JP2014033519A

JP2014033519A - パワーコンディショナ

Info

Publication number: JP2014033519A
Application number: JP2012172026A
Authority: JP
Inventors: Yukimori Kishida; 行盛岸田; Kiyotoshi Tanaka; 清俊田中; Eiji Okada; 英治岡田; Naoki Nishio; 直樹西尾; Hiroshi Ito; 寛伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: JP5826131B2

Abstract

【課題】接続箱の機能を内蔵しつつ、さらなる省スペース化、低コスト化を図ることが可能なパワーコンディショナを得ること。
【解決手段】接続箱機能８をパワーコンディショナ２に内蔵し、太陽電池アレイ１０を構成するＮ個（Ｎは、２以上の整数）の太陽電池ストリングに対し、（Ｎ−１）個以下の第１の開閉器６を設け、１つ以上の第１の開閉器６を、単独での開閉動作が必ずしも必要でない２つ以上の太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に設けることにより、さらなる省スペース化、低コスト化を図るようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電用のパワーコンディショナに関する。

一般に、太陽光発電用のパワーコンディショナでは、太陽電池で発電された直流電力は、電力変換装置（インバータ）へ供給され、インバータにより交流電力に変換された後に、電気機器等の負荷や商用系統に供給される。従来、太陽電池で発電された直流電力は、複数の太陽電池モジュールが直列に接続され構成された太陽電池ストリング毎に直流電力の供給経路を開閉する開閉器を具備した接続箱を介してインバータに供給される。

近年、省スペース化や低コスト化を目的として、接続箱の機能を内蔵したパワーコンディショナが開発されている。このようなパワーコンディショナによれば、接続箱の機能が内蔵されていることで、筐体を１つにまとめることができる（例えば、特許文献１）。

特開２００８−９２６２８号公報

通常の接続箱では、太陽電池ストリング毎に開閉可能とするため、太陽電池ストリング毎に開閉器を具備するのが一般的であるが、パワーコンディショナの仕様によっては、太陽電池ストリング毎の開閉が不要である場合も有り得る。しかしながら、上記従来技術では、太陽電池ストリング毎に開閉器を具備することを前提としているため、さらなる省スペース化や低コスト化の妨げとなっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続箱の機能を内蔵しつつ、さらなる省スペース化、低コスト化を図ることが可能なパワーコンディショナを提供す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、本発明にかかる電力供給システムは、太陽電池アレイから供給された直流電力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナであって、前記太陽電池アレイを構成するＮ個（Ｎは、２以上の整数）の太陽電池ストリングからの直流電力の供給経路を開閉する（Ｎ−１）個以下の第１の開閉器と、前記第１の開閉器の合成出力電力を所望の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの出力を前記所定の交流電力に変換するインバータと、を備え、１つ以上の前記第１の開閉器を、２つ以上の前記太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、接続箱の機能を内蔵したパワーコンディショナにおいて、さらなる省スペース化、低コスト化を図ることが可能となる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかるパワーコンディショナの一構成例を示す図である。図２は、実施の形態にかかるパワーコンディショナにおいて、太陽電池アレイの開放電圧を測定する際に電圧計測器を接続した例を示す図である。図３は、実施の形態にかかるパワーコンディショナにおいて、太陽電池アレイの絶縁抵抗を測定する際に絶縁抵抗測定回路を接続した例を示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる系統連系パワーコンディショナについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかるパワーコンディショナの一構成例を示す図である。図１に示す例では、複数の太陽電池モジュールが直列に接続され構成された複数の太陽電池ストリングを並列に接続して太陽電池アレイ１０を構成し、この太陽電池アレイ１０から供給される直流電力を所定の交流電力に変換して商用系統１に供給する例を示している。

図１に示すように、実施の形態にかかるパワーコンディショナ２は、太陽電池アレイ１０を構成するＮ個（Ｎは、２以上の整数）の太陽電池ストリング（図１に示す例では、Ｎ＝５個）からの直流電力の供給経路を開閉する（Ｎ−１）個以下の第１の開閉器６（図１に示す例では、符号６１〜６３の３個）と、第１の開閉器６の合成出力電力を所望の直流電力に変換するコンバータ４と、コンバータ４の出力を所定の交流電力に変換するインバータ３と、各太陽電池ストリングの入力毎に設けられた複数の逆流防止ダイオード７と、各太陽電池ストリングの各入力間に設けられた第１の過電圧吸収素子１１ａと、第１の開閉器６の出力合成点Ａからコンバータ４への電力供給経路間に設けられた第２の過電圧吸収素子１１ｂと、第１の開閉器６の出力合成点Ａからコンバータ４への電力供給経路の一方と対地アースとの間に設けられた第３の過電圧吸収素子１１ｃと過電圧で動作するギャップスイッチ１３とからなる直列電路（ギャップスイッチ電路）１２と、第１の開閉器６の出力合成点Ａに設けられた一対の検査用端子９と、第１の開閉器６の出力合成点Ａからコンバータ４への第１の開閉器６の合成出力電力の供給経路を開閉する第２の開閉器５とを備えている。

