JPH09285015A - 太陽光発電システムの直流地絡検出装置 - Google Patents

太陽光発電システムの直流地絡検出装置

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JPH09285015A
JPH09285015A JP8085436A JP8543696A JPH09285015A JP H09285015 A JPH09285015 A JP H09285015A JP 8085436 A JP8085436 A JP 8085436A JP 8543696 A JP8543696 A JP 8543696A JP H09285015 A JPH09285015 A JP H09285015A
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inverter
output
ground fault
solar cell
level
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JP8085436A
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Masaki Yugou
政樹 湯郷
Yasuhiro Makino
康弘 牧野
Masahiro Maekawa
正弘 前川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽光発電システムの運転効率を向上させた
太陽光発電システムの直流地絡検出装置を提供する。 【解決手段】 複数個の太陽電池素子を直並列に接続し
て構成された太陽電池モジュール回路と、該太陽電池モ
ジュール回路からなる太陽電池１の出力地絡を検出する
地絡検出手段８と、該地絡検出手段８による検出レベル
が一定値以上の場合には、インバータ２からの交流出力
を低減させる出力低減手段５１と、該出力低減手段５１
によるインバータ出力抑制時において、前記地絡検出手
段８による検出レベルが前記一定値以上の場合に、前記
太陽電池１の直流地絡と判定して前記インバータ２の動
作を停止させる直流地絡判定手段５２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電システ
ムの直流地絡検出装置に関し、さらに詳しくは、太陽電
池モジュール回路からなる太陽電池の直流地絡状態を検
出してインバータを停止させる直流地絡検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、太陽電池からなる直流電源を用い
た数ｋＷの比較的小容量の分散電源設備をインバータ回
路を介して商用電力系統に連系し、負荷に電力を供給す
る太陽光発電システムが種々提案されている。
【０００３】図３は、従来の太陽光発電システムの概略
構成図である。図において、３１は太陽光のエネルギー
を直流電圧に直接変換する太陽電池素子が多数個直並列
に接続された太陽電池モジュール回路であり、３２はそ
の太陽電池モジュール回路３１から出力される直流電力
を交流に変換するためのインバータであり、太陽電池モ
ジュール回路３１からの直流出力は、インバータ３２に
よって交流に変換された上、自動復帰型電磁リレーや手
動復帰型ブレーカなどの開閉手段３３を経て負荷３４お
よび商用電力系統３５に供給される。
【０００４】そして、太陽電池３１の出力側には、太陽
電池電圧を検出する電圧検出手段３６が設けられてお
り、太陽電池３１の動作点が基準電圧に維持されるよう
に、インバータ３２の出力電流を制御しているインバー
タ制御手段３７が設けられている。
【０００５】また、この太陽光発電システムに直流地絡
が発生した場合の感電防止及び電路保護のため、従来か
ら地絡検出装置３８が設けられている。この地絡検出装
置３８としては、地絡時において、太陽電池３１の正極
側及び負極側の直流電流値が相違することを利用して太
陽電池３１の直流地絡状態を検出している。そして、直
流地絡状態が検出された場合にインバータ３２を停止さ
せ、安全性の確保及び系統保護を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一方、この太陽光発電
システムにおける太陽電池は一般に屋外で使用される場
合が多く、家屋の屋根などに設置される場合が多い。こ
のため、風雨にさらされた環境のもとで使用される場合
も多い。
【０００７】しかしながら、上記従来装置では雨天時に
太陽電池３１の直流地絡状態でないのにもかかわらず、
