JP2017005823A - 直流電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源から直流開閉器を介して複数の電圧を出力する直流電源システムにおいて、直流開閉器の設置スペースを低減することができ、且つ各出力電圧に対応した専用の直流開閉器が不要となる技術を提供すること。【解決手段】３極以上の接点を持つ開閉器の入力端子３に、複数の直流電源を並列に接続する。この開閉器の出力端子間から第一電圧を出力させ、端子間電圧が第一電圧とは異なる出力端子間から第二電圧を出力させる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システム、燃料電池などの直流電源システムに関するものである。

太陽光発電装置や燃料電池などから出力された直流電源を用いる直流電源システムでは、出力電圧ごとに、それぞれ専用の直流開閉器が設けられている。

直流開閉器は、特許文献１に記載のように、ハンドルと連動する可動接触子を固定接触子とともにケースの内部に組み込み、直流回路の開閉を行なう機器であるが、このような直流開閉器を、出力電圧ごとに複数設ける従来技術では、複数の直流開閉器の設置スペースを確保する必要があったり、直流開閉器が各出力電圧に対応する必要があり不都合であるという問題があった。

特開２０１３−２３５７４８号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、直流電源から直流開閉器を介して複数の電圧を出力する直流電源システムにおいて、直流開閉器の設置スペースを低減することができ、且つ各出力電圧に対応した専用の直流開閉器が不要な技術を提供することである。

本発明では、直流電源から直流開閉器を介して複数の電圧を出力する直流電源システムにおいて、上記課題を解決するための手段として、３極以上の接点を持つ開閉器と、この開閉器の異なる入力端子間に並列に接続された複数の直流電源と、この開閉器の出力端子間から第一電圧を出力させる第一電圧出力回路と、この開閉器の端子間電圧が前記第一電圧とは異なる出力端子間から第二電圧を出力させる第二電圧出力回路とを備えた構成を採用した。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の直流電源システムにおいて、前記開閉器が４極の接点を持つ４極開閉器であり、前記４極の接点のうち、両端を除く中央２極の接点に繋がる出力端子間を繋ぐ短絡部を形成し、前記４極の接点にそれぞれ繋がる出力端子のうち、両端の出力端子間から前記第二電圧を出力させ、両端の何れかの出力端子と前記の短絡部から前記第一電圧を出力させることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の直流電源システムにおいて、前記４極開閉器を、２つの２極開閉器から構成したことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の直流電源システムにおいて、前記の各２極開閉器の接点を開放するハンドル同士を連結して４極の接点を同時に開閉可能としたことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の直流電源システムにおいて、前記の開閉器が３極の接点を持つ３極開閉器であり、前記３極の接点にそれぞれ繋がる出力端子のうち、両端の出力端子間から前記第二電圧を出力させ、両端の何れかの出力端子とそれに隣接する出力端子間から前記第一電圧を出力させることを特徴とするものである。

本発明のように、直流電源から直流開閉器を介して複数の電圧を出力する直流電源システムにおいて、３極以上の接点を持つ開閉器の入力端子を、複数の直流電源と並列に接続して回路を形成し、この開閉器の出力端子間から第一電圧を出力させ、またこの開閉器の端子間電圧が前記第一電圧とは異なる出力端子間から第二電圧を出力させる構成を採用することにより、直流開閉器を出力電圧ごとに複数設けていた従来技術に比べて、直流開閉器の設置数およびその設置スペースを低減することができ、且つ各出力電圧に対応した専用の直流開閉器が不要となる。

また請求項３記載の発明のように、４極開閉器を、２つの２極開閉器から構成することにより、既存の２極開閉器を利用して本発明のシステムを実現することができる。この場合に、請求項４記載の発明のように、各２極開閉器の接点を開放するハンドル同士を連結することにより、ハンドル操作によって４極の接点を同時に開閉可能とすることができる。

実施形態１の電気回路の概略図である。 実施形態２の電気回路の概略図である。 実施形態３の電気回路の概略図である。 実施形態４の電気回路の概略図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。以下の実施形態１〜４では、直流電源として、非接地系の直流電源、具体的には太陽光モジュールで発電された直流電力を用いている。

（実施形態１）
本実施形態では、図１に示すように、４極の接点１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）を持つ４極開閉器２の入力端子３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）のうち、３Ａを太陽光モジュール４Ａの＋極と接続し、３Ｂを太陽光モジュール４Ａの−極と接続し、入力端子３Ｃを太陽光モジュール４Ｂの＋極と接続して、３Ｄを太陽光モジュール４Ｂの−極と接続している。すなわち、２つの直流電源である太陽光モジュール４Ａと太陽光モジュール４Ｂが、４極開閉器２の入力端子３に並列に接続されている。なお、直流電源は複数接続されるものであればよく、２つに限定されることはない。