上述した各構成要素のうち、第１の開閉器６（６１〜６３）、逆流防止ダイオード７、第１の過電圧吸収素子１１ａ、第２の過電圧吸収素子１１ｂ、直列電路１２、検査用端子９、および第２の開閉器５を含み、接続箱機能８が構成されている。

また、図１に示す例では、第２の過電圧吸収素子１１ｂおよび直列電路（ギャップスイッチ電路）１２を第２の開閉器５とコンバータ４との間に設けた例を示しているが、第２の開閉器５と各第１の開閉器６の出力合成点Ａとの間に設けてもよい。また、図１に示す例では、各第１の過電圧吸収素子１１ａおよび各第２の過電圧吸収素子１１ｂにそれぞれヒューズを直列に接続した例を示しているが、これらヒューズの有無により本発明が限定されるものではない。

上述したように、通常の接続箱では、太陽電池ストリング毎に開閉可能とするため、太陽電池ストリング毎に開閉器を具備するのが一般的であるが、パワーコンディショナの仕様によっては、太陽電池ストリング毎の開閉が不要である場合も有り得る。また、太陽光発電用のパワーコンディショナで用いられる開閉器は、定格電流が太陽電池ストリング１つあたりの入力電流の２倍以上である場合がある。この場合には、太陽電池ストリング毎の開閉が必ずしも必要でない複数の太陽電池ストリングを並列に接続して、この並列回路の出力を１つの開閉器で開閉するように構成することが可能である。

したがって、本実施の形態では、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の太陽電池ストリングに対し、（Ｎ−１）個以下の第１の開閉器６を設け、１つ以上の第１の開閉器６を、２つ以上の太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に設けるようにしている。例えば、図１に示す例では、第１の開閉器６１，６２を、それぞれ２つの太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に設けている。つまり、単独での開閉動作が必ずしも必要でない２つ以上の太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に第１の開閉器６を設けるようにすることで、パワーコンディショナ２内の省スペース化や低コスト化を図ることが可能である。

また、接続箱機能８をパワーコンディショナ２に内蔵することにより、各太陽電池ストリング間で発電電圧がばらつくことにより逆電流が流れないように、各太陽電池ストリングの各入力毎に逆流防止ダイオード７を設ける必要がある。さらには、これら各逆流防止ダイオード７や、後段のコンバータ４あるいはインバータ３を、太陽電池アレイ１０から侵入する雷サージによる過電圧から保護する必要がある。

したがって、本実施の形態では、雷サージ侵入時の各逆流防止ダイオード７のカソード−アノード電極間の過電圧短絡破壊を防止するため、各太陽電池ストリングの各入力間に第１の過電圧吸収素子１１ａを設け、さらに、第１の開閉器６の出力合成点Ａからコンバータ４への電力供給経路間に第２の過電圧吸収素子１１ｂを設けている。また、直流電路の過電圧による地絡やコンバータ４あるいはインバータ３の回路破壊を防止するために、第１の開閉器６の出力合成点Ａからコンバータ４への電力供給経路の一方と対地アースとの間に、第３の過電圧吸収素子１１ｃと過電圧で動作するギャップスイッチ１３とからなる直列電路１２を設けている。

このような構成とすることで、雷サージ侵入時、サージ電流は、各太陽電池ストリングの各入力間に設けた第１の過電圧吸収素子１１ａを通して線間に流れる。さらに、第２の開閉器５の後段の第２の過電圧吸収素子１１ｂでもサージ電流が流れて、各逆流防止ダイオード７のアノード−カソード間の電圧差がなくなり、電極間の過電圧破壊を防ぐことができる。また、第３の過電圧吸収素子１１ｃと過電圧で動作するギャップスイッチ１３とからなる直列電路（ギャップスイッチ電路）１２を設けることで、雷サージを対地アースに逃がすことができる。これにより、太陽電池アレイ１０から侵入する雷サージにより直流電路の電位が上昇して、各逆流防止ダイオード７の電極につながる端子と外装に接続されるアース部位とで発生する地絡を防止することができ、さらに後段のコンバータ４、インバータ３回路の破壊を防止することができる。

さらに、接続箱機能８をパワーコンディショナ２に内蔵することにより、パワーコンディショナ２の設置工事後の検査や定期検査時には、太陽電池アレイ１０の開放電圧や絶縁抵抗の測定を実施する必要がある。

