JP2015133786A

JP2015133786A - Ｄｃ接続箱

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Publication number: JP2015133786A
Application number: JP2014002902A
Authority: JP
Inventors: 慶三西川; Keizo Nishikawa
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-10
Also published as: JP6315173B2

Abstract

【課題】様々な外部電源に容易に対応し、外部機器の小型化を図ることができるＤＣ接続箱を提供する。
【解決手段】複数の変換モジュール２と、筐体３と、接続部４とを備える。複数の変換モジュール２は、直流電力の発電と蓄電との一方を行う外部電源（例えば太陽電池，蓄電池など）がそれぞれ接続され、直流と直流との間で電力変換する。筐体３は、変換モジュール２が１列に並べて配置される配置スペース３３を有し、変換モジュール２を収納する。接続部４は、変換モジュール２各々と外部機器とを接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池、蓄電池などの外部電源が接続されるＤＣ接続箱に関するものである。

従来、複数の太陽電池モジュールを外部電源として用いた電力供給システムでは、太陽電池モジュールと分電盤との間に、接続箱とパワーコンディショナが設けられている（例えば、特許文献１参照）。接続箱は、各太陽電池モジュールの出力の集電を担う。パワーコンディショナは、太陽電池モジュールの出力をインバータ回路に適した直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回路および、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の直流出力を交流に変換するインバータ回路を備える。

特開２０１２−１６８６９９号公報

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、外部電源の種類と仕様とに応じた回路構成であり、外部電源の交換や増設等によって外部電源の仕様が変更された場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を交換する必要がある。しかし、パワーコンディショナに設けられたＤＣ−ＤＣコンバータ回路が、インバータ回路と一体の基板で構成されている場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のみを交換することは困難であった。

また、一般的に屋外に設置されることが多い接続箱に対し、パワーコンディショナは屋内に設置されることが多いから、パワーコンディショナの小型化が望まれている。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、外部電源の交換や増設に容易に対応し、かつ接続される他機器の小型化を可能にするＤＣ接続箱を提供することにある。

本発明のＤＣ接続箱は、直流電力の発電と蓄電との少なくとも一方を行う外部電源がそれぞれ接続され、直流と直流との間で電力変換する複数の変換モジュールと、前記変換モジュールが１列に並べて配置される少なくとも１つの配置スペースを有し、前記変換モジュールを収納する筐体と、前記変換モジュール各々と外部機器とを接続する接続部とを備えることを特徴とする。

このＤＣ接続箱において、前記外部機器は、直流と交流との間で電力変換する変換装置であることが好ましい。

このＤＣ接続箱において、前記変換モジュール各々と前記接続部とを接続する導電バーを備え、前記筐体は、１つの前記配置スペースを有し、前記導電バーは、前記変換モジュールが並べて配置される方向に沿って設けられ、前記筐体の１つの側壁と前記配置スペースとの間に配置されることが好ましい。

このＤＣ接続箱において、前記変換モジュール各々と前記接続部とを接続する導電バーを備え、前記筐体は、２つの前記配置スペースを有し、前記導電バーは、前記変換モジュールが並べて配置される方向に沿って設けられ、前記配置スペースの間に配置されることが好ましい。

このＤＣ接続箱において、前記変換モジュールは、各々が独立したケースに収納されており、前記ケースは、取り外し可能な取付け部材を用いて前記筐体に取り付けられることが好ましい。

このＤＣ接続箱において、前記変換モジュールが並べて配置される方向において、前記ケースの寸法は、予め定められた単位寸法の整数倍に形成されることが好ましい。

このＤＣ接続箱において、前記変換モジュールは、接続される前記外部電源の種類に応じた複数種類を備えることが好ましい。

このＤＣ接続箱において、前記変換モジュールと前記接続部とのうち少なくとも一方は、回路遮断器を備えることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、複数の外部電源と外部機器との間に設けられ、筐体内に、それぞれに外部電源が接続される複数の変換モジュールが配置されている。したがって、外部電源の種類と仕様とに応じた変換モジュールを選択することができ、外部電源の交換や増設に容易に対応することができる。さらに、ＤＣ接続箱の筐体内に電力変換する変換モジュールが収納されるので、接続される他機器の小型化を可能にすることができるという効果がある。

