JP2002051571A - 昇圧ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇圧ユニットから接続箱に接続するための配
線を省いて屋内外の景観が損なわれないように配慮した
昇圧ユニットを提供する。 【解決手段】 昇圧ユニット１内に昇圧部３と制御回路
１５とトリップ信号発生部２８を設け、非標準太陽電池
ストリング２ｂからの直流電力を昇圧装置３で昇圧し、
制御回路１５により定電圧制御して標準太陽電池ストリ
ング２ａからの直流電力とともにインバータ装置４に供
給し、商用電力系統５に電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は昇圧ユニットに関
し、特に、太陽電池などの独立した直流電源が発生する
直流電力を、家庭用，事務所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
適応した直流電力に変換する昇圧ユニット関し、詳しく
はその直流電源と昇圧ユニットおよびインバータ装置と
の接続機能に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流電源である太陽電池は太陽の日射強
となる場合には直流電力を出力する。それは二次電池な
どの他のエネルギ源を介在しなくても太陽電池のみで直
流電力を出力でき、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源として知られている。

【０００３】太陽電池が発生する直流電力はインバータ
装置において交流電力に変換され、一般の交流負荷ある
いは既存の商用電力系統に電力が供給される。インバー
タ装置においては、複数の太陽電池ストリングが接続機
能を有する外部装置である接続箱を介して接続される。

【０００４】ところで、住宅の屋根の上に太陽電池を設
置する場合、太陽電池を置く屋根の面の形が必ずしも太
陽電池の長方形の標準の寸法の組合せに適合するとは限
らず、屋根の両端では標準の寸法の組合せ以下にせざる
を得ない場合がある。このため、太陽電池ストリングに
は、たとえば相互に直列接続された８枚または９枚の太
陽電池モジュールからなる標準的なストリングと、屋根
の両端に配置するために、標準的なストリングの太陽電
池直列数未満の太陽電池モジュールからなる非標準的な
ストリングが用意される。非標準的なストリングには、
標準的な太陽電池ストリングの直流電圧と同様の直流電
圧に昇圧するために昇圧ユニットが接続されている。以
下、これら昇圧ユニットと接続箱とインバータ装置とを
含む太陽光発電システムの従来例を図８を参照して説明
する。

【０００５】なお、図８においては、図面の簡略化のた
めに、２つの太陽電池ストリングのみ示されているが、
通常はさらに多くの太陽電池ストリングが含まれている
ことは言うまでもない。

【０００６】標準太陽電池ストリング１０２ａの出力電
力は接続箱１０３に直接接続される。この接続箱１０３
は標準太陽電池ストリング１０２ａとインバータ１０４
とを接続するために設けられている。他方、非標準太陽
電池ストリング１０２ｂの出力電力は昇圧ユニット１０
１を介して接続箱１０３に接続される。昇圧ユニット１
０１には、入力側から順にリアクトル１０６とスイッチ
ング素子１０７とダイオード１０８とコンデンサ１０９
と制御回路１１０とを含む。接続箱１０３にはインバー
タ１０４側から太陽電池ストリング１０２ａ，１０２ｂ
側に電力が逆流しないように太陽電池ストリング１０２
ａ，１０２ｂごとに逆流防止ダイオード１１１ａ，１１
１ｂが設けられ、太陽電池ストリング１０２ａ，１０２
ｂ側からインバータ１０４側に落雷時の雷サージが侵入
するのを防ぐために、雷サージアブゾーバ１１２が設け
られている。さらに、太陽電池ストリング１０２ａ，１
０２ｂ側とインバータ１０４側とを接続したり、解列し
たりする入力ブレーカー１１３が設けられている。

【０００７】インバータ１０４は接続箱１０３から出力
された直流電力を、商用電力系統１０５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て、
商用電力系統１０５に供給する。

【０００８】図９は図８に示した制御回路１１０の具体
的なブロック図である。図９において、制御回路１１０
は昇圧比設定部１１４と信号設定演算部１１５と三角波
発生部１１６と信号比較部１１７とゲートドライブ部１
１８とから構成されている。昇圧比設定部１１４は標準
太陽電池ストリング１０２ａに含まれる太陽電池モジュ
ール数ｎ１と、非標準太陽電池ストリング１０２ｂに含
まれる太陽電池モジュール数ｎ２との比、すなわち昇圧
比α（＝ｎ１／ｎ２）を設定する。設定された昇圧比α
は信号設定演算部１１５に与えられる。

【０００９】信号設定演算部１１５は図１０に示すよう
に、昇圧比設定部１１４で設定された昇圧比αをもとに
信号設定値Ｍを演算して信号比較部１１７の比較入力端
に与える。信号比較部１１７の基準入力端には、三角波
発生部１１６で発生された０から１の振幅値を取る三角
波Ｔが与えられる。信号比較部１１７は信号設定値Ｍと
三角波Ｔとを比較し、信号設定値Ｍの方が三角波Ｔより
大きい値のときにゲートＯＦＦレベルを出力するＰＷＭ
（パルス幅変調）制御を行なう。その結果、図１０に示
すパルス信号ＰＳが信号比較部１１７から出力され、ゲ
ートドライブ回路１１８に与えられる。ゲートドライブ
回路１１８は図８に示したスイッチング素子１０７を駆
動する。