したがって、本実施の形態では、第１の開閉器６の出力合成点Ａからコンバータへの第１の開閉器６の合成出力電力の供給経路を開閉する第２の開閉器５を設け、第１の開閉器６の出力合成点Ａに一対の検査用端子９を設けている。

図２は、実施の形態にかかるパワーコンディショナにおいて、太陽電池アレイの開放電圧を測定する際に電圧計測器を接続した例を示す図である。また、図３は、実施の形態にかかるパワーコンディショナにおいて、太陽電池アレイの絶縁抵抗を測定する際に絶縁抵抗測定回路を接続した例を示す図である。

太陽電池アレイ１０の開放電圧を測定する際には、図２に示すように、第２の開閉器５および第１の開閉器６を開き、検査用端子９の活線状態を解消し安全を確保した上で、電圧計測器１４のケーブルを検査用端子９に接続する。

また、太陽電池アレイ１０の絶縁抵抗を測定する際には、図３に示すように、第２の開閉器５および第１の開閉器６を開き、検査用端子９の活線状態を解消し安全を確保した上で、絶縁抵抗測定装置１５のケーブルを検査用端子９に接続する。

このように、本実施の形態の構成では、パワーコンディショナ２の設置工事後の検査や定期検査時等、パワーコンディショナ２を含めた太陽光発電システムの設置が完了した状態でも、検査用端子９の活線状態を解消した状態で、安全に計測器等の接続作業を行うことができる。

以上説明したように、実施の形態にかかるパワーコンディショナによれば、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の太陽電池ストリングに対し、（Ｎ−１）個以下の第１の開閉器を設け、１つ以上の第１の開閉器を、単独での開閉動作が必ずしも必要でない２つ以上の太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に設けるようにしたので、接続箱機能をパワーコンディショナに内蔵しつつ、さらなる省スペース化、低コスト化を図ることができる。

また、各太陽電池ストリングの各入力間に第１の過電圧吸収素子を設け、さらに、第１の開閉器の出力合成点からコンバータへの電力供給経路間に第２の過電圧吸収素子を設け、第１の開閉器の出力合成点からコンバータへの電力供給経路の一方と対地アースとの間に、第３の過電圧吸収素子と過電圧で動作するギャップスイッチとからなる直列電路１２を設けたので、雷サージ侵入時の各逆流防止ダイオードのカソード−アノード電極間の過電圧短絡破壊を防止することができ、さらに、直流電路の過電圧による地絡やコンバータあるいはインバータの回路破壊を防止することができる。

また、第１の開閉器の出力合成点からコンバータへの第１の開閉器の合成出力電力の供給経路を開閉する第２の開閉器を設け、第１の開閉器の出力合成点に一対の検査用端子を設けたので、パワーコンディショナを含めた太陽光発電システムの設置が完了した状態でも、検査用端子の活線状態を解消した状態で、安全に計測器等の接続作業を行うことができ、設置工事後の検査や定期検査時における安全性を向上させることができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１商用系統、２パワーコンディショナ、３インバータ、４コンバータ、５第２の開閉器、６，６１，６２，６３第１の開閉器、７逆流防止ダイオード、８接続箱機能、９検査用端子、１０太陽電池アレイ、１１ａ第１の過電圧吸収素子、１１ｂ第２の過電圧吸収素子、１１ｃ第３の過電圧吸収素子、１２直列電路（ギャップスイッチ電路）、１３ギャップスイッチ、１４電圧計測器、１５絶縁抵抗測定装置。

Claims

太陽電池アレイから供給された直流電力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナであって、
前記太陽電池アレイを構成するＮ個（Ｎは、２以上の整数）の太陽電池ストリングからの直流電力の供給経路を開閉する（Ｎ−１）個以下の第１の開閉器と、
前記第１の開閉器の合成出力電力を所望の直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力を前記所定の交流電力に変換するインバータと、
を備え、
１つ以上の前記第１の開閉器を、２つ以上の前記太陽電池ストリングの合成出力電力の供給経路に設けたことを特徴とするパワーコンディショナ。
前記各太陽電池ストリングの入力毎に設けられた複数の逆流防止ダイオードと、
前記各太陽電池ストリングの各入力間に設けられた第１の過電圧吸収素子と、
前記各第１の開閉器の出力合成点から前記コンバータへの電力供給経路間に設けられた第２の過電圧吸収素子と、
前記各第１の開閉器の出力合成点から前記コンバータへの電力供給経路の一方と対地アースとの間に設けられた第３の過電圧吸収素子と過電圧で動作するギャップスイッチとからなる直列電路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
前記第１の開閉器の出力合成点から前記コンバータへの電力供給経路を開閉する第２の開閉器と、
前記各第１の開閉器の出力合成点に設けられた一対の検査用端子と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナ。