JP2011160569A - 系統連系発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気部品の発熱やショートにより発生する火災を防止することができる系統連系発電装置を提供する。
【解決手段】系統連系発電装置１は、太陽電池で発電した直流電力を昇圧回路で昇圧した後、インバータ回路で交流電力に変換し、交流電源系統に接続する。昇圧回路及びインバータ回路を内蔵する連系装置ケース２と、この連系装置ケースに形成された排気孔６６と、この排気孔の近傍における連系装置ケース内に設けられ、発煙若しくは発火を検出するためのセンサ４５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電手段にて発電した電力を、交流電源系統へ接続する系統連系発電装置に関するものである。

近年地球環境問題の解決に寄与するため、家庭や事務所等には太陽電池や風力発電装置、燃料電池やＧＨＰ等の発電手段が設置されるようになってきている。そして、発電手段にて発電された電力を自家使用すると共に、余剰となった電力は交流電源系統へ回生することができるように構成された系統連系装置（パワーコンディショナーと称される）を備えた系統連系発電装置の開発が活発化している。

係る系統連系発電装置では、例えば太陽電池にて発電された直流電力を昇圧回路にて昇圧した後、この昇圧された直流電力をインバータ回路により交流電源系統の交流電力と略同一の交流電力に変換し、電流平滑回路を介して交流電源系統に接続するかたちとなる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−９３９８号公報

ここで、系統連系発電装置を構成する電気回路にはコンデンサやリアクトル、スイッチング素子等が使用され、基板に配線されて連系装置ケース内に収容されるものであるが、これらの電気部品は通電されて発熱するため、状況によっては過熱する場合がある。また、リアクトルは樹脂で被覆されたコイルを巻回して構成されるものであるが、この被覆が破れてレアショートを起こす場合がある。係るレアショートが発生すると接触抵抗が増大するため、リアクトルは過熱し、或いは、火花を発生する。そして、このような過熱や火花により連系装置ケース内の電気部品が発火し、基板やケースそのものの火災を引き起こす問題があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、電気部品の発熱やショートにより発生する火災を防止することができる系統連系発電装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の系統連系発電装置は、発電手段で発電した直流電力を昇圧回路で昇圧した後、インバータ回路で交流電力に変換し、交流電源系統に接続するものであって、昇圧回路及びインバータ回路を内蔵する連系装置ケースと、この連系装置ケースに形成された排気孔と、この排気孔の近傍における連系装置ケース内に設けられ、発煙若しくは発火を検出するためのセンサとを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明の系統連系発電装置は、上記においてセンサは、煙、又は、ガス、又は、臭いを感知することで、発煙若しくは発火を検出することを特徴とする。

請求項３の発明の系統連系発電装置は、請求項１においてセンサは、温度上昇を感知することで、発煙若しくは発火を検出することを特徴とする。

請求項４の発明の系統連系発電装置は、上記各発明においてセンサが発煙若しくは発火を検出した場合、発電手段と昇圧回路の間の電気回路を遮断することを特徴とする。

請求項５の発明の系統連系発電装置は、上記各発明においてセンサが発煙若しくは発火を検出した場合、所定の警報を発することを特徴とする。

本発明によれば、発電手段で発電した直流電力を昇圧回路で昇圧した後、インバータ回路で交流電力に変換し、交流電源系統に接続する系統連系発電装置において、昇圧回路及びインバータ回路を内蔵する連系装置ケースと、この連系装置ケースに形成された排気孔と、この排気孔の近傍における連系装置ケース内に設けられ、発煙若しくは発火を検出するためのセンサとを備えているので、請求項４や請求項５の如くセンサが発煙若しくは発火を検出した場合に、発電手段と昇圧回路の間の電気回路を遮断し、及び／又は、所定の警報を発することで、リアクトルその他の回路構成電気部品が過熱し、或いは、ショートすることにより発生する連系装置ケースにおける火災を効果的に防止することができるようになる。

この場合、センサは請求項２の如き、煙、又は、ガス、又は、臭いを感知することで、発煙若しくは発火を検出するものでも良く、請求項３の如く温度上昇を感知することで、発煙若しくは発火を検出するものでも良い。請求項２の如く煙、ガス、臭いを感知するセンサを用いれば、より早い段階で火災の危険性を検出することができる。また、請求項３の如く温度上昇を感知するセンサの場合には、部品コストをより削減することができる効果がある。

本発明を適用した一実施形態の系統連系発電装置を構成する系統連系装置の内部構成を示す図である。 図１の系統連系装置の縦断側面図である。 本発明を適用した一実施形態の系統連系発電装置の電気回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

