連系の可能な太陽光発電装置を
備えた個人住宅が建設され実用化され始めているが、太
陽電池の設置場所が形状が千差万別な屋根が一般的であ
るために、必ずしも理想的な日射状態を実現できないと
いう問題がある。さらに、設置検討時の設計段階に、太
陽電池の受光面に日陰の発生が生じ無いように理想的な
設置工事をしても、年月が経てば樹木の成長により影が
発生したり、近隣家屋の新設に伴い影が生じる可能性が
ある。

【０００５】一方、個人住宅以外の中規模発電システム
においても、発電規模が１００ＫＷ未満であれば比較的
容易に建設可能なので、地方公共施設等の遊休地や駐車
場の屋根，利用されていない屋上等に太陽電池アレイが
設置され始めており、これらの太陽電池アレイは数百枚
の太陽電池モジュールから構成され、数十組のストリン
グスに分割されているのが普通である。

【０００６】一般的に太陽電池はメンテナンスフリーと
されているが、例えば積雪地域での残雪が太陽電池アレ
イのある箇所に影を生じさせたり、落ち葉等によって生
じる影の影響，受光面の部分的な汚れ，火山灰等による
汚れ，近隣に新設されたビル等の影，及び樹木の成長に
よって発生する影等による発電量の低下が発生すること
がある。

【０００７】このような場合、太陽電池モジュールの受
光面を目視点検する以外に影の発生や汚れ等を知る手段
が無いことが実状である。また、数百枚にも及ぶアレイ
構造から長期に渡たる使用によって配線ケーブルの断線
事故やショート，短絡，落雷，雹等によって発生した断
線等の事故が稀にではあるが発生し、どの箇所が問題な
のかを調べることは非常に困難である。

【０００８】さらに、個人住宅用システム等の小規模ア
レイであっても、数ストリングスが並列接続されている
ために、一部のストリングスに発生したこれらの事故で
は、発電出力が低下するだけという現象からはその発見
が難しい。すなわち、日射強度に比例した出力を発生す
る太陽電池の特性から発電の低下と日射強度の低下とを
区別することがが難しく、事故が発生しても発見が大幅
に遅れてしまうという問題も生じていた。

【０００９】

【目的】そこで、本発明は上記従来の諸問題を解決し、
太陽光発電装置における太陽電池モジュールの受光面に
生じる影や汚れ，断線，ショート等の異常を正確に検出
して、使用者に確実に知らせることが可能な信頼性の非
常に優れた画期的な太陽光発電装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する太陽
光発電装置は、負荷に並列接続させ、該負荷に給電させ
る複数の太陽電池モジュールと、これら複数の太陽電池
モジュールのうち最大電力で発電している太陽電池モジ
ュールの電力値を該電力値より低い比較用電力値に変換
させる変換手段と、該変換手段により変換された比較用
電力値と各太陽電池モジュールの発電電力値とを比較さ
せて前記比較用電力値より低い電力で発電している太陽
電池モジュールを検出する検出手段を有する太陽光発電
装置。

【００１１】また、前記検出手段は前記比較用電力値よ
り低い電力で発電している太陽電池モジュールを特定す
るための表示部を備えていることを特徴とする。

【００１２】ここで、電力値とは電力だけでなく電流や
電圧に相当するものであってもよい。

【００１３】例えば、太陽電池モジュールが複数並列接
続して成る太陽電池アレイの各ストリングスを流れる電
流差を検出するために、各ストリングスに直列挿入した
素子に発生する電圧降下量に着目し、最も大きな電圧降
下量と各ストリングスに直列挿入した素子が発生する電
圧降下量との差が、ある一定値以上の場合を異常として
判定する回路構成とする。

【００１４】ここで、直列に挿入する素子として、例え
ば既存の各ストリングスに挿入されているブレーカーや
逆流防止ダイオード等を用い、新たな素子の挿入を行う
ことなく太陽電池モジュールの通常出力の低下を検出す
るようにしている。

