JP3575328B2

JP3575328B2 - Solar power generator

Info

Publication number: JP3575328B2
Application number: JP11645599A
Authority: JP
Inventors: 博昭小新; 弘忠東浜; 久視臼井; 晃吉武; 信一郎岡本; 忠吉向井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000312484A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池等からの直流電力をもとに交流電力を発生する太陽光発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電装置は、特開平８−２２３８１６号に記載されているように、太陽電池の電圧を次段のＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧、安定化を行い、さらに次段のＤＣ−ＡＣインバータにて正弦波交流電流に変換して出力する。このＤＣ−ＤＣコンバータには特開平１０−２３６８６号に記載されている昇圧チョッパ方式が回路構成の簡単なことから一般的に用いられている。
【０００３】
図７にその回路構成を示す。太陽電池ＰＶ１の両端に入力コンデンサＣ１が接続され、その両端に昇圧リアクトルＬ１とスイッチ素子Ｑ１の直列回路が接続されている。そして、スイッチ素子Ｑ１の昇圧リアクトルＬ１が接続される一端にダイオードＤ１のアノードが接続され、スイッチ素子Ｑ１の他端とダイオードＤ１のカソード間に出力コンデンサＣ２が接続される。ここで、昇圧リアクトルＬ１、スイッチ素子Ｑ１、ダイオードＤ１、入力コンデンサＣ１、出力コンデンサＣ２より昇圧チョッパ回路１０が構成される。
【０００４】
この昇圧チョッパ回路１０では、スイッチ素子Ｑ１を周期的にオン、オフし、スイッチ素子Ｑ１のオン時に昇圧リアクトルＬ１に蓄えた電気エネルギーをスイッチ素子Ｑ１のオフ時に太陽電池ＰＶ１に加えて出力コンデンサＣ２へ供給する。このとき、スイッチ素子Ｑ１のオン、オフ時間比を変化させることで、昇圧チョッパ回路１０の出力電圧を調整する。
【０００５】
また、上記したＤＣ−ＡＣインバータは、特開平１０−２０７５５９号に記載されているようなスイッチ素子を４個組み合わせたブリッジ構成をなし、その主回路を図８に示す。図７に示した出力コンデンサＣ２の両端にスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の直列回路とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ５の直列回路が並列に接続される。そして、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の接続点とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ５の接続点間にフィルタ用リアクトルＬ２、出力フィルタ用コンデンサＣ３、フィルタ用リアクトルＬ３の直列回路が接続され、出力フィルタ用コンデンサＣ３の両端に系統Ｕ１が接続されている。このとき、スイッチ素子Ｑ２〜Ｑ５によりスイッチング回路１１が構成され、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３と出力フィルタ用コンデンサＣ３により出力フィルタ１２が構成される。
【０００６】
ここで、上記したスイッチ素子Ｑ２〜Ｑ５のうち、対角のスイッチ素子Ｑ２，Ｑ５とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４がそれぞれ同時にオン、オフ動作を行い、直列に接続されたスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４は互いに反転動作を行い、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ５も互いに反転動作を行う。
【０００７】
ここで、スイッチ素子Ｑ２〜Ｑ５のオンオフ時間比が１：１の時は出力電流が零となり、このオンオフ時間比を変化させることで、出力電流の電流値と電流方向を変化させることができる。このとき、オンオフ時間比を正弦波状の割合に変化させると、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の平滑効果により正弦波状の出力電流が出力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した昇圧チョッパ回路１０、スイッチング回路１１、出力フィルタ１２を備え、太陽電池ＰＶ１等の直流電源からの直流電圧を入力し、交流電力を系統に出力する一般的な太陽光発電装置では、装置の動作中に主たる損失を発生する部分は、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ５と昇圧リアクトルＬ１とフィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３である。
