JP2012034509A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の設置方法に対して柔軟に対応できる構造を備えた太陽光発電用のパワーコンディショナを得ること。
【解決手段】内部にヒートシンク２が設置された冷却風路部３と、冷却風路部３に配置されることによって電子部品がヒートシンク２と熱的に接続された電子部品部４と、冷却風路部３内に冷却風を発生させる冷却ファン１とを一体化した共通ユニットと、電子部品部４を覆うように共通ユニットに装着される保護部材とを有し、共通ユニットは、冷却風の入口となる冷却風路部３の開口端が露出するフロントパネル、及び冷却風の出口となる冷却風路部３の開口端を覆う屋根の一方が選択的に装着され、共通ユニットにフロントパネルが装着された状態では横置き設置され、共通ユニットに屋根が装着された状態では縦置き設置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の設置方法に対して柔軟に対応できる構造を備えた太陽光発電用のパワーコンディショナに関する。

太陽光発電システムは、主に、屋根に配設される複数の太陽電池モジュールと、複数の太陽電池モジュールからの配線を一つにまとめてその直流電力をパワーコンディショナに供給する接続箱と、接続箱からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力を系統電源に連系するパワーコンディショナとによって構成されている。接続箱、パワーコンディショナには、昇圧回路やインバータ回路などの各種電子回路が内蔵されている。

パワーコンディショナは、用途に応じて、屋外であれば壁掛け設置、屋内であれば１９インチラックなどのラックマウント設置と様々な設置環境があるため、それぞれの用途に対して最適化された構造で設計しなければならなかった。

太陽光発電システムが普及するに従い、顧客から多種多様な要求が上がっている。それらに対応するためにパワーコンディショナを逐一最適化設計をして製品化すると、開発コストの上昇を招く。また、機種が増えることによって製造・管理コストが上昇してしまう。

特許文献１には、パワーコンディショナを収容する外箱をさらに屋外設置用の筐体で囲うことにより、屋内用の製品を屋外でも使用できるようにすることが開示されている。

特開２００６−６６８１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される構造では、屋内用外箱を屋外用筐体に入れ込む構造となるため、筐体構造が二重になり、コストの増大が問題となる。また、製品によって部品配置が変わり冷却構造が異なる場合は、屋外用筐体の風路構造などをそのたびに再設計する必要が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の設置方法に対して柔軟に対応できる構造を備えた太陽光発電用のパワーコンディショナを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、略筒状で内部にヒートシンクが設置された冷却風路部と、電子回路を構成する電子部品を備え、冷却風路部の外筒面に配置されることによって電子部品がヒートシンクと熱的に接続された電子部品部と、冷却風路部の内部に冷却風を発生させる冷却ファンとを一体化した共通ユニットと、電子部品部を覆うように共通ユニットに装着される保護部材とを有し、共通ユニットには、冷却風の入口となる冷却風路部の開口端が露出するフロントパネル、及び冷却風の出口となる冷却風路部の開口端を覆う屋根の一方が選択的に装着され、共通ユニットにフロントパネルが装着された状態では横置き設置され、共通ユニットに屋根が装着された状態では縦置き設置されることを特徴とする。

本発明によれば、単独で冷却機能を発揮する共通ユニットを基本構造として、これに装着する部材を変えることで、横置き構造及び縦置き構造のいずれの形態とすることも可能である。したがって、設置形態に合わせて個別に機種を設計・製品化する必要が無くなり、開発コストや製造コスト、管理コストの削減が可能となるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係るパワーコンディショナの基本構造である共通部品としての共通ユニットの構成を示す図である。 図２は、冷却風路部の内部に冷却風を送り込むように冷却ファンを設置した場合の冷却風の流れを示す図である。 図３は、横置き構造としたパワーコンディショナの設置例を示す図である。 図４は、１９インチラックに設置する場合のパワーコンディショナの構成を示す図である。 図５は、パワーコンディショナの構成を示す図である。 図６は、パワーコンディショナでの冷却風の流れを示す図である。 図７は、壁掛け設置する場合のパワーコンディショナの外観斜視図である。 図８は、壁掛け設置する場合のパワーコンディショナの構成を示す分解斜視図である。 図９は、冷却風路部の内部に直接雨水などが浸入しないように屋根を設置した場合の冷却風の流れを示す図である。 図１０は、冷却風路部内の空気を排出するように冷却ファンを設置した場合の冷却風の流れを示す図である。