【００１０】このように、昇圧ユニット１０１は予め設
定された昇圧比αをもとにＰＷＭ制御してスイッチング
素子１０７をオン／オフスイッチングする昇圧比一定制
御を行ない、太陽電池ストリング１０２ｂ側からの入力
電力を昇圧する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示した太陽電池１０２ｂストリングと昇圧ユニット１０
１と接続箱１０３およびインバータ１０７の接続に関し
て、建造物の屋根などに設置された非標準太陽電池スト
リング１０２ｂからの配線は昇圧ユニット１０１に接続
された後、接続機能を有した外部装置である接続箱１０
３を介してインバータ１０４に配線される。このため、
従来の手法では、建造物の屋内外に昇圧ユニット１０１
と接続箱１０３の設置スペースを専用に設けなければな
らない。

【００１２】また、昇圧ユニット１０１と接続箱１０３
専用の筐体および配線材料が各々必要となり、装置全体
のコストアップにつながるおそれがある。また、昇圧ユ
ニット１０１から接続箱１０３に接続するための配線が
屋内外に施設されるため、屋内外の景観が損なわれるお
それがあった。

【００１３】また、日射強となる昼間時において昇圧ユ
ニット１０１が昇圧比一定制御で運転を行なっている場
合に、出力電圧がインバータ１０４の入力電圧範囲以上
に上昇した場合に昇圧比を変化させることができないの
で、インバータ１０４に過電圧がかかり、故障に至るお
それがあった。

【００１４】さらに、昇圧ユニット１０１の制御回路１
１０内における昇圧比設定部１１４で適切な昇圧比αが
設定されなかった場合、たとえば実際より大きな昇圧比
αが誤って設定されると、出力電圧がインバータ１０４
の入力電圧範囲以上となり、インバータ１０４に過電圧
が加わり、故障に至るおそれがある。

【００１５】また、日射強となる昼間時において昇圧ユ
ニット１０１が運転を行なっている場合に、昇圧ユニッ
ト１０１内のスイッチング素子１０７が短絡故障して短
絡電流が継続して流れると、スイッチング素子１０７が
加熱し、昇圧ユニット１０１が故障に至る危険性があっ
た。

【００１６】それゆえに、この発明の主たる目的は、太
陽電池と昇圧ユニットと接続箱およびインバータ装置の
接続に関して、建造物の屋内外に専用の設置スペースを
少なくした昇圧ユニットを提供することである。

【００１７】また、他の発明は、専用の筐体を一体化し
て装置全体のコストダウンを図り、昇圧ユニットから接
続箱に接続するための配線を省いて屋内外の景観を損な
わないように配慮した昇圧ユニットを提供することであ
る。

【００１８】さらに、他の発明は、昇圧ユニット運転時
にインバータ装置に過電圧が加わらず、さらにはスイッ
チング素子が故障短絡しても、短絡電流の発生を継続し
ない安全な昇圧ユニットを提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、太陽電池な
どの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作によ
り昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換す
るインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、直
流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、直流電源と昇圧手
段とを直接接続する入力接続機能部を備えたことを特徴
とする。これにより、太陽電池と昇圧手段およびインバ
ータ装置の接続に関して、建造物の屋内外に設置するた
めの専用スペースを少なくすることができる。また、昇
圧ユニットから接続箱に接続するための配線を省略でき
るので、屋内の景観が損なわれることはない。

【００２０】さらに、入力接続機能部は、昇圧手段側か
ら直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手
段と、直流電源と昇圧手段とを接続または解列する入力
接続解列手段と、直流電源から昇圧手段側へ雷サージが
侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを含むことを
特徴とする。これにより、昇圧手段およびインバータ装
置側から太陽電池側に電流が逆流することはなく、また
工事などにおいて太陽電池側と昇圧手段側および昇圧手
段側とインバータ装置側とを安全に接続したり切離した
りすることができる。

【００２１】さらに、落雷時に太陽電池側から昇圧手段
側および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。
また、非標準的な太陽電池ストリングであっても標準的
な太陽電池ストリングと同様の直流電圧を持つ直流電力
をインバータ装置に供給することができるので、建造物
の屋根などの限られたスペースを有効利用することがで
きる。

【００２２】さらに、昇圧手段は昇圧ユニットの出力電
圧が設定電圧以下であることに応じて、昇圧比一定制御
を行なうことを特徴とする。それによって、日射強とな
る昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合
に、出力電圧と入力電圧との比が一定である昇圧比一定
制御を行ない、非標準的な太陽電池ストリングであって
も標準的な太陽電池ストリングと同様の直流電力をイン
バータ装置に供給することができるので、建造物の屋根
などの限られたスペースを有効利用することができる。

【００２３】また、昇圧手段は昇圧ユニットの出力電圧
が設定電圧以上であることに応じて、定電圧制御を行な
うことを特徴とする。これにより、日射強となる昼間時
において昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧比
一定制御を行なっているが、出力電圧が設定値以上に上
昇した場合に設定値を超えないように定電圧制御を行な
うことができるので、インバータ装置に過電圧がかか
り、故障に至るのを防止できるため、安全性を向上でき
る。

【００２４】さらに、定電圧制御は、昇圧比を変化させ
ることを特徴とする。これにより、日射強となる昼間時
において昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧比
一定制御を行ない、出力電圧が設定値以上に上昇した場
合に設定値を超えないように、昇圧比一定を止めて昇圧
比を変化させることにより定電圧制御を行ない、インバ
ータ装置に過電圧がかかり、故障に至るのを防止でき、
安全性を向上できる。

