JP2001238465A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省スペース化および低コスト化を図り、安全
性を向上させたインバータ装置を提供する。 【解決手段】 太陽電池等の直流電源と電力変換部１ｂ
とインバータ装置とを直接に接続する入力接続部１ａを
インバータ装置１内に内蔵する。入力接続部１ａには、
ノイズ防止用のフィルタであるコンデンサ２５、雷サー
ジアブソーバ５の故障時の短絡電流を流さないための電
流ヒューズ２７および温度ヒューズ２６を備える。した
がって、省スペース化、低コスト化が図られ、接続部か
らのノイズ流出を効果的に低減し、雷サージ防護手段故
障時に短絡電流が流れ続けることを防止することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池等の独
立した直流電源が発生する直流電力を交流電力に変換し
て、家庭用、事務用の一般交流負荷、あるいは既存の商
用電力系統に電力を供給するインバータ装置に関し、よ
り特定的には、その直流電源と直流を交流に変換する電
力変換部との接続機能を備えたインバータ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は、太陽の日射強度がある場合
には直流電力を出力する直流電源である。太陽電池は、
太陽光を受けることにより太陽電池のみで直流電力を出
力でき、外部から燃料等の他のエネルギー源を供給する
必要がなく、また、火力発電等と異なり有害な物質を排
出しないため、シンプルでクリーンなエネルギー源とし
て知られている。

【０００３】太陽電池が発生する直流電力を交流電力に
変換して、一般交流負荷に電力を供給したり、あるいは
既存の商用電力系統に連系して電力を供給したりするた
めにインバータ装置が用いられる。一般に、建造物の屋
根等に設置された太陽電池からの配線は、屋外から一旦
接続機能を有した外部装置である接続箱を介してインバ
ータ装置に配線される。以下、この接続箱を介して太陽
電池と接続されるインバータ装置の説明をする。

【０００４】図６は、従来のインバータ装置１０１およ
び接続箱１０４の構成を示す回路図である。

【０００５】図６を参照して、インバータ装置１０１
は、太陽電池１０２から出力された直流電力を受けて商
用電力系統１０３と同一の位相および周波数を持つ交流
電力に変換する。そして変換後の交流電力を商用電力系
統１０３に供給する。商用電力系統１０３の周波数は、
日本国内では、一般に５０／６０Ｈｚである。

【０００６】太陽電池１０２から出力された直流電力
は、インバータ装置１０１に入力される前に、一旦、接
続箱１０４に入力される。すなわち、太陽電池１０２と
インバータ装置１０１は、接続箱１０４によって接続さ
れている。

【０００７】接続箱１０４には、インバータ装置１０１
側から太陽電池１０２側に電力が逆流しないように逆流
防止ダイオード１０５が設けられ、また、太陽電池１０
２側からインバータ装置１０１側に落雷時の雷サージが
侵入するのを防ぐために雷サージアブソーバ１０６が設
けられ、さらには、太陽電池１０２側とインバータ装置
１０１側を接続する線路を開閉するための入力ブレーカ
１０７が設けられている。

【０００８】インバータ装置１０１は、直流コンデンサ
１０８と、インバータブリッジ１０９と、連系リレー１
１０と、インバータ出力電流検出器１１１と、制御回路
１１２とを備えている。そして、インバータ装置１０１
は、日射強度のある昼間時に運転して太陽エネルギーの
有効利用を図りながら、太陽電池１０２から出力された
直流電力を交流電力に変換して商用電力系統１０３に供
給する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した従来の手法では、建造物の屋根等に配置された太
陽電池１０２からの配線を接続機能を有した外部装置で
ある接続箱１０４を介してインバータ装置１０１に接続
していた。したがって、建造物の屋内外に接続箱１０４
の設置スペースをインバータ装置１０１の設置スペース
とは別に専用に設けなければならなかった。また、太陽
電池１０２とインバータ装置１０１とを接続するための
入力ブレーカ１０７、逆流防止ダイオード１０５、雷サ
ージアブソーバ１０６を屋外に設置するために防水ボッ
クスなどの専用の筐体および配線材料が必要であり、装
置全体が高価なものになっていた。さらに、接続箱１０
４からインバータ装置１０１に接続するための配線を壁
面等に設けなければならないため、屋内外の景観が損な
われるおそれがあった。

【００１０】また、日射強度のある昼間時においてイン
バータ装置１０１が運転を行なっている場合に、インバ
ータ装置１０１の入力部には、たとえばインバータ装置
の定格容量が４ｋＷの場合に最大で約２０Ａの直流電流
が流れる。逆流防止ダイオード１０５では電圧降下が約
１Ｖあり、逆流防止ダイオードにおいて約２０Ｗの損失
が発生する。この損失が熱となって、逆流防止ダイオー
ド１０５の温度が上昇し、逆流防止ダイオード１０５の
劣化や寿命低下につながるおそれがあった。