【００１５】また、逆流防止ダイオードの順方向抵抗お
よび順方向電圧降下特性等のバラツキを防止するように
構成し、順方向特性を揃えた素子を素子の温度特性の変
化によって生ずる誤検出を避ける目的で、素子の発熱を
極力防止するために放熱フィンを設け、この放熱フィン
の中央に素子を集中的に実装するようにし、各ストリン
グス毎にダイオードを挿入し、ダイオードのアノード端
子電圧の最大値もしくはその近傍値を基準値にし、各ス
トリング毎にダイオードのアノード端子電圧を比較し、
ある値以上の電圧差が生じた場合に表示灯などの光や音
等の警報信号を発したり、液晶表示したりする回路を備
えるものとする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施例につ
いて詳細に説明する。

【００１７】まず、図１に基づいて本発明に係る太陽光
発電装置ＰＶの全体構成について説明する。複数の太陽
電池モジュールＰ１〜Ｐ４のそれぞれは、各ストリング
ス間に生ずる逆流を防止するための逆流防止ダイオード
Ｄ１〜Ｄ４を介して負荷ＬＤに対して並列接続されてお
り、各太陽電池モジュールＰ１〜Ｐ４と逆流防止ダイオ
ードＤ１〜Ｄ４との間には、各ストリングスの遮断を行
うサーキットブレーカーＳ１〜Ｓ４が設けられている。

【００１８】また、逆流防止ダイオードＤ１〜Ｄ４の各
アノード側に、ダイオードＤ９〜Ｄ１３から成るダイオ
ードオア回路と可変抵抗Ｒ１等から構成される変換手段
Ｈが設けられている。この変換手段Ｈは太陽電池モジュ
ールＰ１〜Ｐ４のＡ１点の合成出力を可変抵抗Ｒ１及び
抵抗Ｒ１０でもって該合成出力値（最大電力値）より低
い比較用出力値に変換させるものであり、この変換手段
Ｈからの出力は、後記する検出手段Ｋを構成する比較器
ＣＰ１〜ＣＰ４の反転入力端子に入力される。昼間はダ
イオードＤ９〜Ｄ１２のオア回路により最大電力で発電
している太陽電池モジュールの電力（電流）を選択でき
るようにしている。なお、昼間はダイオードＤ１３の順
方向には電流は流れない。このダイオードＤ１３は比較
器ＣＰ１〜ＣＰ４の電圧を確保するなどのために設けて
いる。

【００１９】一方、変換手段Ｈの前段にはダイオードＤ
５〜Ｄ８を通じて、抵抗Ｒ２〜Ｒ５，及び抵抗Ｒ６〜Ｒ
９により分圧された電圧信号が比較器ＣＰ１〜ＣＰ４の
非反転入力端子に入力される。

【００２０】ここで、検出手段Ｋにおいて、比較器ＣＰ
１〜ＣＰ４からの出力は制御回路ＣＣに入力され、所定
時間継続して低出力太陽電池モジュールが検出された場
合に、その太陽電池モジュールのストリングスに接続さ
れた表示部である発光ダイオード（Ｌ１〜Ｌ４のいずれ
か）を発光させて、使用者に注意を喚起するようにして
いる。この表示部は発光ダイオードの他に液晶表示や警
報音を発するような手段を設けてもよい。

【００２１】なお、検出手段Ｋに設けられたツェナーダ
イオードＺ１は、比較器ＣＰ１〜ＣＰ４の電源用として
設けられている。なお、抵抗Ｒ１１はツェナーダイオー
ドＺ１の電流制限用として設けられている。また、各ス
トリングスに設けられたコンデンサＣ１〜Ｃ６はノイズ
除去用のフィルタとして用いている。

【００２２】太陽電池は日射強度にほぼ比例した出力を
発生するので、一般的に太陽電池アレイ（複数の太陽電
池モジュール）は、各ストリングスの日射強度が一様に
なるように同一方向をむけて設置されるのが普通であ
る。このため、正常なアレイ使用状態では、各ストリン
グスを流れる電流はほぼ同一値となりｉ１＝ｉ２＝ｉ３
＝ｉ４となる。

【００２３】太陽電池アレイ（太陽電池モジュールＰ１
〜Ｐ４）の一部に影や汚れが生じた場合は、影等の割合
に応じてストリングスの電流が減少することになる。こ
の電流の減少を検出して影がかかっているか、汚れが生
じているか、もしくは断線している等して出力が低下し
ている太陽電池モジュールはどれであるかを検出するよ
うにしたのである。