【００２５】さらに、入力接続解列手段は、出力電圧が
過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生するト
リップ信号発生手段と、トリップ信号に応じて直流電源
との接続を開放する開放手段を含むことを特徴とする。
これにより、日射強となる昼間時において昇圧手段が運
転を行なっている場合に、昇圧比一定制御もしくは定電
圧制御を行なっているとき、出力電圧が過電圧になった
ことを検出すると、入力接続解列手段がトリップ動作を
して回路を開放するので、過電圧がインバータ装置にか
かって故障に至るのを防止できるため、安全性を向上で
きる。

【００２６】また、出力電圧はトリップ信号発生手段に
よって検出されることを特徴とする。これにより、日射
強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている
場合に、過電圧異常状態を判断するための出力電圧監視
は過電圧異常状態を判断することによって行なうことが
でき、トリップ信号発生手段がトリップ信号を発生をし
て開放手段により回路を開放し、過電圧がインバータ装
置にかかって故障に至るのを防止できるため、安全性を
向上できる。

【００２７】さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手
段が短絡故障を起こしたことに応じてトリップ信号を発
生して開放手段により短絡電流を遮断することを特徴と
する。これにより、昇圧手段が運転を行なっている場合
に、昇圧手段が短絡故障し、太陽電池と昇圧手段との間
で短絡電流が流れても開放手段がトリップして回路を開
放するので、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短
絡電流により昇圧手段が加熱し、昇圧ユニットが故障に
至るのを防止でき、安全性を向上できる。

【００２８】さらに、トリップ信号発生手段におけるト
リップ機能は、昇圧手段の温度上昇に応じて短絡電流が
流れる経路を開放することを特徴とする。これにより、
昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧手段が故障
短絡し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れる
と、昇圧手段が加熱して温度が上昇するが、その温度を
監視して設定異常の温度上昇で入力解列接続手段がトリ
ップ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、短絡電流により昇圧手段が加熱し、昇圧ユ
ニットが故障に至るのを防ぐことができ、安全性を向上
できる。

【００２９】さらに、トリップ信号発生手段によるトリ
ップ機能は、昇圧ユニットの出力電圧が予め定める入力
電圧範囲を越えたことに応じて回路を開放する。これに
より、過電圧が加わることによる故障を防止できる。

【００３０】さらに、昇圧手段はインバータ装置側から
短絡電流が流れた場合に短絡電流を遮断するヒューズを
含むことを特徴とする。それによって、インバータ装置
が短絡故障し、インバータ装置側から短絡電流が昇圧ユ
ニットに流れてきた場合に回路内に短絡電流が流れても
ヒューズが働き、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、短絡電流により昇圧手段が故障に
至るのを防止できる。

【００３１】また、ヒューズは昇圧手段と直列に接続さ
れた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。その結果、回路内に短絡電流が流れてもヒュ
ーズ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、短絡電流により昇圧ユニットが故障
に至るのを防止できる。

【００３２】さらに、入力接続機能部を収納し、屋外に
設置するための筐体を含み、筐体は雨水がしみ込んだ場
合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨
水を外部に放出する放出口とを含むことを特徴とする。
これにより、筐体に収納された回路の導電部に雨水がか
かるのを防止できる。

【００３３】さらに、筐体の外側には昇圧手段と逆流防
止手段から発生する熱を外部に逃す放熱手段が設けられ
ることを特徴とする。これにより、放熱効果を高めるこ
とができる。

【００３４】さらに、筐体の放熱手段を覆いかつ筐体を
壁面に支持するための金属板を含むことを特徴とする。
このように、金属板で放熱手段を覆うことにより、誤っ
て放熱手段に触れて火傷するのを防止できる。

【００３５】さらに、筐体には開閉可能な蓋部を設け、
蓋部を開いて入力接続解列手段が操作されることを特徴
とする。これにより、筐体を開かなくとも、蓋部を開け
るだけで昇圧手段と太陽電池またはインバータとを切離
したりすることが容易にできるので、システム全体の安
全性を向上できる。

【００３６】さらに、昇圧手段が駆動したことに応じて
点灯し、昇圧手段が停止したことに応じて消灯する表示
手段を含むことを特徴とする。これにより、昇圧ユニッ
トが日射強となる日中時に動作しているかを筐体を開け
ることなく確認することができ、日中時に消灯していれ
ば昇圧手段が動作していないことがわかるので、昇圧ユ
ニットが正常であるか否かを一目瞭然に確認することが
できる。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態の昇
圧ユニットおよびインバータ装置とを含む太陽光発電シ
ステムの一例を示す図である。なお、図１では図面の簡
略化のために２つの太陽電池ストリング２ａ，２ｂのみ
示されているが、通常はさらに多くの太陽電池ストリン
グが含まれる。

【００３８】昇圧ユニット１には、標準太陽電池ストリ
ング２ａと非標準太陽電池ストリング２ｂが接続され、
それぞれの出力電力が昇圧ユニット１に入力される。昇
圧ユニット１はさらにインバータ４と接続されており、
インバータ４は昇圧ユニット１から出力された直流電力
を商用電力系統５と同一の位相および周波数５０／６０
Ｈｚを持つ交流電力に変換し、商用電力系統５に供給す
る。

【００３９】昇圧ユニット１は昇圧装置３と制御回路１
５とトリップ信号発生部２８と逆流防止ダイオード６
ａ，６ｂと雷サージアブゾーバ７ａ，７ｂと入力ブレー
カー８ａ，８ｂとを備えている。