直流地絡状態と判断してインバータ３２を停止させる誤
動作が頻繁に発生した。これは、太陽電池３１の太陽電
池モジュール回路上に水滴が付着することによって、大
地と太陽電池モジュール回路間での容量成分が増加し、
その容量成分の影響による漏れ電流増加を太陽電池３１
の直流地絡状態発生と誤検出するためである。
【０００８】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、太陽電池モジュール回路上への水滴付着に基
づく漏れ電流発生状態と、太陽電池の直流地絡状態を区
別し、漏れ電流発生状態時に直流地絡状態と判断して即
座にインバータを停止させてしまうことなく、太陽光発
電システムの運転効率を向上させた太陽光発電システム
の直流地絡検出装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽光発電
システムの直流地絡検出装置は、複数個の太陽電池素子
を直並列に接続して構成された太陽電池モジュール回路
と、該太陽電池モジュール回路からなる太陽電池の出力
地絡を検出する地絡検出手段と、該地絡検出手段による
検出レベルが一定値以上の場合には、インバータからの
交流出力を低減させる出力低減手段と、該出力低減手段
によるインバータ出力抑制時において、前記地絡検出手
段による検出レベルが前記一定値以上の場合に、前記太
陽電池の直流地絡と判定して前記インバータの動作を停
止させる直流地絡判定手段とを備えている。この構成を
用いることにより、雨天時などに太陽電池モジュール回
路上への水滴付着に基づき一時的な漏れ電流増加が発生
した場合に、直流地絡と判断して誤ってインバータを即
座に停止させることがない。
【００１０】具体的には、前記インバータと商用電力系
統との間に設けられた開閉手段を有し、前記直流地絡判
定手段が、前記太陽電池の直流地絡と判定した場合に、
該開閉手段を制御して前記インバータを商用電力系統か
ら解列するものである。この構成を用いることにより、
太陽電池の直流地絡発生時における、感電防止及び電路
保護を確実に図ることができる。
【００１１】また好ましくは、前記出力低減手段による
インバータ出力抑制時において、前記地絡検出手段によ
る検出レベルが前記一定値より小さい場合に、その際の
インバータ出力で前記インバータを運転させるものであ
る。或いは、前記出力低減手段によるインバータ出力抑
制時において、前記地絡検出手段による検出レベルが前
記一定値より小さい第２レベル以下の場合に、その際の
インバータ出力で前記インバータを運転させるものであ
る。これらの構成を用いることにより、雨天時などに太
陽電池モジュール回路上への水滴付着に基づき一時的な
漏れ電流増加が発生した場合に、漏れ電流値を低減させ
て可能な範囲で太陽光発電システムの運転を継続させる
ことができる。
【００１２】更に好ましくは、前記出力低減手段は、前
記地絡検出手段による検出レベルが前記第２レベル以下
になるまで、インバータ出力を漸次低減させるものであ
る。この構成を用いることにより、漏れ電流値を所定の
レベルまで低減させた状態で太陽光発電システムの運転
を継続させるので、漏れ電流による感電防止などが確実
に防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の太陽光発電システ
ムの直流地絡検出装置の一実施の形態を示す図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明を適用させた太陽電
池を用いた太陽光発電システムの概略構成図である。
【００１４】同図において、太陽光発電システムは、太
陽光のエネルギーを直流電力に変換する複数個の太陽電
池素子を直並列に接続して構成された太陽電池モジュー
ル回路からなる太陽電池１（本実施形態では、最適動作
電圧２００Ｖ，最適動作電力３ｋＷ）と、その太陽電池
１の直流電力を交流電力に電力変換して所定交流電圧を
供給するインバータ２を中心に構成されており、商用電
力系統３と連系して配電線に接続された各種家電製品な
どの負荷４に対して電力を供給している。
【００１５】インバータ２は、ブリッジ接続された複数
のスイッチング素子から構成され、このインバータ２に
は、後述の各種処理を行うインバータ制御部５からパル
ス幅変調されたスイッチング制御信号が与えられる。イ
ンバータ制御部５はマイクロコンピュータから構成され
ている。
【００１６】インバータ２と商用電力系統３との間に
は、インバータ２の出力側から順に系統保護のための系
統連系用リレー（以下、リレーと略記する）６及び手動
復帰型ブレーカ（以下、ブレーカと略記する）７が設け
