JP2012256729A

JP2012256729A - 太陽光発電用接続箱

Info

Publication number: JP2012256729A
Application number: JP2011129121A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kobe; 智神戸; Masahiro Toba; 正裕鳥羽; Isao Yomo; 功四方
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】サイズを小型化した太陽光発電用接続箱を得ること。
【解決手段】太陽電池モジュールとパワーコンディショナと間の電流経路となる回路を、各回路単位で開閉する複数の直流開閉器２と、前記各回路単位に直列に挿入され、ワイドバンドギャップ半導体による素子で構成された、前記直流開閉器２と同数の複数の逆流防止ダイオード３と、前記複数の逆流防止ダイオード３からの出力を集約して前記パワーコンディショナへ出力する端子台４と、前記複数の直流開閉器２、前記複数の逆流防止ダイオード３、および前記端子台４を収納する筐体６と、を備え、前記筐体６内において、前記複数の直流開閉器２を一列に並べて配置し、その側部に前記端子台４および前記複数の逆流防止ダイオード３を配置する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムにおいて太陽電池モジュールとパワーコンディショナとを接続する太陽光発電用接続箱に関する。

太陽光発電用接続箱は、太陽電池モジュールとパワーコンディショナ間の電流経路を開閉する太陽電池開閉器（スイッチ）、および、工事業者が誤結線した場合の保護などのための逆流防止ダイオードを備えている。通常動作時、逆流防止ダイオードには太陽電池モジュールの出力電流が流れるため、逆流防止ダイオードの電圧降下により損失が発生する。上記損失により発熱するため、逆流防止ダイオードのジャンクション温度を超えないように放熱する必要がある。従来では、逆流防止ダイオードが発生する熱を、アルミ製放熱板を通して筐体外部に放熱している。

特開２０００−２９９９３７号公報特開２００１−６８７０６号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、逆流防止ダイオードの発熱により周辺温度が高くなると、太陽電池開閉器の使用温度範囲を超えてしまう可能性があり、太陽電池開閉器の寿命や信頼性に影響を与えるおそれがある。そのため、逆流防止ダイオードと太陽電池開閉器とが近接しないように距離をおいて配置する必要があり、太陽光発電用接続箱のサイズが大きくなってしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来からの機能を備えつつ、サイズを小型化した太陽光発電用接続箱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、太陽電池モジュールとパワーコンディショナと間の電流経路となる回路を、各回路単位で開閉する複数の直流開閉器と、前記各回路単位に直列に挿入され、ワイドバンドギャップ半導体による素子で構成された、前記直流開閉器と同数の複数の逆流防止ダイオードと、前記複数の逆流防止ダイオードからの出力を集約して前記パワーコンディショナへ出力する端子台と、前記複数の直流開閉器、前記複数の逆流防止ダイオード、および前記端子台を収納する筐体と、を備え、前記筐体内において、前記複数の直流開閉器を一列に並べて配置し、その側部に前記端子台および前記複数の逆流防止ダイオードを配置する、ことを特徴とする。

本発明によれば、従来からの機能を備えつつ、サイズを小型化できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の太陽光発電用接続箱の構成例を示す図である。図２は、実施の形態１の太陽光発電用接続箱の回路結線を示す図である。図３は、一般的な太陽光発電用接続箱の構成例を示す図である。図４は、実施の形態１の太陽光発電用接続箱の構成例を示す図である。図５は、実施の形態２の太陽光発電用接続箱の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽光発電用接続箱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１．
図１は、本実施の形態の太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。太陽光発電用接続箱１は、直流開閉器２と、逆流防止ダイオード３と、端子台４と、放熱板５と、筐体６と、から構成される。直流開閉器２は、太陽電池モジュールとパワーコンディショナ間の電流経路を開閉する。逆流防止ダイオード３は、誤接続等の場合に生じる電流の逆流を防止する。端子台４は、各太陽電池モジュールで発生した直流の電力を集約してパワーコンディショナへ出力する。放熱板５は、逆流防止ダイオード３で発生する熱を放熱する。筐体６は、上記各構成を収納する箱である。

ここでは、逆流防止ダイオード３を、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体による素子で構成する。ワイドバンドギャップ半導体としては、ＳｉＣ（炭化珪素）のほか、例えば、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドなどがある。

図１において、筐体６の内部には放熱板５が設置され、その上に複数個の直流開閉器２が水平方向に並べて配置されている。その放熱板５上で、直流開閉器２の横（側部）にある空いたスペースに複数個の逆流防止ダイオード３、および端子台４が配置されている。各構成は、それぞれ図１に示すように、太陽電池モジュールで発電された電力が、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３、端子台４、パワーコンディショナの順に出力されるように配線されている。

ここで、直流開閉器２から筐体６の外部に出る配線は、それぞれ太陽電池モジュールの各ストリング（複数枚の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池モジュール群１列分）の出力に接続される。また、端子台４から筐体６の外部に出る配線は、パワーコンディショナの入力に接続される。

