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WO2015087638A1 - 太陽光発電システム - Google Patents

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WO2015087638A1
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switch
photovoltaic power
solar
connection
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English (en)
French (fr)
Inventor
石川　勝之
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ティー・エス・ビー株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a solar power generation system that converts solar energy into electric power.
  • a photovoltaic power generation panel that generates power by sunlight is known.
  • a photovoltaic power generation panel a plurality of cells are connected in series within the panel, and each cell is constituted by a semiconductor element having a PN junction.
  • a power generation system is constituted by connecting a plurality of photovoltaic power generation panels.
  • the solar power generation panel described in Patent Document 1 includes a switch connected between a solar power generation cell and a connector that outputs energy, and the switch is disconnected during installation of the solar power generation panel by the switch. It is possible to connect after installation. This prevents the connector, the connection box, and other electric parts from being damaged by arc discharge caused by the connection and disconnection of the plug to which the voltage is applied.
  • Patent Document 1 The technique described in Patent Document 1 described above is intended to increase safety when installing a photovoltaic power generation panel.
  • safety problems may occur even after the photovoltaic power generation panel is installed. For example, it is conceivable that a fire occurs around the solar power generation panel or itself. In such a case, fire extinguishing must be started as soon as possible, but a solar panel that is operating normally does not stop generating voltage.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and in the event of a fire, a solar power generation system capable of disconnecting a series connection of a plurality of solar power generation panels and preventing an operator's electric shock due to water discharge.
  • the purpose is to provide.
  • a photovoltaic power generation system of the present invention is a photovoltaic power generation system that converts solar energy into electric power, and a plurality of photovoltaic power generation panels connected in series, And a switch that enables disconnection or connection with respect to series connection by a plurality of photovoltaic power generation panels, and the switch operates when receiving a specific control signal.
  • the serial connection of a several photovoltaic power generation panel can be cut off, and the electric shock of the operator by water discharge can be prevented.
  • disconnecting the series connection by a plurality of photovoltaic power generation panels means disconnecting the series connection of the power generation function into a plurality of sections regardless of the position to be disconnected.
  • the switch when the switch receives an external input signal generated by an operation as the specific control signal, the plurality of switches according to the input signal. It is characterized by disconnecting or connecting to the series connection by the photovoltaic power generation panel. Thereby, even when a fire occurs, the series connection of the photovoltaic power generation panels can be disconnected from the outside by the operator's intention.
  • the photovoltaic power generation system of this invention WHEREIN: The position which the said switch can isolate
  • the switch is provided on a connection line that connects the terminals of the photovoltaic power generation panels, and is transmitted through a control line connected in parallel to the connection line.
  • the connection line is disconnected and connected.
  • the photovoltaic power generation system of the present invention is characterized in that the connection line is formed as a connector connectable to a terminal of the photovoltaic power generation panel.
  • the series connection of a plurality of photovoltaic power generation panels can be disconnected, and the operator's electric shock due to water discharge can be prevented.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the photovoltaic array of 1st Embodiment. It is a block diagram which shows the solar energy power generation system and power conditioner main body of 1st Embodiment.
  • (A)-(c) is a figure which shows an example of how to provide the switch with respect to the connection of each photovoltaic power generation panel. It is a figure which shows another example of how to provide the switch with respect to the connection of a photovoltaic power generation panel.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a photovoltaic power generation array 100.
  • the photovoltaic power generation array 100 includes a photovoltaic power generation string 110 (solar power generation system), a power conditioner 120, an AC current collection box 130, and a cubicle 140.
  • the solar power generation string 110 is configured by connecting solar power generation panels 111 in series, and converts solar energy into electric power.
  • the photovoltaic power generation panel 111 is also called a photovoltaic power generation module, and is formed as a panel with a plurality of solar cells connected thereto, subjected to waterproofing treatment, and attached with a metal frame.
  • the solar power generation string 110 is provided with a switch for disconnecting the series connection of the solar power generation panels 111.
  • the power conditioner 120 is a type of inverter that converts the direct current flowing from the photovoltaic power generation string 110 into alternating current so that it can be used in a home environment.
  • the power conditioner 120 has a function of adjusting an unstable voltage or current input to a stable output.
  • an operation unit is provided in the power conditioner 120 so that the ON / OFF of the switch can be controlled.
  • the alternating current collection box 130 collects the output of the solar power generation string 110 via the power conditioner 120 by alternating current and outputs it to the cubicle 140.
  • the cubicle 140 boosts the output voltage from the AC current collection box 130 to a voltage that matches the system for the purpose of selling power.
  • the cubicle 140 includes, for example, meters for measuring and displaying voltage, switches for opening and closing circuits, protection devices for overcurrent occurrence, protection devices for suppressing overvoltage, and voltage transformation.
