JP2014171297A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】パワーコンディショナの寿命を正確に判定できるパワーコンディショナを得ること。
【解決手段】パワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、使用開始からの経過時間を検知する時間検知手段と、前記時間検知手段によって検知された経過時間と寿命期間に対応して設定された閾値時間とを比較する時間比較手段と、前記経過時間が前記閾値時間を越えた場合に寿命に至ったと判定し、前記経過時間が前記閾値時間を越えていない場合に寿命に至っていないと判定する寿命判定手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、パワーコンディショナに関する。

近年、地球温暖化の原因となるＣＯ_２の排出量削減問題や、いずれ枯渇が予想される化石燃料に対する代替エネルギーへの関心が高まってきている中で、クリーンでかつ無尽蔵のエネルギー源である太陽光による太陽光発電システムが注目を集めている。

太陽光発電システムにおいては、太陽電池モジュールによって発電された直流電力を一般の電気機器で使用可能な交流電力に変換するパワーコンディショナが重要な構成機器となっている。このパワーコンディショナには、住宅用に適した単相出力タイプ、公共施設・業務用に適した三相出力タイプなど、また屋内用、屋外用など設置場所に応じた種類などがある。

パワーコンディショナは経年劣化して性能が低下し、最終的に期待している性能を保持できなくなったとき、製品としてのパワーコンディショナは寿命に至ったと考えることができる。寿命に至ったパワーコンディショナを使い続けた場合、性能や機能が不十分なだけでなく、何らかの事故につながる可能性も考えられるため、速やかに使用を中止し、劣化した部品の交換などのメンテナンスを施すことが望ましい。

特許文献１には、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧をコンデンサで平滑し、平滑された直流電力をインバータで交流電力に変換する系統連系インバータにおいて、コンデンサの両端電圧からリプル電圧を検出し、検出されたリプル電圧を許容リプル電圧と比較し、検出されたリプル電圧が許容リプル電圧を超えると装置が寿命であると判断することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、システムの設置条件や天候等の影響を受けることなく、装置の寿命時期を正確に、かつ容易に検出することができるとされている。

特許第４２３９４２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、寿命の検出をコンデンサのリプル電圧により実施しているため、系統連系インバータ（パワーコンディショナ）の寿命が対象コンデンサによって決まってしまう。対象コンデンサによって寿命を判断すると、パワーコンディショナが寿命に至ったことを正確に判定できない可能性がある。

例えば、パワーコンディショナには、多くの電気・電子部品が使用されている。それらの電気・電子部品はそれぞれ経年劣化により性能の低下が生じるため、ある部品の寿命期間を経過するとパワーコンディショナ自体の性能等も低下し、最終的に期待している性能を保持できなくなる、すなわち寿命に至る可能性がある。あるいは、例えば、パワーコンディショナは、特殊な環境において使用されることもある。その場合、その特殊な環境に対する影響度合いがパワーコンディショナ内の多くの電気・電子部品の間で異なる可能性がある。

すなわち、対象コンデンサよりも劣化の早い部品を使用している場合、対象コンデンサによって寿命を判断すると、その劣化の早い部品に起因してパワーコンディショナが寿命に至っていることを判定できない可能性がある。

また、特許文献１に記載の技術では、リプル電圧の測定の結果で寿命を検出するため、停止しているパワーコンディショナは一度動作させないと寿命に至っているか否かを判定できない可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パワーコンディショナの寿命を正確に判定できる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、本発明の１つの側面にかかるパワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、使用開始からの経過時間を検知する時間検知手段と、前記時間検知手段によって検知された経過時間と寿命期間に対応して設定された閾値時間とを比較する時間比較手段と、前記経過時間が前記閾値時間を越えた場合に寿命に至ったと判定し、前記経過時間が前記閾値時間を越えていない場合に寿命に至っていないと判定する寿命判定手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、対象コンデンサよりも劣化（例えば、経年劣化）の早い部品を使用している場合、その劣化の早い部品の寿命期間に対応して閾値時間を設定でき、その閾値時間を用いてパワーコンディショナの寿命を判定できるので、パワーコンディショナの寿命を正確に判定できる。

図１は、実施の形態１にかかるパワーコンディショナが適用される太陽光発電システムの構成を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかるパワーコンディショナの構成を示す図である。 図３は、実施の形態２にかかるパワーコンディショナの構成を示す図である。 図４は、実施の形態２における制御部の寿命検知機能を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態３における制御部の寿命検知機能を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態４にかかるパワーコンディショナの構成を示す図である。 図７は、実施の形態４における制御部の寿命検知機能を示すフローチャートである。

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１．
実施の形態１にかかるパワーコンディショナ３について説明する。

パワーコンディショナ３は、太陽電池モジュールによって発電された直流電力を一般の電気機器で使用可能な交流電力に変換する装置であり、例えば、図１に示すような太陽光発電システムＳに適用される。すなわち、パワーコンディショナ３は、太陽電池モジュールによって発電された直流電力を系統に連系させるための電力変換装置である。図１は、パワーコンディショナ３が適用された太陽光発電システムＳのブロック構成図である。

具体的には、図１に示すように、太陽電池モジュール１−１〜１−３によって発電された直流電力の出力は、接続箱２で集電された後、パワーコンディショナ３に入力される。パワーコンディショナ３は入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。この交流電力出力は分電盤４を介して住宅内あるいは住宅外電気機器などの負荷５に供給されるとともに、交流電力系統６に接続（連系）され負荷５で消費しきれずに余剰電力が発生した場合は逆潮流される。

次に、パワーコンディショナ３内の構成と動作について図２を用いて説明する。図２は、パワーコンディショナ３のブロック構成図である。

パワーコンディショナ３は、図２に示すように、電力変換部１０、制御部１３、操作部１４、及び表示部１５を備える。

電力変換部１０は、太陽電池モジュール１−１〜１−３からの直流電力を交流電力に変換して後段（例えば図１に示す分電盤４）へ出力する。具体的には、電力変換部１０は、コンバータ７、インバータ８、及びフィルタ回路９を有する。