本発明の実施形態におけるＤＣ接続箱のカバーを取り外した外観正面図である。本発明の実施形態におけるＤＣ接続箱の外観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。本発明の実施形態におけるＤＣ接続箱のカバーを取り外した断面図であり、（ａ）は側方から見た縦断面図、（ｂ）は上方から見た水平断面図である。本発明の実施形態における別構成のＤＣ接続箱のカバーを取り外した外観正面図である。本発明の実施形態における電力供給システムのブロック構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態のＤＣ接続箱１は、太陽電池モジュール１０を外部電源とした電力供給システムに用いられる（図５参照）。この電力供給システムは、複数の太陽電池モジュール１０と、ＤＣ接続箱１と、電力変換装置１１とを備える。そして、ＤＣ接続箱１に設けられた変換モジュール２が備える電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）と、電力変換装置１１に設けられたインバータ回路１２とを用いて、太陽電池モジュール１０が発電する直流電力を変換して系統出力，自立出力する。

各太陽電池モジュール１０の出力は、ＤＣ接続箱１に接続される。ＤＣ接続箱１は、太陽電池モジュール１０の個数に応じた個数の変換モジュール２を備えており、１つの変換モジュール２に１つの太陽電池モジュール１０が接続される。なお、図５に示す電力供給システムの例では、２つの太陽電池モジュール１０と、２つの変換モジュール２とを図示している。変換モジュール２は、太陽電池モジュール１０の出力を所望の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回路で構成されている。また、ＤＣ接続箱１は、各変換モジュール２の出力を集電する接続部４を備えており、各変換モジュール２の出力が１つにまとめられて、外部機器である電力変換装置１１に出力する。

電力変換装置１１は、直流と交流との間で電力変換するインバータ回路１２を備えており、ＤＣ接続箱１の出力を交流電力に変換して、商用電源系統と連系させる系統出力と、負荷を自立運転させる自立出力とに出力する。

以下に、本実施形態のＤＣ接続箱１の構成について、図１，図２（ａ）〜（ｃ），図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。なお、図１における上下左右を上下左右方向、上下左右に直交する図の手前方向を前方向、上下左右に直交する図の奥方向を後方向と規定して説明する。

本実施形態のＤＣ接続箱１は、複数の変換モジュール２と、筐体３と、接続部４とを備える。複数の変換モジュール２は、直流電力の発電と蓄電との一方を行う外部電源（例えば太陽電池，蓄電池など）がそれぞれ接続され、直流と直流との間で電力変換する。筐体３は、変換モジュール２が１列に並べて配置される少なくとも１つの配置スペース３３を有し、変換モジュール２を収納する。接続部４は、変換モジュール２各々と外部機器とを接続する。

図２（ａ）にＤＣ接続箱１の外観正面図、図２（ｂ）にＤＣ接続箱１の外観平面図、図２（ｃ）にＤＣ接続箱１の外観側面図を示す。筐体３は、前面に矩形状の開口を有する矩形箱状のボディ３１と、ボディ３１の開口を塞ぐカバー３２とで構成されている。

図１に、カバー３２を取り外した状態におけるＤＣ接続箱１の正面図、図３（ａ）に、カバー３２を取り外した状態におけるＤＣ接続箱１の側方から見た縦断面図、図３（ｂ）に、カバー３２を取り外した状態におけるＤＣ接続箱１の上方から見た水平断面図を示す。

図１に示すように、筐体３内に複数（図１に示す例では５つ）の変換モジュール２が上下方向に沿って１列に並べて配置されている。

変換モジュール２は、外郭として各々が独立した直方体状のケース２０に収納されており、このケース２０の内部に、電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）が設けられている。