  • a transformer is housed.
  • connection line 112 In the solar power generation string 110, a plurality of solar power generation panels 111 are connected in series by a connection line 112, and a DC voltage converted from solar energy in the solar power generation panel 111 is converted into a high voltage by serial connection to the power conditioner main body 120 a. Output.
  • the connection line 112 is provided with a switch 115, and the switch 115 enables disconnection of the series connection by the plurality of photovoltaic power generation panels 111.
  • the operation unit 116a receives an operation and sends a control signal for controlling the switch 115.
  • the ON / OFF operation received by the operation unit 116a is transmitted to the switch 115 through the control line 116, the switch 115 is turned ON / OFF.
  • the switch 115 is preferably provided at a position where the series connection by a plurality of photovoltaic power generation panels is disconnected so that the voltage accumulated in the series connection is 200 V or less in each section.
  • the switch 115 is more preferably provided so that the voltage accumulated in series connection is 100 V or less in each section.
  • the voltage accumulated in each section of the disconnected series connection is several tens of volts or less.
  • the switch 115 is provided on the connection line 112 that connects the terminals of the photovoltaic power generation panel 111, and disconnects and connects the connection line 112 by a signal transmitted by the control line 116 connected in parallel to the connection line 112. Thereby, the connection of several places can be cut
  • the switch 115 can be designed so that it is turned on when an external signal is High Level.
  • the switch 115 for disconnecting the connection is provided for each photovoltaic power generation panel 111, but may be provided for each string of the plurality of photovoltaic power generation panels 111.
  • connection structure of the solar cells 117 in the solar power generation panel 111 is the same, and the solar power generation panel 111 includes a plurality of solar cells. 117 is connected in series by two connecting lines 117a.
  • the solar cell 117 is a semiconductor element in which a PN junction is formed on a silicon wafer, and generates a current when exposed to sunlight.
  • FIGS. 3A to 3C shows a state in which the solar cell 117 is viewed from the light receiving surface side, and two connection lines connected from the light receiving surface of the solar cell 117 to the back surface.
  • 117a is connected to the other of a large number of thin wires provided so that one of the wide ends is connected to the light receiving surface, and current is collected.
  • the back surface of the solar cell 117 does not need to receive light, a uniform electrode is provided on the entire surface.
  • Two connecting lines 117a are more efficient, but one connecting line 117a may be used.
  • the bypass diode 113 is provided so as to connect the terminals 118 for each of a predetermined number of solar cells 117 connected in series.
  • the bypass diode 113 functions as a bypass for flowing a current while avoiding the defective portion even if a failure occurs in some of the solar cells 117. Thereby, it can prevent that the damage of a malfunction reaches the photovoltaic power generation panel 111 whole.
  • the junction box 114 is provided integrally with the photovoltaic power generation panel 111 and has a function of a connector for connecting the connection line 112 cable to the terminal 118 of the photovoltaic power generation panel 111.
  • the junction box 114 is preferably disposed on the back surface of the photovoltaic power generation panel 111.
  • the solar cell 117 is always in a power generation state if it is exposed to light.
  • a part of the photovoltaic power generation string 110 or a part of the electrode (active part) of the photovoltaic power generation panel 111 is exposed due to a fire or the like, the water is discharged through the water for fire extinguishing.
  • the water discharge operator gets an electric shock.
  • the switches 115a to 115c the above situation can be prevented, and the output voltage of the solar power generation string 110 or the output voltage of the section where the solar power generation panel 111 can be splashed can be reduced.
  • the solar power generation string 110 is usually formed by connecting a plurality of solar power generation panels 111 in series, and generates a voltage of several hundred volts.
  • a switch that can be turned ON / OFF by an external signal is provided in such a solar power generation panel 111 or a connection portion between the solar power generation panels 111.
  • the output voltage of the solar power generation string 110 can be lowered by disconnecting the series connection to the solar power generation panel 111 alone or to a small scale solar power generation string 110 (output voltage is 100 V or less).
  • the output voltage of the solar power generation panel 111 alone is usually several tens of volts or less depending on the case. In this state, there is no electric shock due to water discharge, and it can be handled in the same way as a general house fire. .
  • the switch 115a is provided in the terminal portion of the photovoltaic power generation panel 111, and the ON / OFF of the switch 115a is controlled by the control line 116 connected in parallel with the connection line 112. .
  • the control line 116 for controlling the switch 115a is provided integrally with the cable for extracting power from the solar power generation panel 111, and the control line 116 and the connection line 112 are connected to the solar power generation panel 111 with the same cable. Has been. When the switch 115a is turned off, the series connection of each photovoltaic power generation panel 111 is disconnected.
