以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図1は、第1実施形態に係るパワーコンディショナの回路構成を示す図である。
図1(a)は、パワーコンディショナBの全体構成を示している。パワーコンディショナBは、直流電源Aから入力される直流電力を交流電力に変換して、接続された負荷や電力系統Cに出力するものである。また、パワーコンディショナBは、過電圧や単独運転などの異常を検出した場合に、電力系統Cとの接続を切り離す機能も備えている。図1(a)に示すように、パワーコンディショナBは、直流遮断器1、インバータ回路2、フィルタ3、交流遮断器4、および、制御装置5を備えている。本実施形態では、パワーコンディショナBは、直流遮断器1、インバータ回路2、フィルタ3および交流遮断器4からなるユニット(図1(a)において破線で囲まれた部分)を2つ備えている。各ユニットは、それぞれ直流電源Aから直流電力を入力され、交流電力に変換して出力する。なお、2つのユニットを並列接続して、1つの直流電源Aに接続するようにしてもよい。なお、図1(a)においては、一方のユニット(下側のユニット)の各構成の記載を省略している。
直流電源Aは、直流電力を出力するものであり、例えば太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。本実施形態では、直流電源Aは、複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池アレイを複数接続したものである。直流電源Aは、生成された直流電力を、インバータ回路2に出力する。なお、直流電源Aは、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源Aは、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。
インバータ回路2は、直流電源Aから入力される直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ回路2は、三相のPWM制御型インバータである。インバータ回路2は、制御装置5から入力されるPWM信号に基づいて、各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、直流電源Aから入力される直流電力を交流電力に変換する。
図1(b)に示すように、インバータ回路2は、6個のスイッチング素子SW1〜SW6、6個の還流ダイオード、3個のスナバ回路C1〜C3、および、平滑コンデンサCを備えている。本実施形態では、スイッチング素子SW1〜SW6としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ)を使用している。なお、スイッチング素子SW1〜SW6はIGBTに限定されず、バイポーラトランジスタ、MOSFET、逆阻止サイリスタなどであってもよい。また、還流ダイオード、スナバ回路C1〜C3およびコンデンサCの種類も限定されない。
スイッチング素子SW1とSW4とは、スイッチング素子SW1のエミッタ端子とスイッチング素子SW4のコレクタ端子とが接続されて、直列接続されている。スイッチング素子SW1のコレクタ端子は直流電源Aの正極側に接続され、スイッチング素子SW4のエミッタ端子は直流電源Aの負極側に接続されて、ブリッジ構造を形成している。同様に、スイッチング素子SW2とSW5とが直列接続されてブリッジ構造を形成し、スイッチング素子SW3とSW6とが直列接続されてブリッジ構造を形成している。各スイッチング素子SW1〜SW6のゲート端子には、それぞれ、制御装置5から出力されるPWM信号が入力される。スイッチング素子SW1とSW4で形成されているブリッジ構造をU相アームとし、スイッチング素子SW2とSW5で形成されているブリッジ構造をV相アームとし、スイッチング素子SW3とSW6で形成されているブリッジ構造をW相アームとする。U相アームのスイッチング素子SW1とSW4との接続点にはU相の出力ラインが接続され、V相アームのスイッチング素子SW2とSW5との接続点にはV相の出力ラインが接続され、W相アームのスイッチング素子SW3とSW6との接続点にはW相の出力ラインが接続されている。各スイッチング素子SW1〜SW6は、PWM信号に基づいて、オン状態とオフ状態とを切り替えられる。
還流ダイオードは、各スイッチング素子SW1〜SW6のコレクタ端子とエミッタ端子との間に、それぞれ逆並列に接続されている。すなわち、還流ダイオードのアノード端子はそれぞれスイッチング素子SW1〜SW6のエミッタ端子に接続され、還流ダイオードのカソード端子はそれぞれスイッチング素子SW1〜SW6のコレクタ端子に接続されている。還流ダイオードは、スイッチング素子SW1〜SW6の切り替えによって発生する逆起電力による逆方向の高い電圧がスイッチング素子SW1〜SW6に印加されないようにするためのものである。
