JP2015198508A - Photovoltaic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、交流出力のACモジュールを用いた太陽光発電装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a solar power generation apparatus using an AC module with AC output.
近年、電力系統に連系する分散電源として太陽光発電装置が多く設置されている。住宅に設置する太陽光発電装置は、複数の太陽電池セルから太陽電池モジュールを構成し、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続して住宅の屋根などに固定する。各太陽電池モジュールは直流電力を出力し、複数の太陽電池モジュールで出力した直流電力を合成する。 In recent years, many photovoltaic power generation apparatuses have been installed as distributed power sources connected to an electric power system. A solar power generation device installed in a house includes a plurality of solar cells to form a solar battery module, and the plurality of solar battery modules are connected in series and in parallel to be fixed on a roof of a house. Each solar cell module outputs DC power and combines the DC power output by the plurality of solar cell modules.
太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルにおける直列回路についてはサブストリングと呼び、複数の太陽電池モジュールを直列に組み合わせたものをストリングと呼んでいる。ストリング間には逆流防止ダイオードを直列に接続し、複数のストリングを接続箱で並列に接続する。 A series circuit in the solar cells constituting the solar cell module is called a substring, and a combination of a plurality of solar cell modules in series is called a string. A backflow prevention diode is connected in series between the strings, and a plurality of strings are connected in parallel in a connection box.
接続箱にはプラス・マイナス2本の出力ケーブルを介して、系統連系用のパワーコンディショナーを接続する。パワーコンディショナーは太陽電池モジュールの直流電力を入力し、トランジスタースイッチング素子のオン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換して、交流電力を電力系統に連系する。 A power conditioner for grid connection is connected to the connection box via two plus and minus output cables. The power conditioner receives the DC power of the solar cell module, converts the DC power to AC power by turning on / off the transistor switching element, and connects the AC power to the power system.
ところで、太陽光発電装置は、太陽電池モジュールに障害物の影が掛かると、影が掛かった太陽電池モジュールは発電しなくなってストリングの出力電圧が下がる。前述したように、ストリングは逆流防止ダイオードを接続しているので、影が掛かったストリングの電圧は、影が掛かっていないストリングの電圧に負けてしまい、影が掛かったストリングでは発電電力をパワーコンディショナーに出力することができなくなる。 By the way, in the solar power generation device, when the shadow of the obstacle is applied to the solar cell module, the solar cell module that is shaded does not generate power and the output voltage of the string is lowered. As described above, since the string is connected to the backflow prevention diode, the voltage of the shaded string loses to the voltage of the unshadowed string, and the generated power is transferred to the power conditioner in the shaded string. Cannot be output.
また、各太陽電池モジュールのサブストリングに影がかかると、他のサブストリングからの電流が、太陽電池セルのマイナス極からプラス極に向かって強制的に流れる。したがって、影がかかったサブストリングでは内部抵抗が増え、電流を流し続けると、これらのサブストリングに含まれる太陽電池セルが発熱する。その結果、太陽電池セル周囲の樹脂材料が劣化し、太陽電池モジュールに故障が生じる可能性がある。 Further, when the substring of each solar cell module is shaded, current from other substrings is forced to flow from the negative electrode of the solar cell toward the positive electrode. Therefore, the internal resistance increases in the shaded substrings, and when the current continues to flow, the solar cells included in these substrings generate heat. As a result, there is a possibility that the resin material around the solar battery cell is deteriorated and a failure occurs in the solar battery module.
このような不都合を修正するために、直流電力ではなく交流電力を出力するACモジュールを採用し、サブストリングにバイパス回路を設けた太陽光発電装置が提案されている(例えば、特許文献1など)。ACモジュールとは、太陽電池モジュールの裏側または近傍にマイクロインバーターを固定したものである。 In order to correct such inconvenience, a solar power generation apparatus that employs an AC module that outputs AC power instead of DC power and has a bypass circuit in a substring has been proposed (for example, Patent Document 1). . The AC module is a module in which a micro inverter is fixed to the back side or the vicinity of the solar cell module.
マイクロインバーターは、太陽電池モジュール1枚の発電出力に対応する、容量約200W程度の小型インバーターであって、内部に直流電圧を調整する回路と、直流を交流に変換する回路を持つ。このようなマイクロインバーターの回路構成は3kW程度以上のパワーコンディショナーと同様である。 The micro inverter is a small inverter having a capacity of about 200 W corresponding to the power generation output of one solar cell module, and has a circuit for adjusting a DC voltage and a circuit for converting DC to AC. The circuit configuration of such a micro inverter is the same as that of a power conditioner of about 3 kW or more.
ここでACモジュールについて、図18、図19を用いて説明する。図18はACモジュールの構成図である。図18に示すACモジュール10は、複数の太陽電池セル2と、太陽電池セル2同士を直列に接続する太陽電池モジュールブスバー3とからなる。また、太陽電池モジュール1は、裏側に端子箱5を固定し、この端子箱5にマイクロインバーターを組み込んでいる。端子箱5はバイパスダイオード4を収納すると共に、太陽電池出力ケーブル6を電気的且つ機械的に接続し、太陽電池モジュール1の裏側に固定している。太陽電池出力ケーブル6の端部には太陽電池出力ケーブル端子7を設けている。
Here, the AC module will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a configuration diagram of an AC module. The
図19は端子箱5内の回路図である。図19に示すように、太陽電池セル2の直列回路は3等分しており、3つのサブストリングを設けている。各サブストリングは、それぞれ太陽電池モジュールブスバー3を通して入力端子8に接続し、バイパスダイオード4と出力端子9を接続する。3つのサブストリングの内、いずれか1つのサブストリングまたは2つのサブストリングが影の影響で電圧を出さなくなった場合、電圧を出さなくなったサブストリングを、バイパスする位置に接続されるバイパスダイオード4が導通する。
FIG. 19 is a circuit diagram in the
このようにしてバイパスダイオード4が電圧を出さなくなったサブストリングをバイパスするので、1つのサブストリングが影の影響で電圧を出さなくなって太陽電池セル2全体の直流出力電圧が三分の二に下がる、あるいは、2つのサブストリングが影の影響で電圧を出さなくなって太陽電池セル2全体の直流出力電圧が三分の一に下がったとしても、ACモジュール10は交流電力を出力することができる。また、バイパスダイオード4の働きにより、影が掛かったサブストリングに他のサブストリングから電流が流れることがないので、影が掛かったサブストリングに含まれる太陽電池セル2は発熱することがなく、樹脂材料が劣化してACモジュール10が故障する心配がない。
In this way, the
一般的に、ACモジュールは、相互間をケーブルで並列接続した上で屋根の上に固定するが、屋根の上でのACモジュールの設置位置は、屋根の向きや大きさに応じて家屋毎に異なる。そのため、ケーブルの段数や長さはACモジュールの設置位置に応じて選択、手配する必要がある。特に、ケーブルの長さは屋根に応じて大きく変わることが多い。 In general, AC modules are connected to each other in parallel with cables and fixed on the roof. The installation position of the AC module on the roof depends on the direction and size of the roof. Different. Therefore, it is necessary to select and arrange the number of cables and the length according to the installation position of the AC module. In particular, the length of the cable often varies greatly depending on the roof.