４極開閉器２の出力端子５（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ）のうち、両端（１Ａ、１Ｄ）を除く中央２極（１Ｂと１Ｃ）の接点に繋がる出力端子間（５Ｂ〜５Ｃ間）を繋ぐ短絡部を形成している。５Ｂと５Ｃの接続方法は特に限定されず、例えば、５Ｂと５Ｃを電線や導電バーなどで接続して短絡部を形成することができる。短絡部は、４極開閉器２の内部に形成することもできる。

４極開閉器２の出力端子５のうち、５Ａと５Ｂに第一電圧出力回路を接続し、第一電圧を取り出す。第一電圧出力回路は、第一負荷（本実施形態では蓄電池）に接続される。また、５Ａと５Ｄに第二電圧出力回路を接続し、第二電圧を取り出す。第二電圧出力回路は、第二負荷（本実施形態ではパワーコンディショナー）に接続される。

５Ａと短絡部、および５Ｄと短絡部の間には、太陽光モジュール４Ａおよび４Ｂのそれぞれ単独での出力電圧である第一電圧が印加されており、５Ａ〜５Ｄ間には、太陽光モジュール４Ａおよび４Ｂの出力電圧を合計した第二出力電圧が印加されている。このため、本実施形態では、第一負荷には第一電圧が印加され、第二負荷には第一電圧とは異なる第二電圧が印加される。このように、本実施形態の直流電源システムによれば、１つの４極開閉器から、異なる電圧を出力させることができるため、出力電圧ごとに専用の直流開閉器を複数設けていた従来技術に比べて、直流開閉器の設置数およびその設置スペースを低減することができ、且つ各出力電圧に対応した専用の直流開閉器が不要となる。また、短絡部は２つの接点で切り離されるので、回路を開く際に各接点に係る負荷を低減させることができる。なお、太陽光モジュール４Ａと太陽光モジュール４Ｂの出力電圧が異なる場合には、５Ｃと５Ｄ間の電圧は第一電圧とは異なる第三電圧となる。

（実施形態２）
図２に示すように、４極開閉器を、２つの２極開閉器から構成することもできる。この場合、太陽光モジュール４Ａは一方の２極開閉器の入力端子３Ａ、３Ｂに接続され、太陽光モジュール４Ｂは他方の２極開閉器の入力端子３Ｃ、３Ｄに接続される。そして一方の２極開閉器の出力端子５Ｂと、他方の２極開閉器の出力端子５Ｃ間を短絡させれば、第１の実施形態と同様の機能を発揮させることができる。図２に示すように、これらの２つの２極開閉器の接点を開放するハンドル同士を連結することにより、ハンドル操作によって４極の接点を同時に開閉可能とすることができる。しかし、ハンドル同士を連結することなく、手動でそれぞれの２極開閉器のハンドルを順次操作するようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態では、図３に示すように、４極の接点１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）を持つ４極開閉器２の入力端子３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）のうち、３Ａを太陽光モジュール４Ａの＋極と接続し、３Ｂを太陽光モジュール４Ａの−極と接続し、入力端子３Ｃを太陽光モジュール４Ｂの−極と接続して、３Ｄを太陽光モジュール４Ｂの＋極と接続している。すなわち、２つの直流電源である太陽光モジュール４Ａと太陽光モジュール４Ｂが、４極開閉器２の入力端子３に並列に接続されている。

実施形態１では、５Ｂと５Ｃを接続して短絡部を形成させたのに対し、本実施形態では、５Ｂと５Ｄを接続して短絡部を形成させている。このように、４極開閉器を２つの直流電源と接続して形成された回路中に２つの接点で切り離される短絡部を備える構成とすることにより、回路を開く際に各接点に係る負荷を低減させることができ、高電圧にも対応することができる。

本実施形態では、図３に示すように、４極開閉器２の出力端子５（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ）のうち、５Ａと５Ｂに第一電圧出力回路を接続し、第一電圧を取り出す。第一電圧出力回路は、第一負荷（本実施形態では蓄電池）に接続される。また、５Ａと５Ｃに第二電圧出力回路を接続し、第一電圧とは異なる第二電圧を取り出す。第二電圧出力回路は、第二負荷（本実施形態ではパワーコンディショナー）と接続される。