なお、直流開閉器２から筐体６の外部に出る配線、および端子台４から筐体６の外部に出る配線の入線孔は、筐体６のどの面にあってもよいが、図１に示すように筐体６の下面に設けられていると雨天の場合に入線孔から筐体６内に雨水が浸入しにくい。そのため、筐体６の下面の入線孔がより望ましいが、その場合、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３、および端子台４が図１に示すような配置であると、それぞれを接続する配線が無駄なく整然と配線でき、合理的である。

つぎに、太陽光発電用接続箱１の動作について説明する。図２は、太陽電池モジュール列が４列（４ストリング）まで接続できる４回路用の場合の回路結線を示す図である。太陽電池モジュール列の出力は、直流開閉器２（ＳＴ１〜ＳＴ４）、逆流防止ダイオード３（ＳＤ１〜ＳＤ４）を介した後、一出力にまとめられて端子台４（ＴＢ）に接続される。直流開閉器２は、それぞれの太陽電池モジュール列の出力を接続／遮断するためのものである。端子台４（ＴＢ）部で１本にまとめられた太陽電池モジュールの直流出力は、パワーコンディショナへと送られ、パワーコンディショナで交流電力に変換される。なお、図２に示すツェナーダイオード（ＺＤ１〜ＺＤ４）は、このような回路において一般的に用いられるものであり、詳細な説明は省略する。

逆流防止ダイオード３は、工事業者が誤結線した時の保護などのために設けられている。例えば、太陽電池モジュールの＋側と−側を逆にしてシステムを結線すると、パワーコンディショナの入力に逆電圧が印加されてパワーコンディショナを破壊してしまうおそれがある。逆流防止ダイオード３は、このような場合に生じる逆電圧の印加を防ぐ。また、太陽電池モジュールの出力が低下した際に、パワーコンディショナ側から太陽電池モジュールへと電流が逆流することを防ぐことができる。さらに、何らかの原因で複数のストリングのうちのあるストリングが出力低下した際に、出力の高いストリングから出力の低いストリングへと電流が逆流することを防ぐことができる。通常、逆流防止ダイオード３には、太陽電池モジュールからの順方向電流が流れることになる。その値は５〜１０Ａであるため、逆流防止ダイオード３での損失（消費電力）は大きなものとなり、かなりの発熱を生ずる。そのため、逆流防止ダイオード３を放熱板５上に配置し、放熱できるように構成する。

ここで、本実施の形態では、逆流防止ダイオード３をＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体による素子で構成しているため、次のような効果を得ることができる。

すなわち、ワイドバンドギャップ半導体によるダイオードは、通常のＳｉによるダイオードと比較してそのＯＮ電圧が低いため、ＯＮ電圧×順方向電流で決まる損失が小さくなり、ダイオードでの発熱を軽減することができる。従来は、逆流防止ダイオードでの発熱が大きいため、直流開閉器２のすぐそばに逆流防止ダイオードを配置すると、その熱によって直流開閉器２も温度上昇し、直流開閉器２の使用温度範囲を超えてしまうおそれがあった。そのため、直流開閉器２と逆流防止ダイオードとを距離をおいて配置する必要があった。

しかしながら、逆流防止ダイオード３をワイドバンドギャップ半導体で構成することにより、逆流防止ダイオード３における発熱を軽減することができるため、直流開閉器２と逆流防止ダイオード３とを近接して配置することが可能となる。また、通常のＳｉによる逆流防止ダイオード同士もそれぞれの発熱が大きく、逆流防止ダイオード自体の高温での動作限界が低かったため、距離を置いて配置していたが、本実施の形態では、逆流防止ダイオード３同士も近接して配置することが可能となる。それぞれが近接して配置されるため、放熱板５および筐体６のサイズを小型化できることから、太陽光発電用接続箱１のサイズを小型化できる。

ここで、従来の構成における太陽光発電用接続箱との比較を行う。図３は、通常のＳｉによるダイオードを逆流防止ダイオードに用いた場合の一般的な太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。太陽光発電用接続箱１ａは、直流開閉器２と、逆流防止ダイオード３ａと、端子台４と、放熱板５ａと、筐体６ａと、から構成される。なお、図１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

逆流防止ダイオード３ａは、誤接続等の場合に生じる電流の逆流を防止する。ここでは、通常のＳｉによるダイオードとする。放熱板５ａおよび筐体６ａは、いずれも図１に示す放熱板５および筐体６と比較して、サイズが大きくなっている。

