JP6299507B2 - 太陽光発電システムの保護装置および太陽光発電システムの保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電システムにおいて発生した並列アークおよび直列アークからシステムを保護する太陽光発電システムの保護装置および太陽光発電システムの保護方法に関する。

従来、太陽光発電システムは、太陽電池により発電された電力が、昇圧器および直流交流変換器等を含むパワーコンディショナーを介して、電力送電網に供給されるようになっている。このような太陽光発電システムでは、システム内の回路等の故障により回路にアークを生じることがある。アークが発生した場合、アークの発生部分は高温になり、火災等を起こす恐れがある。このため、太陽光発電システムには、アークからシステムを保護する保護装置が備えられている。

上記アークには直列アークと並列アークとがあり、これらアークごとにアークを解消するための対応策が異なる。このため、保護装置は、アークの発生を検知し、かつ発生したアークが直列アークか並列アークかを識別する機能、並びに直列アークおよび並列アークを解消する機能を備えている。このような保護装置については、特許文献１および２に開示された構成が知られている。

特許文献１に記載の構成では、太陽電池（光電発電機）にて発電された電力が、インバータを介して電力送電網（電力グリッド）に供給される。太陽電池からインバータに至るＤＣ電力線には、回路遮断器が設けられ、この回路遮断器と並列にキャパシタが設けられている。また、上記ＤＣ電力線において、回路遮断器の後段には電流センサが設けられ、電流センサの後段には、太陽電池の正極と負極とを短絡させる短絡スイッチが設けられている。

特許文献１に記載の構成では、電流センサからの出力信号に基づいてＡＣ信号が検出された場合に、回路遮断器をオフ（遮断状態）にし、キャパシタを介してＤＣ電力線を流れるＡＣ信号が減少すれば、直列アークが発生していると判定する。この場合、直列アークは回路遮断器をオフにしていることにより解消される。

一方、ＡＣ信号が減少しなければ、ＡＣ信号は妨害源または並列アークによるものと判定する。この場合には、回路遮断器をオン（導通状態）にし、かつ短絡スイッチをオン（導通状態）にする。これにより、ＡＣ信号が減少すれば、並列アークが発生していると判定し、ＡＣ信号が減少しなければＡＣ信号は妨害源によるものと判定する。並列アークが発生している場合、並列アークは短絡スイッチをオンにすることにより解消される。

また、特許文献２に記載の構成では、特許文献１の場合と同様に、太陽電池（太陽電池発電装置）にて発電された電力が、インバータを介して電力送電網に供給される。太陽電池からインバータに至るＤＣ電力線には、回路遮断器（断路器）およびアークセンサが設けられ、回路遮断器とアークセンサとの間には、太陽電池の正極と負極とを短絡させる短絡スイッチが設けられている。アークセンサは、インバータに付設された電力管理用コントローラ（ＭＰＰＴ）に接続されている。

特許文献２に記載の構成では、ＭＰＰＴが、アークセンサによる検出信号からアークの有無を判定し、さらに電力管理（ＭＰＰ）を調整してアークの電力変化を検出し、アークの電力が低下した場合には、電力管理（ＭＰＰ）の調整方向に基づいて、アークが直列アークか並列アークかを判定するようになっている。また、特許文献１の場合と同様に、アークが直列アークの場合には、回路遮断器をオフにし、アークが並列アークの場合には、短絡スイッチをオンにする。

特表２０１４−５０９３９６号公報（２０１４年４月１７日公開） 特表２０１３−５４２６９９号公報（２０１３年１１月２１日公開）

特許文献１に記載の構成では、上記のように、回路遮断器と並列にキャパシタが設けられ、ＡＣ信号が検出された場合において、回路遮断器をオフ（遮断状態）にし、キャパシタを介してＤＣ電力線を流れるＡＣ信号が減少した場合に、直列アークが発生していると判定している。