  • the switch 115b is provided in the terminal portion of the photovoltaic power generation panel 111, and the ON / OFF of the switch 115b is controlled by the control line 116 connected in parallel with the connection line 112. Yes.
  • the connection line 112 and the control line 116 are connected to the photovoltaic power generation panel 111 by different cables.
  • connection line 112 is provided in the junction box 114, so that it can be formed as a connector that can be connected to the terminals of the photovoltaic power generation panel 111.
  • each of the four switches 115c is provided for each series connection of a plurality of solar cells 117 in the photovoltaic power generation panel 111, and when the switch 115c is turned off, The connection is disconnected for each series connection of the solar cells 117. Therefore, in this case, the section of series connection separated from the example shown in FIGS. 3A and 3B becomes shorter and the voltage becomes lower. Also in this case, ON / OFF of the switch 115c is controlled by the control line 116 connected in parallel to the connection line 112. Moreover, although the connection line 112 and the control line 116 are connected to the photovoltaic power generation panel 111 with different cables, they may be connected with the same cable.
  • the switches 115a to 115c are provided integrally with the photovoltaic power generation panel 111, and the control line 116 is daisy-chained when the photovoltaic power generation panel 111 is connected in series. It is preferable to provide wiring equipment that can be connected by a chain. Thereby, the photovoltaic power generation panel 111 can be provided according to a scale.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of how to provide a switch for connection of the photovoltaic power generation panel 111.
  • the switch 115 d is provided outside the solar power generation panel 111 and the junction box 114.
  • the ON / OFF of the switch 115d is controlled by the control line 116 connected in parallel with the connection line 112.
  • the switch 115d is turned OFF, the series connection is disconnected for each photovoltaic power generation panel 111.
  • a switch 115 d is provided in the middle of the connection line 112 between the photovoltaic power generation panels 111. Therefore, the wiring including the switch 115 can be easily attached to the currently used photovoltaic power generation array 100.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a solar power generation panel 211 in which a switch is provided in the solar cell.
  • the photovoltaic power generation panel 211 is formed by series connection of solar cells 217 by connection lines 217a.
  • the solar cell 217 is a semiconductor element in which a PN junction is formed on a silicon wafer, and a switch 215d is provided in the semiconductor element together with a power generation unit 217b.
  • the switch 215d disconnects the serial connection of the solar cells 217 for each solar cell 217. Thereby, the serial connection of a solar cell can be cut
  • the direct current generated by the solar power generation string is first converted into alternating current, and then collected and output to the cubicle.
  • the direct current generated by the solar power generation string is first collected. It may be a photovoltaic power generation array that outputs electricity and converts the direct current into alternating current and outputs the alternating current to the cubicle.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the photovoltaic power generation array 300.
  • the photovoltaic power generation array 300 includes a photovoltaic power generation string 110 (solar power generation system), a DC connection box 320, a DC current collection box 325, a power conditioner 330, and a cubicle 140.
  • the DC connection box 320 outputs the DC current generated in the solar power generation string 110 to the DC current collection box 325.
  • the DC current collection box 325 collects the output of the photovoltaic power generation string 110 via the DC connection box 320 with a direct current and outputs the current to the power conditioner 330.
  • the power conditioner 330 converts the input direct current into alternating current so that it can be used in an environment such as a home, and outputs it to the cubicle 140.
  • the cubicle 140 boosts the output voltage to a voltage that matches the purpose.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a solar power generation string 111 (solar power generation system) and a DC connection box 320 provided with a switch for disconnecting the serial connection in the wiring.
  • the solar power generation string 110 includes a plurality of solar power generation panels 111, connection lines 112, and switches 115.
  • the solar power generation string 110 converts the direct current voltage converted from the solar energy by the solar power generation panel 111 into a high voltage in series connection and outputs it to the direct current connection box 320.
  • the connection line 112 is provided with a switch 115, and the series connection by the plurality of photovoltaic power generation panels 111 can be disconnected by the switch 115 in accordance with an operation from the operation unit 116a.
  • the solar power generation string is described as the solar power generation system of the present invention.
  • the solar power generation array or the solar power generation panel can also be regarded as the solar power generation system of the present invention. is there.
  • the switch connects or disconnects the series arrangement based on the ON / OFF operation of the user received by the operation unit, but based on the ON / OFF signal from the temperature sensor.
  • a switch may connect or disconnect the series arrangement.
  • the solar power generation system of this embodiment includes a temperature sensor that detects the temperature of a plurality of solar panels. Then, the switch disconnects or connects the series connection by the plurality of photovoltaic power generation panels according to the output signal of the temperature sensor.
  • the temperature sensor functions by providing at least one for each photovoltaic power generation string, and is provided in the vicinity of one of the solar panels.
  • the temperature sensor is preferably provided on the back side of the light receiving surface of any solar panel.