図３において、筐体６ａの内部には放熱板５ａが設置され、その上に複数個の直流開閉器２が水平方向に並べて配置されている。その放熱板５ａ上で、直流開閉器２の並びと垂直方向に複数個の逆流防止ダイオード３ａが配置されている。また、放熱板５ａ上で直流開閉器２の横に端子台４が配置されている。各構成は、図１と同様、太陽電池モジュールで発電された電力が、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３ａ、端子台４、パワーコンディショナの順に出力されるように配線されている。

ここで、直流開閉器２から筐体６ａの外部に出る配線は、それぞれ太陽電池モジュールの各ストリングの出力に接続される。また、端子台４から筐体６ａの外部に出る配線は、パワーコンディショナの入力に接続される。

このとき、太陽光発電用接続箱１ａでは、直流開閉器２が、逆流防止ダイオード３ａの発熱による影響を受けないようにするため、図３に示すように直流開閉器２と逆流防止ダイオード３ａが距離（Ｌ₁）をおいた配置となっている。

図４は、本実施の形態の太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。直流開閉器２と逆流防止ダイオード３の距離を、Ｌ₁よりも小さいＬ₂にすることができる。このように、太陽光発電用接続箱１では、太陽光発電用接続箱１ａと比較して、構成部品の間隔を小さくできることから、図４に示すサイズ削減分だけ太陽光発電用接続箱のサイズを小さくすることができる。

以上説明したように、本実施の形態では、逆流防止ダイオード３をワイドバンドギャップ半導体による素子で構成し、逆流防止ダイオード３での損失による発熱を軽減することとした。これにより、筐体６内において、複数の直流開閉器２を一列に並べ、その側部に端子台４および逆流防止ダイオード３を配置することが可能となり、筐体６内での配線が合理的に実施でき、スペースを有効に活用し、コンパクトで無駄のない部品配置ができることから、太陽光発電用接続箱１のサイズを小型化することができる。

なお、放熱板５を用いた場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、逆流防止ダイオード３における発熱が十分に小さく、放熱板５を必要としない場合には、放熱板５を用いない構成としてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、放熱板５の大きさを筐体６のサイズに合わせて小型化したが、さらに小型化することも可能である。

図５は、本実施の形態の太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。太陽光発電用接続箱１ｂは、直流開閉器２と、逆流防止ダイオード３と、端子台４と、放熱板５ｂと、筐体６と、から構成される。ここでは、放熱板５ｂの大きさを明確にするため、各構成を結ぶ配線については記載を省略するが、各構成間の配線は実施の形態１（図１参照）と同様である。なお、図１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。放熱板５ｂは、その大きさを発熱部品である逆流防止ダイオード３が配置されている範囲の大きさに限定している。

逆流防止ダイオード３による発熱が小さく、放熱板５を用いるほどではないが、放熱板を用いないと放熱が十分でない場合に、放熱板の大きさを放熱板５ｂに示す大きさにすることにより、さらに小型化することができる。この場合、放熱板５ｂのサイズが小さくなることから、放熱板５を用いた場合（実施の形態１）と比較して、太陽光発電用接続箱１ｂのコストを低減することができる。

なお、放熱板５ｂを逆流防止ダイオード３が配置できるサイズとしたが、これに限定するものではなく、逆流防止ダイオード３の発熱量に応じて放熱に必要なサイズにすることができる。

１、１ａ、１ｂ太陽光発電用接続箱
２直流開閉器
３、３ａ逆流防止ダイオード
４端子台
５、５ａ、５ｂ放熱板
６、６ａ筐体

Claims

太陽電池モジュールとパワーコンディショナと間の電流経路となる回路を、各回路単位で開閉する複数の直流開閉器と、
前記各回路単位に直列に挿入され、ワイドバンドギャップ半導体による素子で構成された、前記直流開閉器と同数の複数の逆流防止ダイオードと、
前記複数の逆流防止ダイオードからの出力を集約して前記パワーコンディショナへ出力する端子台と、
前記複数の直流開閉器、前記複数の逆流防止ダイオード、および前記端子台を収納する筐体と、
を備え、
前記筐体内において、前記複数の直流開閉器を一列に並べて配置し、その側部に前記端子台および前記複数の逆流防止ダイオードを配置する、
ことを特徴とする太陽光発電用接続箱。
さらに、前記筐体内に、前記複数の直流開閉器、前記複数の逆流防止ダイオード、および前記端子台を配置することが可能な大きさの放熱板、を備え、当該放熱板上に、前記複数の直流開閉器、前記複数の逆流防止ダイオード、および前記端子台を配置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用接続箱。
さらに、前記筐体内に、前記複数の逆流防止ダイオードを配置することが可能な大きさの放熱板、を備え、当該放熱板上に、前記複数の逆流防止ダイオードを配置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用接続箱。
前記筐体は、前記太陽電池モジュールと前記複数の直流開閉器とを接続するケーブルの入線孔、および前記パワーコンディショナと前記端子台とを接続するケーブルの入線孔を自身の下面に有する、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽光発電用接続箱。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドである、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽光発電用接続箱。