しかしながら、ＡＣ信号は、キャパシタを通過した後に電流センサにより検出されるので、キャパシタを通過する際に劣化し易く、電流センサにより正確に検出し難くなる恐れがある。また、キャパシタは、部品の特性として耐久性に問題があり、高耐圧が要求される電力回路では故障の原因になり易い。このため、キャパシタを使用することは保護装置の信頼性を低下させる恐れがあるという問題点を有している。

また、特許文献２に記載の構成では、上記のように、ＭＰＰＴが、アークセンサによる検出信号からアークの有無を判別し、電力管理（ＭＰＰ）を調整してアークの電力変化を検出し、アークにおいて電力が低下した場合に、電力管理（ＭＰＰ）の調整方向に基づいて、アークが直列アークか並列アークかを識別するようになっている。このため、アークが直列アークか並列アークかを識別するための構成が複雑であるという問題点を有している。

したがって、本発明は、太陽光発電システムでのアークの発生を検知し、発生したアークが直列アークか並列アークかを識別し、それらアークを解消する機能を簡単かつ信頼性の高い構成にて実現することができる太陽光発電システムの保護装置および太陽光発電システムの保護方法の提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の太陽光発電システムの保護装置は、太陽電池の電力を出力する第１通電路に設けられ、前記第１通電路を開閉する第１リレーと、前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第２通電路に設けられ、前記第２通電路を開閉する第２リレーと、前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第３通電路に設けられ、前記第３通電路を開閉する第３リレーと、アークの発生を示すアーク信号を前記第１通電路から検出するアーク信号検出手段と、前記第１リレーが閉状態かつ前記第２および前記第３リレーが開状態であるアーク有無判定状態での前記アーク信号に基づいてアークの発生の有無を判定するアーク有無判定手段と、前記第１および第２リレーが閉状態かつ前記第３リレーが開状態であるアーク識別状態での前記アーク信号に基づいてアークが並列アークか直列アークかを判定するアーク識別手段と、前記アーク有無判定手段にてアーク発生と判定された場合に、前記第１から第３リレーを前記アーク識別状態とし、前記アーク識別手段にてアークが直列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第１リレーを開状態とし、前記アーク識別手段にてアークが並列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第３リレーを閉状態とする制御手段とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、太陽光発電システムは、アークが発生していない正常な状態において、第１リレーが閉状態かつ第２および第３リレーが開状態であるアーク有無判定状態となっている。このアーク有無判定状態において、アーク有無判定手段は、アーク信号検出手段により検出されたアーク信号に基づいて、アークの発生の有無を判定する。この判定により、アーク発生と判定されると、制御手段は、第１から３リレーを、第１および第２リレーが閉状態かつ第３リレーが開状態であるアーク識別状態とする。

次に、アーク識別手段は、アーク識別状態において、アーク信号に基づいてアークが直列アークか並列アークかを判定する。この判定の結果、アークが直列アークであれば、制御手段は、第１リレーを開状態とする。これにより、直列アークを解消することができる。

一方、上記の判定の結果、アークが並列アークであれば、第１リレーおよび第２リレーが閉状態とされていることによりアークが減少する。そこで、制御手段は、第３リレーを閉状態とする。これにより、並列アークを解消することができる。

したがって、上記の構成によれば、アークが直列アークか並列アークかの判定を簡単な構成にて行うことができる。また、第１通電路および第２通電路には、キャパシタ等の、交流信号であるアーク信号を劣化させやすい素子や故障しやすい素子が設けられていないので、上記アーク信号に基づいて、アークの発生の有無の判定、およびアークが並列アークであるか直列アークであるかの識別を正確に行うことができ、かつ高い信頼性を備えることができる。

また、並列アークが発生した場合に、３リレーを閉状態として第３通電路により太陽電池の正負の出力を短絡状態とする場合において、第３リレーの閉動作は、アーク信号が減少した状態、すなわち並列アークが減少した状態にて行うことができる。したがって、第３リレーには、要求される耐圧が低い小型かつ廉価のものを使用することができる。