例えば、太陽電池モジュール１−１〜１−３からの直流入力（直流電力）は、パワーコンディショナ３に入力端子ＩＴ経由で入力された後、コンバータ７、インバータ８、フィルタ回路９を経由し、交流出力（交流電力）に変換されて出力端子ＯＴ経由でパワーコンディショナ３から出力される。

コンバータ７は、直流電力の電圧値を、インバータ８の電力変換に適した電圧値に変換（昇圧又は降圧）するＤＣ／ＤＣ変換機能を有する。例えば、コンバータ７は、リアクトル及びスイッチング素子を有し、リアクトル及びスイッチング素子を用いて直流入力の電圧値をインバータ８の電力変換に適した電圧値へ昇圧又は降圧する。コンバータ７は、昇圧又は降圧された直流電力をインバータ８へ供給する。

インバータ８は、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換機能を有する。例えば、インバータ８は、複数のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴやＩＧＢＴなど）を有し、複数のスイッチング素子のそれぞれをスイッチング動作させることにより、直流電力を交流電力に変換する。インバータ８は、変換された交流電力をフィルタ回路９へ供給する。

フィルタ回路９は、交流電力に対して、ノイズ成分を抑制するフィルタ処理を施す。フィルタ回路９は、例えば、リアクトルおよびコンデンサを有し、リアクトルおよびコンデンサを用いて交流電力にフィルタ処理を施す。フィルタ回路９は、フィルタ処理が施された交流電力を出力端子ＯＴへ供給する。

制御部１３は、パワーコンディショナ３の各部を全体的に制御する。例えば、制御部１３は、機能的な構成として、時間検知部１３ａ、設定部１３ｅ、時間比較部１３ｂ、寿命判定部１３ｃ、及び動作制御部１３ｄを有する。

時間検知部１３ａは、パワーコンディショナ３の使用開始（例えば、パワーコンディショナ３が設置場所に設置されて初期起動した瞬間）からの経過時間ΔＴを検知する。時間検知部１３ａは、検知された経過時間ΔＴを時間比較部１３ｂへ供給する。

設定部１３ｅは、監視すべき部品の寿命期間に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定する。例えば、設定部１３ｅは、寿命期間×係数（例えば、０．９より大きく１より小さい係数）により求めた期間を閾値時間Ｔｔｈとして設定する。

例えば、設定部１３ｅは、パワーコンディショナ３における各部品のうち比較的に劣化の早い（例えば、最も劣化の早い）部品が監視すべき部品としてユーザ又は技術者により特定され、その寿命期間がユーザ又は技術者により特定され、その寿命期間に対応する部材（例えば、寿命期間に対応する抵抗値を有するパルス発生器１７内の抵抗素子１７ａ、及び／又は寿命期間に対応する容量を有する電池１６）がユーザ又は技術者により取り付けられた場合、その取り付けられた部材に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定する。

あるいは、例えば、設定部１３ｅは、パワーコンディショナ３における各部品のうち比較的に劣化の早い（例えば、最も劣化の早い）部品が監視すべき部品としてユーザ又は技術者により特定され、その寿命期間がユーザ又は技術者により操作部１４を介して入力された場合、その入力された寿命期間に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定する。

あるいは、例えば、設定部１３ｅは、複数の部品のそれぞれについて寿命期間が対応付けられた寿命期間テーブルを有する場合、例えばパワーコンディショナ３が初期起動された際などにおいてパワーコンディショナ３における各部品を認識するとともに、認識された各部品の寿命期間のうち最も短い寿命期間を特定し、その特定された寿命期間に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定する。

設定部１３ｅは、設定された閾値時間Ｔｔｈを時間比較部１３ｂへ供給する。

時間比較部１３ｂは、時間検知部１３ａによって検知された経過時間ΔＴと設定部１３ｅにより設定された閾値時間Ｔｔｈとを比較する。時間比較部１３ｂは、比較結果を寿命判定部１３ｃへ供給する。

寿命判定部１３ｃは、経過時間ΔＴが閾値時間Ｔｔｈを越えた（すなわち、ΔＴ＞Ｔｔｈである）ことが比較結果で示されている場合に寿命に至ったと判定する。また、寿命判定部１３ｃは、経過時間ΔＴが閾値時間Ｔｔｈを越えていない（すなわち、ΔＴ≦Ｔｔｈである）ことが比較結果で示されている場合に寿命に至っていないと判定する。寿命判定部１３ｃは、判定結果を動作制御部１３ｄへ供給する。

動作制御部１３ｄは、寿命判定部１３ｃにより寿命に至ったと判定された場合に電力変換部１０の動作を禁止する。例えば、動作制御部１３ｄは、電力変換部１０が動作中であれば、電力変換部１０を強制的に停止させる。あるいは、例えば、動作制御部１３ｄは、電力変換部１０が停止中であれば、電力変換部１０の起動指令を受けても起動指令を無視して電力変換部１０の停止状態を維持する。

また、動作制御部１３ｄは、寿命判定部１３ｃにより寿命に至っていないと判定された場合に前記電力変換部の動作を許容する。例えば、動作制御部１３ｄは、電力変換部１０が動作中であれば、電力変換部１０を継続的に動作させる。あるいは、例えば、動作制御部１３ｄは、電力変換部１０が停止中であれば、電力変換部１０の起動指令を受けた際に電力変換部１０を動作させる。