られており、リレー６及びブレーカ７はインバータ制御
部５からの制御信号に応じて、その接点を開閉して商用
電力系統３に連系、或るいは解列する。ここで、リレー
６はインバータ制御部５からの連系指令信号の入力によ
りその接点が閉じられ、インバータ制御部５からの解列
指令信号の入力によりその接点が開かれる構成となって
いる。また、ブレーカ７はインバータ制御部５からの解
列指令信号の入力によりその接点が開かれ、手動により
その接点が閉じられる構成となっている。
【００１７】地絡検出手段８は太陽電池１の正極側及び
負極側の直流電流値の差を検出するものであり、この検
出結果に基づいて太陽電池１の出力地絡を検知してい
る。ＰＷＭ発生回路１０は、インバータ制御部５からの
インバータ電流制御値に基づいて、インバータ２へＰＷ
Ｍスイッチング信号を送出している。そして、このＰＷ
Ｍ発生回路１０には、インバータ電流検出手段１１及び
インバータ電圧検出手段１２の検出値が入力されてお
り、系統電圧と同位相でインバータ電流制御値のインバ
ータ電流がインバータ２から出力されるようにＰＷＭス
イッチング信号を送出している。
【００１８】そして、インバータ制御部５は、太陽電池
電圧検出手段９において検出される太陽電池電圧が予め
設定された基準電圧値に維持されるように、インバータ
電流制御値を決定しＰＷＭ発生回路１０に出力してい
る。
【００１９】また、インバータ制御部５には、地絡検出
手段８からの検出結果が入力され、検出レベルが一定値
以上（本実施の形態では５０ｍＡに設定）の場合に、イ
ンバータ２からの出力を抑制するために、インバータ電
流制御値を現在値から所定量低下した制御値に変更して
ＰＷＭ発生回路１０に出力する、出力低減部５１（図示
せず）を備えている。
【００２０】さらに、インバータ制御部５には、インバ
ータ出力抑制時において、地絡検出手段８による検出レ
ベルが前記一定値以上の場合に、太陽電池１の直流地絡
と判定してインバータ２の動作を停止させると共に、商
用電力系統３から解列させる直流地絡判定部５２（図示
せず）を備えており、インバータ制御部５からの制御信
号に基づき、ＰＷＭ発生回路１０からのＰＷＭスイッチ
ング信号送出を停止させてインバータ２の動作を停止す
ると共に、リレー６及びブレーカ７を開放してインバー
タ２を商用電力系統３から解列する。
【００２１】反対に、インバータ出力抑制時において、
地絡検出手段８による検出レベルが前記一定値より小さ
い第２レベル（本実施の形態では３０ｍＡに設定してい
る）以下となった場合には、その際のインバータ電流制
御値をＰＷＭ発生回路１０に一定時間送出してインバー
タ２の出力固定運転を行う。
【００２２】ここで、インバータ制御部５では、地絡検
出手段８による検出レベルが上記第２レベル以下になる
まで、出力低減手段５１によってインバータ出力を漸次
低減させると共に、この出力低減手段５１によってイン
バータ出力が、予め設定された最低出力値（本実施の形
態では１００Ｗに設定している）以下となった場合に
は、インバータ２の動作を停止すると共に、リレー６を
開放してインバータ２を商用電力系統３から解列して、
一定時間インバータ待機状態にする。
【００２３】従って、雨天時において太陽電池１の太陽
電池モジュール回路上に水滴が付着することによって、
大地と太陽電池モジュール回路間での容量成分Ｃが増加
する。そして、その容量成分Ｃの増加による漏れ電流増
加によって、地絡検出手段８での検出レベルが上記一定
値以上となった場合には、インバータ制御部５の出力低
減手段５１によってインバータ２からの交流出力が抑制
されるため、太陽電池出力電圧に含まれる交流リップル
電圧が小さくなり、その結果、容量成分Ｃによる漏れ電
流値も減少することになる。
【００２４】ここで、大地間との容量成分Ｃは、その間
の誘電率ε、面積Ｓ、距離ｄによって次式の関係を有す
るため、雨天時などでは水滴による誘電率εの増加に伴
い容量成分Ｃが増加することになる。また、太陽電池出
力電圧には、インバータ出力に応じた交流リップル電圧
が重畳されることになるため、漏れ電流値はインバータ
出力が大きいほど大きな値となる。よって、インバータ
２の出力抑制によって漏れ電流値も低下することにな
る。
【００２５】
【数１】
【００２６】このため、容量成分Ｃの影響による漏れ電
流増加によって、地絡検出手段８での検出レベルが上記
一定値以上となった場合には、インバータ制御部５の出
力低減手段５１によってインバータ２の交流出力を抑制
し、地絡検出手段８での検出レベルが上記第２レベル以
下となった状態で出力固定運転が行われる。よって、雨