上記の太陽光発電システムの保護装置において、前記制御手段は、前記アーク識別手段にてアークが並列アークと識別され、かつ前記アーク有無判定手段にて前記アーク信号が減少したと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第３リレーを閉状態とする構成としてもよい。

上記の構成によれば、アークが並列アークと判定された後、アーク識別状態から第３リレーを閉状態とする第３リレーの切り替えは、アーク信号が減少した状態、すなわち並列アークが減少した状態にて行われる。

これにより、第３リレーに要求される耐圧を確実に低下させることができる。

上記の太陽光発電システムの保護装置において、前記第３リレーはラッチリレーである構成としてもよい。

上記の構成によれば、閉状態への第３リレーの切り替え動作は、アーク信号が減少した状態、すなわち並列アークが減少した状態にて行われるので、第３リレーとして、一般に耐圧が低いラッチリレーを使用することができる。

また、太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第３リレーをラッチリレーとすることにより、第３リレーを駆動する電源が事故や故障等により停電した場合であっても、太陽電池の正負の出力の短絡状態を維持することができる。また、太陽電池の正負の出力の短絡をラッチリレーにて行っているので、この状態への迅速な切り替え動作が可能となっている。これにより、並列アークの解消機能についての信頼性をさらに高めることができる。

上記の太陽光発電システムの保護装置において、前記第１から第３リレーは、前記太陽電池に近い側に前記第３リレーが配置され、前記第３リレーの後段に前記第１リレーが設けられ、前記第１リレーの後段に前記第２リレーが配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、各リレーの配置状態を最適な配置状態とすることができる。例えば、並列アークが発生した場合には、第１リレーの状態に関わらず、第３リレーにより、太陽電池の正負の出力を短絡状態とすることができる。また、直列アークが発生した場合には、太陽電池の電力を出力する第１通電路を確実に遮断状態とすることができる。

本発明の太陽光発電システムの保護方法は、上記の課題を解決するために、アークの発生を示すアーク信号を太陽電池の電力を出力する第１通電路から検出するアーク信号検出ステップと、前記第１通電路を開閉する第１リレーを閉状態とし、かつ前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第２通電路を開閉する第２リレー、および前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第３通電路を開閉する第３リレーを開状態としたアーク有無判定状態にて、前記アーク信号に基づいてアークの発生の有無を判定するアーク有無判定ステップと、前記第１および第２リレーが閉状態かつ前記第３リレーが開状態であるアーク識別状態での前記アーク信号に基づいてアークが並列アークか直列アークかを識別するアーク識別ステップと、前記アーク識別ステップにて、アークが直列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第１リレーを開状態とする直列アーク対応ステップと、前記アーク識別ステップにて、アークが並列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第３リレーを閉状態とする並列アーク対応ステップとを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記の太陽光発電システムの保護装置と同様の作用効果を奏する。

本発明の構成によれば、太陽光発電システムでのアークの発生を検知し、発生したアークが直列アークか並列アークかを識別し、それらアークを解消する機能を簡単かつ信頼性が高く、さらに小型かつ廉価の構成にて実現することができる。

本発明の実施の形態の太陽光発電システムにおける、システムが正常に動作している場合の状態を示す回路図である。 図１に示した太陽光発電システムの動作を示すフローチャートである。 図１に示した太陽光発電システムにおける、アークの発生が検出された場合の状態を示す回路図である。 図１に示した太陽光発電システムにおける、アークが並列アークである場合の状態を示す回路図である。 図１に示した太陽光発電システムにおける、並列アークが発生した場合の停止処理後の状態を示す回路図である。 図１に示した太陽光発電システムにおける、直列アークが発生した場合の停止処理後の状態を示す回路図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態の太陽光発電システムにおける、システムが正常に動作している場合の状態（アーク有無判定状態）を示す回路図である。