さらに、変換モジュール２は、ケース２０から露出するように設けられた第１の端子台２１と第２の端子台２２とを備えている。第１の端子台２１は、ケース２０の左下の隅から露出するように設けられている。第１の端子台２１は、上下方向に並んで設けられたネジ止め式の一対の端子２１１で構成されており、ケーブル（図示なし）を介して太陽電池モジュール１０が接続され、電力変換回路の入力端子として機能する。第２の端子台２２は、ケース２０の左上の隅から露出するように設けられている。第２の端子台２２は、上下方向に並んで設けられたネジ止め式の３つの端子２２１で構成されており、３つの端子２２１のうち２つの端子２２１が電力変換回路の出力端子として機能し、残りの１つの端子２２１がアース端子として機能する。そして、第２の端子台２２の各端子２２１は、接続部材５３を介して、後述する導電バー５５に接続される。なお、本実施形態では、一例として３つの端子２２１のうち下側の端子２２１と中央の端子２２１が電力変換回路の出力端子に設定され、上側の端子２２１がアース端子に設定されているが、この組み合わせに限定しない。また、端子２１１，２２１は、ネジ止め式で構成されているが、異なる接続方式（例えばブラグイン式等）で構成されていてもよい。

さらに、変換モジュール２は、回路遮断器２３を備えている。回路遮断器２３は、漏電が発生した際に回路遮断する漏電ブレーカであり、第１の端子台２１と電力変換回路との間に電気的に接続され、電力変換回路を保護する。なお、回路遮断器２３の代わりに、手動操作によって回路を導通または遮断する開閉器を用いてもよい。

また、ケース２０には、左右の両側面の上端および下端から突出した突出片２４が設けられており、各突出片２４には前後方向に貫通した孔が形成されている。そして、取り外し可能なネジ２５（取付け部材）を、各突出片２４に形成された孔を介して筐体３に固定することで、ケース２０が筐体３に取り付けられる。

筐体３のボディ３１の背面には、ケース２０を支持する第１の支持部材３４と第２の支持部材３５が設けられている。第１の支持部材３４および第２の支持部材３５は、前面が突出したレール状に形成されている。そして、第１，第２の支持部材３５の突出した前面には、複数のネジ孔（図示せず）が形成されており、このネジ孔にネジ２５が取り付けられる。

第１の支持部材３４は、上下方向に長く形成されており、ボディ３１の右壁に沿って配置されている。第２の支持部材３５は、上下方向に長く形成されており、ボディ３１の左壁に沿って配置されている。なお、第２の支持部材３５の前面の幅は、第１の支持部材３４の前面の幅よりも広く形成されている。そして、第１の支持部材３４と第２の支持部材３５との間のスペースが、変換モジュール２が並べて配置される配置スペース３３となる。図１に示すように、ケース２０が第１の支持部材３４と第２の支持部材３５とに橋渡しするようにネジ２５を用いて取り付けられており、配置スペース３３に、５つの変換モジュール２が上下方向１列に並べて配置されている。

また、変換モジュール２それぞれの左側には、導電ユニット５が設けられている。導電ユニット５は、第２の支持部材３５の前面に設けられており、３つの導電部材５１と、各導電部材５１を支持する第３の支持部材５２とで構成されていう。なお、３つの導電部材５１を区別する場合、第１導電部材５１１、第２導電部材５１２、第３導電部材５１３と呼ぶ。第３の支持部材５２は、前面が突出したレール状に形成されており、電気的に絶縁性を有する材料で構成されている。そして、第３の支持部材５２の前面に扁形の導電部材５１が上下方向に沿って設けられており、左から第１導電部材５１１、第２導電部材５１２、第３導電部材５１３の順に並べて配置されている。なお、各導電部材５１は、一部が第３の支持部材５２の前面の裏側に迂回するよう形成されている。

そして、各導電部材５１は、導電性を有する接続部材５３を用いて第２の端子台２２の各端子２２１に電気的に接続される。本実施形態では、第１導電部材５１１が第２の端子台２２の下側の端子２２１（出力端子）、第２導電部材５１２が第２の端子台２２の中央の端子２２１（出力端子）、第３導電部材５１３が第２の端子台２２の上側の端子２２１（アース端子）に接続される。