したがって、決められた長さを持つ規格品の中から実際に配線するケーブルを選択するのが現実的である。しかし、規格品の中から実際に使用するケーブルを選ぶとなると、長さが足りなくてはケーブルとして意味をなさないので、長めのケーブルを選ぶほか無く、ケーブルの余長分が発生せざるを得ない。 Therefore, it is realistic to select a cable to be actually wired from standard products having a predetermined length. However, when selecting a cable to be actually used from standard products, it does not make sense as a cable if the length is insufficient, so there is no choice but to select a longer cable and there will be an extra cable length. I don't get it.
このため、ケーブルの余長分が生じた分だけ、無駄な電力損失が発生するといった問題が生じる。また、ケーブルの余長分が生じることで、余長分を置くスペースを確保しなくてはならない。したがって、ACモジュールの設置工事を実施する際に、ケーブルの余長分が邪魔になり、ACモジュールの設置工事がやり難くなるといった不具合が生じる。 For this reason, there arises a problem that wasteful power loss occurs as much as the extra length of the cable occurs. Moreover, since the extra length of the cable is generated, a space for placing the extra length must be secured. Therefore, when the installation work of the AC module is performed, the extra cable length becomes an obstacle, and there is a problem that the installation work of the AC module becomes difficult.
さらに、ACモジュールを屋根に固定する場合に、ACモジュール自体に直接、固定用の穴などを開けるのではなく、固定レールを屋根の水流れ方向に沿って屋根の野路板とルーフィング材の真上に固定し、この固定レールにACモジュールを取り付けている。そのため、ACモジュールから引き出したケーブルの配線工事に際して、任意の位置で固定レールを横切って水平方向にケーブルを渡そうとしても、固定レールがあるので、これを跨ぐようにしてしか、ケーブルを配線することができない。その結果、ケーブルの配線構成の自由度が少なくなり、この観点からもACモジュールの設置工事の施工性の改善が求められている。 Furthermore, when the AC module is fixed to the roof, the fixing rail is not directly opened in the AC module itself, but the fixing rail is directly above the roof path plate and roofing material along the direction of the water flow of the roof. The AC module is attached to the fixed rail. Therefore, when wiring the cable pulled out from the AC module, even if you try to pass the cable horizontally across the fixed rail at an arbitrary position, there is a fixed rail. I can't. As a result, the degree of freedom of the cable wiring configuration is reduced, and from this point of view, improvement in the workability of the AC module installation work is required.
交流出力のACモジュールは、1枚単位での設置が可能であり、設置場所も選ばないので増設が容易である。したがって、ACモジュールの設置工事が面倒となってしまっては、これらのメリットが活かされなくなる。そこで従来から、ACモジュールを用いた太陽光発電装置では、施工性の向上が急務となっている。 The AC output AC module can be installed in units of one sheet, and can be easily expanded because the installation location is not selected. Therefore, if the installation work of the AC module becomes troublesome, these advantages cannot be utilized. Therefore, conventionally, in a solar power generation apparatus using an AC module, it is an urgent task to improve workability.
さらに、分散電源に注目が集まる現在、太陽光発電装置に対するニーズは多様化しており、そのレベルも高くなっている。そのため、太陽光発電装置においては系統連系の安全性やメンテナンス性をより高めることが期待されている。 Furthermore, now that attention is focused on distributed power sources, the needs for photovoltaic power generation devices are diversifying and the level is also high. Therefore, in the photovoltaic power generation apparatus, it is expected to further improve the grid connection safety and maintenance.
本発明に係る実施形態は、以上の課題を解消するために提案されたものであり、交流出力のACモジュールを備えた太陽光発電装置において、電力損失を抑え、施工性を高め、系統連系の安全性を確保し、さらにはメンテナンス性の向上を図った太陽光発電装置を得ることを目的とするものである。 Embodiments according to the present invention have been proposed to solve the above problems, and in a solar power generation apparatus including an AC module of AC output, power loss is suppressed, workability is improved, and grid interconnection is achieved. It aims at obtaining the photovoltaic power generation device which secured safety | security of this, and also aimed at the improvement of maintainability.
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、交流電力を出力するACモジュールと、前記ACモジュール相互を並列接続する交流組ケーブルと、交流電力を集めるAC集電箱を有する太陽光発電装置において、次の構成要素(1)〜(4)を有することを特徴とする。
(1)屋根に前記ACモジュールおよび前記交流組ケーブルを複数設置する。
(2)屋根またはその近傍にACプルボックスを設置する。
(3)前記ACプルボックスに複数の前記交流組ケーブルを接続する。
(4)前記ACプルボックスから前記AC集電箱までを交流ケーブルで接続する。
In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention relates to a photovoltaic power generation including an AC module that outputs AC power, an AC assembly cable that connects the AC modules in parallel, and an AC current collection box that collects AC power. The apparatus is characterized by having the following components (1) to (4).
(1) A plurality of the AC modules and the AC assembly cables are installed on the roof.
(2) Install an AC pull box on or near the roof.
(3) Connect the plurality of AC cable pairs to the AC pull box.
(4) Connect the AC pull box to the AC current collection box with an AC cable.
以下、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。下記の実施形態はいずれも、ACモジュールを用いた太陽光発電装置である。そのため、図18および図19に示した従来技術と同一の構成要素については、同一符号を付して説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of a solar power generation device according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Each of the following embodiments is a solar power generation device using an AC module. Therefore, the same components as those in the prior art shown in FIGS. 18 and 19 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[第1の実施形態]
図1〜図6を用いて第1の実施形態を説明する。
[構成]
図1は第1の実施形態の全体構成を示すブロック図、図2はACモジュールからAC集電箱までの接続構成を示すブロック図であり、ACモジュールを低圧の配電線に接続する構成例を示している。
[First Embodiment]
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
[Constitution]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the first embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing a connection configuration from an AC module to an AC current collection box, and a configuration example for connecting the AC module to a low-voltage distribution line Show.
図1、図2に示すように、第1の実施形態は、複数のACモジュール51(一点鎖線内は拡大図)と、複数の交流組ケーブル52と、ACプルボックス53と、AC集電箱55を有している。ACモジュール51および交流組ケーブル52は屋根に設置し、AC集電箱55は家屋内に設置する。AC集電箱55には住宅用分電盤65を接続して電力系統に連系している。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the first embodiment includes a plurality of AC modules 51 (enlarged view within a chain line), a plurality of AC assembled
(ACモジュール)
ACモジュール51は、電圧100V/200Vの単相三線式の電気方式であり、交流電力を出力する。単相三線の各相はU、O、Wとし、Oを中性線とすると、UO間が交流100V、WO間が交流100V、UW間が200Vである。また、ACモジュール51は、個別に故障監視を行い、その監視結果をAC集電箱55へ送信するようになっている。なお、ACモジュール51の回路構成および交流組ケーブルとの接続構造に関連するACモジュールの構成については、後段で述べる。
(AC module)
The
また、図3に示すように、ACモジュール51の表面側の一つの角部分付近(図3では右上の角部分付近)には、ACモジュール51の縦寸法の約十五分の一程度の長さを持つ発光表示器69を1つ取り付けている。発光表示器69は、ACモジュール51が故障中であることを示す発光色と、ACモジュール51が健全に動作していることを示す発光色とを、別々の色で発光させ、ACモジュール51の動作状態を目視で判別できるようになっている。
Further, as shown in FIG. 3, in the vicinity of one corner portion on the surface side of the AC module 51 (near the upper right corner portion in FIG. 3), the length of the
(交流組ケーブル)
交流組ケーブル52は、ACモジュール51を相互に並列接続するケーブルである。交流組ケーブル52は、ACモジュール51から電力を集めるために、U同士、O同士、W同士をそれぞれ接続する。交流組ケーブル52は、流す電流の大きさと排熱による温度上昇を考慮した太さの導体を持つ集電幹線を含んでいる。
(AC cable)
The
(ACプルボックス)
ACプルボックス53は、屋根またはその近傍に設置する。ACプルボックス53はコネクター27、29を介して複数の交流組ケーブル52を一括して接続し、単相三線すなわちU、O、Wの三本の交流ケーブル54に集約して出力する。交流ケーブル54は、ACプルボックス53からAC集電箱55までを接続する。
(AC pull box)
The
(ACモジュールからAC集電箱までの接続構成)
このように、ACモジュール51の交流出力は、交流組ケーブル52を介してACプルボックス53に集まり、その後、交流ケーブル54を介して最終的にAC集電箱55に入ることになる。
(Connection configuration from AC module to AC collector box)
As described above, the AC output of the
ここで、ACモジュール51からAC集電箱55までの電気的な接続構成について、図2に従って説明する。図2の左端にU、O、Wと記載した部分は、それぞれコネクター25であり、ACモジュール51からの交流組ケーブル52と接続する。コネクター25は、U、O、Wの3極であり、O極は接地電位である。
Here, an electrical connection configuration from the
図2に示すように、交流組ケーブル52は、コネクター27によって分けられ、2段の交流組ケーブル52a、52bからなる。交流組ケーブル52aは3枚のACモジュール51の交流出力を集め、交流組ケーブル52aはコネクター27を介して交流組ケーブル52bに接続する。
As shown in FIG. 2, the
交流組ケーブル52bは9枚分のACモジュール51の交流出力を集め、コネクター29を介してACプルボックス53に接続する。ACプルボックス53には端子台31を、AC集電箱55には端子台33を、それぞれ配置し、交流ケーブル54にて端子台31、33を接続する。なお、コネクター25、27、29はそれぞれ、交流単相三線の各極が正しく配線されるように、色分けがなされるか、またはコネクター形状が異なっている。
The
つまり、本実施形態では、1枚のACモジュール51が出力する交流電力は、コネクター27で9枚のACモジュール51の出力となり、さらにコネクター29で27枚分のACモジュール51の出力となって、最終的に、3つのコネクター29を持つACプルボックス53で、81枚分のACモジュール51の出力となる。
That is, in the present embodiment, the AC power output from one
(AC集電箱)
図1に戻って、AC集電箱55の構成について説明する。AC集電箱55は、外部から操作可能な位置に非常停止ボタン60を設けている。非常停止ボタン60とは、連系コンタクター56を解列すると共に、全てのACモジュール51へ非常停止指令を送信するボタンであって、設置数は適宜自由である。
(AC current collector box)
Returning to FIG. 1, the configuration of the AC
またAC集電箱55は、連系コンタクター56および制御装置57を収納する。連系コンタクター56は、電力配電線系統との連系点スイッチとして機能する。連系コンタクター56は、出力する交流電力を、交流ケーブル63および分散電源用ブレーカー64を介して住宅用分電盤65に送る。
In addition, the AC
(制御装置)
制御装置57は、系統連系のための連系点スイッチの解列と投入を行い、交流ケーブル54および交流組ケーブル52を介して全てのACモジュール51と通信を行う装置である。また、制御装置57は、いずれかのACモジュール51との通信ができない状態となった場合、有線または無線による別の通信系によって、ACモジュール51の内部情報を取り出し、後述する表示操作装置61に、その時点での状況を表示する。さらに、制御装置57は、通信が故障したACモジュール51を除外して、健全なACモジュール51の運転を再開する。
(Control device)
The
制御装置57は、演算制御部58を有しており、演算制御部58には判定部58Aと、運転許可部58Bを持つ。前述したようにACモジュール51は個別に故障監視を行って監視結果を制御装置57に送信するが(段落0025に記載)、判定部58Aは、ACモジュール51から監視結果を受け取り、ACモジュール51の動作健全性を判定する。運転許可部58Bは、判定部58Aの判定結果に基づいてACモジュール51に運転許可を与える。
The
運転許可部58Bは、判定部58Aの判定結果が次の(1)〜(5)のAND条件であるとき、ACモジュール51に運転許可を与える(図4参照)。
(1)ACモジュール51の全数が異常なしであること。
(2)ACモジュール51の全数の通信が異常なしであること。
(3)ACモジュール51の全数が系統連系保護動作なしであること。
(4)上位サーバーから制御装置57に停止指令がないこと。
(5)非常停止ボタン60が全てOFFであること。
The driving
(1) The total number of
(2) The communication of all the
(3) The total number of
(4) There is no stop command from the host server to the
(5) All
また、ACモジュール51の故障監視の結果を受けた判定部58Aが、ACモジュール51に故障が発生したと判定した場合、運転許可部58Bは、そのACモジュール51に運転許可を与えず、これを除外して他のACモジュール51に運転許可を与える。このとき、制御装置57は運転不許可のACモジュール51に対し停止指令を送信する。また、制御装置57は、通信入出力装置59を有している。通信入出力装置59は、通信ケーブル70を介して表示操作装置61と接続する。
In addition, when the
(表示操作装置)
表示操作装置61は、ネットワーク接続装置62を介して上位インターネット68と接続している。表示操作装置61は、各ACモジュール51の動作状況や故障状況、故障したACモジュール51の屋根における位置、系統の状態などを表示し、整定値などの変更操作などを行う。
(Display operation device)
The
表示操作装置61の表示画面内容としては、例えば、
(1)系統連系保護動作項目
(2)系統連系保護整定値
(3)発電電力
(4)発電電力量
(5)電圧上昇抑制動作中
(6)電圧上昇抑制動作時間
(7)操作端末タブレットの通信状況
(8)上位インターネット68の通信状況
(9)ソフトウェアバージョン情報
(10)非常停止ボタン60発報
(11)故障したACモジュール51の位置などがある。
As the display screen contents of the
(1) Grid interconnection protection operation item (2) Grid interconnection protection setting value (3) Generated power (4) Generated power amount (5) Voltage rise suppression operation in progress (6) Voltage rise suppression operation time (7) Operation terminal Communication status of tablet (8) Communication status of upper internet 68 (9) Software version information (10)
また、操作画面内容としては、例えば、
(1)系統連系保護整定値の変更・確定
(2)電圧上昇抑制整定値の変更・確定
(3)その他設定項目の変更・確定などがある。
In addition, as an operation screen content, for example,
(1) Change / confirmation of grid connection protection setting value (2) Change / confirmation of voltage rise suppression setting value (3) Change / confirmation of other setting items.
(住宅用分電盤)
次に住宅用分電盤65の構成について説明する。住宅用分電盤65は、電流検出器66、漏電遮断器ELB、負荷開閉器CB、安全のために2直列にしたコンタクターCTT、契約用電流制限器SBを設けている。
(Residential distribution board)
Next, the configuration of the
このうち、電流検出器66は、電力配電線系統への逆潮流電力を計測し、または逆潮流が電力会社との契約上行えない分散電源からの逆潮流が起こらないように分散電源を制御する。ACモジュール51から出力される交流電力は、住宅用分電盤65の負荷開閉器CBを介して住宅内の負荷機器に接続する。契約用電流制限器SBには電力量計67を接続し、住宅用分電盤65は電力量計67を介して電力配電線に接続、連系を行う。
Among these, the
(ACモジュールの回路構成)
続いて、ACモジュール51の回路構成について図5を用いて説明する。図5はACモジュール51に固定されたマイクロインバーターの回路図の一例であって、太陽電池モジュール1の3つのサブストリング別に個別に、直流/交流変換する回路を構成した例である。
(AC module circuit configuration)
Next, the circuit configuration of the
図5において、マイクロインバーターは、入力コンデンサー11、リアクトル12、スイッチング素子13、ダイオード14、コンデンサー15、スイッチング素子16、リアクトル17、入力コンデンサー18、障害ノイズ除去フィルター19、サージ電圧除去素子20および図示されていない制御回路で構成される。
In FIG. 5, the micro inverter includes an
ACモジュール51は、スイッチング素子13を高速にON、OFFすると、リアクトル12の電流が高速に断続するので両端に逆起電圧が発生し、この電圧がダイオード14を介してコンデンサー15を充電する。コンデンサー15に充電された直流電圧をスイッチング素子16で交流波形に変換し、リアクトル17、コンデンサー18で高調波を除去し、障害ノイズ除去フィルター19およびサージ電圧除去素子20の回路を経て交流電力を出力する。
When the switching
(ACモジュールと交流組ケーブルとの接続構造)
次に、ACモジュールと交流組ケーブルとの接続構造について、図6を用いて説明する。図6に示すように、ACモジュール51は、その周囲に屋根材となる太陽電池フレーム35を一体的に取り付けている。
(Connection structure between AC module and AC cable)