スナバ回路C1は、U相アームの両端に並列接続されている。同様に、スナバ回路C2はV相アームの両端に、スナバ回路C3はW相アームの両端に、それぞれ並列接続されている。本実施形態では、スナバ回路C1〜C3は、それぞれ6つのコンデンサを3直列2並列に接続したものである。スナバ回路C1〜C3は、スイッチング時に発生するサージ電圧を吸収するためのものである。
本実施形態において、スイッチング素子SW1、SW4および還流ダイオードは、1つのIGBTモジュールとして、パワーコンディショナBに配置されている。同様に、スイッチング素子SW2、SW5および還流ダイオードを備えるIGBTモジュールと、スイッチング素子SW3、SW6および還流ダイオードを備えるIGBTモジュールも、パワーコンディショナBに配置されている。各IGBTモジュールにはヒートシンクが取り付けられている。また、スナバ回路C1〜C3も各IGBTモジュールに接続されている。以下に説明するパワーコンディショナBの内部配置においては、これらのIGBTモジュールおよびスナバ回路をまとめてインバータ回路2として記載している。本実施形態では、2つのユニットを備えているので、パワーコンディショナBは、2個のインバータ回路2を備えている。
なお、インバータ回路2の構成は上記に限定されず、例えば、マルチレベルインバータなどであってもよい。
フィルタ3は、インバータ回路2の出力からスイッチングによる高周波成分を除去するものであり、リアクトル31およびコンデンサ32を備えたローパスフィルタである。インバータ回路2の出力は三相なので、フィルタ3は、3個のリアクトル31と、3個のコンデンサ32を備えている。本実施形態では、2つのユニットを備えているので、パワーコンディショナBは、6個のリアクトル31と6個のコンデンサ32とを備えている。なお、6個のコンデンサ32は、1つにまとめたモジュールとして、パワーコンディショナBに配置されており、以下に説明するパワーコンディショナBの内部配置においては、当該モジュールをコンデンサ32として記載している。
直流遮断器1は、パワーコンディショナBと直流電源Aとの接続を遮断するものである。直流遮断器1は通常時は閉路されており、パワーコンディショナBは直流電源Aに接続している。しかし、直流電源Aの異常が検出された場合などには、制御装置5からの遮断信号に基づいて直流遮断器1が開放され、パワーコンディショナBと直流電源Aとの接続が遮断される。本実施形態では、2つのユニットを備えているので、パワーコンディショナBは、2個の直流遮断器1を備えている。
交流遮断器4は、パワーコンディショナBと電力系統Cとの接続を遮断するものである。交流遮断器4は通常時は閉路されており、パワーコンディショナBは電力系統Cに接続している。しかし、系統電圧の異常や単独運転が検出された場合などには、制御装置5からの遮断信号に基づいて交流遮断器4が開放され、パワーコンディショナBと電力系統Cとの接続が遮断される。本実施形態では、2つのユニットを備えているので、パワーコンディショナBは、2個の交流遮断器4を備えている。
制御装置5は、パワーコンディショナBを制御するものである。制御装置5は、各電流センサおよび各電圧センサより入力される信号に基づいてPWM信号を生成して、インバータ回路2に出力する。また、各信号から異常を検出して、直流遮断器1や交流遮断器4に遮断信号を出力して、接続を遮断させる。以下に説明するパワーコンディショナBの内部配置においては、制御装置5のうち各ユニットのインバータ回路2を制御するための回路を、それぞれ制御装置5(本実施形態では、2つのユニットを備えているので、制御装置5が2個ある)として記載している。
次に、パワーコンディショナBの外観、内部構造および内部配置について、図2〜図6を参照して、説明する。
図2は、パワーコンディショナBの外観を示す図である。同図(a)は正面側から見た斜視図であり、同図(b)は背面側から見た斜視図である。なお、扉が設けられている面を正面としている。図3は、扉を開けた状態の概略図である。図4〜図6は、パワーコンディショナBの概略断面図である。図4は、図2(a)におけるIV−IV線断面図である。図5(a)は、図4におけるVa−Va線断面図である。図5(b)は、図4におけるVb−Vb線断面図である。図5(c)は、図5(b)におけるVc−Vc線断面図である。図6は、図2(a)におけるVI−VI線断面図である。
パワーコンディショナBは、例えば太陽光発電所などに設置されるものであり、屋外収納盤の中に設置されるのではなく、屋外に直接設置される。また、海岸近くの塩害地域などに設置されることも考慮して、内部に外気が入り込まないように、密閉状態で運転される。
パワーコンディショナBは、収納盤6を備えている(図2参照)。収納盤6は、正面側が開口した箱形の筐体に、扉61〜64が取り付けられたものである。上述した直流遮断器1、インバータ回路2、フィルタ3、交流遮断器4および制御装置5などは、収納盤6の内部に配置されている。本実施形態においては、収納盤6を構成する筐体および扉61〜64は、例えば、ステンレスなどの金属製である。なお、収納盤6の素材は金属に限定されず、所定の強度を有し、密閉性を確保できるものであればよい。例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:carbon-fiber-reinforced plastic)などの合成樹脂製などであってもよい。