そして、隣り合う導電ユニット５の第１〜第３導電部材５１１〜５１３同士が、導電性を有する連結部材５４を介して電気的に接続される。すなわち、各第１導電部材５１１が連結部材５４によって連結されることで１本の第１導電バー５５１が構成され、この第１導電バー５５１に各変換モジュール２の端子２２１（出力端子）が電気的に接続される。また、各第２導電部材５１２が連結部材５４によって連結されることで１本の第２導電バー５５２が構成され、この第２導電バー５５２に各変換モジュール２の端子２２１（出力端子）が電気的に接続される。また、各第３導電部材５１３が連結部材５４によって連結されることで１本の第３導電バー５５３が構成され、この第３導電バー５５３に各変換モジュール２の端子２２１（アース端子）が電気的に接続される。なお、第１〜第３導電バー５５１〜５５３を区別しない場合、単に導電バー５５と呼ぶ。このように、各導電バー５５は、上下方向に沿って設けられ、筐体３（ボディ３１）の左壁と配置スペース３３との間に配置されるので、筐体３内のスペースを有効活用することができる。そして、第１，第２導電バー５５１，５５２は、ケーブル（図示なし）を介して接続部４に接続され、第３導電バー５５３は、ケーブル（図示なし）を介してアース端子台６に接続される。

接続部４は、ボディ３１の背面における変換モジュール２の下側に設けられた第４の支持部材３６に取り付けられている。第４の支持部材３６は、前面が突出したレール状に形成されており、前面に接続部４が取り付けられる。接続部４は、第３の端子台４１と第４の端子台４２と回路遮断器４３とを備えている。第３の端子台４１は、ネジ止め式の一対の端子４１１を備えており、一方の端子４１１がケーブル（図示なし）を介して第１導電バー５５１に接続され、他方の端子４１１がケーブル（図示なし）を介して第２導電バー５５２に接続される。すなわち、第３の端子台４１には、変換モジュール２それぞれの出力端子２２１が電気的に接続される。また、第４の端子台４２は、ネジ止め式の一対の端子４２１を備えており、それぞれの端子４２１がケーブル（図示なし）を介して電力変換装置１１に接続される。また、回路遮断器４３は、漏電が発生した際に回路遮断する漏電ブレーカであり、第３の端子台４１と第４の端子台４２との間に電気的に接続されている。このように、接続部４と第１導電バー５５１と第２導電バー５５２とで、各変換モジュール２の出力が１つにまとめられて、電力変換装置１１のインバータ回路１２に出力される。

また、アース端子台６は、ボディ３１の背面における第２の支持部材３５の下側に設けられている。アース端子台６は、互いに電気的に接続された一対の端子６１を備えており、一方の端子６１にケーブル（図示なし）を介して第３導電バー５５３が接続され、他方の端子６１に筐体３の外部から引き込まれるアース線（図示なし）が接続される。これにより、アース端子台６および第３導電バー５５３を介して、各変換モジュール２の第２の端子台２２の端子２２１（アース端子）がアース接地される。なお、アース端子台６と筐体３とを電気的に接続して、筐体３もアース接地するように構成してもよい。

なお、本実施形態のＤＣ接続箱１に接続される外部電源は、太陽電池モジュール１０に限定しない。外部電源は、直流電力の発電と蓄電との一方を行う構成であればよく、例えば蓄電池で構成されていてもよい。また、ＤＣ接続箱１に接続される外部機器は、インバータ回路１２を備える電力変換装置１１に限定しない。例えば、外部機器は、直流電力によって駆動する直流機器で構成されていてもよい。

また、変換モジュール２は、複数種類あり、それぞれが異なる外部電源の種類に対応した仕様のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を備えている。そして、変換モジュール２は、接続される外部電源の種類に応じて、複数種類の中から選択される。例えば、外部電源として蓄電池が接続される変換モジュール２は、蓄電池の充放電に対応するために双方向の電力変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータを備える種類が選択される。

このように、本実施形態のＤＣ接続箱１は、従来パワーコンディショナに設けられていた電力変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）がモジュール化されて筐体３に収納されている。したがって、外部電源に応じた変換モジュール２を選択することができ、様々な外部電源に容易に対応することができる。また、ＤＣ接続箱１に接続される外部機器からＤＣ−ＤＣコンバータ回路を省略することができ、外部機器の小型化を可能にすることができる。