Next, a connection structure between the AC module and the AC cable assembly will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the
ACモジュール51は、屋根材とACモジュール機能を兼ねており、屋根材として用いることが可能な耐火性を持った建材型ACモジュールである。ACモジュール51の上部には太陽電池表面ガラス36を設置する。太陽電池表面ガラス36は太陽電池セル(図4には不図示)を固定している。
The
太陽電池表面ガラス36の背面側にはインバーター箱37を固定する。このインバーター箱37内に図5に示した回路構成を持つマイクロインバーターを組み込んでいる。インバーター箱37には出力ケーブル38を接続し、その端部には端子39を設ける。この端子39には集電ケーブル40が接続されるようになっている。集電ケーブル40は交流組ケーブル52から延びている。
An
また、ACモジュール51は太陽電池フレーム35の側面部に略L字状の嵌合部35bを形成する。左右に隣接する太陽電池フレーム35同士の間隙には固定レール43を配置する。固定レール43とは、ACモジュール51を屋根の野地板41に固定するための部材であり、屋根の水流れ方向に沿って屋根の野路板41の直上に設置する。この固定レール43に対して左右から、太陽電池フレーム35の嵌合部35bを嵌め込むようになっている。
Further, the
固定レール43の上方にはダクト部42を配置する。ダクト部42は上部に開口部を形成し、交流組ケーブル52を収納するためのスペースを有している。ダクト部42および太陽電池フレーム35の側面には集電ケーブル40を通すための貫通穴42aおよび35aを形成している。
A
以上のような第1の実施形態では、交流組ケーブル52をダクト部42に収納しておき、交流組ケーブル52から延びる集電ケーブル40を、ダクト部42側の貫通穴42aおよび太陽電池フレーム35側の貫通穴35aから、ダクト部42の外方に通す。そして、ダクト部42から外に出した集電ケーブル40を、端子39に接続することでACモジュール51相互を並列に接続する。その後、太陽電池フレーム35の嵌合部35bを固定レール43にはめ込み、この状態で固定ねじ44によって固定レール43を屋根の野地板41に固定する。
In the first embodiment as described above, the
さらに、ダクト部42を固定レール43上部に乗せ、固定ねじ45にてダクト部42を固定レール43に固定する。このとき、固定ねじ45は、太陽電池フレーム35の嵌合部35bおよび固定レール43を貫通することで、ダクト部42、太陽電池フレーム35および固定レール43を屋根の野地板41に固定する。最後にダクト部42の上部に、カバー部材としてふた46をはめ込む。
Further, the
上述したように、第1の実施形態では、まずダクト部42に交流組ケーブル52を収納し、交流組ケーブル52を、集電ケーブル40および端子39を介してインバーター箱37に接続し、その後、固定レール43と共に太陽電池フレーム35の嵌合部35bおよびダクト部42を野地板41に固定する。これによって太陽電池フレーム35に一体的に取り付けられたACモジュール51を、屋根に固定している。
As described above, in the first embodiment, the
[作用]
以上の構成を有する第1の実施形態では、ACモジュール51の交流電力が電力系統の交流電圧波形に同期して系統連系運転を行うことが可能である。また、ACモジュール51の交流電力は、外部または内部にある自走発振器からの信号によりACモジュール51相互の出力電圧の位相を互いに同期させて自立運転を行うことも可能である。
[Action]
In the first embodiment having the above configuration, it is possible to perform grid connection operation in which the AC power of the
このようなACモジュール51において、太陽電池セル2の直列回路から3個のバイパスダイオード4の両端に印可される電圧は、バイパスダイオード4で個別に並列に接続されるインバーター回路で、交流電圧に変換して商用交流波形を生成する。この構成を用いると、太陽電池モジュール1内の太陽電池セル2の直列回路を、3つのサブストリングに分割し、各サブストリングの直流出力電力を、それぞれ交流電力に変換してから合成し、ACモジュール51から交流出力電力を得る。
In such an
[効果]
(1)発電効率の向上
以上のような第1の実施形態によれば、太陽電池モジュール1内のサブストリング単位で最大電力追従を行うことができる。したがって、ACモジュール51では、たとえサブストリングに影が掛かったとしても、サブストリング単位で最大電力追従を行うことで、直流から交流への変換に必要な下限値まで、直流電圧が低下し難くなる。その結果、直流を交流に変換するインバーター回路が動作不能に陥る可能性が低くなる。
[effect]
(1) Improvement of power generation efficiency According to the first embodiment as described above, maximum power tracking can be performed in units of substrings in the solar cell module 1. Therefore, in the
上記のACモジュール51では、たとえ大きな影が掛かったとしても、その影響を極力抑えることができ、発電効率の向上を図ることができる。しかも、次の段で述べるように余長ケーブルが発生しないので、電力損失の発生を回避することができ、この点らも発電効率も良好となる。
In the
ACモジュール51のメリットは、単独で商用電力系統に連系可能なので一部が故障した場合に健全なACモジュール51だけを電源として利用できる点にある。したがって、電力損失を極力抑えた本実施形態では動作可能なACモジュールが1枚だけとなっても、十分な発電量を得ることが可能となり、先のメリットを十分に引き出すことができる。
The merit of the
(2)施工性の向上
また、本実施形態では、図2に示したように、ACプルボックス53に対しコネクター27、29を介して2段の交流組ケーブル52a、52bを接続するので、ACプルボックス53に交流組ケーブル52bが近づくほど、通電電流が大きくなり、ケーブルの断面サイズが増えることになる。
(2) Improvement of workability In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
本実施形態では、複数の交流組ケーブル52を一括して接続するACプルボックス53を、必ず屋根またはその付近に設置するので、このACプルボックス53の位置を基準にし、交流組ケーブル52の接続順序や、ACモジュール51の設置位置について、効率よく計画することができる。
In the present embodiment, the
したがって、屋根におけるACモジュール51の設置位置に応じて、交流組ケーブル52の段数や長さを事前に決め易くなり、交流組ケーブル52の長さの選択や手配が簡便になる。そのため、ダクト部42に収納される交流組ケーブル52の長さや段数は、固定レール43の設定と同時に、予め決めておくことができ、ケーブルの余長分を発生させることはない。これにより、余長分の置き場所は不要となって、経済的にもスペース的にも効率がよくなり、ACモジュール51の設置工事の施工性を高めることができる。
Therefore, it becomes easy to determine the number of steps and the length of the
しかも、第1の実施形態では、ダクト部42内に交流組ケーブル52を収納するため、任意の位置でダクト部42内から交流組ケーブル52を水平方向に延ばそうとする場合、野路板41に固定した固定レール43が、交流組ケーブル52にぶつかることがなく、交流組ケーブル52を水平方向に渡すことが可能である。したがって、交流組ケーブル52の配線構成の自由度は格段に高くなり、ACモジュールの設置工事の施工性は大幅に向上する。