【０００９】
このうち、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ５は、その損失による温度上昇を低減させるための付属させる放熱板の形状やサイズを太陽光発電装置の機器形状に合わせてある程度選択できる自由度をもっている。一方、昇圧リアクトルＬ１、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３は、出力電力、スイッチング周波数、温度上昇によりほぼ一義的に形状が決まってしまうため、機器形状に合わせて特に薄型化するなどの自由度に欠け、機器内における昇圧リアクトルＬ１とフィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の配置が制約を受け、機器の上下方向に２階建て構造に設置されることが多い。
【００１０】
このように構成された太陽光発電装置の機器を壁面に取り付けると、昇圧リアクトルＬ１とフィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３は両者とも損失に基づく発熱を起こし、空気の対流作用により上部のリアクトルが下部のリアクトルによってさらに加熱される。このため、上部のリアクトルの線種の耐熱ランクやコア材のキュリー点を上げたり、リアクトルの形状を大きくしたりして自己発熱分を抑える必要があるが、リアクトル自体のコストアップや形状の肥大化という問題が生じてしまう。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は使用されるリアクトルのコストアップと形状の肥大化を抑えた太陽光発電装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、太陽電池等の直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部により昇圧された直流電圧による直流電力を交流電力に変換する変換部とを備え、太陽光をもとに交流電力を発生する太陽光発電装置において、前記昇圧部に用いる昇圧用リアクトルの配置位置を前記変換部に用いるフィルタ用リアクトルの配置位置に対して、周辺の空気の流れの風下側とするとともに、少なくとも前記昇圧用リアクトルの前記フィルタ用リアクトルに対向する側の形状を略円形状又は流線形としたことを特徴とする。よって、他方のリアクトルの発熱により加熱されるのは発熱の小さい方の昇圧用リアクトルとなり、その線種の耐熱ランクやコア材のキュリー点を上げたり、リアクトルの形状を大きくしたりして自己発熱分を抑える必要もなく、コストアップや形状の肥大化を防止できる。そのうえ、フィルタ用リアクトルにより熱せられた空気が各リアクトルの隙間に停滞することなく円滑に流れ、風下側の昇圧用リアクトルへの加熱効果を低減できる。
【００１４】
また、請求項２の発明では、太陽電池等の直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部により昇圧された直流電圧による直流電力を交流電力に変換する変換部とを備え、太陽光をもとに交流電力を発生する太陽光発電装置において、前記昇圧部に用いる昇圧用リアクトルの配置位置を前記変換部に用いるフィルタ用リアクトルの配置位置に対して、周辺の空気の流れの風下側とするとともに、少なくとも前記昇圧用リアクトルが周辺の空気の流れ方向に対して斜めとなるように配置されることを特徴とする。よって、他方のリアクトルの発熱により加熱されるのは発熱の小さい方の昇圧用リアクトルとなり、その線種の耐熱ランクやコア材のキュリー点を上げたり、リアクトルの形状を大きくしたりして自己発熱分を抑える必要もなく、コストアップや形状の肥大化を防止できる。さらに、フィルタ用リアクトルにより熱せられた空気が各リアクトルの隙間に停滞することなく円滑に流れ、風下側の昇圧用リアクトルへの加熱効果を低減できる。
【００１５】
また、請求項３の発明では、請求項１、２に記載の発明において、前記昇圧用リアクトルの温度を検出するセンサを設け、前記フィルタ用リアクトルの温度上昇を推定可能としたことを特徴とする。よって、フィルタ用リアクトルの温度を検出するセンサを設けることなくその温度上昇を推定でき、コストを抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する。図３は本発明の太陽光発電装置の回路構成を示しており、その主な部品を搭載した状態を図１、図２に示している。図１は太陽光発電装置を壁面に設置したものを正面からみた正面図であり、図２は太陽光発電装置の分解組立図である。尚、図３において従来例を示す図７、図８と同じものには同じ符号を付している。