収納盤6の底面(図2(a)における下方の面)には、入力側配線口67および出力側配線口68が設けられている。なお、図2(a)においては、実際には見えないので、破線で示している。入力側配線口67は、入力側の配線(直流電源Aに接続される配線など)を収納盤6の外部から引きこむための穴である。出力側配線口68は、出力側の配線(電力系統Cに接続される配線など)を収納盤6の外部から引きこむための穴である。入力側の配線の方が出力側の配線より多いので、入力側配線口67の方が出力側配線口68より広くなっている。入力側配線口67および出力側配線口68は、それぞれ配線を通した後は、隙間がないように閉鎖される。
扉61および扉62は、収納盤6の筐体の正面の左側に、いわゆる観音開きができるように取り付けられている。すなわち、扉61は、左端辺を軸にして回動可能に、収納盤6の筐体開口部の左端の位置に固定されている。また、扉62は、右端辺を軸にして回動可能に、収納盤6の筐体開口部の左右方向中央の位置に固定されている。扉63および扉64は、収納盤6の筐体の正面の右側に、いわゆる観音開きができるように取り付けられている。すなわち、扉63は、左端辺を軸にして回動可能に、収納盤6の筐体開口部の左右方向中央の位置に固定されている。また、扉64は、右端辺を軸にして回動可能に、収納盤6の筐体開口部の右端の位置に固定されている。図3(a)は、扉61〜64を開いた状態を示しており、図3(a)は、扉61および扉63を閉じて、扉62および扉64を開いた状態を示している。
出力側配線口68は、扉62の裏、すなわち、収納盤6の底面の手前側であって左右方向中央より左側に配置されている。また、入力側配線口67は、扉64の裏、すなわち、収納盤6の底面の手前側の右端に配置されている。本実施形態では、扉62の幅の寸法(図2(a)における左右方向の寸法)は、扉61の幅の寸法より小さくなっている。これは、扉62の幅の寸法を、出力側配線口68の幅の寸法に合わせたためである。また、本実施形態では、扉64の幅の寸法は、扉63の幅の寸法より大きくなっている。これは、扉64の幅の寸法を、入力側配線口67の幅の寸法に合わせたためである。また、扉61〜64は、閉じたときに、収納盤6の筐体との間に隙間ができないようになっている。
収納盤6の上面(図2(a)における上方の面)の上には、屋根65が配置されている。屋根65は、断熱材を備えており、直射日光による熱が収納盤6の上面に伝わることを抑制する。収納盤6の底面と地面との間には、台66が配置されている。つまり、収納盤6は、地面に台66を設置して、その上に設置される。台66は、収納盤6を固定するものであり、また、地面からの熱が収納盤6の底面に伝わることを抑制するものである。扉63には、操作パネル69が取り付けられている。実際には、操作パネル69が収納された操作盤が取り付けられており、操作パネル69を操作しないときは操作盤の扉を閉じておき、操作パネル69を操作するときに操作盤の扉を開けた状態で操作を行う。図2(a)においては、操作盤を省略して記載している。なお、図2(a)に記載の様に、操作盤を設けずに、操作パネル69を直接、扉63に取り付けるようにしてもよい。また、操作パネル69は、扉61に取り付けるようにしてもよい。
また、図2(b)に示すように、収納盤6の背面の下方には、4つの矩形状の孔が設けられており、各孔にはそれぞれ熱交換器7が嵌め込まれている。つまり、収納盤6には4つの熱交換器7が取り付けられている。パワーコンディショナBの製造工程においては、熱交換器7は最後に取り付けられる。熱交換器7が取り付けられるまでは、収納盤6に設けられた4つの矩形状の孔から、収納盤6の内部の背面側に配置される部材の取り付け作業や調整作業を行うことができる。各熱交換器7は、収納盤6の矩形状の孔を完全に塞ぐように(隙間ができないように)取り付けられる。
熱交換器7は、収納盤6内部の空気を冷却するためのものであり、収納盤6内部の空気を吸入し、外部から吸入した空気に放熱させて温度を低下させ、収納盤6内部に排出する。図4に示すように、熱交換器7の内部は、放熱部材71によって、受熱空間72および放熱空間73に分けられている。受熱空間72には、内部吸入口72aから、収納盤6内部の空気が吸入され、内部排出口72bから排出される(図4に示す左側の一点鎖線矢印参照)。内部吸入口72aにはファンが設けられており、当該ファンによって、内部吸入口72aから収納盤6内部の空気が受熱空間72に吸入され、内部排出口72bから受熱空間72内部の空気が収納盤6内部に排出される。なお、ファンは、内部吸入口72aに代えて、または、加えて、内部排出口72bに設けるようにしてもよい。放熱空間73には、外部吸入口73aから外気が吸入され、外部排出口73bから排出される(図4に示す右側の一点鎖線矢印参照)。外部吸入口73aにはファンが設けられており、当該ファンによって、外部吸入口73aから外気が放熱空間73に吸入され、外部排出口73bから放熱空間73内部の空気が外部に排出される。なお、ファンは、外部吸入口73aに代えて、または、加えて、外部排出口73bに設けるようにしてもよい。受熱空間72に吸入された収納盤6内部の空気の熱は、放熱部材71によって、放熱空間73に吸入された外気に排出される。放熱により温度が低下した受熱空間72内の空気が、収納盤6内部に排出される。なお、実際には、熱エネルギーの交換をより効率的に行えるように、放熱部材71、受熱空間72および放熱空間73が複雑な形状をしているが、図4においては簡略化した記載としている。
熱交換器7の内部において、受熱空間72と放熱空間73とは放熱部材71によって隔てられているので、外気が受熱空間72に侵入することはなく、熱交換器7を介して、外気が収納盤6内部に侵入することはない。また、入力側配線口67および出力側配線口68は、それぞれ配線を通した後は、隙間がないように閉鎖される。扉61〜64は、パワーコンディショナBが設置された後は、メンテナンス時や故障の発生時などを除いて、閉じられている。扉61〜64は、閉じられたときに、収納盤6の筐体との間に隙間ができないようになっている。したがって、パワーコンディショナBの運転中などで、扉61〜64を閉じた状態では、収納盤6は密閉されており、内部に外気や塵、埃などが浸入することがない。
図4に示すように、収納盤6の内部には、循環誘導部材8が配置されている。循環誘導部材8は、収納盤6内部の空気の流れを循環させるためのものである。循環誘導部材8は、矩形の板状の第1部材8aの一方端を、矩形の板状の第2部材8bの一方の面に、互いに略直交するように固定したものであり、断面が略T字形状になっている。本実施形態においては、循環誘導部材8は、収納盤6と同様、スチールなどの金属製である。なお、循環誘導部材8の素材は収納盤6と同じものでなくてもよく、例えば、合成樹脂などであってもよい。
循環誘導部材8は、第2部材8bが収納盤6の正面に対して略平行になるように、かつ、第1部材8aの他方端が内部吸入口72aと内部排出口72bとの間の位置で熱交換器7に接するように、収納盤6に固定されている。第2部材8bの上端と収納盤6の上面の内側との間、および、第2部材8bの下端と収納盤6の底面の内側との間には、それぞれ隙間が設けられている。
また、循環誘導部材8の側端(収納盤6に配置されたときの、収納盤6の正面から見た左端および右端)は、それぞれ収納盤6の側面(図2(a)における左右の面)の内側に接するのが望ましい。循環誘導部材8の側端と収納盤6の側面の内側との間に隙間があると、内部排出口72bから排出された冷却された空気が、当該隙間を通って内部吸入口72aに吸入されてしまい、収納盤6の内部を冷却する機能が低下するからである。本実施形態では、収納盤6の筐体が直方体形状に組み立てられたフレームに外壁を固定することで形成されているので、第2部材8bの側端が収納盤6の側面の内側の中央の上下方向のフレーム91に接するようにしている。しかし、第1部材8aの側端が収納盤6の側面の内側に接することができない(図5(b)参照)。したがって、第1部材8aの側端と収納盤6の側面の内側との間の、2本のフレーム(フレーム91と収納盤6の側面の内側の背面側の上下方向のフレーム)の間に、隙間用のフレーム92を配置することで、隙間ができないようにしている(図5(b)および(c)参照)。なお、本実施形態では、隙間用のフレーム92を他のフレームと同様の断面がロの字形状のフレームとしているが、これに限られない。隙間ができなければいいので、断面コの字形状のフレームや断面L字形状のアングルであってもよいし、板であってもよい。なお、循環誘導部材8の側端と収納盤6の側面の内側との間に隙間ができなければよいので、隙間用のフレーム92を配置するのではなく、第1部材8aの側端と収納盤6の側面の内側とが直接接するように、第1部材8aの側端が第2部材8bの側端より出っ張った形状としてもよい。
第1部材8aは、熱交換器7の内部排出口72bと内部吸入口72aとを隔てて、内部排出口72bから排出された冷却された空気が、すぐに内部吸入口72aに吸入されることを防ぐ役割を果たす。第2部材8bは、収納盤6の内部を正面側と背面側とに分けて、空気の流路(図4に示す破線矢印参照)を形成して、内部排出口72bから排出された空気を前記収納盤6内で循環させる役割を果たす。
熱交換器7の内部吸入口72aに設けられているファンは、常時稼働している。これにより、収納盤6内の空気の循環が行われる。一方、外部吸入口73aに設けられているファンは収納盤6の内部の温度が所定の温度以上の間だけ稼働して、この間、収納盤6の内部の空気の冷却が行われる。これにより、収納盤6の内部の温度が低いときには、熱交換器7の放熱空間73に外気が取り入れられることを抑制でき、外部吸入口73aに設けられているフィルタ(図示しない)の汚れを抑制することができる。なお、外部吸入口73aに設けられているファンも、常時稼働するようにしてもよい。