先ず、図３の電気回路図に示すように、本実施例の系統連系発電装置１は、発電手段としての太陽電池１１と系統連系装置１２とを有して構成されており、この系統連系装置１２が交流電源系統１３の単相三線に接続（連系）される。系統連系発電装置１は、太陽電池１１（発電手段）が太陽光により発電した直流電力を、系統連系装置１２により交流電力に変換し、交流電源系統１３に供給（回生）可能とされている。

太陽電池１１は、多数の太陽電池セルを有して構成されており、これら個々の太陽電池セルが太陽光を受けて直流電力を発生（発電）する。

一方、系統連系装置１２は、昇圧回路１４、インバータ回路１５、電流平滑回路１６、及び、マイクロコンピュータから構成された制御装置１７を有して構成されている。この制御装置１７に、インバータ出力電流検出センサ２１、太陽電池電流検出センサ４１、ＤＣ地絡検出センサ４２、火災検出センサ４５が接続されている。

昇圧回路１４は、太陽電池１１にて発電された不安定な直流電力を、ノイズフィルタ４４を介して入力し、交流電源系統１３の系統電圧よりも大きな電圧に昇圧するものであり、平滑コンデンサ２２、チョークコイル（リアクトル又はリアクタ）２３、スイッチ回路２４、ダイオード２５、及び、コンデンサ２６を有して構成されている。尚、４６はノイズフィルタ４４の入力側に設けられた雷保護用のアレスタ、４７は太陽電池１１と昇圧回路１４間に介設された発電手段側パワーリレーである。

前記平滑コンデンサ２２は、スイッチ回路２４に入力される直流電力を平滑する。スイッチ回路２４は、スイッチング素子２７、及び、ダイオード２８にて構成されている。スイッチング素子２７としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、又は、ＩＧＢＴ等が使用される。このスイッチング素子２７のＯＮ、ＯＦＦ操作（ゲートドライブ）により、チョークコイル２３に昇圧された電圧が発生する。また、コンデンサ２６は、チョークコイル２３によって発生した高電圧電力を蓄える。ダイオード２５は、コンデンサ２６に蓄えられた高電圧電力の逆流を防止するものである。

スイッチング素子２７をＯＮ操作する時間（ＯＮデューティ）を調整することにより、昇圧回路１４が昇圧する昇圧電力が制御される。即ち、交流電源系統１３の系統電圧が例えばＡＣ２００Ｖであった場合、その波高値（ピーク値）はプラスマイナス２８０Ｖになるので、系統連系装置１２から交流電力を交流電源系統１３へ回生させるためには、昇圧回路１４による昇圧電圧は、前記波高値の絶対値（２８０Ｖ）以上に設定される必要がある。実際には、昇圧回路１４による昇圧電圧は、後述するインバータ回路１５のスイッチング素子２９のＯＮ抵抗や電流平滑回路１６のリアクトル３１の抵抗を考慮して、２８０Ｖよりも２０Ｖ乃至３０Ｖ高い値に設定される。

前記インバータ回路１５は、複数のスイッチング素子２９がブリッジ接続され、各スイッチング素子２９に対応してダイオード３０（フライホイールダイオード）が設けられて構成されており、昇圧回路１４にて昇圧された直流電力を、交流電源系統１３の交流電力と略一致した位相及び周波数の正弦波形を有する交流電力に変換するものである。

即ち、インバータ回路１５は、スイッチング素子２９をＯＮ、ＯＦＦ操作（ゲートドライブ）することにより、昇圧回路１４から入力された直流電力をパルス幅変調して交流電力に変換する。更に、このインバータ回路１５から出力された交流電力（交流電流、交流電圧）の波形が、交流電源系統１３における系統電圧の交流電圧波形と一致するように、スイッチング素子２９をＯＮ操作する時間（ＯＮデューティ）が調整される。これにより、インバータ回路１５から出力された交流電力の位相、及び、周波数が、交流電源系統１３の系統電力のそれらと略一致することになる。

前記電流平滑回路１６は、二つのリアクトル（リアクタ）３１、３１、及び、コンデンサ３２によって構成され、インバータ回路１５にて変換された交流電力を平滑する。この電流平滑回路１６にて平滑された交流電力が、ノイズフィルタ４８、系統側パワーリレー４９、ブレーカ５１、系統接続端子５３を介して交流電源系統１３へ回生可能とされている。

尚、５２はノイズフィルタ４８の出力側に設けられた雷保護用のアレスタ、５４はアース端子である。また、５６は自立運転専用コンセントであり、自立側パワーリレー５７、ブレーカ５８を介してノイズフィルタ４８の出力側に接続されている。

制御装置１７は、系統連系装置１２から交流電源系統１３へ回生させる回生電力、系統電圧、及び、昇圧電圧に基づいて、昇圧回路１４におけるスイッチング素子２７のＯＮデューティを調整し、昇圧回路１４による昇圧電圧を制御する。