【００１１】また、日射強度のある昼間時においてイン
バータ装置１０１が直流電力を交流電力に変換する運転
を行なっている場合に、インバータブリッジ１０９から
スイッチングノイズが発生する。このノイズがインバー
タ装置１０１の入力部から太陽電池１０２への配線を伝
わってインバータ装置１０１の外部に流出し、ラジオ等
に雑音が入るなどの悪影響を及ぼすおそれがあった。

【００１２】さらには、落雷時に太陽電池１０２側から
雷サージがインバータ装置１０１に侵入しないように雷
サージアブソーバ１０６が接続箱１０４の内部に備えら
れていたが、雷サージアブソーバ１０６の仕様以上の雷
サージを受けた場合に、雷サージアブソーバ１０６が短
絡故障し、太陽電池１０２と接続箱１０４との間で短絡
電流が流れ雷サージアブソーバ１０６が過熱し、故障に
至る危険性があった。

【００１３】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであって、太陽電池とインバータ装置
との接続に関して、建造物の屋内外に専用の設置スペー
スを設けることなく、また、専用の筐体および配線材料
を不要とし、装置全体のコストダウンを図り、接続箱か
らインバータ装置に接続するための配線を不要とし屋内
外の景観が損なわれないように配慮し、また、逆流防止
装置の温度上昇およびインバータ装置間のノイズ流出を
抑制し、さらには落雷時に強力な雷サージが発生して、
雷サージアブソーバが故障短絡しても、短絡電流の発生
が継続しない安全なインバータ装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明のある局面に従
うと、外部に設けられた直流電源が発生する直流電力を
受けて交流電力に変換し、交流電力を出力する電力変換
手段と、電力変換手段を稼動させるときに、直流電源と
電力変換手段とを接続する入力接続手段と、電力変換手
段と入力接続手段とを収納する筐体とを備える。したが
って、直流電源とインバータ装置の接続に関して、建造
物の屋内外に専用の設置スペースを設ける必要がない。
また、入力接続部を収納する専用の筐体および配線材料
を必要としないので、装置全体のコストダウンを図るこ
とができる。さらには、接続箱からインバータ装置に接
続するための配線が不要であるので、屋内外の景観が損
なわれることがない。

【００１５】好ましくは、入力接続手段は、電力変換手
段から直流電源に向けて電流が逆流することを防止する
逆流防止手段と、直流電源から直流電力を受ける経路か
ら電力変換手段に雷サージが侵入することを防ぐ雷サー
ジ防護手段と、電力変換手段を稼動させるときに、直流
電力を電力変換手段に伝達し、電力変換手段を停止させ
るときに、直流電源と電力変換手段とを分離させるため
の、開閉手段とを含む。したがって、インバータ装置側
から直流電源側に電流が逆流することがなく、また、工
事等において直流電源側とインバータ装置側とを安全に
接続したり切り離したりすることができ、さらには、落
雷時に直流電源側からインバータ装置側に雷サージが侵
入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保するこ
とができる。

【００１６】より好ましくは、逆流防止手段は、直流電
源と開閉手段との間に接続され、かつ、直流電源から正
常に電力変換手段に電力供給が行なわれるときに電流が
流れる向きを順方向として接続されるダイオード素子を
含み、雷サージ防護手段は、ダイオード素子と開閉手段
との接続ノードが所定の電位以上になったときに導通
し、雷サージを放電させる。したがって、インバータ装
置側から直流電源側に電流が逆流することがなく、ま
た、工事等において直流電源側とインバータ装置側とを
安全に接続したり切り離したりすることができ、さらに
は、落雷時に直流電源側からインバータ装置側に雷サー
ジが侵入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保
することができる。

【００１７】より好ましくは、逆流防止手段、雷サージ
防護手段および開閉手段を接続する配線が基板上に形成
されたプリント配線基板をさらに備える。したがって、
各手段間の配線を省いて代わりにプリント配線基板を使
用することにより、配線材料が不用になるので、装置全
体のコストダウンを図ることができ、また、基板化によ
り装置の組立性およびメンテナンス性を向上することが
できる。

【００１８】より好ましくは、入力接続手段は、逆流防
止手段における熱損失による温度上昇を抑えるために逆
流防止手段に取付けられて放熱を行なう放熱フィンをさ
らに含む。したがって、インバータ装置が運転を行なっ
ている場合に、インバータ装置の入力部に流れる電流と
逆流防止手段において生じる電圧の降下とによって発生
する熱損失に起因する逆流防止手段の温度上昇を低減す
ることができる。そして、逆流防止手段の劣化／寿命低
下を防止することができる。

【００１９】より好ましくは、入力接続手段は、外部に
対して流出するノイズを軽減するために逆流防止手段に
取り付けられるフィルタ部品をさらに含む。したがっ
て、インバータ装置が運転を行なっている場合にインバ
ータブリッジから発生するスイッチングノイズのインバ
ータ外部への流出を低減することができ、ラジオ等への
雑音などの悪影響を防止することができる。