リアクトル31は、図4に示すように、収納盤6の最下部の背面寄りに配置されている。リアクトル31は、発熱量が多く温度が高くなりやすいので、最も冷却が必要な部材である。したがって、熱交換器7の内部排出口72bから排出される空気が最初に当たるように、内部排出口72bの近くに配置される。また、リアクトル31は重量が大きいので、パワーコンディショナBの重心を低くして安定させるためにも、収納盤6の最下部に配置する意味がある。上述したように、パワーコンディショナBは6個のリアクトル31を備えている。本実施形態では、図5(a)に示すように、6個のリアクトル31は、収納盤6の正面側から見て横方向に、間隔を空けて一列に配置されている。また、各リアクトル31の長手方向が熱交換器7の内部排出口72bから空気が排出される方向に対して略平行となり、内部排出口72bから排出される空気が各リアクトル31の間を通りやすいようになっている。これにより、内部排出口72bから排出される空気の流路がリアクトル31によって遮られ、空気の流量が少なくなってしまうことを抑制することができる。
上述したように、本実施形態では、パワーコンディショナBは2つのユニットを備えている。一方のユニット(以下では、「第1ユニット」とする)の3個のリアクトル31は、収納盤6の正面側から見て左側に配置されており、他方のユニット(以下では、「第2ユニット」とする)の3個のリアクトル31は、収納盤6の正面側から見て右側に配置されている。後述するように、第1ユニットのインバータ回路2が左側に配置され、第2ユニットのインバータ回路2が右側に配置されているので、第1ユニットの各リアクトル31とインバータ回路2との配線、および、第2ユニットの各リアクトル31とインバータ回路2との配線を短くすることができる。また、各リアクトル31は、インバータ回路2に接続するための接続端子31aが収納盤6の背面側になり、交流遮断器4に接続するための接続端子31bが収納盤6の正面側になるように配置されている(図6参照)。したがって、各リアクトル31と、循環誘導部材8の第2部材8bの裏側の面(収納盤6の背面側の面)に配置されているインバータ回路2とを接続するための配線を短くすることができる。また、各リアクトル31と、循環誘導部材8の第2部材8bの表側の面(収納盤6の正面側の面)に配置されている交流遮断器4とを接続するための配線を短くすることができる。
コンデンサ32(6個のコンデンサ32を1つにまとめたモジュール)は、図5(a)に示すように、収納盤6の最下部の正面から見て左端の正面寄りに配置されている。コンデンサ32は各リアクトル31と接続する必要があるので、リアクトル31の近辺に配置されている。なお、入力側配線口67と出力側配線口68との間に配置するようにしてもよい。
インバータ回路2(IGBTモジュールおよびスナバ回路)は、図4に示すように、循環誘導部材8の第2部材8bの裏側の面に配置されている。インバータ回路2(IGBTモジュール)にはヒートシンク21が取り付けられており、ヒートシンク21に送風するための送風ファン22が、ヒートシンク21の上方に配置されている。送風ファン22が下方のヒートシンク21に向けて送風することによって、収納盤6の内部を循環する空気の流量はより大きくなる。なお、熱交換器7の内部吸入口72aに設けられているファンによる空気の流れがあるので、送風ファン22を設けないようにしてもよい。リアクトル31から熱を奪うことで温度が高くなった空気は、収納盤6に放熱することで、ヒートシンク21に達する時点では適度に温度が低下している。したがって、ヒートシンク21で熱を奪うことができる。ヒートシンク21で熱を奪うことで温度が高くなった空気は、内部吸入口72aから吸入され、熱交換器7で冷却される。インバータ回路2は各ユニットごとに設けられているので、収納盤6には2つのインバータが配置されている。第1ユニットのインバータ回路2は、収納盤6の正面から見て左側に配置されており、第2ユニットのインバータ回路2は、収納盤6の正面から見て右側に配置されている。
制御装置5は、図4に示すように、循環誘導部材8の第2部材8bの表側の面に配置されている。また、図3に示すように、第1ユニットのインバータ回路2を制御する制御装置5は、収納盤6の正面から見て左側に配置されており、第2ユニットのインバータ回路2を制御する制御装置5は、収納盤6の正面から見て右側に配置されている。これにより、各インバータ回路2と制御装置5との配線を短くすることができる。なお、制御装置5を1つにまとめて、2つのインバータ回路2を制御するようにしてもよい。