  • the temperature sensor may be formed together with a circuit such as a switch on the back side of the light receiving surface.
  • the temperature sensor transmits a signal for turning off the switch when a predetermined temperature of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower is reached.
  • a predetermined temperature 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
  • the predetermined temperature is more preferably 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
  • a control line is provided separately from the connection line for power transmission for each photovoltaic power generation string, and the switch is turned on by transmitting a signal to the control line. , OFF.
  • the control line 116 is configured to be bundled together with a power extraction cable, but in this case as well, each line itself is provided separately.
  • the photovoltaic power generation system of the present invention is reliable even when adopting a configuration in which equipment is arranged between the signal generator and the switch. It is excellent in that the switch can be turned off.

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Abstract

火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる太陽光発電システムを提供する。太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システム１１０であって、直列に接続された複数の太陽光発電パネル１１１と、複数の太陽光発電パネル１１１による直列接続に対して切り離しまたは接続を可能にするスイッチ１１５と、を備え、スイッチ１１５は、特定の制御信号を受けたときに動作する。これにより、火災の際、複数の太陽光発電パネル１１１の直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。

Description

太陽光発電システム
　本発明は、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システムに関する。
　従来、太陽光により発電する太陽光発電パネルが知られている。太陽光発電パネルは、パネル内で複数のセルが直列に接続されており、各セルはＰＮ接合された半導体素子により構成されている。そして、太陽光発電パネルがさらに複数枚接続されることで、発電システムが構成されている。
　このような太陽光発電パネルについては、安全性を高めようとする技術が開発されている。例えば、特許文献１記載の太陽光発電パネルは、太陽光発電セルとエネルギーを出力するコネクタとの間に連結されているスイッチを備え、スイッチにより太陽光発電パネルの設置中には接続を切り、設置後に接続することを可能にしている。これにより、電圧が印加されているプラグの接続、切り離しにより生じるアーク放電によりコネクタ、接続ボックス、他の電気部品がダメージを受けるのを防止している。
特開２０１１－５０３８４６号公報
　上記の特許文献１記載の技術は、太陽光発電パネルの設置時の安全を高めようとするものである。一方、太陽光発電パネルを設置後にも、安全上の問題が生じうる。例えば、太陽光発電パネルの周囲またはそれ自体に火災が発生することが考えられる。このような場合には、一刻も早く消火を開始しなければならないが、正常に稼働している太陽光発電パネルは、電圧の発生を停止しない。
　したがって、消火活動中の作業者が太陽光発電パネルに放水した場合には、太陽光発電パネルにより発生している電気が水を流れ作業者を感電させうる。また、このような感電の危険がある限り、要請があっても作業者は放水することができなくなり、太陽光発電パネルの全焼を待つしかなくなる。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