【００２０】さらに好ましくは、フィルタ部品は、逆流
防止手段に並列に接続されるコンデンサを含む。したが
って、インバータ装置が運転を行なっている場合にイン
バータブリッジから発生するスイッチングノイズのイン
バータ外部への流出を低減することができ、ラジオ等へ
の雑音などの悪影響を防止することができる。

【００２１】より好ましくは、入力接続手段は、雷サー
ジ防護手段が短絡故障を起こした場合に短絡電流が流れ
る経路上に設けられ、短絡電流を遮断するヒューズをさ
らに含む。これにより、大きな落雷によって雷サージ防
護手段が故障短絡し、直流コンデンサと雷サージ防護手
段との間でもしくは太陽電池と雷サージ防護手段との間
で短絡電流が流れても、ヒューズが働いて、回路を開放
することができる。したがって、短絡電流が継続して流
れるのを防止し、短絡電流により雷サージ防護手段が過
熱して故障に至るのを防ぐことができ、安全性を向上す
ることができる。

【００２２】さらに好ましくは、ヒューズは、雷サージ
防護手段と直列に接続され、短絡電流の大きさに応じて
短絡電流が流れる経路を開放する。これにより、大きな
落雷による雷サージ防護手段の短絡故障時に直流コンデ
ンサと雷サージ防護手段との間で短絡電流が流れると、
雷サージ防護手段と直列に取付けたヒューズが溶断し
て、回路を開放することができる。したがって、短絡電
流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により雷サー
ジ防護手段が過熱し、故障に至るのを防ぐことができる
ため安全性を向上することができる。

【００２３】さらに好ましくは、ヒューズは、雷サージ
防護手段に取付けられ、雷サージ手段の温度に応じて短
絡電流が流れる経路を開放する。日射強度のない夜間時
においてインバータ装置が停止している場合に大きな落
雷を受けこれにより雷サージ防護手段が故障して短絡し
た場合に、その後夜が明けて日射強度が増し太陽電池と
雷サージ防護手段との間で短絡電流が流れ始めると、雷
サージ防護手段が過熱して温度が上昇する。このような
場合に、雷サージ防護手段に取付けた温度ヒューズが働
いて、設定以上の温度上昇が生ずると溶断することによ
り回路を開放するので、短絡電流が継続して流れるのを
防止し、短絡電流により雷サージ防護手段が過熱し、故
障に至るのを防ぐことができるため安全性を向上するこ
とができる。

【００２４】好ましくは、直流電源は、太陽電池であ
る。したがって、太陽光発電システムにおいて、インバ
ータ装置のコスト低減および安全性の向上を図ることが
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施の形
態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中
同一符号は同一または相当部分を示す。

【００２６】図１は、本発明のインバータ装置１の構成
を示す回路図である。図１を参照して、インバータ装置
１は、太陽電池２から出力された直流電力を商用電力系
統３と同一の位相および周波数（５０／６０Ｈｚ）を持
つ交流電力に変換し、商用電力系統３に供給する。

【００２７】本発明のインバータ装置１は、太陽電池２
から発生した電力を受ける入力接続部１ａと、入力接続
部１ａを介して太陽電池２からの直流電力を受けて交流
電力に変換し商用電力系統３に対して出力する電力変換
部１ｂと、入力接続部１ａおよび電力変換部１ｂを収容
する筐体とを備える。図１に破線で示されるインバータ
装置１の境界線は、同時に入力接続部１ａおよび電力変
換部１ｂを収容する筐体の境界線をも表わしているが、
実施例の入力接続部１ａと電力変換部１ｂは同一筐体で
もよい。

【００２８】入力接続部１ａは、インバータ装置１側か
ら太陽電池２側に直流電流が逆流するのを防ぐ逆流防止
ダイオード４と、太陽電池２側からインバータ装置１側
に雷サージが侵入するのを防止する雷サージアブソーバ
５と、雷サージアブソーバ５に過大電流が流れたときに
雷サージアブソーバ５を切り離すための電流ヒューズ２
７と、雷サージアブソーバ５が過熱したときに溶断し太
陽電池２を雷サージアブソーバ５と分離する温度ヒュー
ズ２６と、太陽電池２側とインバータ装置１側とを接続
したり切り離したりする入力ブレーカ６とを含む。

【００２９】電力変換部１ｂは、太陽電池２から入力さ
れる直流電力の変動を抑制する直流コンデンサ７と、直
流電力を高周波交流（数十〜数百ｋＨｚ）に変換する高
周波インバータブリッジ８と、１次側が高周波インバー
タブリッジ８に接続され、太陽電池２側と商用電力系統
３側（２次側）とを絶縁するための高周波トランス９と
を含む。

【００３０】電力変換部１ｂは、さらに、高周波トラン
ス９の２次側に生じる高周波交流を整流するダイオード
ブリッジ１０と、ダイオードブリッジ１０により整流さ
れた電圧波形に含まれる高周波成分の除去および平滑を
行なうフィルタ回路１１と、フィルタ回路１１から出力
される全波整流波形状の直流を低周波（５０／６０〜数
百Ｈｚ）で折り返し制御を行ない、低周波の正弦波交流
を出力する低周波インバータブリッジ１２とを備える。