５Ａと短絡部、および５Ｃと短絡部の間には、太陽光モジュール４Ａおよび４Ｂのそれぞれ単独での出力電圧である第一電圧が印加されており、５Ａ〜５Ｃ間には、太陽光モジュール４Ａの出力電圧と太陽光モジュール４Ｂの出力電圧を合計した第二出力電圧が印加されている。このため本実施形態では、第一負荷には第一電圧が印加され、第二負荷には第二電圧が印加される。このように、本実施形態の直流電源システムによれば、１つの４極開閉器から、異なる電圧を出力させることができるため、出力電圧ごとに専用の直流開閉器を複数設けていた従来技術に比べて、直流開閉器の設置数およびその設置スペースを低減することができ、且つ各出力電圧に対応した専用の直流開閉器が不要となる。

本実施形態の変形形態として、５Ａと５Ｃを接続して短絡部を形成して、５Ｃ〜５Ｄ間に第一電圧を印加させ、５Ｂ〜５Ｄ間に第二電圧を印加させて、５Ｃと５Ｄを第一負荷と接続し、５Ｂと５Ｄを第二負荷と接続させることもできる。

（実施形態４）
本実施形態では、図４に示すように、３極の接点６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）を持つ３極開閉器７の入力端子８（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）のうち、８Ａを太陽光モジュール４Ａの＋極と接続し、８Ｂを太陽光モジュール４Ａの−極および太陽光モジュール４Ｂの＋極と接続して、入力端子８Ｃを太陽光モジュール４Ｂの−極と接続している。すなわち、２つの直流電源である太陽光モジュール４Ａと太陽光モジュール４Ｂが、４極開閉器２の入力端子３に並列に接続されている。

本実施形態では、図４に示すように、３極開閉器７の出力端子９（９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）のうち、９Ａと９Ｂに第一電圧出力回路を接続し、第一電圧を取り出す。第一電圧出力回路は第一負荷（本実施形態では蓄電池）と接続される。また９Ａと９Ｃに第二電圧出力回路を接続し、第一電圧とは異なる第二電圧を取り出す。第二電圧出力回路は、第二負荷（本実施形態ではパワーコンディショナー）と接続させている。

９Ａ〜９Ｂ間には、太陽光モジュール４Ａの出力電圧である第一電圧が印加されており、９Ａ〜９Ｃ間には、太陽光モジュール４Ａの出力電圧と太陽光モジュール４Ｂの出力電圧を合計した第二出力電圧が印加されており、本実施形態では、第一負荷には第一電圧が印加され、第二負荷には第二電圧が印加される。このように、本実施形態の直流電源システムによれば、１つの３極開閉器から、異なる電圧を出力させることができるため、出力電圧ごとに専用の直流開閉器を複数設けていた従来技術に比べて、直流開閉器の設置数およびその設置スペースを低減することができ、且つ各出力電圧に対応した専用の直流開閉器が不要となる。

１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ） 接点
２ ４極開閉器
３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ） 入力端子
４Ａ、４Ｂ 太陽光モジュール
５（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ） 出力端子
６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ） 接点
７ ３極開閉器
８（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ） 入力端子
９（９Ａ、９Ｂ、９Ｃ） 出力端子

Claims (5)

1. ３極以上の接点を持つ開閉器と、
   この開閉器の異なる入力端子間に並列に接続された複数の直流電源と、
   この開閉器の出力端子間から第一電圧を出力させる第一電圧出力回路と、
   この開閉器の端子間電圧が前記第一電圧とは異なる出力端子間から第二電圧を出力させる第二電圧出力回路とを備えたことを特徴とする直流電源システム。
2. 前記開閉器が４極の接点を持つ４極開閉器であり、
   前記４極の接点のうち、両端を除く中央２極の出力端子間を繋ぐ短絡部を形成し、
   前記４極の接点にそれぞれ繋がる出力端子のうち、両端の出力端子間から前記第二電圧を出力させ、
   両端の何れかの出力端子と前記の短絡部から前記第一電圧を出力させることを特徴とする請求項１記載の直流電源システム。
3. 前記４極開閉器を、２つの２極開閉器から構成したことを特徴とする請求項２記載の直流電源システム。
4. 前記の各２極開閉器の接点を開放するハンドル同士を連結して４極の接点を同時に開閉可能としたことを特徴とする請求項３記載の直流電源システム。
5. 前記の開閉器が３極の接点を持つ３極開閉器であり、
   前記３極の接点にそれぞれ繋がる出力端子のうち、両端の出力端子間から前記第二電圧を出力させ、
   両端の何れかの出力端子とそれに隣接する出力端子間から前記第一電圧を出力させることを特徴とする請求項１記載の直流電源システム。

Images