太陽光発電システム１は、図１に示すように、複数の太陽電池１１、リレー回路１２、パワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳと称する）１３を備えている。さらに、電流トランス（アーク信号検出手段）２１、増幅回路（アーク信号検出手段）２２、フィルタ（アーク信号検出手段）２３、アーク有無判定部（アーク有無判定手段）２４、アーク識別部（アーク識別手段）２５および制御部（制御手段）２６を備えている。アーク有無判定部２４、アーク識別部２５および制御部２６は例えばマイクロコンピュータによって構成されている。本実施の形態において、保護装置５は、リレー回路１２、電流トランス２１、増幅回路２２、フィルタ２３、アーク有無判定部２４、アーク識別部２５および制御部２６により構成されている。

リレー回路１２は、リレー基板１４に設けられ、複数のリレー（継電器）を有する。リレー基板１４は、一方側の端縁部に沿って入力Ｐ端子３１Ｐおよび入力Ｎ端子３１Ｎを有し、反対側の端縁部に沿って出力Ｐ端子３２Ｐ、出力Ｎ端子３２Ｎ、測定Ｐ端子３３Ｐおよび測定Ｎ端子３３Ｎを有している。入力Ｐ端子３１Ｐおよび入力Ｎ端子３１Ｎには太陽電池１１が接続され、出力Ｐ端子３２Ｐおよび出力Ｎ端子３２ＮにはＰＣＳ１３が接続されている。出力Ｐ端子３２ＰとＰＣＳ１３との間には、順方向にダイオード２９が設けられている。測定Ｐ端子３３Ｐ,３３Ｎは、測定機器を接続するための端子であり、本実施の形態の動作においては、使用しない。

入力Ｐ端子３１Ｐと出力Ｐ端子３２Ｐとの間のＰ側第１通電路３４Ｐには、入力Ｐ端子３１Ｐから出力Ｐ端子３２Ｐに向って、Ｐ側第１リレー４１ＰおよびＰ側第４リレー４４Ｐが直列に設けられている。同様に、入力Ｎ端子３１Ｎと出力Ｎ端子３２Ｎとの間のＮ側第１通電路３４Ｎには、Ｎ側第１リレー４１ＮおよびＮ側第４リレー４４Ｎが直列に設けられている。

また、Ｐ側第１通電路３４ＰにおけるＰ側第１リレー４１ＰとＰ側第４リレー４４Ｐとの間、およびＮ側第１通電路３４ＮにおけるＮ側第１リレー４１ＮとＮ側第４リレー４４Ｎとの間は、第２通電路３５によって接続され、この第２通電路３５には、第２通電路３５を開閉する第２リレー４２が設けられている。

また、Ｐ側第１通電路３４Ｐにおける入力Ｐ端子３１ＰとＰ側第１リレー４１Ｐとの間、およびＮ側第１通電路３４Ｎにおける入力Ｎ端子３１ＮとＮ側第１リレー４１Ｎとの間は、第３通電路３６によって接続され、この第３通電路３６には、第３通電路３６を開閉するＰ側第３リレー４３ＰとＮ側第３リレー４３Ｎとが直列に設けられている。Ｐ側第３リレー４３ＰおよびＮ側第３リレー４３Ｎはラッチリレーである。

Ｐ側第４リレー４４Ｐは、可動接点４４Ｐａ、固定接点４４Ｐｂおよび固定接点４４Ｐｃを有する。同様に、Ｎ側第４リレー４４Ｎは、可動接点４４Ｎａ、固定接点４４Ｎｂおよび固定接点４４Ｎｃを有する。

可動接点４４ＰａはＰ側第１リレー４１Ｐの他方の端子および第２リレー４２の一方の端子と接続され、固定接点４４Ｐｂは出力Ｐ端子３２Ｐと接続され、固定接点４４Ｐｃは測定Ｐ端子３３Ｐと接続されている。同様に、可動接点４４ＮａはＮ側第１リレー４１Ｎの他方の端子および第２リレー４２の他方の端子と接続され、固定接点４４Ｎｂは出力Ｎ端子３２Ｎと接続され、固定接点４４Ｎｃは測定Ｎ端子３３Ｎと接続されている。