さらに、本実施形態の変換モジュール２は、ケース２０に収納されており、ケース２０は、取り外し可能なネジ２５を用いて筐体３に取り付けられている。したがって、変換モジュール２に故障等が発生した場合、または変換モジュール２の種類を変更する場合に、変換モジュール２を容易に交換することができるので作業性が向上する。

また、変換モジュール２は、その種類によってケース２０のサイズが異なってもよい。例えば、容量が比較的大きい外部電源が接続される場合、変換モジュール２は比較的大きなケース２０に収納される。ここで、図１におけるケース２０の上下方向の寸法を単位寸法Ｌ１とした場合、図４に示すように、サイズが大きいケース２０の上下方向の寸法を、単位寸法Ｌ１の２倍であるＬ２に形成する。なお、図示していないが、ケース２０の上下方向の寸法が、単位寸法Ｌ１の３以上の整数倍であってもよい。このように、ケース２０の上下方向の寸法を単位寸法Ｌ１の整数倍に形成することで、取り付けるケース２０の個数を調整して、既存の配置スペース３３を用いてケース２０を取り付けることができる。

また、本実施形態では、変換モジュール２毎に導電ユニット５が設けられ、導電バー５５が複数に分割されているので、変換モジュール２の個数に応じて導電バー５５の長さを容易に調整することができる。なお、導電バー５５を分割しないで１つの部材で長尺状に形成されていてもよい。

なお、本実施形態では、筐体３は、１つの配置スペース３３を備えているが、配置スペース３３を２つの備えていてもよい。例えば、変換モジュール２が上下方向に１列に並べて配置される配置スペース３３を左右方向に並べて設け、変換モジュール２が２列に配置される構成であってもよい。この場合、配置スペース３３の間に、導電バー５５を上下方向に沿って配置することで、導電バー５５と各変換モジュール２との距離が近く接続しやすくなり、筐体３内のスペースも有効活用することができる。

１ＤＣ接続箱
２変換モジュール
２０ケース
２１第１の端子台
２２第２の端子台
２３回路遮断器
３筐体
４接続部
４１第３の端子台
４２第４の端子台
４３回路遮断器
５導電ユニット
５１導電部材
５５導電バー
６アース端子台

Claims

直流電力の発電と蓄電との少なくとも一方を行う外部電源がそれぞれ接続され、直流と直流との間で電力変換する複数の変換モジュールと、
前記変換モジュールが１列に並べて配置される少なくとも１つの配置スペースを有し、前記変換モジュールを収納する筐体と、
前記変換モジュール各々と外部機器とを接続する接続部とを備える
ことを特徴とするＤＣ接続箱。
前記外部機器は、直流と交流との間で電力変換する変換装置である
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ接続箱。
前記変換モジュール各々と前記接続部とを接続する導電バーを備え、
前記筐体は、１つの前記配置スペースを有し、
前記導電バーは、前記変換モジュールが並べて配置される方向に沿って設けられ、前記筐体の１つの側壁と前記配置スペースとの間に配置される
ことを特徴とする請求項１または２記載のＤＣ接続箱。
前記変換モジュール各々と前記接続部とを接続する導電バーを備え、
前記筐体は、２つの前記配置スペースを有し、
前記導電バーは、前記変換モジュールが並べて配置される方向に沿って設けられ、前記配置スペースの間に配置される
ことを特徴とする請求項１または２記載のＤＣ接続箱。
前記変換モジュールは、各々が独立したケースに収納されており、
前記ケースは、取り外し可能な取付け部材を用いて前記筐体に取り付けられる
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のＤＣ接続箱。
前記変換モジュールが並べて配置される方向において、前記ケースの寸法は、予め定められた単位寸法の整数倍に形成される
ことを特徴とする請求項５記載のＤＣ接続箱。
前記変換モジュールは、接続される前記外部電源の種類に応じた複数種類を備える
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のＤＣ接続箱。
前記変換モジュールと前記接続部とのうち少なくとも一方は、回路遮断器を備える
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のＤＣ接続箱。