In addition, in the first embodiment, the
(3)メンテナンス性の向上
また、第1の実施形態においては、ふた46を外せば、ダクト部42内に収納された交流組ケーブル52がすぐに現れるので、交流組ケーブル52のメンテナンス作業は容易である。さらに、固定ねじ45を外すことで固定レール43からダクト部42および太陽電池フレーム35を取り外し、交流組ケーブル52の集電ケーブル40を端子39から外すことで、ACモジュール51を屋根から取り外すことも可能である。このとき、固定レール43は固定ねじ44によって屋根に取り付けられたままなので、ACモジュール51を再度取り付ける時も作業が容易であり、作業効率を高めることができる。
(3) Improvement of maintainability In the first embodiment, if the
また、第1の実施形態においては、制御装置57に接続した表示操作装置61が、ACモジュール51の故障状況や、故障したACモジュール51の屋根における位置を表示するので、この表示を見た作業員は、屋根から外して確認すべきACモジュール51について、交換部品や工具など十分な準備を整えてから、実際に屋根に上ることができる。
In the first embodiment, the
さらには、ACモジュール51の表面側に取り付けた発光表示器69が、ACモジュール51が故障中であることを示す発光色と、ACモジュール51が健全に動作中であることを示す発光色とを、別々の色で発光している。そのため、屋根に上がった作業員は発光表示器69の発光色を見ただけで、ACモジュール51の動作状態を目視で簡単に判別することができる。したがって、作業員は、確認すべきACモジュール51を即座に見つけることができ、迅速にメンテナンス作業を実施することができる。
Furthermore, the
(5)操作性の向上
さらに、表示操作装置61は上位インターネット68に接続可能なので、上位のサーバーに運転情報を送る、或いは、上位のサーバーから運転および表示ソフトウエアのダウンロードを行って更新することも可能であり、使い勝手が良い。
(5) Improvement of operability Furthermore, since the
(6)安全性の向上
第1の実施形態では、AC集電箱55の外部から操作可能な位置に非常停止ボタン60を設けたので、これを操作することで、非常時に際しては、連系コンタクター56を解列して系統連系保護を図ると同時に、全ACモジュール51を即座に停止させることができる。したがって、火災などが起きて消防士が屋根から家屋に侵入しようとする場合でも、発電動作中のACモジュール51に感電するおそれがなく、緊急時の安全性を確保することができる。
(6) Improvement of safety In the first embodiment, the
[第2の実施形態]
[構成]
図7を用いて第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は、上記第1の実施形態と同様の構成を有しており、交流組ケーブル52に代替して、導体ブスバー71を用いることに特徴がある。導体ブスバー71は、表面を絶縁樹脂で被覆した銅またはアルミニウム製の部材である。この導体ブスバー71に集電ケーブル40が接続されている。
[Second Embodiment]
[Constitution]
The second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment, and is characterized in that a
なお、図6に示した第1の実施形態では、固定ねじ45が固定レール43を貫通して屋根の野路板41まで達している状態を示しているが、図7に示した第2の実施形態では、固定ねじ45は野路板41まで到達することなく、ダクト部42および太陽電池フレーム35を固定レール43にだけ固定した構成である。
In addition, in 1st Embodiment shown in FIG. 6, although the fixing
[作用および効果]
以上のような第2の実施形態では、導体ブスバー71を用いることにより、ACモジュール51と交流組ケーブル52との配線接続配作業に比べて、配線接続作業をより簡略化することができ、施工性がいっそう向上する。
[Action and effect]
In the second embodiment as described above, by using the
[第3の実施形態]
[構成]
図8を参照して第3の実施形態を説明する。第3の実施形態は、導体ブスバー71を用いる点は前記第2の実施形態と同様であるが、ダクト部42の配置位置に特徴がある。すなわち、第3の実施形態では、ダクト部42を固定レール43の上方ではなく下方に配置する。このため、ダクト部42は屋根の野地板41の上部に位置する。なお、ダクト部42および太陽電池フレーム35の側面に集電ケーブル40を通すための貫通穴42aおよび35aを形成する点は、図6に示した第1の実施形態と同様である。
[Third Embodiment]
[Constitution]
A third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment is similar to the second embodiment in that the
第3の実施形態においては、ダクト部42内に一対の導体ブスバー71を収納してからダクト部42を屋根の野地板41上に配置し、導体ブスバー71から延びる集電ケーブル40を、ダクト部42側の貫通穴42aおよび太陽電池フレーム35側の貫通穴35aから、ダクト部42の外に出す。そして、ダクト部42の外に出した集電ケーブル40を端子39に接続することでACモジュール51相互を配線接続する。
In the third embodiment, after the pair of conductor bus bars 71 are accommodated in the
その後、固定レール43をダクト部42の上に乗せ、太陽電池フレーム35の嵌合部35bを固定レール43にはめ込み、この状態で固定ねじ44により固定レール43を屋根の野地板41に固定する。さらに、ダクト部42の上部に固定レール43を乗せ、固定ねじ45にて太陽電池フレーム35を固定レール43に固定する。最後にふた46を挟み込んで固定する。
Thereafter, the fixed
[作用および効果]
以上の第3の実施形態では、ダクト部42を固定レール43の上方ではなく下方に配置し、ここに導体ブスバー71を収納するので、導体ブスバー71に対して固定レール43やふた46がカバーとなって、ダクト部42内の導体ブスバー71付近に雨水などが浸入するおそれがない。したがって、優れた安全性を得ることができる。
[Action and effect]
In the third embodiment described above, the
[他の実施形態]
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものであって、以下のような他の実施形態を包含する。
[Other Embodiments]
In addition, said embodiment is shown as an example in this specification, Comprising: It does not intend limiting the range of invention. In other words, the present invention can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope of the invention and in the scope equivalent to the invention described in the claims and equivalents thereof. Embodiments are included.