電流トランス２１は、Ｐ側第１通電路３４Ｐに配置され、Ｐ側第１通電路３４Ｐを流れる交流信号を検出する。この交流信号には、太陽光発電システム１においてアークが発生した場合に、アークにより生じたアークノイズ（アーク信号）が含まれる。なお、電流トランス２１は、Ｎ側第１通電路３４Ｎに配置されていてもよい。

増幅回路２２は電流トランス２１にて検出された交流信号を増幅する。フィルタ２３は、上記交流信号からアークノイズに相当する所定の周波数の信号を取り出す。アーク有無判定部２４は、フィルタ２３から出力された信号に基づいて、アークが発生しているどうかを判定する。アーク識別部２５は、アーク有無判定部２４にてアークが発生していると判定された場合に、制御部２６による第２リレー４２の制御に伴うアークノイズの変化に基づいて、アークが直列アークか並列アークかを識別する。

制御部２６は、Ｐ側第４リレー４４ＰおよびＮ側第４リレー４４Ｎの切り替え動作を制御する。また、アーク有無判定部２４での判別結果（判定結果）およびアーク識別部２５でのアークの識別結果に応じて、Ｐ側第１リレー４１Ｐ、Ｎ側第１リレー４１Ｎ、第２リレー４２、並びにＰ側第３リレー４３ＰおよびＮ側第３リレー４３Ｎのオンオフ動作を制御する。

上記の構成において、太陽光発電システム１の動作について以下に説明する。図２は、太陽光発電システム１の動作を示すフローチャートである。

図２において、太陽光発電システム１が正常に動作している場合には（Ｓ１１）、図１に示すように、制御部２６の制御により、Ｐ側第３リレー４３Ｐはオフ（開状態）となり、Ｐ側第１リレー４１Ｐはオン（閉状態）となり、Ｐ側第４リレー４４Ｐは可動接点４４Ｐａが固定接点４４Ｐｂに切り替えられている。同様に、Ｎ側第３リレー４３Ｎはオフ（開状態）となり、Ｎ側第１リレー４１Ｎはオン（閉状態）となり、Ｎ側第４リレー４４Ｎは可動接点４４Ｎａが固定接点４４Ｎｂに切り替えられている。この状態は、アーク有無判定状態である。この状態では、太陽電池１１にて発電された電力は、Ｐ側およびＮ側第１通電路３４Ｐ，３４Ｎを通じてＰＣＳ１３に供給される。

上記の状態において、Ｐ側第１通電路３４Ｐに交流信号が流れると、その交流信号は電流トランス２１にて検出され、増幅回路２２にて増幅される。また、上記交流信号にアークノイズが含まれていると、そのアークノイズはフィルタ２３にて取り出され、アーク有無判定部２４に入力される（アーク信号検出ステップ）。アーク有無判定部２４は、フィルタ２３から入力される信号に基づいて、太陽光発電システム１におけるアークの発生の有無（アークノイズの有無）を監視している（Ｓ１２、アーク有無判定ステップ）。

ここで、アーク有無判定部２４がアークノイズを検出し、アークの発生と判定すると（Ｓ１３）、制御部２６は、図３に示すように、第２リレー４２をオンにする（Ｓ１４）。これにより、太陽電池１１のＰ端子から、入力Ｐ端子３１Ｐ→Ｐ側第３リレー４３Ｐ→Ｐ側第１リレー４１Ｐ→第２リレー４２→Ｎ側第１リレー４１Ｎ→Ｎ側第３リレー４３Ｎ→入力Ｎ端子３１Ｎを経て、太陽電池１１のＮ端子に至る短絡回路（電流Ｉの経路）が形成される。図３は、アークの発生が検出された場合の太陽光発電システム１の状態（アーク識別状態）を示す回路図である。