【００４０】逆流防止ダイオード６ａ，６ｂは昇圧ユニ
ット１側から太陽電池ストリング２ａ，２ｂ側に直流電
流が逆流するのを防止している。雷サージアブゾーバ７
ａ，７ｂは太陽電池ストリング２ａ，２ｂ側から昇圧ユ
ニット１側に雷サージが侵入するのを防止する。入力ブ
レーカー８ａ，８ｂは太陽電池ストリング２ａ，２ｂと
昇圧ユニット１側とを接続したり、切離したりする。

【００４１】昇圧装置３はリアクトル９とスイッチング
素子１０とダイオード１１とコンデンサ１３とヒューズ
１２と温度センサ１４とを含む。リアクトル９は昇圧ユ
ニット１に入力された直流電力のエネルギを蓄えたり、
放出したりする。スイッチング素子１０は制御回路１５
からの高周波の制御出力により、オン／オフスイッチン
グを行なう。コンデンサ１３はスイッチング素子１０が
オフした際にリアクトル９が放出するエネルギを蓄え
る。ヒューズ１２はある設定値以上の電流が流れると回
路を開放する。温度センサ１４はスイッチング素子１０
の温度を監視し、その出力をトリップ信号発生部２８に
与える。トリップ信号発生部２８には昇圧ユニット１の
出力電圧Ｖｏｕｔと温度センサ１１の温度信号Ｔｓが与
えられており、トリップ信号発生部２８は出力電圧Ｖｏ
ｕｔが予め定める電圧よりも大きくなったとき、入力ブ
レーカー８ａ，８ｂをトリップするためのトリップ信号
Ｔｐを出力する。

【００４２】図２は図１に示した制御回路１５の具体的
なブロック図である。図２において、制御回路１５は初
期昇圧比設定部１６と実昇圧比設定部１７と昇圧比比較
部１８と信号設定演算部１９と三角波発生部２０と信号
比較部２１と電圧比較部２２と信号設定演算部２３と三
角波発生部２４と信号比較部２５と論理積演算部２６と
ゲートドライブ部２７とから構成される。

【００４３】初期昇圧比設定部１６は、標準太陽電池ス
トリング２ａに含まれる太陽電池モジュール数ｎ１と非
標準太陽電池ストリング２ｂに含まれる太陽電池モジュ
ール数ｎ２との比、すなわち昇圧比α１（＝ｎ１／ｎ
２）を設定する。実昇圧比設定部１７は昇圧ユニット１
の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔ１から実昇圧比α
２（＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｉｎ）をサンプリングごとに設定
する。

【００４４】初期昇圧比設定部１６から得られた初期昇
圧比α１と実昇圧比設定部１７から得られた実昇圧比α
２は昇圧比比較部１８で比較され、その誤差が増幅され
て信号設定演算部１９に出力される。

【００４５】図３および図４はこの発明の一実施形態の
昇圧ユニット内制御回路における波形図である。図３
（ａ）に示すように、信号設定演算部１９で得られた信
号設定値Ｍａと三角波発生部２０で発生された０から１
の振幅値を取る三角波Ｔａとが信号比較部２１で比較さ
れ、信号設定値Ｍａの方が三角波Ｔａより大きい値のと
きに信号比較部２１はゲートＯＦＦレベルを出力するＰ
ＷＭ制御を行なう。その結果、信号比較部２１はパルス
信号ＰＳａを出力する。

【００４６】また、予め設定された電圧Ｖｒｅｆ１と昇
圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が電圧比較部２２で
サンプリングごとに入力され、比較される。そして、そ
の結果が信号設定演算部２３に出力される。さらに、図
３（ｂ）に示すように、信号設定演算部２３で得られた
信号設定値Ｍｂと三角波発生部２４で発生された０から
１の振幅値を取る三角波Ｔｂとが信号比較部２５で比較
され、信号設定値Ｍｂの方が三角波Ｔｂより大きい値の
ときに信号比較部２５はゲートＯＦＦレベルを出力する
ＰＷＭ制御を行なう。

【００４７】その結果、信号比較部２５はパルス信号Ｐ
Ｓｂを出力する。これらのパルス信号ＰＳａとＰＳｂは
論理積演算部２６に入力され、論理積演算が行なわれ
る。その結果、図３（ｃ）に示すように、パルス信号Ｐ
Ｓｃが生成される。そして、そのパルス信号ＰＳｃはス
イッチング素子１０のためのゲートドライブ部２７に入
力される。

【００４８】次に、上述の如く構成された昇圧ユニット
１の動作について説明する。既に説明したように、昇圧
ユニット１は標準太陽電池ストリング２ａの太陽電池モ
ジュール数ｎ１と非標準太陽電池ストリング２ｂの太陽
電池モジュール数ｎ２から決定される昇圧比α（＝ｎ１
／ｎ２）に基づいて入力電圧を昇圧し、出力電圧がイン
バータ４に供給される。昇圧ユニット１の出力電圧がイ
ンバータ４の入力電圧範囲以内である場合は、昇圧ユニ
ット１は昇圧比を一定にする昇圧比一定制御を行なう。
すなわち、制御回路１５は、初期昇圧比α１と実昇圧比
α２から得られた信号設定値Ｍａと三角波Ｔａからゲー
トＯＦＦレベルを出力するパルス信号ＰＳａ（図３
（ｂ））を論理積演算部２６に出力する。