直流遮断器1(第1ユニット、第2ユニットともに)は、図3に示すように、循環誘導部材8の第2部材8bの表側の面の、閉じた状態の扉64の裏面に向かい合う位置に配置されている。これにより、収納盤6の底面に設けられた入力側配線口67(図2(a)参照)から引きこまれる入力側の配線(直流電源Aに接続される配線など)を接続しやすくなっている。また、扉64の幅の寸法が入力側配線口67の幅の寸法に合わせてあり、直流遮断器1が扉64の裏面に向かい合う位置に配置されているので、図3(b)に示すように、扉63を閉じたまま、扉64のみを開いた状態で、入力側の配線作業を行うことができる。
交流遮断器4(第1ユニット、第2ユニットともに)は、図3に示すように、循環誘導部材8の第2部材8bの表側の面の、閉じた状態の扉62の裏面に向かい合う位置に配置されている。これにより、収納盤6の底面に設けられた出力側配線口68(図2(a)参照)から引きこまれる出力側の配線(電力系統Cに接続される配線など)を接続しやすくなっている。また、扉62の幅の寸法が出力側配線口68の幅の寸法に合わせてあり、交流遮断器4が扉62の裏面に向かい合う位置に配置されているので、図3(b)に示すように、扉61を閉じたまま、扉62のみを開いた状態で、出力側の配線作業を行うことができる。
また、図2(a)に示すように、操作パネル69が扉63に取り付けられているので、出荷設定時などに、扉62および扉64のみを開いた状態で、操作パネル69の操作を行いながら(モニタを見ながら)、作業を行うことができる(図3(b)参照)。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態によると、パワーコンディショナBの運転中などで、扉61〜64を閉じた状態では、収納盤6は密閉されている。したがって、収納盤6内部に外気や塵、埃などが浸入することがない。これにより、塩害地域に配置された場合でも、塩分を含んだ外気により収納盤6内部や内部に配置されたリアクトル31などの部材が腐食することを防止することができる。また、塵や埃が収納盤6内部に取り入れられることも防止することができる。
また、本実施形態によると、循環誘導部材8が、熱交換器7の内部排出口72bから収納盤6の内部を循環して内部吸入口72aに至る空気の流路を形成する。したがって、内部排出口72bから排出された冷却された空気がすぐに内部吸入口72aに吸入されることによる、冷却機能の低下を抑制することができる。さらに、第1部材8aの側端と収納盤6の側面の内側との間の、2本のフレーム(フレーム91と収納盤6の側面の内側の背面側の上下方向のフレーム)の間に、隙間用のフレーム92が配置されている。したがって、第1部材8aの側端と収納盤6の側面の内側との間の隙間を空気が通ることを防いで、冷却機能の低下をさらに抑制することができる。
また、本実施形態によると、リアクトル31が熱交換器7の内部排出口72bの近辺に配置され、インバータ回路2に取り付けられたヒートシンク21が内部吸入口72aの近辺に配置されている。リアクトル31から熱を奪うことで温度が高くなった空気は、収納盤6内部に形成された流路を流れている間に、収納盤6で放熱し、ヒートシンク21に達する時点では適度に温度が低下している。したがって、冷却が必要なリアクトル31およびインバータ回路2を、効率よく冷却することができる。
また、本実施形態によると、循環誘導部材8が収納盤6の内部を正面側と背面側とに分けて空気の流路を形成している。したがって、空気の流路を形成するためのダクトを別途設ける必要がない。これにより、別途ダクトを設ける場合と比べて、収納盤6の大きさ、特に奥行き(収納盤の正面と背面との距離)を小さくすることができる。
また、本実施形態によると、リアクトル31は、収納盤6の最下部に配置されている。重量が大きいリアクトル31が最下部に配置されることで、パワーコンディショナBの重心が低くなり、安定させることができる。また、6個のリアクトル31は、収納盤6の正面側から見て横方向に一列に、各リアクトル31の長手方向が熱交換器7の内部排出口72bから空気が排出される方向に対して略平行となるように配置されている。また、内部排出口72bから排出される空気が各リアクトル31の間を通りやすいように、各リアクトル31は、間隔をあけて配置されている。これにより、内部排出口72bから排出される空気の流路がリアクトル31によって遮られ、空気の流量が少なくなってしまうことを抑制することができる。これにより、熱交換器7からの風量を多くすることなく、効率的にリアクトル31を冷却することができる。また、各リアクトル31は、インバータ回路2に接続するための接続端子31aが収納盤6の背面側になり、交流遮断器4に接続するための接続端子31bが収納盤6の正面側になるように配置されている。したがって、各リアクトル31と、インバータ回路2および交流遮断器4とを接続するための配線を短くすることができる。また、各リアクトル31が最下部に間隔を空けて配置され、各リアクトル31の手前(収納盤6の正面側)に空間が確保されているので、作業性がよい。