【００１７】
図３において、太陽光発電装置２０は直流電源である太陽電池ＰＶ１から入力される直流電圧をうけて系統Ｕ１へ交流電力を供給するものであり、次に示すように構成される。太陽電池ＰＶ１にノイズフィルタ２２を介して入力コンデンサＣ１が接続され、この入力コンデンサＣ１の両端には電圧センサＳＶ１が接続されている。また、入力コンデンサＣ１の両端には電流センサＳＩ１、温度センサＴＨ１が熱結合された昇圧用リアクトルＬ１、スイッチ素子Ｑ１の直列回路が接続され、昇圧用リアクトルＬ１とスイッチ素子Ｑ１の接続点にはダイオードＤ１のアノードが接続される。
【００１８】
そして、スイッチ素子Ｑ１の昇圧用リアクトルＬ１と接続されない側とダイオードＤ１のカソードの間に出力コンデンサＣ２が接続される。ここで、従来と同様、入力コンデンサＣ１、昇圧用リアクトルＬ１、スイッチ素子Ｑ１、ダイオードＤ１、出力コンデンサＣ２により昇圧部である昇圧チョッパ回路１０が構成される。この昇圧チョッパ回路１０は従来例で説明したのと同様に太陽電池ＰＶ１からの直流電圧を昇圧する。
【００１９】
また、出力コンデンサＣ２の両端には電圧センサＳＶ２が接続されるとともに、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の直列回路とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ５の直列回路が並列に接続される。そして、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の接続点とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ５の接続点間にフィルタ用リアクトルＬ２、電流センサＳＩ２、出力フィルタ用コンデンサＣ３、フィルタ用リアクトルＬ３の直列回路が接続されている。また、出力フィルタ用コンデンサＣ３の両端に、ノイズフィルタ２２、解列器２３を介して系統Ｕ１が接続されている。このとき、スイッチ素子Ｑ２〜Ｑ５によりスイッチング回路１１が構成され、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３と出力フィルタ用コンデンサＣ３により出力フィルタ１２が構成される。また、スイッチング回路１１と出力フィルタ１２により変換部が構成される。
【００２０】
そしてまた、電圧センサＳＶ１、電流センサＳＩ１、温度センサＴＨ１、電流センサＳＩ２から信号が入力されるとともに、スイッチング回路１１へ制御信号を出力する制御回路ＦＢ２と、電圧センサＳＶ２からの入力信号をもとにスイッチ素子Ｑ１を制御する制御回路ＦＢ１とに入力コンデンサＣ１に接続された電源回路部２１より電力が供給される。
【００２１】
次に、図３に示された太陽光発電装置２０の動作を説明する。直流電源である太陽電池ＰＶ１からの直流電圧が昇圧チョッパ回路１０にて昇圧され、昇圧された直流電圧がスイッチング回路１１によるスイッチング制御および、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の平滑効果により正弦波状の交流出力に変換され、ノイズフィルタ２２、解列器２３を介して交流電力を系統Ｕ１に逆潮流する。
【００２２】
また、制御回路ＦＢ１は、上記した電圧センサＳＶ２で検出された昇圧チョッパ回路１０からの出力電圧が所定値になるようスイッチ素子Ｑ１に与えるパルス制御信号のオン幅を調整する。そしてまた、制御回路ＦＢ２は、電圧センサＳＶ１と電流センサＳＩ１の検出値よりその互いの積が最大になるように、スイッチング回路１１を介して出力される出力交流電流の振幅を設定し、設定した振幅の正弦波出力となるように電流センサＳＩ２の検出値をもとに電流フィードバックを行い、計算されたオン幅をもつパルス制御信号を各スイッチ素子Ｑ２〜Ｑ５に与える。
【００２３】
次に、図１、図２を用いて太陽光発電装置の基本的な構造を説明する。図１、図２において太陽光発電装置は、壁面に取り付けたときに上部と下部となる面にスリット１ａが設けられたケース１の内部にスイッチ素子３と、太陽電池ＰＶ１、系統Ｕ１等の外部との入出力端子４を設置した放熱板２が配置され、その放熱板２の側方（図１中左側）には、本装置を壁面に取り付けたときの上部（図１中上側）に昇圧用リアクトル６が、下部（図１中下側）にフィルタ用リアクトル７が配置される。
【００２４】