【００３１】電力変換部１ｂは、さらに、低周波インバ
ータブリッジ１２から出力される正弦波交流の高調波成
分の吸収を行なうＡＣフィルタ１３と、低周波インバー
タブリッジ１２の出力する正弦波交流におけるインバー
タ出力電流を検出し信号Ｉｏｕｔを出力するインバータ
出力電力検出器１５と、商用電力系統３側との連系およ
び切り離しを行なう連系リレー１４と、連系リレー１４
と商用電力系統３との間に設けられる出力ブレーカ１６
とを含む。

【００３２】高周波インバータブリッジ８は、直流コン
デンサ７の一方端と他方端との間に直列に接続されるス
イッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、同じく直流コンデンサ７
の一方端と他方端との間に直流に接続されるスイッチン
グ素子Ｑ３，Ｑ４とを含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ
４とそれぞれ並列に４つの保護用ダイオードが設けられ
ている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードとス
イッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードには高周波トラ
ンス９の第１次側のコイルの一方端と他方端とが接続さ
れている。

【００３３】ダイオードブリッジ１０は、直列に接続さ
れたダイオード１０ａ，１０ｂと、直列に接続されたダ
イオード１０ｃ，１０ｄとを含む。ダイオード１０ａと
ダイオード１０ｃとはカソード同士が接続される。ま
た、ダイオード１０ｂとダイオード１０ｄとはアノード
同士が接続される。そして、ダイオード１０ａ，１０ｂ
の接続ノードには高周波トランス９の２次側コイルの一
方端が接続され、ダイオード１０ｃ，１０ｄの接続ノー
ドには高周波トランス９の２次側コイルの他方端が接続
される。

【００３４】フィルタ回路１１は、ダイオード１０ｃの
カソードに一方端が接続されるコイル１１ａと、コイル
１１ａの他方端とダイオード１０ｄのアノードとの間に
接続されるコンデンサ１１ｂとを含む。

【００３５】低周波インバータブリッジ１２は、コンデ
ンサ１１ｂの一方端と他方端との間に直列に接続される
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、同じくコンデンサ１１
ｂの一方端と他方端との間に直列に接続されるスイッチ
ング素子Ｓ３，Ｓ４とを含む。スイッチング素子Ｓ１〜
Ｓ４とそれぞれ並列に４つの保護用ダイオードが設けら
れている。

【００３６】ＡＣフィルタ１３は、スイッチング素子Ｓ
３，Ｓ４の接続ノードに一方端が接続されるコイル１３
ａと、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続ノードとコイ
ル１３ａの他方端との間に接続されるコンデンサ１３ｂ
とを含む。

【００３７】電力変換部１ｂは、さらに、スイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート電圧およびスイッチング素子Ｓ
１〜Ｓ４のゲート電圧を制御する制御回路１７を含む。

【００３８】制御回路１７は、直流コンデンサ７の両端
の電圧を監視してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート
電圧を制御する高周波インバータブリッジ制御系１７ａ
と、低周波インバータブリッジ１２に含まれるスイッチ
ング素子Ｓ１〜Ｓ４のゲート電圧を制御する低周波イン
バータブリッジ制御系１７ｂとを含む。

【００３９】高周波インバータブリッジ制御系１７ａ
は、制御量演算部１８と、ＰＷＭ変調制御部１９と、ゲ
ートドライブ信号生成部２０と、最大電力点追従制御部
２１とを含む。

【００４０】制御量演算部１８は、インバータ出力電力
信号Ｉｏｕｔの標準電流波形信号であり、かつ、インバ
ータ装置１の制御量がその振幅Ｒに相当する電流基準信
号Ｉｒｅｆを生成している。

【００４１】ＰＷＭ変調制御部１９は、電流基準信号Ｉ
ｒｅｆとインバータ出力電力信号Ｉｏｕｔとの誤差を所
定周期単位で波形積分し、得られた積分波形データに対
してＰＷＭ変調制御を行なってパルス列信号ＰＬを生成
している。

【００４２】ゲートドライブ信号生成部２０は、ＰＷＭ
変調制御部１９が生成したパルス列信号ＰＬに基づい
て、高周波インバータブリッジ８が含んでいる４つのス
イッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御するために
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する４つのゲートド
ライブ信号を出力する。

【００４３】最大電力点追従制御部２１は、直流コンデ
ンサ７の両端から検出された直流入力電圧Ｖｉｎから求
めた太陽電池動作点電圧の変化率を監視して、その監視
結果を制御量演算部１８に出力している。