次に、アーク識別部２５は、第２リレー４２がオンにされることにより、アークノイズが減少したかどうかを判定する（Ｓ１５）。この判定の結果、アークノイズが減少していれば、アークは並列アークであると識別する（Ｓ１６、アーク識別ステップ）。なお、並列アークであるか否かを確実に検出するためＳ１４，Ｓ１５の処理を複数回繰り返してもよい。

制御部２６は、アーク識別部２５によりアークが並列アークであると識別されると、図４に示すように、Ｐ側第３リレー４３ＰおよびＮ側第３リレー４３Ｎがオンにする（Ｓ１７、並列アーク対応ステップ）。これにより、図４に示すように、太陽電池１１のＰ端子から、入力Ｐ端子３１Ｐ→第３通電路３６（Ｐ側第３リレー４３Ｐ→Ｎ側第３リレー４３Ｎ）→入力Ｎ端子３１Ｎを経て、太陽電池１１のＮ端子に至る短絡回路（電流Ｉの経路）が形成される。図４は、アークが並列アークである場合の太陽光発電システム１の状態を示す回路図である。上記のように、太陽電池１１のＰ端子とＮ端子とを短絡させることにより、並列アークは解消される。

その後、制御部２６は、図５に示すように、Ｐ側第１リレー４１ＰおよびＮ側第１リレー４１Ｎ、並びに第２リレー４２をオフ（開状態）にさせて、太陽光発電システム１を停止させる（Ｓ１８）。図５は、並列アークが発生した場合の、太陽光発電システム１の停止処理後の状態を示す回路図である。この場合には、太陽電池１１のＰ端子とＮ端子との短絡状態が維持され、かつ太陽電池１１とＰＣＳ１３との間のＰ側およびＮ側第１通電路３４Ｐ，３４Ｎが開放される。なお、太陽電池１１のＰ端子とＮ端子とは短絡させたままであるから、並列アークを解消した状態が維持される。

一方、アーク識別部２５は、Ｓ１５での判定の結果、アークノイズが減少しない場合、あるいは増加する場合には、アークは直列アークであると識別する（Ｓ１９、アーク識別ステップ）。

制御部２６は、アーク識別部２５によりアークが直列アークであると識別されると、図６に示すように、図３の状態から、Ｐ側第１リレー４１ＰおよびＮ側第１リレー４１Ｎをオフ（開状態）にするとともに（直列アーク対応ステップ）、第２リレー４２をオフ（開状態）にして（Ｓ２０）、太陽光発電システム１を停止させる。図６は、直列アークが発生した場合の、太陽光発電システム１の停止処理後の状態を示す回路図である。この場合には、太陽電池１１とＰＣＳ１３との間のＰ側およびＮ側第１通電路３４Ｐ，３４Ｎが開放される。また、太陽電池１１のＰ端子とＮ端子との間も開放される。

以上のように、本実施の形態の太陽光発電システム１は、太陽光発電システム１の動作状態（太陽電池１１にて発電された電力を出力している状態）において、電流トランス２１により検出された交流信号（アークノイズ）に基づいてアークの発生が検出された場合に、まず、アークを並列アークと仮定して、アーク種類識別用のリレーである第２リレー４２をオンにし、アークノイズが減少するかどうかを判定している。また、この判定の結果、アークノイズが減少すればアークを並列アークと識別している。一方、アークノイズが減少しないかあるいは増加すれば、アークを直列アークと識別し、Ｐ側およびＮ側第１リレー４１Ｐ,４１Ｎをオフにし、太陽電池１１からのＰ側およびＮ側第１通電路３４Ｐ，３４Ｎを遮断している。

したがって、アークが直列アークか並列アークかの識別を簡単な構成にて行うことができる。また、太陽電池１１からＰＣＳ１３に至るリレー回路１２には、キャパシタ等の、交流信号（アークノイズ）を劣化させやすい素子や故障しやすい素子が不要であるので、上記検出信号に基づいて、アークの発生の有無の判定、およびアークが並列アークであるか直列アークであるかの判定を正確に行うことができ、かつ高い信頼性を備えることができる。