また、制御装置１７は、系統電圧の波形（正弦波）と、インバータ出力電流検出センサ２１にて検出された出力電流の波形に基づいて、インバータ回路１５におけるスイッチング素子２９のＯＮデューティを調整し、制御する。この制御装置１７による昇圧回路１４、及び、インバータ回路１５の制御により、交流電源系統１３の交流電力と略一致した交流電力が、系統連系装置１２から交流電源系統１３へ回生可能とされている。

また、実施例の火災検出センサ４５は光学的に煙、又は、ガス、又は、臭いを検出し、発煙若しくは発火を検出するセンサである。

このような制御装置１７は、図３の太陽電池１３、リアクトル３１、３１、端子５３、５４、５６以外の殆どの電気部品と共に回路基板６１上に配線される。そして、この回路基板６１は、図１や図２に示す連系装置ケース２内に取り付けられる。また、回路基板６１下方の前面側における連系装置ケース２内には、表示パネル（警報手段）６２やスイッチ６３等を備えた基板６４が設けられ、この基板６４上の電気部品も制御装置１７に接続されている。

また、回路基板６１上側の連系装置ケース２内には、前述したリアクトル３１、３１とチョークコイル２３が並設されている。これらリアクタの上側における連系装置ケース２上面には排気口６６が形成されており、この排気口６６の内側には取付板６７が差し渡されて設けられている。そして、この取付板６７に前述した火災検出センサ４５が取り付けられ、排気口６６の近傍における連系装置ケース２内に設けられている。尚、６８は連系装置ケース２の下面に形成された吸気口である。

以上の構成で、回路基板６１上の電気部品やリアクトル３１、３１、チョークコイル２３において過熱や火花が生じると、それにより煙やガス、臭いが発生し、最悪の場合には極めて早い段階から炎が生じる。これらの煙、ガス、臭いは吸気口６８から吸引された空気に乗り、排気口６６に運ばれるので、その近傍に設けられた火災検出センサ４５は係る煙、ガス、臭いに晒されることになり、確実に、且つ、早期に煙、ガス、臭いを感知し、発煙若しくは発火を検出することができる。

制御装置１７は火災検出センサ４５が発煙若しくは発火を検出した場合、太陽電池１１と昇圧回路１４間に介設された発電手段側パワーリレー４７を開路する。これにより、太陽電池１１と昇圧回路１４の間の電気回路が遮断されるので、少なくとも通電によって生じる電気回路部品のそれ以上の過熱は回避される。

また、制御装置１７は表示パネル６２に所定の火災警報を表示する。これにより、早期のメンテナンスを促すことができるようになる。

尚、上記実施例では、火災検出センサ４５として煙、ガス、臭いを光学的に感知するセンサを用いた。係るセンサによれば比較的早期に、即ち、炎が発生する以前の段階で過熱による異常を感知することが可能であるが、係るセンサの他に、サーミスタと称される温度センサを用いても良い。

その場合には発火により発生する連系装置ケース２内の温度上昇を排気口６６から排出される空気の温度によって感知することになるので、煙などよりも検出が遅れることが考えられるが、比較的安価に構成することができる。

また、実施例で示した連系装置ケース２の形状や系統連系装置１４の回路構成、リアクトル３１、３１やチョークコイル２３等の配置はそれに限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。また、発電手段も実施例の太陽電池１１に限定されるものでは無く、風力発電装置や燃料電池、ＧＨＰ等に適用しても本発明は有効である。

更に、警報を発する手段としても実施例の表示パネルの他に、ブザー等の音により警報を発生するものでも良い。

１ 系統連系発電装置
２ 連系装置ケース
１１ 太陽電池
１２ 系統連系装置
１３ 交流電源系統
１４ 昇圧回路
１５ インバータ回路
１６ 電流平滑回路
２３ チョークコイル
３１ リアクトル
４５ 火災検出センサ
６２ 表示パネル
６６ 排気口

Claims (5)

1. 発電手段で発電した直流電力を昇圧回路で昇圧した後、インバータ回路で交流電力に変換し、交流電源系統に接続する系統連系発電装置において、
   前記昇圧回路及びインバータ回路を内蔵する連系装置ケースと、該連系装置ケースに形成された排気孔と、該排気孔の近傍における前記連系装置ケース内に設けられ、発煙若しくは発火を検出するためのセンサとを備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
2. 前記センサは、煙、又は、ガス、又は、臭いを感知することで、発煙若しくは発火を検出することを特徴とする請求項１に記載の系統連系発電装置。
3. 前記センサは、温度上昇を感知することで、発煙若しくは発火を検出することを特徴とする請求項１に記載の系統連系発電装置。
4. 前記センサが発煙若しくは発火を検出した場合、前記発電手段と昇圧回路の間の電気回路を遮断することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の系統連系発電装置。
5. 前記センサが発煙若しくは発火を検出した場合、所定の警報を発することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の系統連系発電装置。

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