　（１）上記の目的を達成するため、本発明の太陽光発電システムは、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システムであって、直列に接続された複数の太陽光発電パネルと、前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を可能にするスイッチと、を備え、前記スイッチは、特定の制御信号を受けたときに動作することを特徴としている。これにより、火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。なお、複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離すとは、切り離す位置にかかわらず発電機能の直列接続を複数の区間に切り離すことを意味する。
　（２）また、本発明の太陽光発電システムは、前記スイッチが、前記特定の制御信号として操作を契機として発生した外部からの入力信号を受けたときに、前記入力信号に応じて前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を行なうことを特徴としている。これにより、火災が発生した場合でも作業者の意図で外部から太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができる。
　（３）また、本発明の太陽光発電システムは、前記スイッチが、前記直列接続で累積された電圧が各区間で２００Ｖ以下となるように前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離せる位置に設けられていることを特徴としている。少なくとも家庭用電源の電圧より大きくならないように太陽光発電パネルによる直列接続を切り離すことで、火災の放水の際に人体に流れる電流を防止し、感電を防止できる。
　（４）また、本発明の太陽光発電システムは、前記スイッチが、前記太陽光発電パネル同士の端子を接続する接続線上に設けられ、前記接続線に並列接続された制御線により伝えられる制御信号により前記接続線の切り離しおよび接続を行なうことを特徴としている。これにより、外部からの制御で一度に複数個所の接続を切り離すことができ、操作を容易にすることができる。
　（５）また、本発明の太陽光発電システムは、前記接続線が、前記太陽光発電パネルの端子に接続可能なコネクタとして形成されていることを特徴としている。これにより、従来用いられている太陽光発電パネルにコネクタで接続線を接続することで容易に太陽光発電パネルによる直列接続を切り離せるシステムを構成できる。
　本発明によれば、火災の際、複数の太陽光発電パネルの直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。
第１の実施形態の太陽光発電アレイを示すブロック図である。 第１の実施形態の太陽光発電システムおよびパワーコンディショナー本体を示すブロック図である。 （ａ）～（ｃ）それぞれ太陽光発電パネルの接続に対するスイッチの設け方の一例を示す図である。 太陽光発電パネルの接続に対するスイッチの設け方の別の例を示す図である。 第２の実施形態の太陽光発電システムを示すブロック図である。 第３の実施形態の太陽光発電アレイを示すブロック図である。 第３の実施形態の太陽光発電システムおよび直流接続箱を示すブロック図である。
　次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
　［第１の実施形態］
　図１は、太陽光発電アレイ１００を示すブロック図である。太陽光発電アレイ１００は、太陽光発電ストリング１１０（太陽光発電システム）、パワーコンディショナー１２０、交流集電箱１３０およびキュービクル１４０を備えている。
　太陽光発電ストリング１１０は、太陽光発電パネル１１１が直列に接続されて構成され、太陽光エネルギーを電力に変換する。太陽光発電パネル１１１は、太陽光発電モジュールとも呼ばれ、太陽光セルが複数個接続され、防水処理等が施され、金属フレームを付けてパネルとして形成されている。太陽光発電ストリング１１０には、太陽光発電パネル１１１の直列接続を切り離すためのスイッチが設けられている。
　パワーコンディショナー１２０は、太陽光発電ストリング１１０から流れる直流電流を交流に変換し家庭などの環境で使用できるようにするインバータの一種である。パワーコンディショナー１２０は、不安定な電圧や電流の入力を安定した出力に調整する機能を有している。なお、パワーコンディショナー１２０内に操作部を設け、上記のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御できるように設計することが好ましい。
　交流集電箱１３０は、パワーコンディショナー１２０を経由した太陽光発電ストリング１１０の出力を交流で集電し、キュービクル１４０へ出力する。キュービクル１４０は、交流集電箱１３０からの出力電圧を、売電等を目的として系統に合致した電圧ヘ昇圧する。キュービクル１４０には、例えば、電圧等の測定、表示を行なう計器類、回路の開閉等を行なう開閉器類、過電流発生時の機器の保護、過電圧抑制等を行なう保護装置、電圧の変圧を行なう変圧器が収容されている。
　図２は、配線に直列接続を切り離すスイッチが設けられている太陽光発電ストリング１１０（太陽光発電システム）およびパワーコンディショナー本体１２０ａを示すブロック図である。太陽光発電ストリング１１０は、複数の太陽光発電パネル１１１、接続線１１２およびスイッチ１１５を備えている。なお、接続線は、発電機能の直列接続を構成する線を指す。
　太陽光発電ストリング１１０は、複数の太陽光発電パネル１１１が接続線１１２により直列接続され、太陽光発電パネル１１１で太陽光エネルギーから変換された直流電圧を直列接続で高電圧にしパワーコンディショナー本体１２０ａへ出力する。接続線１１２には、スイッチ１１５が設けられており、スイッチ１１５により、複数の太陽光発電パネル１１１による直列接続を切り離すことを可能にしている。