また、制御部１３は、ハードウェア構成として、制御回路１１、センサ回路１２、電池１６、及びパルス発生器１７を有する。

制御回路１１は、ＣＰＵ１１ａ及びメモリ１１ｂなどを有する。ＣＰＵ１１ａは、演算の実行や制御の中心を担う。メモリ１１ｂは、ＣＰＵ１１ａの作業領域として機能したり、データを記憶したりする。例えば、制御回路１１は、インバータ８にＰＷＭ制御などによるスイッチング動作指令を出力する。また、制御回路１１は、センサ回路１２で測定された電圧測定値、電流測定値により、交流発電電力の値を演算するとともに、それを積算して発電電力量を求め、メモリ１１ｂに記憶する。

上記の寿命判定部１３ｃ及び動作制御部１３ｄのそれぞれは、制御回路１１内においてハードウェア的に（例えば、回路として）実装されていてもよい。あるいは、寿命判定部１３ｃ及び動作制御部１３ｄのそれぞれは、例えば、制御回路１１内においてソフトウェア的に（例えば、制御回路１１によりメモリ１１ｂに一括して又は処理の進行に応じて順次に展開される機能モジュールとして）実装されていてもよい。あるいは、寿命判定部１３ｃ及び動作制御部１３ｄのそれぞれは、一部の機能が制御回路１１内においてハードウェア的に実装され、残りの機能が制御回路１１内においてソフトウェア的に実装されていてもよい。

センサ回路１２は、電圧センサおよび電流センサを有し、電力変換部１０で変換された後の交流電力の電圧値、電流値を計測する。センサ回路１２は、計測された電圧値、電流値を制御回路１１のＣＰＵ１１ａへ供給する。

電池１６は、パルス発生器１７における２つの入力端子間に取り付けられる。電池１６は、例えば、パルス発生器１７における２つの入力端子間に着脱可能であってもよい。電池１６は、例えば、上記の時間検知部１３ａとして機能してもよい。例えば、電池１６は、パワーコンディショナ３の使用開始からの経過時間ΔＴに対応した電圧を出力してもよい。また、電池１６の容量は、上記の設定部１３ｅの少なくとも一部として機能してもよい。例えば、電池１６の容量に応じて、パルス発生器１７におけるパルス発生の閾値レベルＶＥｔｈが調整されてもよい。

パルス発生器１７は、電池１６の出力電圧ＶＥによってパルスを発生させる。例えば、パルス発生器１７は、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈ未満であるときにパルスを発生させない。例えば、パルス発生器１７は、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈ以上であるときにパルスを発生させる。パルス発生器１７は、発生させたパルスをＣＰＵ１１ａに出力する。パルス発生器１７は、例えば、上記の時間比較部１３ｂとして機能してもよい。例えば、パルス発生器１７は、経過時間ΔＴが閾値時間Ｔｔｈを越えたことを示す比較結果としてパルスが停止された出力（例えば、固定レベルの出力）をＣＰＵ１１ａに出力し、経過時間ΔＴが閾値時間Ｔｔｈを越えていないことを示す比較結果としてパルスをＣＰＵ１１ａに出力する。これに応じて、寿命判定部１３ｃは、パルスが検知できない場合に寿命に至ったと判定し、パルスが検知できた場合に寿命に至っていないと判定する。

なお、パルス発生器１７は、例えば、電池１６に対する放電時定数を調整するための抵抗素子１７ａを有する。

操作部１４は、パワーコンディショナ３を起動、停止するための運転・停止スイッチや、連系運転モード・自立運転モードの切換スイッチなどを有する。また、操作部１４は、寿命期間が入力されるためのユーザインターフェースを有していてもよい。

表示部１５は、パワーコンディショナ３の運転状態や発電電力や積算電力量などの運転データを表示画面１５ａ上に表示する。また、表示部１５は、パワーコンディショナ３が寿命に至った場合に、寿命に至ったことをユーザに報知してもよい。例えば、表示部１５は、寿命に至ったことを示すオブジェクト及び／又はメッセージを表示画面１５ａ上に表示してもよい。
次に、パワーコンディショナ３の動作概要を以下に述べる。

まず、操作部１４において使用者により選択された運転モード（連系／自立）や運転スイッチの状態が制御回路１１に送られる。制御回路１１は運転スイッチがＯＮであり、かつ直流電力入力が基準値以上である場合にパワーコンディショナ３の起動条件が整っていると判断し、コンバータ７に対して入力された直流電力の電圧値を次段のインバータ８が必要とする電圧値に変換するように指令する。コンバータ７はその指令を受けて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換し、昇圧又は降圧された電圧値の電圧としてインバータ８に出力する。

また、制御回路１１は、インバータ８に対してスイッチング動作指令を出力する。インバータ８は、その指令に基づいてスイッチング動作を行い、コンバータ７から入力した直流電力を交流電力に変換する。この段階の交流電力はスイッチングによるリップル分を含んだ波形であるが、次段のフィルタ回路９により、波形整形され、滑らかな正弦波の交流電力として出力される。なお、このときのスイッチング動作指令は交流電力出力が負荷５や交流電力系統６に供給可能な電圧値、周波数値（例えば単相交流２００Ｖ、６０Ｈｚ）になるような指令値として出力される。

電力変換部１０から出力された交流電力は、センサ回路１２でその電圧値、電流値が測定されて、その値は制御回路１１に送られる。制御回路１１はその電圧値、電流値などに基づき、インバータ８へのフィードバック制御を行うとともに、電圧値、電流値から出力交流電力の値を演算する。これがその時パワーコンディショナ３が発電している電力の値すなわち瞬時発電電力の値（単位ｋＷ）である。また、この瞬時発電電力を積算していくことによって、ある期間に発電した電力の量としての積算発電電力量（単位ｋＷｈ）を得る。これには太陽光発電システムＳを設置した以降の総発電量である総積算発電電力量や、ある任意の期間の発電量や一日間、一ヵ月間における発電量としての期間積算発電電力量があってそれぞれ演算可能である。これらの電力の演算や積算はＣＰＵ１１ａによって行われる。また、指定期間中の瞬時発電電力の積算においては順次瞬時発電電力を加算していくためにメモリ１１ｂが使用される。