【００４４】低周波インバータブリッジ制御系１７ｂ
は、折返し制御部２２と、ゲートドライブ信号生成部２
３とを含む。

【００４５】折返し制御部２２は、低周波インバータブ
リッジ１２の後段から検出された商用電力系統電圧信号
Ｖ_EULに基づき、全波整流波形状の直流を低周波（５０
／６０〜数百Ｈｚ）で折返し制御を行なっている。

【００４６】ゲートドライブ信号生成部２３は、折返し
制御部２２による制御に基づいて、低周波インバータブ
リッジ１２が含んでいる４つのスイッチング素子Ｓ１〜
Ｓ４をオン／オフ制御するためにそれぞれに対応する４
つのゲートドライブ信号を出力する。

【００４７】なお、高周波インバータブリッジ８が含ん
でいるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、および低周波イン
バータブリッジ１２が含んでいるスイッチング素子Ｓ１
〜Ｓ４としては、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ）などを用いることができる。

【００４８】次に、上記構成のインバータ装置１の入力
接続部１ａの動作について説明する。日射強度のある昼
間時において、インバータ装置１が運転を行なっている
場合には、インバータ装置１の入力部にはたとえば、イ
ンバータ装置の定格容量が４ｋＷの場合に最大で約２０
Ａの電流が流れている。ここで、逆流防止ダイオード４
には、電圧の降下が約１Ｖあることから、逆流防止ダイ
オード４において約２０Ｗの損失が発生する。この損失
が熱となって、逆流防止ダイオード４の温度が上昇す
る。

【００４９】そこで、専用の放熱フィン２４を逆流防止
ダイオード４に設けて温度の上昇を抑制し、逆流防止ダ
イオード４の劣化および寿命低下を防止している。な
お、専用の放熱フィン２４のフィン羽根方向は、インバ
ータ装置１内部の自然対流に沿うように配置されるのが
効果的である。

【００５０】また、高周波インバータブリッジ８等から
スイッチングノイズが発生し、インバータ装置１から太
陽電池２に向かう配線を伝ってインバータ装置１の外部
にノイズが流出する。そこで、ノイズ防止用のフィルタ
コンデンサ２５を逆流防止ダイオード４に並列に設ける
ことにより、逆流防止ダイオード４でのノイズ発生を低
減している。

【００５１】一方、昼夜いずれにおいても、落雷が発生
した場合に太陽電池２側からインバータ装置１側に雷サ
ージが侵入するのを防止するために、雷サージアブソー
バ５が設けられている。しかしながら、雷サージアブソ
ーバ５の仕様以上の強力な雷サージが侵入し、雷サージ
アブソーバ５が短絡故障する場合がある。このような場
合に、直流コンデンサ７と雷サージアブソーバ５との
間、または、太陽電池２と雷サージアブソーバ５との間
に流れる短絡電流によって、雷サージアブソーバ５が過
熱し、故障に至る危険性がある。

【００５２】ここで、直流コンデンサ７と雷サージアブ
ソーバ５との間、または太陽電池２と雷サージアブソー
バ５との間で流れる短絡電流について説明する。

【００５３】すなわち、日射強度のある昼間時において
インバータ装置が運転を行なっている場合に大きな落雷
が発生し、それにより雷サージアブソーバ５が故障して
短絡した場合には、直流コンデンサ７に蓄えられている
電荷により、雷サージアブソーバ５との間で大きな短絡
電流が流れる。このような場合には、雷サージアブソー
バ５と直列に取付けた電流ヒューズ２７が溶断して、回
路を開放するので短絡電流が継続して流れるのを防止
し、短絡電流により雷サージアブソーバが過熱し故障に
至るのを防ぐことができる。

【００５４】一方、日射強度のない夜間時においてイン
バータ装置１が停止している場合に大きな落雷が発生
し、それにより雷サージアブソーバ５が故障して短絡し
たとする。そのときは、インバータ装置が停止している
ので、直流コンデンサ７には電荷が蓄えられておらず、
短絡電流は発生しない。その後、夜が明けて日射強度が
増すと、インバータ装置が停止したままでも太陽電池２
と雷サージアブソーバ５との間で短絡電流が発生する。

【００５５】このような場合に流れる短絡電流は、昼間
時に大きな落雷が発生して直流コンデンサ７と雷サージ
アブソーバ５との間に流れる短絡電流に比べて小さい。
このため、電流ヒューズ２７は溶断しない。しかしなが
ら、実際に、短絡電流が継続して流れるため、雷サージ
アブソーバが過熱して故障に至るおそれがある。そこ
で、雷サージアブソーバ５に規定以上の温度を検知する
と開放状態に至る温度ヒューズ２６を設ける。

【００５６】このようにすると、日射強度のない夜間時
においてインバータ装置１が停止している場合に大きな
落雷が発生して雷サージアブソーバ５が故障した場合に
おいて、その後夜が明けて日射強度が増し太陽電池２と
雷サージアブソーバ５との間に短絡電流が流れることに
より雷サージアブソーバ５が過熱して温度が上昇したと
しても、雷サージアブソーバ５に取付けた温度ヒューズ
２６が働いて設定以上の温度で回路を開放するので、短
絡電流が継続して流れるのを防止することができる。し
たがって、短絡電流により雷サージアブソーバ５が過熱
し、故障に至るのを防ぐことができる。