　操作部１１６ａは、操作を受け付け、スイッチ１１５を制御するための制御信号を送出する。操作部１１６ａが受け付けたＯＮ、ＯＦＦの操作が制御線１１６によりスイッチ１１５へ伝わることによりスイッチ１１５のＯＮ／ＯＦＦがなされる。これにより、火災の際、複数の太陽光発電パネル１１１の直列接続を切り離すことができ、放水による作業者の感電を防止できる。
　スイッチ１１５は、直列接続で累積された電圧が各区間で２００Ｖ以下となるように複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離す位置に設けられていることが好ましい。少なくとも家庭用電源の電圧より大きくならないように太陽光発電パネルによる直列接続を切り離すことで、火災の放水の際に人体に流れる電流を防止し、感電を防止できる。
　なお、スイッチ１１５は、直列接続で累積された電圧が各区間で１００Ｖ以下となるように設けることがさらに好ましい。図２に示す例では、太陽光発電パネル１１１ごとにスイッチ１１５を設け、接続を切り離すことができるため、切り離された直列接続の各区間で累積された電圧は、数十Ｖ以下になる。
　スイッチ１１５は、太陽光発電パネル１１１の端子を接続する接続線１１２上に設けられ、接続線１１２に並列接続する制御線１１６が伝える信号により接続線１１２の切り離しおよび接続を行なう。これにより、外部からの制御で一度に複数個所の接続を切り離すことができ、操作を容易にすることができる。例えば、スイッチ１１５は、外部からの信号がＨｉｇｈＬｅｖｅｌの時ＯＮとなるように設計できる。なお、上記の例では、太陽光発電パネル１１１ごとに接続を切り離すスイッチ１１５を設けているが、複数の太陽光発電パネル１１１のストリングごとに設けてもよい。
　図３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ太陽光発電パネル１１１の接続に対するスイッチの設け方の一例を示す図である。図３（ａ）～（ｃ）に示すいずれの例においても、太陽光発電パネル１１１内の太陽光セル１１７の接続構造については同様であり、太陽光発電パネル１１１は、複数個の太陽光セル１１７が２本の接続線１１７ａにより直列に接続されている。太陽光セル１１７は、シリコンウェファーにＰＮ接合を形成した半導体素子で、太陽光が当たると電流を発生させる。
　図３（ａ）～（ｃ）に示す例は、太陽光セル１１７を受光面側から見た状態を表しており、太陽光セル１１７の受光面から裏面へと接続される２本の接続線１１７ａには、受光面上に広く先端の一方が接続するように設けられた多数の細線の他方が接続されており、電流が集められている。一方、太陽光セル１１７の裏面は、受光する必要がないため全面に一様な電極が設けられている。なお、接続線１１７ａは２本の方が効率が良いが、１本でもよい。
　バイパスダイオード１１３は、直列接続された所定数の太陽光セル１１７ごとに端子１１８同士を接続するように設けられている。バイパスダイオード１１３は、一部の太陽光セル１１７に不具合が発生してもその不具合部分を回避して電流を流すためのバイパスとして機能する。これにより、不具合の被害が太陽光発電パネル１１１全体に及ぶのを防止できる。
　ジャンクションボックス１１４は、太陽光発電パネル１１１と一体で設けられており、太陽光発電パネル１１１の端子１１８に接続線１１２ケーブルを接続するためのコネクタの機能を有する。ジャンクションボックス１１４は、太陽光発電パネル１１１の裏面に配置されていることが好ましい。
　太陽光セル１１７は光が当たっていれば、常に発電状態にある。このような状態では、火災等で太陽光発電ストリング１１０の一部、または、太陽光発電パネル１１１の一部の電極（活部）が露出した場合に、消火のための放水で、水を介して放水作業者が感電する。スイッチ１１５ａ～ｃを設けることで、上記のような事態を阻止し、太陽光発電ストリング１１０の出力電圧、または太陽光発電パネル１１１の水がかかりうる区間の出力電圧を低下させることができる。
　太陽光発電ストリング１１０は、通常、複数枚の太陽光発電パネル１１１を直列に接続して形成され、数百ボルトの電圧を発生させる。このような太陽光発電パネル１１１内部、または太陽光発電パネル１１１同士の接続部に、外部信号でＯＮ／ＯＦＦできるスイッチを設ける。
　その結果、太陽光発電パネル１１１単体、または、小規模の太陽光発電ストリング１１０（出力電圧が１００Ｖ以下）に直列接続を切り離すことにより、太陽光発電ストリング１１０の出力電圧を低下させることができる。
　太陽光発電パネル１１１単体での出力電圧は、場合により異なるが通常は数十ボルト以下であり、この状態であれば、放水によって感電することはなく、一般家屋の火災と同じに扱うことができる。
　図３（ａ）に示す例では、スイッチ１１５ａが太陽光発電パネル１１１の端子部分に設けられており、接続線１１２と並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ａのＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、スイッチ１１５ａを制御する制御線１１６は、太陽光発電パネル１１１の電力取り出し用のケーブルと一体に設けられており、制御線１１６と接続線１１２とが同じケーブルで太陽光発電パネル１１１に接続されている。スイッチ１１５ａがＯＦＦされると、太陽光発電パネル１１１ごとにそれらの直列接続が切り離される。
　図３（ｂ）に示す例では、スイッチ１１５ｂが太陽光発電パネル１１１の端子部分に設けられており、接続線１１２と並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ｂのＯＮ／ＯＦＦが制御されている。これらの点では図３（ａ）に示す例と同様である。ただし、接続線１１２と制御線１１６とは、それぞれ異なるケーブルで太陽光発電パネル１１１に接続される。