以下に、本発明にかかるパワーコンディショナの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るパワーコンディショナの基本構造である共通部品としてのユニット（共通ユニット）の構成を示す図である。共通ユニット５は、パワーコンディショナを横置き構造にする場合と縦置き構造にする場合とで兼用される。略筒状の冷却風路部３は、金属板で形成されており、筒面の一つには貫通穴３ａが形成されている。ヒートシンク２は、土台部分から立ち上がるように複数の設けられた構造である。ヒートシンク２は、土台部分が貫通穴３ａを介して露出するように冷却風路部３内に設置される。貫通穴３ａはヒートシンク２の土台部分で塞がれているため、昇圧回路やインバータ回路などの各種電子回路を構成する電子部品を備えた電子部品部４と冷却風路部３の筒内とは物理的には分離されており、外部空気に含まれる埃などが電子部品部４に侵入しないようになっている。ヒートシンク２の羽根部分は、冷却風路部３の筒内に露出しており、羽根の向きが冷却風の流れに沿うように配置されている。

電子部品部４に含まれる電子部品のうち、トランジスタなどの発熱量の大きい部品は、ヒートシンク２の土台部分と熱的に接続される。ヒートシンク２の土台部分と熱的に接続された電子部品は、冷却風路部３に流れる冷却空気によってヒートシンク２を通して温度上昇が軽減されるため、性能劣化が防がれる。冷却ファン１は、冷却風路部３内に外気を送り込むか、又は冷却風路部３内の空気を排気するように、冷却風路部３の一方の開口に設置される。図２に、冷却風路部３の内部に冷却風を送り込むように冷却ファン１を設置した場合の冷却風の流れを示す。共通ユニット５が独立して冷却機能を備えることにより、設置形態に関わらず所望の冷却効果が得られる。したがって冷却ファン１として必要以上に出力の大きいものを用いる必要がなくなり、消費電力の低減を図ることができる。

次に、横置き構造としたパワーコンディショナについて説明する。図３は、横置き構造としたパワーコンディショナ８の設置例を示す図である。横置き構造のパワーコンディショナ８は、１９インチラック９などのラックに収容される。

図４は、１９インチラック９に設置する場合のパワーコンディショナ８の構成を示す分解斜視図である。図５は、パワーコンディショナ８の構成を示す図であり、図５（ａ）はパワーコンディショナ８の冷却風路部３の部分の上面図、図５（ｂ）はパワーコンディショナ８の正面図、図５（ｃ）はパワーコンディショナ８の側面図である。フランジ状のフロントパネル６が共通ユニット５の前面に取り付けられ、底面部が開放した埃侵入防止用のカバー７が電子部品部４を覆うように取り付けられる。すなわち、パワーコンディショナ８は、冷却風の入口となる冷却風路部３の開口端が露出するように共通ユニット５に装着されたフロントパネル６と、電子部品部４を覆うように共通ユニット５に装着された保護部材としてのカバー７とを備えた構造である。フロントパネル６は、１９インチラック９への取り付け、取り外し操作のための取手６ａが設けられている。これにより、パワーコンディショナ８はラック設置にも容易に対応できる。

図６は、パワーコンディショナ８での冷却風の流れを示す図である。製品前面側となるように設置された冷却ファン１によって外部空気を冷却風路部３内に取り入れ、ヒートシンク２から熱を受け取った空気を製品背面から排出する。すなわち、冷却風はパワーコンディショナ８の前面から背面へ流れる。

次に、縦置き構造としたパワーコンディショナ１３について説明する。図７は、壁掛け設置する場合のパワーコンディショナ１３の外観斜視図である。図８は、壁掛け設置する場合のパワーコンディショナ１３の構成を示す分解斜視図である。パワーコンディショナ１３は、電子部品部４を側方から覆う保護部材としての屋外用筐体１１及びフロントパネル１２と、冷却風の出口となる冷却風路部３の上側の開口端を上方から覆う屋根１０とを共通ユニット５に装着した構造である。縦置き構造とする場合、冷却風の入口は鉛直下方向となっており、冷却ファン１は、比較的温度の低い地表に近い位置の空気を冷却風として冷却風路部３の内部に取り込むようになっている。冷却風路部３の電子部品部４と接する側と反対側の面が、壁などへの据付面となる。屋外用筐体１１は、共通ユニット５と一体化するように完全に固定されており、フロントパネル１２は、屋外用筐体１１に着脱可能に固定されている。これにより、フロントパネル１２を開放することによって電子部品部４の内部部品の保守点検を行うことが可能となり、防水性とメンテナンス性とを両立できる。

屋根１０は、底面（冷却風路部３の開口と対向する側）が開放した箱状となっており、屋根１０と屋外用筐体１１との間には隙間が空いている。図９は、冷却風路部の内部に直接雨水などが浸入しないように屋根１０を設置した場合の冷却風の流れを示す図であり、図９（ａ）はパワーコンディショナ１３の冷却風路部３の正面方向の断面図、図９（ｂ）はパワーコンディショナ１３の側面方向の断面図である。図９に示すように、屋根１０は冷却風の排出方向を下向きに変えて、冷却風路部３の内部に直接雨水などが浸入しないようにしている。屋根１０は、電子部品部４に照射される日光を遮ることによって、電子部品の温度の上昇を防ぐ。なお、日光が照射されることによって屋根１０自体の温度が上昇するが、冷却空気が当たることにより、屋根１０は空冷される。したがって、屋根１０で発生した熱が電子部品部４に伝わりにくくなり、直射日光による内部部品の温度上昇は軽減される。

以上のように、本実施の形態においては、共通ユニットの部分で冷却構造が完結している（共通ユニット単独で冷却機能が発揮される）ため、装着する部材を変えることで、基本構造としての共通ユニットに変更を加えることなく、１９インチラックに代表される横置き構造のパワーコンディショナと、屋外壁掛け設置などの縦置き構造のパワーコンディショナとに臨機応変に対応することが可能となり、開発コストや製造、管理コストの削減が可能となる。

また、横置き設置する場合と縦置き設置する場合とで、異なる部材を共通ユニットに装着するため、いずれかの設置形態において筐体構造が二重となることはない。換言すると、横置き設置用の部材と縦置き設置用の部材とを選択的に装着するため、いずれの設置形態においても設置に不要な部材は装着されない。従って、装置の製造コストの高騰を抑えることができる。また、装置の重量の増加も抑えられる。

なお、上記の例においては、冷却風路部３の内部に冷却風を送り込むように冷却ファン１を設置した構成を例としたが、冷却ファン１が冷却風路部３内の空気を排出するように（冷却風の出口側に）設置されていても同様の効果が得られることは言うまでもない。図１０は、冷却風路部３内の空気を排出するように冷却ファン１を設置した場合の冷却風の流れを示す図であり、図１０（ａ）は冷却風路部３の正面方向の断面図、図１０（ｂ）はパワーコンディショナ１３の側面方向の断面図である。冷却風路部３内の空気を排出するように冷却ファン１を設置した場合には、冷却風路部３内で冷却風の流れが均一となり、ヒートシンク２による冷却効率を高めることができる。

以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナは、単独で冷却機能を発揮する共通ユニットに装着する部材を変えることで、横置き構造及び縦置き構造のいずれの形態にもできる点で有用であり、特に、１９インチラックに収容しての屋内への設置や、壁掛けによる屋外の設置に適している。

１ 冷却ファン
２ ヒートシンク
３ 冷却風路部
３ａ 貫通穴
４ 電子部品部
５ 共通ユニット
６ フロントパネル
６ａ 取手
７ カバー
８ パワーコンディショナ（横置き構造）
９ １９インチラック
１０ 屋根
１１ 屋外用筐体
１２ フロントパネル
１３ パワーコンディショナ（縦置き構造）

Claims (4)

1. 略筒状で内部にヒートシンクが設置された冷却風路部と、電子回路を構成する電子部品を備え、前記冷却風路部の外筒面に配置されることによって前記電子部品が前記ヒートシンクと熱的に接続された電子部品部と、前記冷却風路部の内部に冷却風を発生させる冷却ファンとを一体化した共通ユニットと、
   前記電子部品部を覆うように前記共通ユニットに装着される保護部材とを有し、
   前記共通ユニットは、前記冷却風の入口となる前記冷却風路部の開口端が露出するフロントパネル、及び前記冷却風の出口となる前記冷却風路部の開口端を覆う屋根の一方が選択的に装着され、
   前記共通ユニットに前記フロントパネルが装着された状態では横置き設置され、前記共通ユニットに前記屋根が装着された状態では縦置き設置されることを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記冷却風路部の筒面に貫通穴が形成されており、
   前記ヒートシンクは、複数の羽根を土台部から立設した構造であり、
   前記羽根が前記冷却風路部の筒内に配列し、かつ前記土台部が前記貫通穴を介して筒外に露出するように、前記ヒートシンクが前記冷却風路部に設置されたことを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
3. 前記屋根は、前記冷却風路部の開口との間に隙間を有する状態で前記共通ユニットに装着される箱状であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーコンディショナ。
4. 前記冷却ファンが、前記冷却風路部内の空気を筒外へ排気するように、前記冷却風路部の端に設置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のパワーコンディショナ。

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