【００５７】次に、本発明のインバータ装置１の入力接
続部１ａの具体例について詳細に説明する。

【００５８】図２は、図１に示した入力接続部１ａの構
成要素の配置を示した平面図である。

【００５９】図２を参照して、入力接続部１ａは、逆流
防止ダイオード４と、雷サージアブソーバ５と、雷サー
ジアブソーバ５と直列に接続され過電流が流れるのを防
止する電流ヒューズ２７と、入力ブレーカ６と、逆流防
止ダイオード専用放熱フィン２４と、ノイズ防止用のフ
ィルタコンデンサ２５と、太陽電池２からの配線を接続
する入力端子台３０と、電力変換部１ｂに対して直流電
力を出力するための配線を接続する端子台３１とを含
む。また、これらの部品は１枚のプリント配線基板３２
上に配置されており、部品間の配線は、プリント配線基
板３２上に形成されている。したがって、部品間の配線
材料を省くことができる。なお、太陽電池２から入力接
続部１ａに入力される配線は３系統あるため、逆流防止
ダイオード４は３個（４ａ，４ｂ，４ｃ）、フィルタコ
ンデンサ２５は３個（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）図示さ
れている。

【００６０】図３は、入力接続部１ａの構成部品の配置
を示した正面図である。図４は、入力接続部１ａの部品
の配置を示した左側面図である。

【００６１】図３、図４を参照して、入力ブレーカ６に
はスイッチ６ａが設けられている。日射強度のある昼間
時において、インバータ装置１が運転を行なっている場
合に、インバータ装置１の入力部には、最大２０Ａ（イ
ンバータ装置定格容量が４ｋＷの場合）の電流が流れて
おり、逆流防止ダイオード４には、電圧降下約１Ｖに伴
い約２０Ｗの損失が発生する。そして、この損失が熱と
なって逆流防止ダイオード４が高温になる。そこで、放
熱フィン２４を設けて、逆流防止ダイオード４の温度上
昇を低減して、逆流防止ダイオード４の劣化および寿命
低下を防止している。専用放熱フィン２４への逆流防止
ダイオード４の取付方は、図２、図３、図４に示され
る。すなわち、逆流防止ダイオード４ａ，４ｂ，４ｃ
は、放熱フィン２４に伝熱促進用グリースを介してねじ
止めされる。

【００６２】また、高周波インバータブリッジ８等から
スイッチングノイズが発生し、インバータ装置１の入力
部から太陽電池２へ向かう配線を伝ってこのノイズがイ
ンバータ装置１の外部に流出する。そこで、ノイズ防止
用のフィルタコンデンサ２５を逆流防止ダイオード４に
並列に設けることにより、インバータ装置１内部で生じ
るノイズのインバータ装置１外部への流出を低減してい
る。フィルタコンデンサ２５の設置方法は、図２、図
３、図４に示される。すなわち、フィルタコンデンサ２
５ａ，２５ｂ，２５ｃは、逆流防止ダイオード４ａ，４
ｂ，４ｃのカソード−アノード間にそれぞれ接続され
る。また、雷サージアブソーバ５が短絡故障を起こした
ときに過熱を防ぐための電流ヒューズの設置方法は図２
に示される。すなわち、雷サージアブソーバ５は、電流
ヒューズ２７と直列に逆流防止ダイオード４後段の入力
接続部のプラス配線と、入力端子台後段の入力接続部マ
イナス配線との間に設ける。

【００６３】図５は、図２、図３、図４で示した雷サー
ジアブソーバ５の内部の構成を示す図である。

【００６４】図５を参照して、雷サージアブソーバ５の
外装は箱で示されているが、内部には、バリスタ３３お
よびこのバリスタ３３と直列接続された温度ヒューズ２
６が設けられている。温度ヒューズ２６は、バリスタ３
３の表面に接着剤を介して接着され、バリスタ３３本体
の温度を監視している。

【００６５】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、太陽電池等の直流電源とインバータ装置とを直接に
接続する入力部接続機能をインバータ装置内に内蔵して
省スペース化／低コスト化を図り、接続部の温度上昇を
抑制し、また接続部からのノイズ発生を効果的に低減
し、さらには、落雷時に雷サージ防護手段が故障短絡し
た場合に太陽電池と雷サージ防護手段間に流れる短絡電
流が継続して流れない安全なインバータ装置を提供する
ことができる。