　図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、接続線１１２が、ジャンクションボックス１１４内に設けられることで、太陽光発電パネル１１１の端子に接続可能なコネクタとして形成できる。これにより、従来用いられている太陽光発電パネル１１１にジャンクションボックス１１４により接続線１１２を端子に接続することで容易に太陽光発電パネル１１１による直列接続を切り離せるシステムを構成できる。
　図３（ｃ）に示す例では、４つのスイッチ１１５ｃのそれぞれが太陽光発電パネル１１１内において複数の太陽光セル１１７の直列接続ごとに設けられており、スイッチ１１５ｃがＯＦＦされると、複数の太陽光セル１１７の直列接続ごとに接続が切り離される。したがって、この場合には図３（ａ）、（ｂ）に示す例より切り離される直列接続の区間が短くなり電圧は低くなる。この場合にも、接続線１１２に並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ｃのＯＮ／ＯＦＦが制御される。また、接続線１１２と制御線１１６とは、異なるケーブルで太陽光発電パネル１１１に接続されているが、同じケーブルで接続してもよい。
　図３（ａ）～（ｃ）に示す例では、スイッチ１１５ａ～１１５ｃが太陽光発電パネル１１１と一体に設けられており、太陽光発電パネル１１１が直列に接続されたときに制御線１１６はデージーチェーンで接続できる配線設備を備えていることが好ましい。これにより、規模に応じて太陽光発電パネル１１１を設けることができる。
　図４は、太陽光発電パネル１１１の接続に対するスイッチの設け方の別の例を示す図である。図４に示す例では、スイッチ１１５ｄが、太陽光発電パネル１１１およびジャンクションボックス１１４の外に設けられている。接続線１１２と並列接続されている制御線１１６によりスイッチ１１５ｄのＯＮ／ＯＦＦが制御され、スイッチ１１５ｄがＯＦＦされると、太陽光発電パネル１１１ごとに直列接続が切り離される。
　図４に示す例では、太陽光発電パネル１１１間の接続線１１２の途中にスイッチ１１５ｄが設けられている。したがって、現在用いられている太陽光発電アレイ１００に容易にスイッチ１１５を含む配線を取り付けることができる。
　［第２の実施形態］
　上記の実施形態では、太陽光発電パネル１１１ごと、または複数の太陽光セル１１７の直列接続ごとにスイッチが設けられているが、太陽光セル１１７内に素子構造としてスイッチを設けてもよい。図５は、太陽光セル内にスイッチが設けられている太陽光発電パネル２１１を示すブロック図である。
　図５に示すように、太陽光発電パネル２１１は、接続線２１７ａによる太陽光セル２１７の直列接続で形成されている。太陽光セル２１７は、シリコンウェファーにＰＮ接合を形成した半導体素子であり、半導体素子内部に発電部２１７ｂとともにスイッチ２１５ｄが設けられている。
　太陽光セル２１７は、操作部２１６ａから制御線２１６を介してＯＦＦの制御信号がスイッチ２１５ｄに伝達されると、スイッチ２１５ｄは太陽光セル２１７ごとに太陽光セル２１７の直列接続を切り離す。これにより、太陽光発電パネル１１１内のスイッチで太陽光セルの直列接続を切り、切り離した区間の電圧を低下させることができる。
　［第３の実施形態］
　上記の実施形態の太陽光発電アレイでは、太陽光発電ストリングにより発生した直流電流をまず交流に変換した後、集電してキュービクルに出力するが、太陽光発電ストリングにより発生した直流電流をまず集電し、その後段で直流電流を交流に変換してキュービクルに出力する太陽光発電アレイであってもよい。
　図６は、太陽光発電アレイ３００を示すブロック図である。太陽光発電アレイ３００は、太陽光発電ストリング１１０（太陽光発電システム）、直流接続箱３２０、直流集電箱３２５、パワーコンディショナー３３０およびキュービクル１４０を備えている。
　直流接続箱３２０は、太陽光発電ストリング１１０で生じた直流電流を直流集電箱３２５へ出力している。直流集電箱３２５は、直流接続箱３２０を経由した太陽光発電ストリング１１０の出力を直流で集電し、パワーコンディショナー３３０へ出力する。パワーコンディショナー３３０は、入力された直流電流を交流に変換し家庭などの環境で使用できるようにし、キュービクル１４０へ出力する。キュービクル１４０は、出力電圧を目的に合致した電圧ヘ昇圧する。
　図７は、配線に直列接続を切り離すスイッチが設けられている太陽光発電ストリング１１１（太陽光発電システム）および直流接続箱３２０を示すブロック図である。太陽光発電ストリング１１０は、複数の太陽光発電パネル１１１、接続線１１２およびスイッチ１１５を備えている。
　太陽光発電ストリング１１０は、太陽光発電パネル１１１で太陽光エネルギーから変換された直流電圧を直列接続で高電圧にし直流接続箱３２０へ出力する。接続線１１２には、スイッチ１１５が設けられており、操作部１１６ａからの操作に応じてスイッチ１１５により、複数の太陽光発電パネル１１１による直列接続を切り離すことを可能にしている。
　なお、以上の実施形態では、太陽光発電ストリングを本発明の太陽光発電システムとして説明しているが、太陽光発電アレイまたは太陽光発電パネルを本発明の太陽光発電システムと捉えることも可能である。
　［第４の実施形態］
　上記の実施形態の太陽光発電システムでは、操作部で受け付けたユーザのＯＮ、ＯＦＦの操作をもとにスイッチが直列配列を接続または切り離しているが、温度センサによるＯＮ、ＯＦＦの信号をもとにスイッチが直列配列を接続または切り離してもよい。