【００４９】このとき、昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏ
ｕｔ１がインバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ１以内で
あるため（Ｖｏｕｔ１＜Ｖｒｅｆ１）、電圧比較部２２
は信号設定演算部２３の出力の振幅値０の信号設定値Ｍ
ｂを信号比較部２５に入力させる。すると、三角波Ｔｂ
信号設定値Ｍｂとに基づくＰＷＭ制御が信号比較部２５
で行なわれ、図４（ａ）に示すようなパルス幅が１であ
るパルス信号ＰＳｂが論理積演算部２６に出力される。
パルス信号ＰＳｂがパルス幅１であるため、図４（ｂ）
に示すように、論理積演算の結果としてパルス信号ＰＳ
ａと同様なパルス信号ＰＳｃがゲートドライブ部２７に
出力される。このとき、制御目標は昇圧比一定となる。

【００５０】一方、昇圧ユニット１の出力側に接続され
たインバータ４が運転を行なっていない場合には、昇圧
ユニット１にとって無負荷状態であるので、昇圧ユニッ
ト１が昇圧動作を行なうと昇圧ユニット１の出力電圧が
インバータ４の入力電圧範囲以上になる。そこで、昇圧
ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以
上になる場合は、昇圧ユニット１は昇圧比αを小さくな
るように変化させ、昇圧ユニット１の出力電圧がインバ
ータ４の入力電圧範囲以内になるように定電圧制御を行
なう。

【００５１】すなわち、上述したように、制御回路１５
はこのとき、昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１がイ
ンバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ１以上であるため
（Ｖｏｕｔ１＞Ｖｒｅｆ１）、電圧比較部２２は図４
（ｃ）に示すように信号設定演算部２３にまず振幅値が
１以下の０より大きな値（たとえば０．１）の信号設定
値Ｍｂを信号比較部２５に入力させる。信号比較部２５
は三角波Ｔｂと信号設定値Ｍｂとの比較を行なってＰＷ
Ｍ制御を行ない、図４（ｄ）に示すパルス信号ＰＳｂが
論理積演算部２６に出力される。

【００５２】このとき、パルス信号ＰＳｂのパルス幅が
パルス信号ＰＳａよりも大きければ、論理積演算の結果
はパルス信号ＰＳａと同様なパルス信号ＰＳｃがゲート
ドライブ部２７に出力される。この状態では、昇圧ユニ
ット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１がインバータ４の入力電圧
範囲Ｖｒｅｆ１以上であるため（Ｖｏｕｔ１＞Ｖｒｅｆ
１）、電圧比較部２２は信号設定演算部２３に前回の振
幅値よりも大きな値の信号設定値Ｍｂを信号比較部２５
に入力させる。そして、信号比較部２５で三角波Ｔｂと
信号設定値Ｍｂとが比較されＰＷＭ制御が行なわれる。
このようにして、パルス信号ＰＳｂが信号比較部２５か
ら論理積演算部２６に入力される。

【００５３】その結果、図４（ｂ）に示すようなパルス
幅のパルス信号ＰＳｂが論理積演算部２６に入力され、
パルス信号ＰＳｂのパルス幅がパルス信号ＰＳａよりも
小さい場合は、図４（ｆ）に示すように論理積演算部２
６はパルス信号ＰＳｂと同様なパルス信号ＰＳｃをゲー
トドライブ部２７に出力する。この結果、制御は昇圧比
一定制御から昇圧比αが小さく変化する制御、すなわち
昇圧ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範
囲以内になるような定電圧制御に切換えられる。このと
き、制御目標は出力電圧一定となる。

【００５４】さらに、昇圧ユニット１が定電圧制御を行
なっていても、すなわち昇圧比αを小さくしても出力電
圧がインバータ４の入力電圧範囲以上となり、これ以上
昇圧比αを小さくすることができずに、過電圧になった
場合は入力ブレーカー８ｂをトリップして太陽電池スト
リング２ｂ側との線路が開放される。すなわち、図１に
示すように、トリップ信号発生部２８は出力電圧Ｖｏｕ
ｔ２を監視しており、出力電圧Ｖｏｕｔ２が予め設定さ
れたインバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ
１＜Ｖｒｅｆ２）よりも大きくなった場合に（Ｖｏｕｔ
２＞Ｖｒｅｆ２）、トリップ信号発生部２８から入力ブ
レーカー８ｂにトリップ信号Ｔｐが送られ、入力ブレー
カー８ｂがトリップして太陽電池ストリング２ｂ側との
線路が開放される。

【００５５】また、スイッチング素子１０が短絡故障し
た場合は、太陽電池ストリング２ｂ側とスイッチング素
子１０との間で短絡電流が流れる。短絡電流が流れると
スイッチング素子１０の温度が上昇する。短絡電流が継
続して流れるとスイッチング素子１０の温度上昇が大き
くなり、昇圧ユニット１の故障につながるおそれがあ
る。そこで、スイッチング素子１０に取付けられた温度
センサ２９を介してトリップ信号発生部２８がスイッチ
ング素子１０の温度Ｔｓを監視しており、設定温度以上
になればトリップ信号発生部２８が入力ブレーカートリ
ップ信号Ｔｐを送って入力ブレーカー８ｂをトリップ
し、太陽電池ストリング２ｂ側との線路を開放する。こ
のようにすることで短絡電流を継続して流さずに遮断す
ることができる。

【００５６】また、昇圧ユニット１の出力側、すなわち
インバータ４との間で短絡電流が流れた場合、スイッチ
ング素子１１などが故障するおそれがある。そこで、昇
圧装置３内のコンデンサ１３の前段に設けられているヒ
ューズ１２が溶断して短絡電流が継続して流れるのを防
ぐことができる。