このとき、スイッチ素子３は図３におけるスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ５に対応し、昇圧用リアクトル６、フィルタ用リアクトル７は、図３における昇圧用リアクトルＬ１、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３に対応している。
【００２５】
そして、放熱板２の前部（図１中紙面上方）には、図３の昇圧回路用の入力コンデンサＣ１、出力コンデンサＣ２、電源回路部２１、ノイズフィルタ２２、出力フィルタ用コンデンサＣ３、系統Ｕ１との接続、遮断を行う解列器２３が搭載された回路基板５が設置され、スイッチ素子３や入出力端子４と結線される。また、回路基板５には制御用マイコン等を搭載した制御基板９が接続され、その信号の一部はゲート駆動回路部８を介してスイッチ素子３に接続される。このとき、図３で示した制御回路ＦＢ１、ＦＢ２は回路基板５、ゲート駆動回路部８、制御基板９に搭載される。
【００２６】
ここで、図１の昇圧用リアクトル６、フィルタ用リアクトル７の周辺の空気は、各リアクトルの発熱により暖められて上昇気流となり、図１に矢印で示したように、下部にスリット１ａより流入し、上部のスリット１ａより流出していく。
【００２７】
ところで、昇圧用リアクトル６に流れる電流波形は図４（ｂ）に示す直流波形であり、フィルタ用リアクトル７に流れる電流波形は図４（ａ）に示す交流波形であり、それぞれに流れる電流が実効値レベルで同等（Ｉ１）であっても、図４（ａ）に示すように実効値より大きな電流部分が周期的に存在する結果として、図４（ｂ）に示す電流を流したものより発熱が大きくなる。これは、リアクトルに流す電流と温度上昇の関係は、図４（ｃ）に示す通りであり、銅損、鉄損を兼ね合わせると、リアクトルに流す電流Ｉに対してその温度Ｔが指数関数的に上昇するからである。
【００２８】
よって、昇圧用リアクトル６よりもフィルタ用リアクトル７の方が発熱が大きくなるため、昇圧用リアクトル６をフィルタ用リアクトル７よりも上方、すなわち周辺の空気の流れの風下側に設置している。これにより、発熱の小さい方の昇圧用リアクトル６が上記した上昇気流により加熱されるようになり、昇圧用リアクトル６、フィルタ用リアクトル７の両リアクトルの温度上昇の均質化が図れる。すなわち、上記した上昇気流により加熱されるのは発熱の小さい方の昇圧用リアクトル６であるため、その線種の耐熱ランクやコア材のキュリー点を上げたり、リアクトルの形状を大きくしたりして自己発熱分を抑える必要もなく、コストアップや形状の肥大化を防止できる。
【００２９】
尚、ここでは自然対流について述べたが、空冷用ファンにより強制空冷する場合は、昇圧用リアクトル６を空冷用ファンより流れる空気の風下側に設置するようにすれば、上記と同様の効果が得られる。
【００３０】
ここで、上記した昇圧用リアクトル６、フィルタ用リアクトル７の一形態を図５に示す。図５（ａ）は昇圧用リアクトル６Ａ、フィルタ用リアクトル７Ａを図１に示すようにケース１に配置したときの正面からみたところを示し、図５（ｂ）は昇圧用リアクトル６Ａの側面からみたところを示している。図５（ａ）において、上側に昇圧用リアクトル６Ａが下側にフィルタ用リアクトル７Ａが配置される構成であり、矢印で示すように下から上へ上昇気流が流れる。
【００３１】
この昇圧リアクトル６Ａは、正面からみた形状が空気の流れるＸＹ方向の両方の端部６ａ，６ｂのそれぞれが略円形状である略楕円形状となっており、そのコア６ｃは２つのコア部位６ｄ，６ｅを備えそれぞれの周囲にコイル１６ｄ，１６ｅが巻回されるよう構成されている。
【００３２】
また、フィルタ用リアクトル７Ａも、正面からみた形状が空気の流れるＸＹ方向の両方の端部７ａ，７ｂのそれぞれが略円形状である略楕円形状となっており、そのコア７ｃはコア６ｃと同様に２つのコア部位を備えそれぞれの周囲にコイル１７ｄ，１７ｅが巻回されるよう構成されている。
【００３３】
昇圧用リアクトル６Ａ、フィルタ用リアクトル７Ａが上記形状のため、空気の流れがその略円形状の各端部６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂに沿って円滑に流れて各リアクトルの温度上昇を抑えることができる。また、昇圧用リアクトル６Ａの両方の端部６ａ，６ｂを略円形状にし、フィルタ用リアクトル７Ａの両方の端部７ａ，７ｂを略円形状にして、各リアクトルを同一形状としているので、代用が可能となりその製造も容易になる。
【００３４】
また、特に上側、すなわち風下側に設けられた昇圧用リアクトル６Ａのフィルタ用リアクトル７Ａに対向する側の端部６ｂが空気の向かう上方向に向かって広がるように略円形状になっているため、下側にあるフィルタ用リアクトル７Ａにより熱せられた空気が各リアクトルの隙間に停滞することなく円滑に流れ、風下側の昇圧用リアクトル６Ａへの加熱効果を低減できる。