上記の瞬時発電電力や積算発電電力量の値は、表示部１５に送られて表示画面１５ａ上に表示され、ユーザはそれにより太陽光発電システムＳでの発電情報を把握することができる。表示部１５はまた、パワーコンディショナ運転状態（運転中／停止中、連系運転中／自立運転中など）を表示し、ユーザはそれによりパワーコンディショナ３の運転状態を把握できる。

次に、パワーコンディショナ３の寿命検知機能について説明する。

パワーコンディショナ３の製造後あるいはユーザ宅への設置後から電池１６は放電を開始する。その放電電圧（出力電圧）によりパルス発生器１７はパルス発生動作を行なう。このパルスがＣＰＵ１１ａに送られる。

ＣＰＵ１１ａは、パルスが入力されれば、電池１６がまだ充電状態にあることを認識し、それによってパワーコンディショナ３がまだ寿命に至っていないと判断して、電力変換部１０の通常の運転制御動作を行なう。

時間の経過に伴い、電池１６に蓄えられていた電荷が放電され続けるため、電池１６の出力電圧は低下する。やがて、寿命期間に対応する期間（例えば１０年、１５年など）が経過すると、電池１６の放電電圧はさらに低下し、その電圧ではパルス発生器１７がパルスを発生できなくなる。従って、パルス発生器１７からＣＰＵ１１ａへのパルス出力がなされなくなる。

ＣＰＵ１１ａは、パルスが入力されなくなれば、電池１６が非充電状態すなわち一定の放電が終了した状態であることを認識し、それによってパワーコンディショナ３がすでに寿命に至ったと判断して、電力変換部１０の運転制御動作を停止させる。

ここで、電池１６の容量、あるいはパルス発生器１７内の放電時定数を調整する（例えば、抵抗素子１７ａの抵抗値を調整する）ことにより、電池１６の放電開始からパルス発生器１７がパルスを発生できなくなるまでの期間をある程度任意に設定することができる。

したがって、例えばコンデンサなど対象の部品を設定してその特性を監視することによりパワーコンディショナの寿命を検知する方法とは違って、寿命期間の設定に自由度があるという効果を奏する。

なお、経年劣化する部品としては、電気・電子部品に限らず、パワーコンディショナ内で充電部を電気的に絶縁している絶縁物にも適用できる。このような絶縁材料などが劣化したと判断される状態や時間は電気・電子部品のそれとは異なるため、寿命期間の設定に自由度があると、パワーコンディショナ３の寿命を判定する上でさらに有効である。

また、ＣＰＵ１１ａは、パルス発生器１７からのパルス入力がない限りは電力変換部１０の運転を行なわない（運転状態のときは速やかに停止させ、運転停止時は運転起動させない）ように設定しているので、寿命期間経過後は電力変換部１０は完全に停止したままとすることができる。

以上のように、実施の形態１では、パワーコンディショナ３において、時間検知部１３ａが、パワーコンディショナ３の使用開始からの経過時間ΔＴを検知する。時間比較部１３ｂは、時間検知部１３ａによって検知された経過時間と寿命期間に対応して設定された閾値時間Ｔｔｈとを比較する。寿命判定部１３ｃは、経過時間ΔＴが閾値時間Ｔｔｈを越えた場合に寿命に至ったと判定し、経過時間ΔＴが閾値時間Ｔｔｈを越えていない場合に寿命に至っていないと判定する。これにより、対象コンデンサよりも劣化（例えば、経年劣化）の早い部品を使用している場合、その劣化の早い部品の寿命期間に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定でき、その閾値時間Ｔｔｈを用いてパワーコンディショナ３の寿命を判定できるので、パワーコンディショナ３の寿命を正確に判定できる。

また、実施の形態１では、劣化の早い部品の寿命期間に対応して設定された閾値時間Ｔｔｈを用いてパワーコンディショナ３の寿命を判定できるので、主回路（電力変換部１０）を動作させることなく、パワーコンディショナ３の寿命を判定できる。

また、実施の形態１では、パワーコンディショナ３において、設定部１３ｅが、監視すべき部品の寿命期間に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定する。時間比較部１３ｂは、時間検知部１３ａによって検知された経過時間ΔＴと設定部１３ｅにより設定された閾値時間Ｔｔｈとを比較する。これにより、対象コンデンサよりも劣化の早い部品を使用している場合、監視すべき部品としてその劣化の早い部品を選定して、その劣化の早い部品の寿命期間に対応して閾値時間Ｔｔｈを設定でき、その閾値時間Ｔｔｈを用いてパワーコンディショナ３の寿命を判定できる。

また、実施の形態１では、パワーコンディショナ３において、動作制御部１３ｄが、寿命判定部１３ｃにより寿命に至ったと判定された場合に電力変換部１０の動作を禁止し、寿命判定部１３ｃにより寿命に至っていないと判定された場合に電力変換部１０の動作を許容する。これにより、例えば、パワーコンディショナ３の寿命期間を経過した後は、主回路（電力変換部１０）を動作させることなく、運転を停止（禁止）させることができる。また、例えば、期待寿命の期間でパワーコンディショナ３を安全に停止させることができ、例えば、絶縁破壊などによる火災などを防ぐことができる。

また、実施の形態１では、パワーコンディショナ３において、電池１６が、パワーコンディショナ３の使用開始からの経過時間ΔＴに対応した電圧ＶＥを出力する。パルス発生器１７が、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈ以上であるときにパルスを発生する。寿命判定部１３ｃは、パルスが検知できない場合に寿命に至ったと判定し、パルスが検知できた場合に寿命に至っていないと判定する。これにより、パワーコンディショナ３の寿命を正確に判定するための構成を簡易な構成で実現できる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかるパワーコンディショナ１０３について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、電池１６とパルス発生器１７とにより寿命検知のための構成を実現しているが、実施の形態２では、ＣＰＵ１１ａ内のプログラム等により寿命検知のための構成を実現する。