【００６６】なお、本実施例では、雷サージ防護装置と
してサージアブソーバを一例に挙げたが、単にサージア
レスタと組合せて使用してもよい。

【００６７】また、本発明では、フィルタ部品としてフ
ィルタコンデンサを一例に挙げたが、他にコイル部品等
を用いても、それらを組合せて使用してもよい。

【００６８】また、本実施例では、太陽電池と電力変換
部との間の入力接続部を内蔵したインバータ装置に備え
られた逆流防止装置のノイズ低減手法および雷サージ防
護手段の短絡電流防止手法を一例に挙げたが、太陽電池
とインバータ装置との入力部接続機能を外部装置である
接続箱に備えた例においても、雷サージ防護手段の短絡
電流防止手法を用いることができる。

【００６９】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００７０】

【発明の効果】この発明によると、太陽電池とインバー
タ装置の接続に関して、建造物の屋内外に専用の設置ス
ペースを設ける必要がない。また、入力接続部を収納す
る専用の筐体および配線材料を必要としないので、装置
全体のコストダウンを図ることができる。さらには、接
続箱からインバータ装置に接続するための配線が不要で
あるので、屋内外の景観が損なわれることがない。

【００７１】この発明の他の効果は、インバータ装置側
から太陽電池側に電流が逆流することがなく、また、工
事等において太陽電池側とインバータ装置側とを安全に
接続したり切り離したりすることができ、さらには、落
雷時に太陽電池側からインバータ装置側に雷サージが侵
入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保するこ
とができることである。

【００７２】この発明のさらに他の効果は、各手段間の
配線を省いて代わりにプリント配線基板を使用すること
により、配線材料が不用になるので、装置全体のコスト
ダウンを図ることができ、また、基板化により装置の組
立性およびメンテナンス性を向上することができること
である。

【００７３】この発明のさらに他の効果は、逆流防止手
段に専用放熱フィンを設けることにより、日射強度のあ
る昼間時においてインバータ装置が運転を行なっている
場合に、インバータ装置の入力部に流れる電流と逆流防
止手段において生じる電圧の降下とによって発生する熱
損失に起因する逆流防止手段の温度上昇を低減すること
ができることである。そして、逆流防止手段の劣化／寿
命低下を防止することができる。

【００７４】この発明のさらに他の効果は、ノイズ防止
用のフィルタ部品を設けることにより、日射強度のある
昼間時においてインバータ装置が運転を行なっている場
合にインバータブリッジから発生するスイッチングノイ
ズのインバータ外部への流出を低減することができ、ラ
ジオ等への雑音などの悪影響を防止することができるこ
とである。

【００７５】この発明のさらに他の効果は、大きな落雷
によって雷サージ防護手段が故障短絡し、直流コンデン
サと雷サージ防護手段との間でもしくは太陽電池と雷サ
ージ防護手段との間で短絡電流が流れても、ヒューズが
働いて、回路を開放することができることである。した
がって、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電
流により雷サージ防護手段が過熱して故障に至るのを防
ぐことができ、安全性を向上することができる。

【００７６】この発明のさらに他の効果は、大きな落雷
による雷サージ防護手段の短絡故障時に直流コンデンサ
と雷サージ防護手段との間で短絡電流が流れると、雷サ
ージ防護手段と直列に取付けたヒューズが溶断して、回
路を開放することができることである。したがって、短
絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により雷
サージ防護手段が過熱し、故障に至るのを防ぐことがで
きるため安全性を向上することができる。

【００７７】また、日射強度のない夜間時においてイン
バータ装置が停止している場合に大きな落雷を受けこれ
により雷サージ防護手段が故障して短絡した場合に、そ
の後夜が明けて日射強度が増し太陽電池と雷サージ防護
手段との間で短絡電流が流れ始めると、雷サージ防護手
段が過熱して温度が上昇する。このような場合に、雷サ
ージ防護手段に取付けた温度ヒューズが働いて、設定以
上の温度上昇が生ずると溶断することにより回路を開放
するので、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡
電流により雷サージ防護手段が過熱し、故障に至るのを
防ぐことができるため安全性を向上することができる。

【００７８】この発明のさらに他の効果は、太陽光発電
システムにおいて、インバータ装置のコスト低減および
安全性の向上を図ることができることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインバータ装置１の構成を示す回路
図である。