また、アークの種類を識別する場合において、まず、アーク種類識別用のリレーである第２リレー４２をオンにして、第２通電路３５により太陽電池１１のＰ端子とＮ端子とを短絡させ、この状態において、アークが並列アークであると識別された場合に、並列アーク解消用のＰ側およびＮ側第３リレー４３Ｐ，４３Ｎをオンにして、第３通電路３６により太陽電池１１のＰ端子とＮ端子とを短絡させている。

この場合、アークが並列アークであれば、第２リレー４２をオンにすることにより、アークが減少する。したがって、Ｐ側およびＮ側第３リレー４３Ｐ，４３Ｎの上記オン動作は、単に、アーク識別部２５にてアークが並列アークであると識別された後に、あるいは、アーク識別部２５にてアークが並列アークであると識別され、かつアーク信号（並列アーク）が減少したことが確認された後に、行うことができる。これにより、Ｐ側およびＮ側第３リレー４３Ｐ，４３Ｎには、要求される耐圧が低い小型かつ廉価なものを使用することができる。

また、第３通電路３６により太陽電池１１のＰ端子とＮ端子とを短絡させるＰ側およびＮ側第３リレー４３Ｐ，４３Ｎはラッチリレーであるので、Ｐ側およびＮ側第３リレー４３Ｐ，４３Ｎを駆動する電源が事故や故障等により停電した場合であっても、太陽電池１１のＰ端子とＮ端子との短絡状態を維持することができる。これにより、並列アークの解消機能についての信頼性をさらに高めることができる。

なお、太陽光発電システム１では、第３通電路３６にＰ側第３リレー４３ＰおよびＮ側第３リレー４３Ｎを備え、Ｐ側第１通電路３４ＰにＰ側第１リレー４１ＰおよびＰ側第４リレー４４Ｐを備え、Ｎ側第１通電路３４ＮにＮ側第１リレー４１ＮおよびＮ側第４リレー４４Ｎを備えた構成としている。したがって、各リレーに要求される耐圧を低くすることができる。しかしながら、これに限定されることなく、第３通電路３６に一つのみのリレーを備え、かつＰ側第１通電路３４ＰまたはＮ側第１通電路３４Ｎのいずれか一方のみにリレーを備えた構成としてもよい。すなわち第３通電路３６にＰ側第３リレー４３Ｐを備え、かつＰ側第１通電路３４ＰにＰ側第１リレー４１ＰおよびＰ側第４リレー４４Ｐを備えた構成、または第３通電路３６にＮ側第３リレー４３Ｎを備え、かつＮ側第１通電路３４ＮにＮ側第１リレー４１ＮおよびＮ側第４リレー４４Ｎを備えた構成としてもよい。

なお、太陽光発電システム１において、アークが並列アークか直列アークを識別する際、および並列アークを解消する際に、太陽電池１１の正極と負極とを短絡する上記構成は、原理的には太陽光発電システム以外にも適用可能である。しかしながら、上記構成は、下記の２点の理由により、実際には、太陽光発電システムにしか適用できない。

（１）太陽光発電システム以外の一般の電源システムや発電装置において、正極と負極とを短絡すると、数千〜数万アンペアといった膨大な突入電流が発生する。このため、並列アークが発生した場合でも正極と負極とを短絡することはない。なお、太陽電池の場合、正極と負極とを短絡した場合の突入電流は、１パネル当たり１０アンペア程度である。

（２）太陽光発電以外の電源システムでは、エネルギー遮断のために各種の手法が存在するため、膨大な突入電流が発生する、太陽光発電システム１の上記構成を採用する必要がない。上記の各種の手法としては、例えば電池であれば専用の遮断リレーを設けること、発電機であればクラッチを切断することなどである。一方、太陽光発電システムでは、光が当たると至るところで発電するため、並列アーク遮断の手法が限定される。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、太陽電池を使用した発電システムの保護装置として好適に利用することができる。