パワーコンディショナ１０３は、図３に示すように、制御部１３（図２参照）に代えて、制御部１１３を備える。図３は、パワーコンディショナ１０３の構成を示す図である。制御部１１３は、機能的な構成として、時間検知部１３ａ、設定部１３ｅ、時間比較部１３ｂ、及び寿命判定部１３ｃに代えて、時間検知部１１３ａ、設定部１１３ｅ、時間比較部１１３ｂ、及び寿命判定部１１３ｃを有する。

時間検知部１１３ａは、カウンタ１１３ａ１を有する。カウンタ１１３ａ１は、一定の時間経過毎にカウントする。これにより、カウンタ１１３ａ１は、パワーコンディショナ１０３の使用開始からの経過時間ΔＴに対応したカウント値ΔＣを時間比較部１１３ｂへ供給する。

設定部１１３ｅは、監視すべき部品の寿命期間に対応して閾値カウント値Ｃｔｈを設定する。設定部１１３ｅは、設定された閾値カウント値Ｃｔｈを時間比較部１１３ｂへ供給する。

時間比較部１１３ｂは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＣと設定部１１３ｅにより設定された閾値カウント値Ｃｔｈとを比較する。時間比較部１１３ｂは、比較結果を寿命判定部１１３ｃへ供給する。

寿命判定部１１３ｃは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＣが閾値カウント値Ｃｔｈ以上の場合に寿命に至ったと判定し、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＣが閾値カウント値Ｃｔｈ未満の場合に寿命に至っていないと判定する。

また、制御部１１３は、ハードウェア構成として、電池１６及びパルス発生器１７（図２参照）を有さず、制御回路１１（図２参照）に代えて、制御回路１１１を有する。

時間検知部１１３ａ、設定部１１３ｅ、時間比較部１１３ｂ、及び寿命判定部１１３ｃのそれぞれは、制御回路１１１内においてハードウェア的に（例えば、回路として）実装されていてもよい。あるいは、時間検知部１１３ａ、設定部１１３ｅ、時間比較部１１３ｂ、及び寿命判定部１１３ｃのそれぞれは、例えば、制御回路１１１内においてソフトウェア的に（例えば、制御回路１１１によりメモリ１１ｂに一括して又は処理の進行に応じて順次に展開される機能モジュールとして）実装されていてもよい。あるいは、時間検知部１１３ａ、設定部１１３ｅ、時間比較部１１３ｂ、及び寿命判定部１１３ｃのそれぞれは、一部の機能が制御回路１１１内においてハードウェア的に実装され、残りの機能が制御回路１１１内においてソフトウェア的に実装されていてもよい。

また、制御部１１３の動作（寿命検知機能）が、図４に示すように、次の点で実施の形態１と異なる。図４は、パワーコンディショナ１０３の制御部１１３の寿命検知機能の一例を示すフローチャートである。

図４は、パワーコンディショナ１０３の設置後の経過時間ΔＴにより寿命を検知する場合の動作を示す。図４において、パワーコンディショナ１０３の使用開始（例えば、パワーコンディショナ１０３が設置場所に設置されて初期起動した瞬間）からＣＰＵ１１ａはカウンタ１１３ａ１のカウント動作を開始させる（ステップＳ１）。カウンタ１１３ａ１のカウント動作は、電力変換部１０が運転中（発電動作中）であろうが非運転中（発電停止中。夜間など）であろうが実行される。このカウンタ１１３ａ１のカウント値ΔＣが閾値カウント値Ｃｔｈ（想定する寿命時間に対応した閾値）にまだ到達していない場合（ΔＣ＜Ｃｔｈ、ステップＳ２で「Ｎｏ」の場合）は、電力変換部１０に通常の運転（日射があれば運転、なければ停止）を実施させる（ステップＳ３）。カウンタ１１３ａ１のカウント値ΔＣが閾値カウント値Ｃｔｈに到達した場合（ΔＣ≧Ｃｔｈ、ステップＳ２で「Ｙｅｓ」の場合）は、電力変換部１０の運転を停止させる（日射があっても常に停止）（ステップＳ４）。

なお、カウンタ１１３ａ１のカウント値ΔＣは制御部１１３の電源がオフになっても制御回路１１１内に保持される（不揮発性メモリなどに保存）ので、いったん閾値カウント値Ｃｔｈ（想定する寿命時間に対応した閾値）に到達した後にその値が減るようなことがない。そのため、電力変換部１０が停止してもまたは制御部１１３の電源がいったんＯＦＦ後に再ＯＮしても寿命時間に達したという判定が失われることがないので、パワーコンディショナ１０３の寿命に到達している場合に、誤って電力変換部１０を再起動してしまうことを回避でき、また、再起動する必要もなく、安全な停止状態を保ち続けることができる。

以上のように、実施の形態２では、パワーコンディショナ１０３において、カウンタ１１３ａ１が、一定の時間経過毎にカウントし、パワーコンディショナ１０３の使用開始からの経過時間ΔＴに対応したカウント値ΔＣを出力する。時間比較部１１３ｂは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＣと閾値カウント値Ｃｔｈとを比較する。寿命判定部１１３ｃは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＣが閾値カウント値Ｃｔｈ以上の場合に寿命に至ったと判定し、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＣが閾値カウント値Ｃｔｈ未満の場合に寿命に至っていないと判定する。これにより、対象コンデンサよりも劣化（例えば、経年劣化）の早い部品を使用している場合におけるパワーコンディショナ１０３の寿命を正確に判定するための構成を簡易な構成で実現できる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかるパワーコンディショナ１０３について説明する。以下では、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態２では、パワーコンディショナ１０３の設置後の経過時間ΔＴにより寿命を検知しているが、実施の形態３では、パワーコンディショナ１０３の設置後の電力変換部１０の積算運転時間ΔＯＴにより寿命を検知する。