また、本実施形態によると、出力側配線口68が扉62の裏に配置されており、扉62の幅の寸法は出力側配線口68の幅の寸法に合わせている。また、入力側配線口67が扉64の裏に配置されており、扉64の幅の寸法は入力側配線口67の幅の寸法に合わせている。したがって、扉61および扉63を閉じたまま、扉62または扉64のみを開放することで、作業効率を低下させることなく、配線作業を行うことができる。また、直流遮断器1は扉64の裏面に向かい合う位置に配置され、交流遮断器4は、扉62の裏面に向かい合う位置に配置されている。したがって、直流遮断器1や交流遮断器4の再投入も、扉61および扉63を閉じたまま、扉62または扉64のみを開放することで、行うことができる。これにより、配線作業時や各遮断器の再投入時の開放部分を小さくすることができるので、パワーコンディショナBが塩害地域に設置された場合でも、収納盤6の内部が、塩分を含んだ外気にさらされることを抑制することができる。また、扉61および扉63を開放した場合、扉61および扉63が作業の邪魔になる。扉61および扉63を閉じたまま作業を行うことができるので、作業の効率が向上する。また、操作パネル69が、開放する必要のない扉63に取り付けられている。したがって、出荷設定時などに、扉62および扉64のみを開いた状態で、操作パネル69の操作を行いながら(モニタを見ながら)、作業を行うことができる。
また、本実施形態によると、パワーコンディショナBの製造工程において、熱交換器7は最後に取り付けられる。したがって、熱交換器7が取り付けられるまでは、収納盤6に設けられた4つの矩形状の孔から、収納盤6の内部の背面側に配置される部材の取り付け作業や調整作業を行うことができる。これにより、製造工程における作業効率が向上する。
なお、本実施形態においては、循環誘導部材8が断面略T字形状である場合について説明したが、循環誘導部材8の形状は限定されない。循環誘導部材8は、熱交換器7の内部排出口72bから収納盤6の内部を循環して内部吸入口72aに至る空気の流路を形成するものであればよい。例えば、図7(a)に示すように、第2部材8bに略直交する第1部材8aをもう1つ追加し、断面が略F字形状になるようにしてもよい。第1部材8aが1つだけの場合、第1部材8aと内部吸入口72aとの間、および、第1部材8aと内部排出口72bとの間で、空気が停滞する場合があるが、本実施例の場合、各第1部材8aがそれぞれ内部吸入口72aおよび内部排出口72bの近くで熱交換器7に接するので、内部吸入口72aおよび内部排出口72b付近で空気が停滞することを抑制することができる。また、2つの第1部材8aが第2部材8bに略直交するのではなく、図7(b)に示すように、傾斜を設けるように固定した場合、空気の流れがよりスムーズになる。また、循環誘導部材8は、第1部材8aと第2部材8bとを組み合わせたものに限定されず、図7(c)および(d)に示すように、1つの部材としてもよい。なお、図7(c)および(d)においては、収納盤6内部に配置されている他の部材の記載を省略している。
本実施形態においては、扉62の幅の寸法を出力側配線口68の幅の寸法に合わせ、扉64の幅の寸法を入力側配線口67の幅の寸法に合わせた場合について説明したが、これに限られない。例えば、出力側配線口68の幅の寸法を配線を通すには充分な大きさとした場合、扉62の幅の寸法を出力側配線口68の幅の寸法に合わせてしまうと、作業性が悪くなってしまう場合がある。このような場合には、扉62の幅の寸法を、作業性が悪くならない程度に、出力側配線口68の幅の寸法より大きくしてもよい。また、同様に、扉64の幅の寸法を入力側配線口67の幅の寸法より大きくしてもよい。これらの場合でも、扉61および扉63を閉じたまま、扉62または扉64のみを開放することで、配線作業を行うことができる。また、直流遮断器1や交流遮断器4の再投入も、扉61および扉63を閉じたまま、扉62または扉64のみを開放することで、行うことができる。したがって、配線作業時や各遮断器の再投入時の開放部分を小さくすることができ、収納盤6の内部が外気にさらされることを抑制することができる。また、扉61および扉63を閉じたまま作業を行うことができるので、作業の効率が向上する。
本実施形態においては、内部排出口72bが2個設けられた熱交換器7を4個設けた場合の、各リアクトル31の配置について説明したが、これに限られない。各リアクトル31は、熱交換器7および内部排出口72bの配置に応じて、適宜配置すればよい。図8(a)は、内部排出口72bが2個設けられた熱交換器7を2個設けた場合の、各リアクトル31の配置の例について示している。また、図8(b)は、内部排出口72bが3個設けられた熱交換器7を2個設けた場合の、各リアクトル31の配置の例について示している。各リアクトル31は、内部排出口72bから排出される空気の流路を遮らないように配置されていればよい。
本実施形態においては、各リアクトル31が収納盤6の最下部に配置されている場合について説明したが、これに限られない。各リアクトル31は、熱交換器7の内部排出口72bの位置に応じて配置すればよい。ただし、パワーコンディショナBの重心を低くして安定させるためには、各リアクトル31は収納盤6の最下部に配置されるのが望ましいので、熱交換器7の内部排出口72bが収納盤6の下方に配置されるように設計するのが望ましい。