天時など一時的な漏れ電流増加が発生した場合に直流地
絡と判断して誤ってインバータ２を即座に停止させるこ
とがない。更に、インバータ２の出力を連系可能最低出
力値まで抑制したにも拘わらず、漏れ電流値が第２レベ
ル以下とならない場合にはインバータ動作を停止させる
ので、漏れ電流による感電防止などを確実に防止してい
る。
【００２７】次に、上記構成の太陽光発電システムの直
流地絡検出装置の動作内容について図２を参照して説明
する。先ずステップＳ１にて、地絡検出手段８からの検
出結果に基づいて、インバータ制御部５において検出レ
ベルｉＬが５０ｍＡ以上かどうかを判断し、ＹＥＳの場
合にのみ次のステップＳ３に進む。
【００２８】ステップＳ３では、出力低減手段５１によ
ってインバータ出力の抑制制御を行いステップＳ５に進
む。具体的には、インバータ電流制御値を現在値から１
Ａ低下させた制御値に変更してＰＷＭ発生回路１０に出
力する。
【００２９】ステップＳ５では、再度、インバータ制御
部５において地絡検出手段８の検出レベルｉＬが５０ｍ
Ａ以上かどうかを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ７
に進み、ＮＯの場合はステップＳ９に進む。
【００３０】ステップＳ７では、直流地絡判定手段５２
によって太陽電池１の直流地絡状態であると判断して、
インバータ動作を停止させると共に、リレー６及びブレ
ーカ７を開放してインバータ２を商用電力系統３から解
列し、インバータ２の故障状態として処理を終了させ
る。
【００３１】一方、ステップＳ９では、インバータ制御
部５において地絡検出手段８の検出レベルｉＬが３０ｍ
Ａ以下かどうかを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１
１に進み、ＮＯの場合はステップＳ１３に進む。
【００３２】ステップＳ１１では、現在のインバータ電
流制御値を１０分間、ＰＷＭ発生回路１０に送出してイ
ンバータ２の出力固定運転を行い、ステップＳ１５に進
み、インバータ２を通常運転状態に戻しステップＳ１に
戻る。
【００３３】ステップＳ１３では、ステップＳ３と同様
に、出力低減手段５１によってインバータ出力の抑制制
御を再度行い、ステップＳ１７に進む ステップＳ１７では、インバータ２の出力が１００Ｗ以
上あるかどうかを判断し、ＹＥＳの場合にはステップＳ
９に戻り、ＮＯの場合にはステップＳ１９に進む。
【００３４】ステップＳ１９では、インバータ２の動作
を停止すると共に、リレー６を開放してインバータ２を
商用電力系統３から解列してインバータ２の待機状態と
して処理を終了させる。
【００３５】ここで、インバータ２の故障状態として処
理終了したときには、故障原因を除去し、太陽電池１の
開放電圧及び商用電力系統３の系統電圧などが連系可能
範囲である場合に、一定時間経過（本実施の形態では解
列後１０分間以上経過）した後、操作者によりブレーカ
７を手動復帰させると共に、リレー６を自動復帰させて
インバータ２の動作を開始させる。また、インバータ２
の待機状態として処理終了したときには、太陽電池１の
開放電圧及び商用電力系統３の系統電圧などが連系可能
範囲である場合に、一定時間経過（本実施の形態では解
列後１０分間以上経過）した後、リレー６を自動復帰さ
せてインバータ２の動作を開始させる。
【００３６】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或いは範囲を縮減するように解すべきではない。
また、本発明の各構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々変形可能であ
る。例えば、上記実施の形態では、インバータ出力抑制
時において、地絡検出手段８による検出レベルが第２レ
ベル以下の場合に、その際のインバータ出力でインバー
タ２を出力固定運転させる場合について説明したが、こ
の他に、地絡検出手段８による検出レベルが上記一定値
より小さくなった場合に、その際のインバータ出力でイ
ンバータ２を出力固定運転させても良い。
【００３７】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、雨天時
などに太陽電池モジュール回路上への水滴付着に基づき
一時的な漏れ電流増加が発生した場合に、直流地絡と判
断して誤ってインバータを即座に停止させることがな
い。従って、システムの運転効率を向上させることがで
きる。
【００３８】また、直流地絡判定手段が、前記太陽電池
の直流地絡と判定した場合に、開閉手段を制御してイン