(1)図9に示す導体ブスバー72では、被覆の一部を除去した部分で、端子48を介して集電ケーブル49と電気接触して、ねじで固定している。
(2)図10に示す導体ブスバー73では、ブスバー状の集電幹線73aに集電ケーブル40と端子39を電気的に接続し、その全体を絶縁被覆50で被覆している。
これらの実施形態では、ACモジュール51と導体ブスバー72、73との接続構造を、より簡略化することができ、更なる施工性の向上が望める。
(1) In the
(2) In the
In these embodiments, the connection structure between the
(3)連系コンタクターや非常停止ボタンの設置数や設置箇所は適宜選択可能である。例えば、ACプルボックス53内に連系コンタクターや非常停止ボタンを設けてもよい。また、ACプルボックス53内にACモジュール51の動作を停止させるために直流コンタクターを設置することも可能である。これにより、屋根付近の作業員がACプルボックス53からACモジュール51を制御することができ、作業員の作業効率が向上する。
(3) The number of installed contactors and emergency stop buttons and the installation location can be selected as appropriate. For example, a connected contactor or an emergency stop button may be provided in the
(4)ACモジュール51は建材型ACモジュールとしたが、屋根材とは別部材からなるACモジュールであってもよい。
(5)交流組ケーブル52あるいは導体ブスバー72、73の段数は適宜変更可能であり、3段以上にして電力を集めてもよい。
(4) Although the
(5) The number of stages of the
(6)ACプルボックス53が受電するコネクターは1組でなく、複数組とし、複数組の交流組ケーブル52を接続することも可能である。
(7)ACモジュール51を屋根に固定するための固定レールと、交流組ケーブル52あるいは導体ブスバー72、73を収納するダクト部42とは、一体的であってもよく、その配置方向は屋根の水流れ方向に限らず、水流れ方向と直交する方向であってもよい。
(8)ダクト部42の上部に設けた開口部を塞ぐ部材としては、ふたに限らず、テープであってもよい。
(6) The
(7) The fixed rail for fixing the
(8) The member that closes the opening provided in the upper portion of the
(9)さらにACモジュール51の他の回路構成としては次のようなものが含まれる。
(9−a)
上記の図5に示したACモジュール51の回路は、直流電圧を昇圧した後に交流に変換するが、太陽電池モジュール1の直流側とマイクロインバーター出力の交流側の絶縁を持たない「非絶縁回路」である。これに対して、太陽電池モジュール1の直流側と、マイクロインバーター出力の交流側を絶縁する「絶縁回路」とすることも可能である。
(9) Further, other circuit configurations of the
(9-a)
The circuit of the
例えば、図11の回路例では、高周波絶縁変圧器23を使ったサブストリング型マイクロインバーターを示している。図11の回路構成を持つACモジュール51においては、コンデンサー11に充電した電圧を、スイッチング素子13で高周波電圧に変換し、この高周波電圧を、高周波絶縁変圧器23を介して昇圧する。そして、昇圧した高周波電圧をダイオード21で整流して直流に変換し、スイッチング素子16で商用交流波形に変換する。
For example, the circuit example of FIG. 11 shows a substring type micro inverter using the high
このような回路構成によれば、太陽電池モジュール1内の太陽電池セル2の回路と、交流回路とを絶縁することができる。そのため、交流回路への直流流出を原理的に無くすことができる。しかも、高周波絶縁変圧器23の一次巻き線と二次巻き線の巻き数比を選択することが可能となる。したがって、マイクロインバーターと太陽電池モジュール1の組合せの自由度を上げることができる。
According to such a circuit configuration, the circuit of the
(9−b)
高周波絶縁変圧器を用いるサブストリング型マイクロインバーターの回路には通常、MOSFETトランジスターに逆接続ダイオードが内蔵されている。そこで、この内蔵された逆接続ダイオードを、太陽電池モジュール1のバイパスダイオード4として用いることも可能である(図12の回路図参照)。
(9-b)
A circuit of a substring type micro inverter using a high frequency isolation transformer usually includes a reverse connection diode in a MOSFET transistor. Therefore, the built-in reverse connection diode can be used as the
つまり、このような回路構成とすることによって、太陽電池モジュール1に従来必要であったバイパスダイオード4を、サブストリング型マイクロインバーターのスイッチングトランジスタの逆接続ダイオードの機能で代替することができる。バイパスダイオード4は、電流が流れると、ダイオードの導通損失で決まる電流損失を生じて発熱し、長期の使用後に劣化の可能性がある。また、太陽電池モジュール1の出力電流がダイオードを通過する時の電圧降下分によって出力電圧が下がり、結果的に太陽電池モジュールの出力電力の損失が起こるおそれがある。
In other words, by adopting such a circuit configuration, the
これに対して、従来のバイパスダイオード4を無くした回路構成を持つ実施形態によれば、回路を簡素化することができ、劣化と導通損失を抑えて、低コスト化を計ることができる。
On the other hand, according to the embodiment having a circuit configuration in which the
(9−c)
図12は、3台の直流電圧昇圧回路の合成電流を一括して交流に変換する方式の構成を示す。この構成では、マイクロインバーター内で、直流から交流に変換するインバーター回路を1つとし、かつ高周波絶縁変圧器を使わないチョッパー回路としている。
(9-c)
FIG. 12 shows a configuration of a system that collectively converts the combined current of the three DC voltage booster circuits into AC. In this configuration, a single inverter circuit that converts direct current to alternating current is used in the micro inverter, and a chopper circuit that does not use a high-frequency isolation transformer is used.
このような回路構成によれば、回路をより単純化することができ、小型化および低価格化をさらに進めることができる。 According to such a circuit configuration, the circuit can be further simplified, and further downsizing and cost reduction can be further promoted.
(9−d)
図13は、3台の直流昇圧回路がそれぞれ高周波変圧器で絶縁する方式とし、かつ直流・交流変換を行うインバーター回路を1個とする場合の構成を示す。
(9-d)
FIG. 13 shows a configuration in which three DC booster circuits are each insulated by a high-frequency transformer and one inverter circuit that performs DC / AC conversion is used.