実施の形態３では、パワーコンディショナ１０３の制御部１１３の動作が、次の点で実施の形態２と異なる。

時間検知部１１３ａは、電力変換部１０の積算運転時間ΔＯＴを検知する。時間検知部１１３ａは、検知された積算運転時間ΔＯＴを時間比較部１１３ｂへ供給する。

設定部１１３ｅは、監視すべき部品の寿命運転時間に対応して閾値運転時間ＯＴｔｈを設定する。設定部１１３ｅは、設定された閾値運転時間ＯＴｔｈを時間比較部１１３ｂへ供給する。

時間比較部１１３ｂは、時間検知部１１３ａにより検知された積算運転時間ΔＯＴと設定部１１３ｅにより設定された閾値運転時間ＯＴｔｈとを比較する。時間比較部１１３ｂは、比較結果を寿命判定部１１３ｃへ供給する。

寿命判定部１１３ｃは、積算運転時間ΔＯＴが閾値運転時間ＯＴｔｈを越えた場合に寿命に至ったと判定し、積算運転時間ΔＯＴが閾値運転時間ＯＴｔｈを越えていない場合に寿命に至っていないと判定する。

具体的には、時間検知部１１３ａのカウンタ１１３ａ１は、電力変換部１０が運転動作している場合であってかつ一定の時間が経過する毎にカウントする。これにより、カウンタ１１３ａ１は、電力変換部１０の積算運転時間ΔＯＴに対応したカウント値ΔＯＣを時間比較部１１３ｂへ供給する。

設定部１１３ｅは、監視すべき部品の寿命運転時間に対応して閾値カウント値ＯＣｔｈを設定する。設定部１１３ｅは、設定された閾値カウント値ＯＣｔｈを時間比較部１１３ｂへ供給する。

時間比較部１１３ｂは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＯＣと設定部１１３ｅにより設定された閾値カウント値ＯＣｔｈとを比較する。時間比較部１１３ｂは、比較結果を寿命判定部１１３ｃへ供給する。

寿命判定部１１３ｃは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＯＣが閾値カウント値ＯＣｔｈ以上の場合に寿命に至ったと判定し、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＯＣが閾値カウント値ＯＣｔｈ未満の場合に寿命に至っていないと判定する。

また、制御部１１３の動作（寿命検知機能）が、図５に示すように、次の点で実施の形態２と異なる。図５は、パワーコンディショナ１０３の制御部１１３の寿命検知機能の一例を示すフローチャートである。

図５はパワーコンディショナ設置後の電力変換部１０の積算運転時間ΔＯＴにより寿命を検知する例を示す。図５において、ＣＰＵ１１ａは電力変換部１０が運転中（発電動作中）のとき（ステップＳ１５で「Ｙｅｓ」のとき）にカウンタ１１３ａ１のカウント動作を行う（ステップＳ１）。非運転中（発電停止中。夜間など）はカウントしない（ステップＳ１５で「Ｎｏ」のとき、処理をステップＳ２へ進める）。そして、このカウンタ１１３ａ１のカウント値ΔＯＣが閾値カウント値ＯＣｔｈ（想定する寿命運転時間に対応した閾値）にまだ到達していない場合（ΔＯＣ＜ＯＣｔｈ、ステップＳ２で「Ｎｏ」の場合）は、電力変換部１０に通常の運転（日射があれば運転、なければ停止）を実施させる（ステップＳ３）。カウンタ１１３ａ１のカウント値ΔＯＣが閾値カウント値ＯＣｔｈに到達した場合（ΔＯＣ≧ＯＣｔｈ、ステップＳ２で「Ｙｅｓ」の場合）は、電力変換部１０の運転を停止させる（日射があっても常に停止）（ステップＳ４）。

なお、カウンタ１１３ａ１のカウント値ΔＯＣが制御回路１１１内に保持されることにより、いったん閾値カウント値ＯＣｔｈ（想定する寿命運転時間に対応する閾値）に到達した後は安全な停止状態を保ち続けることができる点は実施の形態２と同様である。

以上のように、実施の形態３では、パワーコンディショナ１０３において、時間検知部１１３ａが、電力変換部１０の積算運転時間ΔＯＴを検知する。時間比較部１１３ｂは、時間検知部１１３ａによって検知された積算運転時間ΔＯＴと寿命運転時間に対応して設定された閾値運転時間ＯＴｔｈとを比較する。寿命判定部１１３ｃは、積算運転時間ΔＯＴが閾値運転時間ＯＴｔｈを越えた場合に寿命に至ったと判定し、積算運転時間ΔＯＴが閾値運転時間ＯＴｔｈを越えていない場合に寿命に至っていないと判定する。これにより、対象コンデンサよりも劣化（例えば、運転時間に依存した劣化）の早い部品を使用している場合、その劣化の早い部品の寿命運転時間に対応して閾値運転時間ＯＴｔｈを設定でき、その閾値運転時間ＯＴｔｈを用いてパワーコンディショナ１０３の寿命を判定できるので、パワーコンディショナ１０３の寿命を正確に判定できる。

また、実施の形態３では、パワーコンディショナ１０３において、カウンタ１１３ａ１が、電力変換部１０が運転動作している場合であってかつ一定の時間が経過する毎にカウントし、電力変換部１０の積算運転時間ΔＯＴに対応したカウント値ΔＯＣを出力する。時間比較部１１３ｂは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＯＣと閾値カウント値ＯＣｔｈとを比較する。寿命判定部１１３ｃは、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＯＣが閾値カウント値ＯＣｔｈ以上の場合に寿命に至ったと判定し、カウンタ１１３ａ１のカウンタ値ΔＯＣが閾値カウント値ＯＣｔｈ未満の場合に寿命に至っていないと判定する。これにより、対象コンデンサよりも劣化（例えば、運転時間に依存した劣化）の早い部品を使用している場合におけるパワーコンディショナ１０３の寿命を正確に判定するための構成を簡易な構成で実現できる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかるパワーコンディショナ２０３について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、電池１６とパルス発生器１７とにより寿命検知のための構成を実現しているが、実施の形態４では、ＣＰＵ２１１ａにより電池の電荷を放電させるパルスを生成し、電池１６の電圧を計測することにより寿命検知を実現する。