バータを商用電力系統から解列することにより、太陽電
池の直流地絡発生時における、感電防止及び電路保護を
確実に図ることができる。
【００３９】更に、出力低減手段によるインバータ出力
抑制時において、地絡検出手段による検出レベルが一定
値より小さい場合、或いは第２レベル以下の場合に、そ
の際のインバータ出力で前記インバータを運転させるこ
とにより、雨天時などに太陽電池モジュール回路上への
水滴付着に基づき一時的な漏れ電流増加が発生した場合
に、漏れ電流値を低減させて可能な範囲で太陽光発電シ
ステムの運転を継続させることができる。
【００４０】更に加えて、出力低減手段によって、地絡
検出手段による検出レベルが第２レベル以下になるま
で、インバータ出力を漸次低減させることにより、漏れ
電流値を所定のレベルまで低減させた状態で太陽光発電
システムの運転を継続させるので、漏れ電流による感電
防止などが確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による太陽光発電システム
の概略構成図である。
【図２】図１における太陽光発電システムの直流地絡検
出装置の動作内容を説明するフローチャートである。
【図３】従来の太陽光発電システムの概略構成図であ
る。
【符号の説明】
１ 太陽電池 ２ インバータ ３ 商用電力系統 ４ 負荷 ５ インバータ制御部 ６ 系統連系用リレー ７ 手動復帰型ブレーカ ８ 地絡検出手段 ９ 太陽電池電圧検出手段 １０ ＰＷＭ発生回路 １１ インバータ電流検出手段 １２ インバータ電圧検出手段 ５１ 出力低減手段 ５２ 直流地絡判定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｈ 3/32 Ｈ０２Ｎ 6/00 Ｈ０２Ｎ 6/00 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｋ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】太陽電池素子から発生する直流出力を所定
    電圧の交流出力に変換して出力するインバータを商用電
    力系統に連系して負荷に電力を供給する太陽光発電シス
    テムにおいて、 複数個の太陽電池素子を直並列に接続して構成された太
    陽電池モジュール回路と、該太陽電池モジュール回路か
    らなる太陽電池の出力地絡を検出する地絡検出手段と、
    該地絡検出手段による検出レベルが一定値以上の場合に
    は、前記インバータからの交流出力を低減させる出力低
    減手段と、該出力低減手段によるインバータ出力抑制時
    において、前記地絡検出手段による検出レベルが前記一
    定値以上の場合に、前記太陽電池の直流地絡と判定して
    前記インバータの動作を停止させる直流地絡判定手段
    と、を備えることを特徴とする太陽光発電システムの直
    流地絡検出装置。
  2. 【請求項２】前記インバータと商用電力系統との間に設
    けられた開閉手段を有し、 前記直流地絡判定手段が、前記太陽電池の直流地絡と判
    定した場合に、該開閉手段を制御して前記インバータを
    商用電力系統から解列することを特徴とする請求項１記
    載の太陽光発電システムの直流地絡検出装置。
  3. 【請求項３】前記出力低減手段によるインバータ出力抑
    制時において、前記地絡検出手段による検出レベルが前
    記一定値より小さい場合に、その際のインバータ出力で
    前記インバータを運転させることを特徴とする請求項１
    または２記載の太陽光発電システムの直流地絡検出装
    置。
  4. 【請求項４】前記出力低減手段によるインバータ出力抑
    制時において、前記地絡検出手段による検出レベルが、
    前記一定値より小さい第２レベル以下の場合に、その際
    のインバータ出力で前記インバータを運転させることを
    特徴とする請求項３記載の太陽光発電システムの直流地
    絡検出装置。
  5. 【請求項５】前記出力低減手段は、前記地絡検出手段に
    よる検出レベルが前記第２レベル以下になるまで、イン
    バータ出力を漸次低減させることを特徴とする請求項４
    記載の太陽光発電システムの直流地絡検出装置。
JP8085436A 1996-04-08 1996-04-08 太陽光発電システムの直流地絡検出装置 Pending JPH09285015A (ja)

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