【００５７】なお、図１に示した昇圧ユニット１のスイ
ッチング素子１０としては、たとえばＦＥＴ（Field Ef
fect Transistor）またはＩＧＢＴ（insulated-gate bi
polar transistor）などを用いることができる。また、
制御回路１５はアナログ回路あるいはデジタル回路で構
成してもよい。

【００５８】図５はこの発明の一実施形態の昇圧ユニッ
トが収納される筐体の外観図であり、特に、（ａ）は正
面図を示し、（ｂ）は側面図を示し、（ｃ）は底面図を
示す。図６は図５に示した筐体の内部構造を示す図であ
り、（ａ）は図５のカバーを外した状態の正面図であ
り、（ｂ）は底面図である。図７は図５に示した蓋部材
の構造を示し、（ａ）は蓋の正面図であり、（ｂ）は蓋
の取付状態を示す断面図である。

【００５９】図５に示した筐体３０は図１に示した昇圧
ユニット１を収納するものであり、図５（ｂ）に示すよ
うに、屋外の壁面４０に沿って垂直に設置される。筐体
３０は本体部３１とこれを覆うカバー３２とから構成さ
れており、本体部３１の内部には図６（ａ）に示すよう
に、上面および側面に沿って排水経路となるバリア部３
３が形成されている。このバリア部３３は本体部３１と
カバー３２との間にしみ込んだ雨水を本体部３１の下部
に導き、本体部３１の下部に形成された放出口としての
排水孔３４を介して外部に放出する。これによって、屋
外に設置された筐体３０に収納されている昇圧装置３や
制御回路１５の導電部に雨水がかかるのを防止できる。

【００６０】筐体３０の本体部３１の下部（図５（ｂ）
で右側）には、放熱フィン３５が取付けられている。放
熱フィン３５には図１に示した逆流防止ダイオード６
ａ，６ｂおよび昇圧装置３内のスイッチング素子１０が
取付けられ、これらの逆流防止ダイオード６ａ，６ｂお
よび昇圧装置３内のスイッチング素子１０が損失により
発生する熱を外部に逃すことができ、放熱効果を向上で
きる。

【００６１】さらに、放熱フィン３５を囲むように断面
コの字状の金属板４１が設けられる。この金属板４１の
内側には本体部３１を保持するためのフック４２が形成
されている。そして、金属板４１が壁面４０に取付けら
れ、フック４２によって本体部３１を保持することによ
って、筐体３０が壁面４０に沿って垂直方向に取付けら
れる。また、金属板４１は放熱フィン３５を覆い隠すよ
うに形成されており、昇圧装置３が動作中に逆流防止ダ
イオード６ａ，６ｂおよびスイッチング素子１０が損失
により発生する熱で温度上昇した放熱フィン３５に誤っ
て触れても火傷するのを防止できる。

【００６２】筐体３０のカバー３２の中央部には表示部
３６が設けられている。この表示部３６は昇圧装置３が
起動すると点灯し、停止すると消灯する。それによっ
て、昇圧ユニット１が日射強となる日中時に動作してい
るかを昇圧ユニット１本体を開けることなく確認するこ
とができ、たとえば日中時に消灯していれば昇圧装置３
が動作していないことがわかるので、昇圧ユニット１が
正常であるか否かを表示部３６により確認することがで
きる。

【００６３】さらに、カバー３２の下部には開口部を覆
うように蓋部３７が設けられる。この蓋部３７は本体３
１から取外したときに、図６（ａ）に示すように、本体
３１内部に取付けられている入力ブレーカ８ａ，８ｂの
操作を許容する。蓋部３７の一方側には図７（ａ）に示
すように取付レール部３８が形成されており、他方側に
は留め金具３９が取付けられている。さらに、蓋部３７
と本体３２との接触部にはたとえばゴムなどの防水用部
材４５が貼付けられている。

【００６４】留め金具３９は固定板３９１とつまみ部３
９２とを有しており、つまみ部３９２を回すことによっ
て固定板３９１が回転し、その動作によって蓋部３７が
昇圧ユニット１本体から取外したり取付けたりすること
ができる。そして、蓋部３７を開けると入力ブレーカ８
ａ，８ｂを操作することができるようになっており、昇
圧ユニット１本体を開けなくても蓋部３７を開けるだけ
で外部から入力ブレーカ８ａ，８ｂを操作することがで
きる。さらに、蓋部３７にはねじなどを使用していない
ため、蓋部３７を筐体３０から取外す際に特殊な工具を
用いることなく、容易に取外すことができる。したがっ
て、緊急時の際に昇圧ユニット１と太陽電池２またはイ
ンバータ４とを切離したりすることが容易にできるの
で、システム全体の安全性を向上できる。

【００６５】上述の如く、この実施形態によれば、太陽
電池ストリング２ａ，２ｂなどの直流電源と昇圧ユニッ
ト１およびインバータ４との接続に関して、建造物の屋
内外に接続専用の設置スペースを少なくし、また専用の
筐体３０を一体化して装置全体のコストダウンを図り、
接続するための配線を少なくして屋内外の景観が損なわ
れないように配慮し、また昇圧ユニット１の運転時にイ
ンバータ４に過電圧が加わらず、さらにスイッチング素
子１０が故障や短絡しても、短絡電流の発生を継続しな
い安全な装置を実現できる。

【００６６】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。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、太陽
電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動
作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に
変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットと、直
流電源とを直接接続する入力接続機能部を備えたことに
より、建造物の屋内外に設置するための専用スペースを
少なくすることができる。また、昇圧ユニットからイン
バータへ接続箱を介さずに直接接続するため、屋内の景
観が損なわれることがない。