１ 太陽光発電システム
５ 保護装置
１１ 太陽電池
１２ リレー回路
１３ パワーコンディショニングシステム
１４ リレー基板
２１ 電流トランス（アーク信号検出手段）
２２ 増幅回路（アーク信号検出手段）
２３ フィルタ（アーク信号検出手段）
２４ アーク有無判定部（アーク有無判定手段）
２５ アーク識別部（アーク識別手段）
２６ 制御部（制御手段）
３４Ｐ Ｐ側第１通電路
３４Ｎ Ｎ側第１通電路
３５ 第２通電路
３６ 第３通電路
４１Ｐ Ｐ側第１リレー
４１Ｎ Ｎ側第１リレー
４２ 第２リレー
４３Ｐ Ｐ側第３リレー
４３Ｎ Ｎ側第３リレー
４４Ｐ Ｐ側第４リレー
４４Ｎ Ｎ側第４リレー

Claims (4)

1. 太陽電池の電力を出力する第１通電路に設けられ、前記第１通電路を開閉する第１リレーと、
   前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第２通電路に設けられ、前記第２通電路を開閉する第２リレーと、
   前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第３通電路に設けられ、前記第３通電路を開閉する第３リレーと、
   アークの発生を示すアーク信号を前記第１通電路から検出するアーク信号検出手段と、
   前記第１リレーが閉状態かつ前記第２および前記第３リレーが開状態であるアーク有無判定状態での前記アーク信号に基づいてアークの発生の有無を判定するアーク有無判定手段と、
   前記第１および第２リレーが閉状態かつ前記第３リレーが開状態であるアーク識別状態での前記アーク信号に基づいてアークが並列アークか直列アークかを判定するアーク識別手段と、
   前記アーク有無判定手段にてアーク発生と判定された場合に、前記第１から第３リレーを前記アーク識別状態とし、前記アーク識別手段にてアークが直列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第１リレーを開状態とし、前記アーク識別手段にてアークが並列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第３リレーを閉状態とする制御手段とを備え、
   前記第１から第３リレーは、前記太陽電池に近い側に前記第３リレーが配置され、前記第３リレーの後段に前記第１リレーが設けられ、前記第１リレーの後段に前記第２リレーが配置されていることを特徴とする太陽光発電システムの保護装置。
2. 前記制御手段は、前記アーク識別手段にてアークが並列アークと識別され、かつ前記アーク有無判定手段にて前記アーク信号が減少したと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第３リレーを閉状態とすることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システムの保護装置。
3. 前記第３リレーはラッチリレーであることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電システムの保護装置。
4. アークの発生を示すアーク信号を太陽電池の電力を出力する第１通電路から検出するアーク信号検出ステップと、
   前記第１通電路を開閉する第１リレーを閉状態とし、かつ前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第２通電路を開閉する第２リレー、および前記太陽電池の正負の出力を短絡状態とする第３通電路を開閉する第３リレーを開状態としたアーク有無判定状態にて、前記アーク信号に基づいてアークの発生の有無を判定するアーク有無判定ステップと、
   前記第１および第２リレーが閉状態かつ前記第３リレーが開状態であるアーク識別状態での前記アーク信号に基づいてアークが並列アークか直列アークかを識別するアーク識別ステップと、
   前記アーク識別ステップにて、アークが直列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第１リレーを開状態とする直列アーク対応ステップと、
   前記アーク識別ステップにて、アークが並列アークと判定された場合に、前記アーク識別状態から前記第３リレーを閉状態とする並列アーク対応ステップとを含み、
   前記第１から第３リレーは、前記太陽電池に近い側に前記第３リレーを配置し、前記第３リレーの後段に前記第１リレーを設け、前記第１リレーの後段に前記第２リレーを配置することを特徴とする太陽光発電システムの保護方法。

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