【００２４】次に、この電流の減少を検出する実際の回
路動作を詳細に説明する。各ストリングスを流れる電流
は、直列に挿入した逆流防止ダイオードＤ１〜Ｄ４で素
子の特性に応じた電圧降下量をダイオードのアノード，
カソード間に生じ、この各ストリングスに挿入するダイ
オードの特性、特に順方向の特性をそろえて設置した場
合には、各ストリングスの電圧降下量に差は生じない。

【００２５】また、ダイオードの放熱を行う放熱器への
実装を工夫して放熱器の中央に集中配置するような実装
を行うと、各ストリングスのダイオード間での素子温度
ばらつきも均一になり、さらに順方向特性が揃うことに
なる。このような構成の各素子のアノード電圧の最大値
を求めるために、ダイオードＤ９〜１２によるオア回路
で電圧を合成するのである。

【００２６】さらに、この電圧を比較器ＣＰ１〜ＣＰ４
で比較し易い適当値になるように分圧する。また、各素
子のアノード電圧はダイオードＤ５〜８によって取り出
し、同様に抵抗から成る分圧回路によって所定の値にす
る。この両者の電圧値を各ストリング毎に設けた比較器
ＣＰ１〜ＣＰ４で比較することにより、どのストリング
スの電流値が減少しているかが検出可能となる。

【００２７】例えば、太陽電池モジュールＰ２の受光面
に影がかかっているか、そのストリングスに断線等の障
害が生じていると仮定すると、他のストリングを流れる
電流より太陽電池モジュールＰ２を流れる電流は少なく
なり、逆流防止ダイオードＤ２によって生じる電圧降下
も減少する、このため、比較器ＣＰ２の非反転入力端子
＋側の電圧が反転入力端子−側の電圧より下がり比較器
ＣＰ２出力はローとなる。このため、検出手段Ｋの表示
部ＫＬのＬ２が点灯することとなり、太陽電池モジュー
ルＰ２もしくはそのストリングスに異常（影又は故障）
が有ることを使用者に喚起することが出来る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽光発
電装置では、既存の逆流防止ダイオードを活用すること
ができ、きわめて簡単な回路構成で太陽電池モジュール
の出力異常を検出することができる。

【００２９】また、異常の表示は表示灯だけでなく、適
当な警報手段と組み合わせればより有効な異常検出を行
うことが可能となる。特に、屋根の状態を簡単に点検出
来ない個人住宅用のシステムにおいてきわめて効果的な
注意の喚起を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽光発電装置の回路構成図。

【符号の説明】

ＰＶ ・・・ 太陽光発電装置 Ｐ１〜Ｐ４ ・・・ 太陽電池モジュール Ｈ ・・・ 変換手段 Ｋ ・・・ 検出手段 ＬＤ ・・・ 負荷 Ｓ１〜Ｓ４ ・・・ サーキットブレーカー Ｄ１〜Ｄ１３ ・・・ ダイオード Ｒ１ ・・・ 可変抵抗 Ｒ２〜Ｒ１０ ・・・ 抵抗 Ｃ１〜Ｃ６ ・・・ コンデンサ ＣＰ１〜ＣＰ４・・・ 比較器 ＣＣ ・・・ 制御手段 Ｚ１ ・・・ ツェナーダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷に並列接続させ該負荷に給電させる
   複数の太陽電池モジュールと、これら複数の太陽電池モ
   ジュールのうち最大電力で発電している太陽電池モジュ
   ールの電力値を該電力値より低い比較用電力値に変換さ
   せる変換手段と、該変換手段により変換された比較用電
   力値と各太陽電池モジュールの発電電力値とを比較させ
   て前記比較用電力値より低い電力で発電している太陽電
   池モジュールを検出する検出手段とから成る太陽光発電
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の太陽光発電装置であっ
   て、前記検出手段は前記比較用電力値より低い電力で発
   電している太陽電池モジュールを特定するための表示部
   を備えていることを特徴とする太陽光発電装置。