【００６８】また、直流電源電圧を昇圧する昇圧手段
と、昇圧手段側から直流電源側へ電流が逆流するのを防
止する逆流防止手段と、直流電源と昇圧手段とを接続ま
たは解列する入力接続解列手段と、直流電源から昇圧手
段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手
段とを設けたことにより、昇圧装置およびインバータ装
置側から太陽電池側に電流が逆流することがなく、また
工事などにおいて太陽電池側と昇圧手段側および昇圧手
段側とインバータ装置側とを安全に接続したり切離した
りすることができる。

【００６９】さらに、落雷時に太陽電池側から昇圧手段
側およびインバータ装置側に雷サージが侵入するのを防
止でき、インバータ装置の安全を確保することができ
る。また、非標準的な太陽電池ストリングであっても標
準的な太陽電池ストリングと同様の直流電圧を持った直
流電力をインバータ装置に供給することができるので、
建造物の屋根などの限られたスペースを有効に利用する
ことができる。

【００７０】さらに、昇圧手段は昇圧ユニットの出力電
圧が設定電圧以下であることに応じて、昇圧比一定制御
を行なうことにより、非標準的な太陽電池ストリングで
あっても標準的な太陽電池ストリングと同様の直流電力
をインバータ装置に供給することができるので、建造物
の屋根などの限られたスペースを有効利用することがで
きる。

【００７１】さらに、昇圧手段は昇圧ユニットの出力電
圧が設定電圧以上であることに応じて定電圧制御を行な
うことにより、インバータ装置に過電圧がかかり、故障
に至るのを防止できる。

【００７２】定電圧制御は昇圧比を変化させることによ
り、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行な
っている場合に、昇圧比一定制御を行ない、出力電圧が
設定値以上に上昇した場合に設定値を超えないように、
昇圧比一定を止めて昇圧を変化させることにより定電圧
制御を行ない、インバータ装置に過電圧が加わり、故障
に至るのを防止できる。

【００７３】さらに、トリップ信号発生手段は、出力電
圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生
し、開放手段により直流電源との接続を開放することに
より、日射強となる昼間時において昇圧ユニットが運転
を行なっている場合に、昇圧比一定制御もしくは定電圧
制御を行なっていても、昇圧手段が出力電圧の過電圧に
なったことを検出すると、トリップ信号発生手段がトリ
ップ動作をして回路を開放するので、過電圧がインバー
タ装置にかかり、故障に至るのを防止できる。

【００７４】入力接続解列手段におけるトリップ機能は
昇圧手段の温度上昇に応じて短絡電流が流れる経路を開
放することにより、日射強となる昼間時において昇圧ユ
ニットが運転を行なっている場合に昇圧手段が短絡し、
太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れると昇圧手
段の温度が上昇するので、その温度を監視して設定以上
の温度上昇でトリップ信号発生手段がトリップ信号を発
生して回路を開放することにより、短絡電流が継続して
流れるのを防止し、短絡電流により昇圧ユニットが故障
に至るのを防止できる。

【００７５】昇圧手段は出力側からの短絡電流を遮断す
るヒューズを含むことにより、インバータ装置が短絡し
て故障し、インバータ装置側から短絡電流が昇圧ユニッ
トに流れてきた場合に、回路内に短絡電流が流れてもヒ
ューズが働い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、短絡電流により昇圧ユニットが故障
に至るのを防止できる。

【００７６】ヒューズは昇圧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
ることにより、インバータ装置が短絡故障し、インバー
タ装置側から短絡電流が昇圧ユニットに流れてきた場合
に、回路内に短絡電流が流れても昇圧手段内に取付けら
れたヒューズ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、短絡電流により昇圧ユニ
ットが故障に至るのを防止できる。

【００７７】また、少なくとも入力接続部は屋外に設置
された筐体に収納され、筐体は雨水がしみ込んだ場合に
その雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を
外部に放出する放出口とを含むことにより、雨水がイン
バータ装置や制御回路の導電部に浸入するのを防止で
き、さらに専用の筐体を一体化することにより、装置全
体のコストダウンを図ることができる。

【００７８】また、筐体の外側には昇圧手段と逆流防止
手段から発生する熱を外部に逃す放熱手段を設けること
により、放熱効果を高めることができる。

【００７９】さらに、筐体の放熱手段を覆いかつ筐体を
壁面に支持するための金属板を含むことにより、放熱手
段に手が触れて火傷するおそれをなくすことができ、筐
体を壁面に取付けることができる。

【００８０】また、筐体には開閉可能な蓋部を設け、蓋
部を開いて入力接続解列手段を操作することにより、緊
急の際に昇圧ユニットと直流電源とを切離すことができ
る。

【００８１】さらに、昇圧手段が駆動したことに応じて
点灯し、昇圧手段が停止したことに応じて消灯する表示
手段を筐体に設けることにより、昇圧ユニットが正常で
あるか否かを一目瞭然に確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態の昇圧ユニットのブロ
ック図である。