【図２】 図１に示した入力接続部１ａの構成要素の配
置を示した平面図である。

【図３】 入力接続部１ａの構成部品の配置を示した正
面図である。

【図４】 入力接続部１ａの部品の配置を示した左側面
図である。

【図５】 図２、図３、図４で示した雷サージアブソー
バ５の内部の構成を示す図である。

【図６】 従来のインバータ装置１０１および接続箱１
０４の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１ インバータ装置、１ａ 入力接続部、１ｂ 電力変
換部、２ 太陽電池、３ 商用電力系統、４，４ａ，４
ｂ，４ｃ 逆流防止ダイオード、５ 雷サージアブソー
バ、６ 入力ブレーカ、６ａ スイッチ、７ 直流コン
デンサ、８ 高周波インバータブリッジ、９ 高周波ト
ランス、１０ ダイオードブリッジ、１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ，１０ｄ ダイオード、１１ フィルタ回路、１
１ａ コイル、１１ｂ コンデンサ、１２ 低周波イン
バータブリッジ、１３ａ コイル、１３ｂ コンデン
サ、１３ フィルタ、１４ 連系リレー、１５ インバ
ータ出力電力検出器、１６ 出力ブレーカ、１７ａ 高
周波インバータブリッジ制御系、１７ 制御回路、１７
ｂ 低周波インバータブリッジ制御系、１８ 制御量演
算部、１９ ＰＷＭ変調制御部、２０ ゲートドライブ
信号生成部、２１ 最大電力点追従制御部、２２ 折返
し制御部、２３ ゲートドライブ信号生成部、２４ 放
熱フィン、２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ フィルタコ
ンデンサ、２６温度ヒューズ、２７ 電流ヒューズ、３
０ 入力端子台、３１ 端子台、３２プリント配線基
板、３３ バリスタ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ スイッ
チング素子、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ スイッチング素
子。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０９ Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０９Ｐ ３０９Ｑ ３０９Ｕ Ｈ０２Ｍ 1/00 Ｈ０２Ｍ 1/00 Ｆ Ｆターム(参考） 5G053 AA02 AA10 AA14 BA04 BA08 CA01 CA05 DA01 EB01 EB08 EB09 EC05 EC06 5G065 AA00 AA08 BA00 BA01 BA04 BA06 BA07 DA07 EA03 HA01 HA12 JA01 JA07 LA01 LA02 MA02 MA03 MA10 NA01 NA06 5H007 AA01 AA06 BB07 CA01 CB05 CC12 DA03 DA06 DB01 DC02 DC05 DC08 FA01 HA05 5H420 CC03 DD03 EA11 EA45 EA49 EB09 EB39 FF03 FF04 FF22 FF25 KK06 LL02 5H740 BA11 BB05 BB08 MM01 MM08 PP06

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部に設けられた直流電源が発生する直
   流電力を受けて交流電力に変換し、前記交流電力を出力
   する電力変換手段と、 前記電力変換手段を稼動させるときに、前記直流電源と
   前記電力変換手段とを接続する入力接続手段と、 前記電力変換手段と前記入力接続手段とを収納する筐体
   とを備える、インバータ装置。
2. 【請求項２】 前記入力接続手段は、 前記電力変換手段から前記直流電源に向けて電流が逆流
   することを防止する逆流防止手段と、 前記直流電源から前記直流電力を受ける経路から前記電
   力変換手段に雷サージが侵入することを防ぐ雷サージ防
   護手段と、 前記電力変換手段を稼動させるときに、前記直流電力を
   前記電力変換手段に伝達し、前記電力変換手段を停止さ
   せるときに、前記直流電源と前記電力変換手段とを分離
   させるための、開閉手段とを含む、請求項１に記載のイ
   ンバータ装置。
3. 【請求項３】 前記逆流防止手段は、 前記直流電源と前記開閉手段との間に接続され、かつ、
   前記直流電源から正常に前記電力変換手段に電力供給が
   行なわれるときに電流が流れる向きを順方向として接続
   されるダイオード素子を含み、 前記雷サージ防護手段は、前記ダイオード素子と前記開
   閉手段との接続ノードが所定の電位以上になったときに
   導通し、雷サージを放電させる、請求項２に記載のイン
   バータ装置。
4. 【請求項４】 前記逆流防止手段、前記雷サージ防護手
   段および前記開閉手段を接続する配線が基板上に形成さ
   れたプリント配線基板をさらに備える、請求項２に記載
   のインバータ装置。
5. 【請求項５】 前記入力接続手段は、 前記逆流防止手段における熱損失による温度上昇を抑え
   るために前記逆流防止手段に取付けられて放熱を行なう
   放熱フィンをさらに含む、請求項２に記載のインバータ
   装置。
6. 【請求項６】 前記入力接続手段は、 外部に対して流出するノイズを軽減するために前記逆流
   防止手段に取り付けられるフィルタ部品をさらに含む、
   請求項２に記載のインバータ装置。
7. 【請求項７】 前記フィルタ部品は、 前記逆流防止手段に並列に接続されるコンデンサを含
   む、請求項６に記載のインバータ装置。
8. 【請求項８】 前記入力接続手段は、 前記雷サージ防護手段が短絡故障を起こした場合に短絡
   電流が流れる経路上に設けられ、短絡電流を遮断するヒ
   ューズをさらに含む、請求項２に記載のインバータ装
   置。
9. 【請求項９】 前記ヒューズは、前記雷サージ防護手段
   と直列に接続され、前記短絡電流の大きさに応じて前記
   短絡電流が流れる経路を開放する、請求項８に記載のイ
   ンバータ装置。
10. 【請求項１０】 前記ヒューズは、前記雷サージ防護手
    段に取付けられ、前記雷サージ手段の温度に応じて前記
    短絡電流が流れる経路を開放する、請求項９に記載のイ
    ンバータ装置。
11. 【請求項１１】 前記直流電源は、太陽電池である、請
    求項１に記載のインバータ装置。