具体的には、パワーコンディショナ２０３は、図６に示すように、制御部１３（図２参照）に代えて、制御部２１３を備える。図６は、パワーコンディショナ２０３の構成を示す図である。制御部１１３は、機能的な構成として、時間検知部１３ａ、時間比較部１３ｂ、及び寿命判定部１３ｄに代えて、時間検知部２１３ａ、時間比較部２１３ｂ、及び寿命判定部２１３ｄを有する。制御部２１３は、ハードウェア構成として、パルス発生器１７（図２参照）に代えて放電回路２１８を有し、制御回路１１（図２参照）に代えて制御回路２１１を有する。

実施の形態１においては、電池１６の出力電圧によってパルス発生器１７によりパルス発生を行い電池１６の電荷を放電させてパルス発生器１７で電池１６の出力電圧ＶＥを閾値レベルＶＥｔｈと比較しているが、実施の形態４では、図６に示すように、ＣＰＵ２１１ａにて電池１６の放電に必要なパルスを生成し、放電回路２１８にて電池１６の電荷を放電させＣＰＵ２１１ａにて電池１６の出力電圧ＶＥを閾値レベルＶＥｔｈと比較する構成としている。

より具体的には、時間検知部２１３ａは、例えば、電池１６、放電回路２１８、及びパルス発生部２１３ａ１を有する。パルス発生部２１３ａ１は、監視すべき部品の消耗に応じたパルスを発生させ、放電回路２１８に供給する。放電回路２１８は、供給されたパルスに応じて電池１６を放電させるとともに、電池１６の出力電圧ＶＥをＣＰＵ２１１ａに転送する。

時間比較部２１３ｂは、電池１６の出力電圧ＶＥと閾値レベルＶＥｔｈとを比較する。時間比較部２１３ｂは、比較結果を寿命判定部２１３ｄへ供給する。

寿命判定部２１３ｄは、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈ以下となった場合に寿命に至ったと判定し、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈを超えている場合に寿命に至っていないと判定する。

パルス発生部２１３ａ１及び時間比較部２１３ｂのそれぞれは、ＣＰＵ２１１ａ内に機能的に実現されている。パルス発生部２１３ａ１及び時間比較部２１３ｂのそれぞれは、制御回路２１１内においてハードウェア的に（例えば、回路として）実装されていてもよい。あるいは、パルス発生部２１３ａ１及び時間比較部２１３ｂのそれぞれは、例えば、制御回路２１１内においてソフトウェア的に（例えば、制御回路２１１によりメモリ１１ｂに一括して又は処理の進行に応じて順次に展開される機能モジュールとして）実装されていてもよい。あるいは、パルス発生部２１３ａ１及び時間比較部２１３ｂのそれぞれは、一部の機能が制御回路２１１内においてハードウェア的に実装され、残りの機能が制御回路２１１内においてソフトウェア的に実装されていてもよい。

放電回路２１８は、例えば、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びトランジスタＴＲ１を有する。トランジスタＴＲ１は、制御端子（例えば、ベース端子）が抵抗Ｒ２を介してＣＰＵ２１１ａのパルス発生部２１３ａ１に接続され、基準端子（例えば、エミッタ端子）が電池１６の一端に接続されている。また、トランジスタＴＲ１は、出力端子（例えば、コレクタ端子）が、抵抗Ｒ１を介して電池１６の他端に接続されているとともに、ＣＰＵ２１１ａの時間比較部２１３ｂに接続されている。

例えば、トランジスタＴＲ１は、パルス発生部２１３ａ１から受けたパルスに応じてオン・オフ動作を行い、電池１６を放電させる。このとき、抵抗Ｒ１の抵抗値を予め調整しておくことで、電池１６の放電時定数を調整することができる。

また、制御部２１３の動作（寿命検知機能）が、図７に示すように、次の点で実施の形態１と異なる。図７は、パワーコンディショナ２０３の制御部２１３の寿命検知機能の一例を示すフローチャートである。

ＣＰＵ２１１ａは、パワーコンディショナ２０３内部の温度や出力電力等を入力として、予め実験的に又は理論的に取得された算式にて決定されるパルス幅を演算により求める（ステップＳ２６）。例えば、パワーコンディショナ２０３に使用している電解コンデンサ（図示せず）は、１０℃温度が上昇すると寿命が半減する特性が知られており、予めこれらの有寿命部品の温度と寿命との関係を調べておき、これにより上記の算式とすることができる。また、出力電力についても、出力電力が多くなれば、寿命が短くなる特性があり、これを上記の算式に含めることが可能である。ＣＰＵ２１１ａは、これにより決定されたパルスを出力し（ステップＳ２７）、パルス発生器１７にて電池１６の電荷を放電させる。その後、ＣＰＵ２１１ａは、電池１６の出力電圧ＶＥを測定し（ステップＳ２１）、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈを超えている場合（ＶＥ＞ＶＥｔｈ、ステップＳ２２で「Ｎｏ」の場合）は、パワーコンディショナ２０３を通常運転とし（ステップＳ３）、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈ以下となった場合（ＶＥ≦ＶＥｔｈ、ステップＳ２２で「Ｙｅｓ」の場合）は、パワーコンディショナ２０３を停止させる（ステップＳ４）。