本実施形態においては、熱交換器7で収納盤6内部の空気を冷却する場合について説明したが、これに限られない。例えば、熱交換器7に代えて、エアコンを用いるようにしてもよい。ただし、エアコンを稼働させるための電力が必要になり、発電効率が低下してしまう。また、パワーコンディショナBが塩害地域に設置されるのではない場合などには、熱交換器7に代えて、外気を取り入れるための送風ファンを用いるようにしてもよい。ただし、外気から塵や埃を取り除くためのフィルタを設け、定期的に取り換えるなどのメンテナンスが必要になる。したがって、熱交換器7を用いるのが望ましい。
本実施形態においては、入力側配線口67および出力側配線口68を収納盤6の底面に配置した場合について説明したが、収納盤6の上面に配置するようにしてもよい。また、本実施形態においては、入力側配線口67を扉64の裏に配置し、出力側配線口68を扉62の裏に配置した場合について説明したが、これに限られない。例えば、入力側配線口67を扉63の裏に配置してもよい。この場合、扉63の幅の寸法を入力側配線口67の幅の寸法に合わせる必要がある。また、出力側配線口68を扉61の裏に配置してもよい。この場合、扉61の幅の寸法を出力側配線口68の幅の寸法に合わせる必要がある。
本実施形態においては、扉61および扉63も開放できるようになっているが、パワーコンディショナBの製造後は、ほとんど開閉する必要がない。したがって、図9(a)に示すように、扉61および扉63の代わりに、収納盤6の筐体に固定した外壁61’および63’を設けるようにしてもよい。また、図9(b)に示すように、収納盤6の筐体の正面側に外壁61”を設け、扉62および扉64の上下方向の寸法を小さくした扉62’および扉64’を、外壁61”の下方(横方向の位置は扉62および扉64の場合と同様)に設けるようにしてもよい。この場合でも、扉62’および扉64’を開放すれば、配線作業や各遮断器の再投入を行うことができる。扉62’および扉64’の場合、扉62および扉64の場合より開放される面積が小さくなる。したがって、収納盤6の内部が外気にさらされることを、より抑制することができる。
上記第1実施形態においては、パワーコンディショナBが2つのユニット(第1ユニットおよび第2ユニット)を備えている場合について説明したが、これに限られない。パワーコンディショナBは、ユニットを1つだけ備えていてもよいし、3つ以上備えていてもよい。以下では、ユニットが1つだけであるパワーコンディショナについて、第2実施形態として説明する。
図10は、第2実施形態に係るパワーコンディショナB’を説明するための図である。図10(a)は図2(a)に対応する図であり、図10(b)は図3(a)に対応する図であり、図10(c)は図5(a)に対応する図である。同図において、第1実施形態に係るパワーコンディショナBと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
図10に示すパワーコンディショナB’は、ユニットを1つだけ備えている点で、第1実施形態に係るパワーコンディショナBと異なる。
図10(a)に示すように、パワーコンディショナB’の収納盤6には、扉61および扉64のみが取り付けられている。収納盤6の底面には、1つの配線口67’のみが設けられている。出力側の配線も入力側の配線も配線口67’から引きこまれる。扉64の幅の寸法は、配線口68’の幅の寸法に合わせられている。図10(b)に示すように、パワーコンディショナB’は、リアクトル31を3個、コンデンサ32、直流遮断器1、交流遮断器4および制御装置5を、それぞれ1個ずつ備えている。なお、図示しないが、インバータ回路2も1個のみ備えている。また、図10(c)に示すように、パワーコンディショナB’は、熱交換器7を2個備えている。
扉64の幅の寸法は配線口67’の幅の寸法に合わせている。また、直流遮断器1および交流遮断器4は、扉64の裏面に向かい合う位置に配置されている。したがって、扉61を閉じたままで、配線作業を行うことができる。また、直流遮断器1や交流遮断器4の再投入も、扉61を閉じたままで、行うことができる。これにより、配線作業時や各遮断器の再投入時の開放部分を小さくすることができるので、パワーコンディショナBが塩害地域に設置された場合でも、収納盤6の内部が、塩分を含んだ外気にさらされることを抑制することができる。
パワーコンディショナB’のその他の構成は、第1実施形態に係るパワーコンディショナBと同様なので、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
本発明に係るパワーコンディショナは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るパワーコンディショナの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。