このような回路構成によれば、太陽電池セル2の特性に起因する理由で、交流側と太陽電池セル2側を絶縁する必要がある場合に、高周波絶縁変圧器を有しながら、インバーター回路を共通1台とすることによって回路を単純化することができ、小型化および低価格化を実現することが可能である。
According to such a circuit configuration, when it is necessary to insulate the alternating current side and the
(9−e)
図14は、3台の直流昇圧回路がそれぞれ高周波変圧器で絶縁する方式で、かつ、サブストリングをバイパスするスイッチング素子またはダイオードを用いない場合の構成を示す。この回路構成では、上記の図12に示した回路構成と同様、MOSFETトランジスターに内蔵された逆接続ダイオードを、太陽電池モジュール1のバイパスダイオード4として用いる。
(9-e)
FIG. 14 shows a configuration in which three DC booster circuits are each insulated by a high-frequency transformer, and a switching element or diode that bypasses the substring is not used. In this circuit configuration, the reverse connection diode built in the MOSFET transistor is used as the
これにより、劣化および導通損失の抑制を図り、回路の簡素化と低コスト化を実現することができる。 Thereby, deterioration and conduction loss can be suppressed, and simplification and cost reduction of the circuit can be realized.
(9−f)
図15に示す回路構成では、3つのサブストリングから入力する電圧を、バイパスダイオード4が無い状態で、スイッチング素子13を組み合わせた高周波のインバーター回路に入力する。そして、高周波変圧器23を介してダイオード21を組み合わせた整流回路で直流に変換し、スイッチング素子16を組み合わせたインバーター回路で、交流に変換して、交流電力を出力する。
(9-f)
In the circuit configuration shown in FIG. 15, voltages input from three substrings are input to a high-frequency inverter circuit in which the
太陽電池モジュール1のサブストリングの1つ又は複数に影が掛かってサブストリングの出力電圧が得られない状態では、スイッチング素子13には逆電圧が印可される。逆電圧は、この図には示されていない寄生ダイオードを介してバイパスが行われる。寄生ダイオードは、スイッチング素子13に逆並列に接続されており、図14におけるバイパス用素子と同様の働きをする。
In the state where one or more of the substrings of the solar cell module 1 are shaded and the output voltage of the substring cannot be obtained, a reverse voltage is applied to the switching
このような回路構成とすることによって、太陽電池モジュール1に従来必要であったバイパスダイオード4を、サブストリング型マイクロインバーターのスイッチングトランジスタの逆接続ダイオードの機能で代替することができる。よって、従来のバイパスダイオード4を無くして、劣化と導通損失を抑えることができる、回路の簡素化ならびに低コスト化を計ることができる。
By adopting such a circuit configuration, the
(9−g)
図16に示した回路構成は、図15におけるダイオード21とスイッチング素子16で構成される整流・インバーター回路を1つの回路にまとめた構成である。
(9−h)
図17は図16において高周波変圧器23を一台にまとめた構成である。それぞれの働きは前に述べたものと同様である。
(9-g)
The circuit configuration shown in FIG. 16 is a configuration in which the rectification / inverter circuit including the
(9-h)
FIG. 17 shows a configuration in which the high-
これらの回路構成とすることによって、整流・インバーター回路、さらには高周波絶縁変圧器の部品数を減らすことができ、サブストリング型マイクロインバーターの小型化、低コスト化を図ることができる。 By adopting these circuit configurations, the number of parts of the rectification / inverter circuit and the high frequency insulation transformer can be reduced, and the substring type micro inverter can be reduced in size and cost.
1 太陽電池モジュール
2 太陽電池セル
3 太陽電池モジュールブスバー
4 バイパスダイオード
5 端子箱
6 太陽電池出力ケーブル
7 太陽電池出力ケーブル端子
8 入力端子
9 出力端子
10 ACモジュール
11、18 入力コンデンサー
12、17 リアクトル
13 スイッチング素子
14 ダイオード
15 コンデンサー
16 スイッチング素子
19 障害ノイズ除去フィルター
20 サージ電圧除去素子
23 高周波絶縁変圧器
25、27、29 コネクター
31、33 端子台
35 太陽電池フレーム
36 太陽電池表面ガラス
37 インバーター箱
38 出力ケーブル
39 端子
40 集電ケーブル
41 野路板
42 ダクト部
43 固定レール
44、45 固定ねじ
46 ふた
51 ACモジュール
52、52a、52b 交流組ケーブル
53 ACプルボックス
54、63 交流ケーブル
55 AC集電箱
56 連系コンタクター
57 制御装置
58 演算制御部
58A 判定部
58B 運転許可部
59 通信入出力装置
60 非常停止ボタン
61 表示操作装置
62 ネットワーク接続装置
64 分散電源用ブレーカー
65 住宅用分電盤
66 電流検出器
67 電力量計
68 上位インターネット
69 発光表示器
70 通信ケーブル
72、73 導体ブスバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
屋根に前記ACモジュールおよび前記交流組ケーブルを複数設置し、
屋根またはその近傍にACプルボックスを設置し、
前記ACプルボックスに複数の前記交流組ケーブルを接続し、
前記ACプルボックスから前記AC集電箱までを交流ケーブルで接続することを特徴とする太陽光発電装置。 In a solar power generation apparatus having an AC module that outputs AC power, an AC cable that connects the AC modules in parallel, and an AC current collection box that collects AC power.
Installing a plurality of the AC module and the AC cable assembly on the roof;
Install an AC pull box on or near the roof,
Connecting the plurality of AC cable pairs to the AC pull box;
A solar power generation apparatus, wherein an AC cable connects the AC pull box to the AC current collection box.
前記固定レールに近接して前記交流組ケーブルを収納可能なダクト部を設けることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽光発電装置。 Attaching a fixing rail for fixing the AC module to the roof along the water flow direction of the roof,
The solar power generation device according to claim 1, wherein a duct portion capable of accommodating the AC cable assembly is provided in the vicinity of the fixed rail.
前記制御装置は、
前記ACモジュールの動作健全性を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて前記ACモジュールに運転許可を与える運転許可部を有することを特徴とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。 A control device for controlling the operation of the AC module is provided in the AC current collection box,
The controller is
A determination unit for determining operational soundness of the AC module;
The solar power generation device according to claim 1, further comprising an operation permission unit that gives operation permission to the AC module based on a determination result of the determination unit.
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