ここで、ＣＰＵ２１１ａがテップＳ２６で演算するパルス幅は、パワーコンディショナ２０３の寿命と比例したパルス幅となるように演算されるため、パワーコンディショナ２０３の有寿命部品の消耗が激しい場合は、パルス幅が長くなり、その結果、放電される電池１６の電荷は大きくなる。このような動作により、周囲温度や出力電力により有寿命部品の消耗が変化しても、それに応じて電池１６の電荷が放電されるため、使用実態により異なる寿命を精度よく把握することでき、より精度の高い寿命時間の検知を実施することができる。

以上のように、実施の形態３では、パワーコンディショナ２０３において、パルス発生部２１３ａ１が、監視すべき部品の消耗に応じたパルスを発生させる。放電回路２１８は、発生されたパルスに応じて、電池１６を放電させて、電池１６の出力電圧ＶＥを時間比較部２１３ｂへ転送する。時間比較部２１３ｂは、電池１６の出力電圧ＶＥと閾値レベルＶＥｔｈとを比較する。寿命判定部２１３ｃは、電池１６の出力電圧ＶＥが閾値レベルＶＥｔｈ以下となった場合に寿命に至ったと判定する。これにより、対象コンデンサよりも劣化（例えば、経年劣化）の早い部品を使用している場合におけるパワーコンディショナ２０３の寿命をさらに正確に判定でき、そのための構成を簡易な構成で実現できる。

なお、実施の形態１〜実施の形態４では、寿命時間に到達した後の処理として電力変換部１０の運転を停止すなわちコンバータやインバータの動作を停止することにより安全な停止状態を保つ例を示している。さらに安全な状態とするためには、例えば、コンバータやインバータなどの主回路部への通電自体を遮断してもよい。具体的には、太陽電池による直流電力が取り込まれるパワーコンディショナ入力部の直流開閉器（図示せず）を遮断する、あるいはパワーコンディショナの前段の接続箱２内の直流開閉器を遮断するなどの動作を行ってもよい。

また、実施の形態１〜実施の形態４では、電池１６の電荷を放電させることにより寿命時間を検知しているが、このような手段とすることにより、例えば、ＣＰＵの回路が故障した場合でも、電池１６を交換しないでＣＰＵの回路のみ交換をすることにより修理実施後も寿命時間の検知を継続させることができる。

また、実施の形態４では、内部の温度や出力電力によりパルス幅を演算する例を示しているが、寿命に影響を与える要素、たとえば、入力電流、入力電圧、出力電圧、電解コンデンサ電圧、電解コンデンサ電流等を検出し、消耗に応じたパルス幅を演算してもよい。これにより、寿命の判定精度をより向上させることが可能である。

以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナは、寿命の判定に有用である。

３，１０３，２０３ パワーコンディショナ、１０ 電力変換部、１３ａ，１１３ａ，２１３ａ 時間検知部、１３ｂ，１１３ｂ，２１３ｂ 時間比較部、１３ｃ，１１３ｃ，２１３ｃ 寿命判定部、１３ｄ 動作制御部、１３ｅ，１１３ｅ 設定部。

Claims (8)

1. 直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
   使用開始からの経過時間を検知する時間検知手段と、
   前記時間検知手段によって検知された経過時間と寿命期間に対応して設定された閾値時間とを比較する時間比較手段と、
   前記経過時間が前記閾値時間を越えた場合に寿命に至ったと判定し、前記経過時間が前記閾値時間を越えていない場合に寿命に至っていないと判定する寿命判定手段と、
   を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 監視すべき部品の寿命期間に対応して前記閾値時間を設定する設定手段をさらに備え、
   前記時間比較手段は、前記時間検知手段によって検知された経過時間と前記設定手段により設定された閾値時間とを比較する
   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。
3. 前記寿命判定手段により寿命に至ったと判定された場合に前記電力変換部の動作を禁止し、前記寿命判定手段により寿命に至っていないと判定された場合に前記電力変換部の動作を許容する動作制御手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記時間検知手段は、電池を有し、
   前記時間比較手段は、前記電池の出力電圧が閾値レベル以上であるときにパルスを発生するパルス発生器を有し、
   前記寿命判定手段は、前記パルスが検知できない場合に寿命に至ったと判定し、前記パルスが検知できた場合に寿命に至っていないと判定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記時間検知手段は、一定の時間経過毎にカウントするカウンタを有し、
   前記時間比較手段は、前記カウンタのカウンタ値と閾値カウント値とを比較し、
   前記寿命判定手段は、前記カウンタのカウンタ値が前記閾値カウント値以上の場合に寿命に至ったと判定し、前記カウンタのカウンタ値が前記閾値カウント値未満の場合に寿命に至っていないと判定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパワーコンディショナ。
6. 前記時間検知手段は、
   電池と
   監視すべき部品の消耗に応じたパルスを発生させるパルス発生手段と、
   を有し、
   前記時間比較手段は、前記電池の出力電圧と閾値レベルとを比較し、
   前記寿命判定手段は、前記電池の出力電圧が前記閾値レベル以下となった場合に寿命に至ったと判定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパワーコンディショナ。
7. 直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
   前記電力変換部の積算運転時間を検知する時間検知手段と、
   前記時間検知手段によって検知された積算運転時間と寿命運転時間に対応して設定された閾値運転時間とを比較する時間比較手段と、
   前記積算運転時間が前記閾値運転時間を越えた場合に寿命に至ったと判定し、前記積算運転時間が前記閾値運転時間を越えていない場合に寿命に至っていないと判定する寿命判定手段と、
   を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
8. 前記時間検知手段は、前記電力変換部が運転動作している場合であってかつ一定の時間が経過する毎にカウントするカウンタを有し、
   前記時間比較手段は、前記カウンタのカウンタ値と閾値カウント値とを比較し、
   前記寿命判定手段は、前記カウンタのカウンタ値が前記閾値カウント値以上の場合に寿命に至ったと判定し、前記カウンタのカウンタ値が前記閾値カウント値未満の場合に寿命に至っていないと判定する
   ことを特徴とする請求項７に記載のパワーコンディショナ。

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