　本実施形態の太陽光発電システムは、複数の太陽光パネルの温度を検知する温度センサを備えている。そして、スイッチは、温度センサの出力信号に応じて、複数の太陽光発電パネルによる直列接続の切り離しまたは接続を行なう。
　この場合の温度センサとスイッチとの接続は、図２に示す構成であれば操作部１１６ａを温度センサに代えることで実現できる。また、図５に示す構成であれば操作部２１６ａ、図７に示す構成であれば操作部１１６ａを温度センサに代えればよい。
　温度センサは、一つの太陽光発電ストリング当たりに少なくとも一つ設けることで機能し、いずれかの太陽光パネルの近傍に設けられる。例えば、温度センサは、いずれかの太陽光パネルの受光面の裏側に設けることが好ましい。温度センサは、スイッチ等の回路とともにまとめて受光面の裏側に形成してもよい。
　温度センサは、１００℃以上２００℃以下の所定の温度に至ったことを契機にスイッチをＯＦＦにする信号を発信することが好ましい。太陽光パネルが使用される環境にも依存するが、通常は温度上昇したとしてもせいぜい７０℃～８０℃であるため、太陽光パネルが１００℃以上の温度になったときには異常があったと判断できる。また、燃焼時に反応するためには２００℃以下の温度が好ましい。生産時のバラツキを考慮しても、上記の温度範囲内の温度を契機にスイッチのＯＮ、ＯＦＦをすることが好適である。なお、上記の所定の温度は、１５０℃以上２００℃以下の温度であればさらに好ましい。
　以上のように、本発明のいずれの実施形態でも、太陽光発電ストリングごとに送電のための接続線とは別に制御線が設けられており、その制御線に信号を伝達させることによりスイッチをＯＮ、ＯＦＦしている。なお、図３（ａ）に示す回路の例では、制御線１１６は、電力取り出し用のケーブルと一体に束ねて構成されているが、この場合でも各線自体は別個に設けられている。
　これに対し、太陽光発電パネルで発電した電力の送電に用いられるケーブルに、パワーコンディショナー側から、信号を重畳して送信する方式を採用することも考えられる。しかしながら、このような方式では、信号発生器とスイッチとの間に集電箱等の機器が配置された場合には、回路が正常に機能せずスイッチの制御ができなくなる可能性がある。
　本発明では、火災が発生した場合のような非常時に確実に送電を止めることが重視される。上記のような送電線で制御線を兼用するシステムに対して、本発明の太陽光発電システムは、信号発生器とスイッチとの間に機器が配置されている構成を採用した場合でも、確実にスイッチをＯＦＦにすることができる点で優れている。
１００　太陽光発電アレイ
１１０　太陽光発電ストリング
１１１　太陽光発電パネル
１１２　接続線
１１３　バイパスダイオード
１１４　ジャンクションボックス
１１５、１１５ａ～１１５ｄ　スイッチ
１１６　制御線
１１６ａ　操作部
１１７　太陽光セル
１１７ａ　接続線
１１８　端子
１２０　パワーコンディショナー
１２０ａ　パワーコンディショナー本体
１３０　交流集電箱
１４０　キュービクル
２１１　太陽光発電パネル
２１５ｄ　スイッチ
２１６　制御線
２１６ａ　操作部
２１７　太陽光セル
２１７ａ　接続線
２１７ｂ　発電部
３２０　直流接続箱
３２５　直流集電箱
３３０　パワーコンディショナー
 

Claims (6)

  1. 　太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電システムであって、
    　直列に接続された複数の太陽光発電パネルと、
    　前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を可能にするスイッチと、を備え、
    　前記スイッチは、特定の制御信号を受けたときに動作することを特徴とする太陽光発電システム。
  2. 　前記スイッチは、前記特定の制御信号として操作を契機として発生した外部からの入力信号を受けたときに、前記入力信号に応じて前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続に対して切り離しまたは接続を行なうことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
  3. 　前記スイッチは、前記直列接続で累積された電圧が各区間で２００Ｖ以下となるように前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続を切り離せる位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽光発電システム。
  4. 　前記スイッチは、前記太陽光発電パネル同士の端子を接続する接続線上に設けられ、前記接続線に並列接続された制御線により伝えられる制御信号により前記接続線の切り離しおよび接続を行なうことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
  5. 　前記接続線は、前記太陽光発電パネルの端子に接続可能なコネクタとして形成されてい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。
  6. 　前記複数の太陽光パネルの温度を検知する温度センサを備え、
    　前記スイッチは、前記温度センサの出力信号に応じて、前記複数の太陽光発電パネルによる直列接続の切り離しまたは接続を行なうことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽光発電システム。
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