【図２】 図１に示した昇圧ユニット内の制御回路のブ
ロック図である。

【図３】 制御回路の各部の波形図である。

【図４】 制御回路の各部の波形図である。

【図５】 この発明の一実施形態である昇圧ユニットが
収納される筐体の外観図である。

【図６】 図５に示した筐体の内部構造を示す図であ
る。

【図７】 図５に示した筐体の蓋部の構成を示す図であ
る。

【図８】 従来例の昇圧ユニットのブロック図である。

【図９】 図８に示した制御回路のブロック図である。

【図１０】 図９に示した制御回路の各部の波形図であ
る。

【符号の説明】

１ 昇圧ユニット、２ａ 標準太陽電池ストリング、２
ｂ 非標準太陽電池ストリング、３ 昇圧装置、４ イ
ンバータ装置、５ 商用電力系統、６ａ，６ｂ逆流防止
ダイオード、７ａ，７ｂ 雷サージアブゾーバ、８ａ，
８ｂ 入力ブレーカー、９ リアクトル、１０ スイッ
チング素子、１１ ダイオード、１２ヒューズ、１３
コンデンサ、１４ 温度センサ、１５ 制御回路、１６
初期昇圧比設定部、１７ 実昇圧比設定部、１８ 昇
圧比比較部、１９，２３ 信号設定演算部、２０，２４
三角波発生部、２１，２５ 信号比較部、２２ 電圧
比較部、２６ 論理積演算部、２７ ゲートドライブ、
２８ トリップ信号発生部、３０ 筐体、３１ 本体
部、３２ カバー、３３ バリア部、３４ 排水孔、３
５ 放熱フィン、３６ 表示部、３７ 蓋部、３８ レ
ール部、３９ 留め金具、３９１ 固定板、３９２ つ
まみ部、４５ 防水用部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹林 司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H007 BB07 CA01 CC12 DA05 DA06 DB01 DC05 DC08 EA13 FA01 FA12 FA19 5H730 AA20 AS04 BB14 CC21 DD02 DD34 EE07 FD01 FD41 FF02 FG05 XX03 XX04 XX05 XX12 XX15 XX23 XX26 XX32 XX35 XX38 XX42

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池などの直流電源の電圧をスイッ
   チング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直
   流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する
   昇圧ユニットであって、 前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、 前記直流電源と前記昇圧手段とを直接接続する入力接続
   機能部を備えたことを特徴とする、昇圧ユニット。
2. 【請求項２】 前記入力接続機能部は、 前記昇圧手段側から前記直流電源側へ電流が逆流するの
   を防止する逆流防止手段と、 前記直流電源と前記昇圧手段とを接続または解列する入
   力接続解列手段と、 前記直流電源から前記昇圧手段側へ雷サージが侵入する
   のを防止する雷サージ防止手段とを含むことを特徴とす
   る、請求項１に記載の昇圧ユニット。
3. 【請求項３】 前記昇圧手段は、前記昇圧ユニットの出
   力電圧が設定電圧以下であることに応じて、昇圧比一定
   制御を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載
   の昇圧ユニット。
4. 【請求項４】 前記昇圧手段は、前記昇圧ユニットの出
   力電圧が設定電圧以上であることに応じて、定電圧制御
   を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の昇
   圧ユニット。
5. 【請求項５】 前記定電圧制御は、昇圧比を変化させる
   ことを特徴とする、請求項１，２または４に記載の昇圧
   ユニット。
6. 【請求項６】 前記入力接続機能部は、 出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を
   発生するトリップ信号発生手段と、 前記トリップ信号発生手段からのトリップ信号に応じて
   前記直流電源との接続を開放する開閉手段を含むことを
   特徴とする、請求項１または２に記載の昇圧ユニット。
7. 【請求項７】 前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧
   手段が短絡故障を起こしたことに応じて、トリップ信号
   を発生して前記開閉手段によって前記直流電源との接続
   を開放することを特徴とする、請求項６に記載の昇圧ユ
   ニット。
8. 【請求項８】 前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧
   手段の温度上昇に応じて短絡電流が流れたことを検出し
   たことに応じてトリップ信号を出力することを特徴とす
   る、請求項７に記載の昇圧ユニット。
9. 【請求項９】 前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧
   ユニットの出力電圧が予め定める入力電圧範囲を越えた
   ことに応じてトリップ信号を発生することを特徴とす
   る、請求項６に記載の昇圧ユニット。
10. 【請求項１０】 前記昇圧手段は、出力側からの短絡電
    流を遮断するヒューズを含むことを特徴とする、請求項
    １または２に記載の昇圧ユニット。
11. 【請求項１１】 前記ヒューズは前記昇圧手段と直列に
    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ことを特徴とする請求項１，２
    または１０に記載の昇圧ユニット。
12. 【請求項１２】 さらに、少なくとも前記入力接続機能
    部を収納し、屋外に設置するための筐体を含み、 前記筐体は、雨水が染み込んだ場合にその雨水を下部に
    導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放
    出口とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の昇圧
    ユニット。
13. 【請求項１３】 さらに、前記筐体の外側には、前記昇
    圧手段と前記逆流防止手段から発生する熱を外部に逃が
    す放熱手段が設けられることを特徴とする、請求項１ま
    たは２に記載の昇圧ユニット。
14. 【請求項１４】 さらに、前記筐体の放熱手段を覆いか
    つ前記筐体を壁面に支持するための金属板を含むことを
    特徴とする、請求項１３に記載の昇圧ユニット。
15. 【請求項１５】 前記筐体には開閉可能な蓋部を有し、
    該蓋部を開いて前記入力接続解列手段が操作されること
    を特徴とする、請求項１，２，１２または１４に記載の
    昇圧ユニット。
16. 【請求項１６】 さらに、前記昇圧手段が駆動したこと
    に応じて点灯し、該昇圧手段が停止したことに応じて消
    灯する表示手段を含むことを特徴とする、請求項１また
    は２に記載の昇圧ユニット。