【００３５】
尚、図５（ａ）では、各リアクトルの端部６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂを略円形状としたが、空気の流れを円滑にする流線形であっても同様の効果が得られる。
【００３６】
次に、上記した昇圧用リアクトル６、フィルタ用リアクトル７の他の形態を図６に示す。図６（ａ）は昇圧用リアクトル６Ｂ、フィルタ用リアクトル７Ｂを図１と同様にケース１に配置し壁面等に取り付けたときの正面からみたところを示し、図６（ｂ）はその昇圧用リアクトル６Ｂの側面からみたところを示している。図６（ａ）において、上側に昇圧用リアクトル６Ｂが下側にフィルタ用リアクトル７Ｂが配置される構成であり、矢印で示すように下から上へ上昇気流が流れる。
【００３７】
この昇圧用リアクトル６Ｂは、正面からみた形状が略長方形状となっており、そのコア６ｈは２つのコア部位６ｉ，６ｊを備えそれぞれの周囲にコイル１６ｉ，１６ｊが巻回されるよう構成されている。そして、略長方形状の昇圧用リアクトル６Ｂは空気の流れるＸＹ方向に対して斜めとなるように配置されている。
【００３８】
また、フィルタ用リアクトル７Ｂも、正面からみた形状が略長方形状となっており、そのコア７ｈはコア６ｈと同様に、２つのコア部位を備えそれぞれの周囲にコイル１７ｉ，１７ｊが巻回されるよう構成されている。そして、略長方形状のフィルタ用リアクトル７Ｂは空気の流れるＸＹ方向に対して斜めとなるように配置されている。
【００３９】
図６に示すようにこのように昇圧用リアクトル６Ｂ、フィルタ用リアクトル７Ｂが空気の流れるＸＹ方向に対して斜めとなるように配置されているため、空気の流れが下部から上部に向かって広がり、空気の流れが円滑になり、各リアクトルの温度上昇を抑えることができる。特に、少なくとも昇圧用リアクトル６Ｂが空気の流れるＸＹ方向に対して斜めであると、下側にあるフィルタ用リアクトル７Ｂにより熱せられた空気が各リアクトルの隙間に停滞することなく円滑に流れ、上側すなわち風下側の昇圧用リアクトル６Ｂへの加熱効果を低減できる。
【００４０】
ここで、図３で説明した昇圧用リアクトルＬ１に熱結合した温度センサＴＨ１の出力値に応じた動作を説明する。温度センサＴＨ１の出力値が、あらかじめ設定された規定値をこえたとき、昇圧リアクトルＬ１またはフィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の異常過熱であるとして、制御回路ＦＢ２はスイッチング回路１１の動作をオフし、太陽光発電装置２０の出力電力を停止させ、各リアクトルの過昇温保護を行う。上記したように昇圧用リアクトルＬ１はフィルタ用リアクトルＬ２、Ｌ３の風下側に配置されているので、昇圧用リアクトルＬ１の温度上昇には、フィルタ用リアクトルＬ２、Ｌ３のもらい熱による温度上昇が含まれるため、温度センサＴＨ１の出力値よりフィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の温度上昇が推定できる。
【００４１】
このとき、電流センサＳＩ１により検出される昇圧用リアクトルＬ１の電流値があらかじめ規定された規定範囲内であれば、フィルタ用リアクトルＬ２、Ｌ３の異常過熱とし、規定範囲外であれば昇圧用リアクトルＬ１の異常過熱として判断する。よって、昇圧用リアクトルＬ１の温度を検出し、昇圧用リアクトルＬ１の電流などを同時に監視することで、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の温度上昇が推定でき、フィルタ用リアクトルＬ２，Ｌ３の温度を検出するセンサを設ける必要がなくなる。尚、上記した規定値、規定範囲は所定の条件毎に複数設定されている。
【００４２】
【発明の効果】
上記したように、請求項１の発明は、太陽電池等の直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部により昇圧された直流電圧による直流電力を交流電力に変換する変換部とを備え、太陽光をもとに交流電力を発生する太陽光発電装置において、前記昇圧部に用いる昇圧用リアクトルの配置位置を前記変換部に用いるフィルタ用リアクトルの配置位置に対して、周辺の空気の流れの風下側とするとともに、少なくとも前記昇圧用リアクトルの前記フィルタ用リアクトルに対向する側の形状を略円形状又は流線形としたため、他方のリアクトルの発熱により加熱されるのは発熱の小さい方の昇圧用リアクトルとなり、その線種の耐熱ランクやコア材のキュリー点を上げたり、リアクトルの形状を大きくしたりして自己発熱分を抑える必要もなく、コストアップや形状の肥大化を防止できる。そのうえ、フィルタ用リアクトルにより熱せられた空気が各リアクトルの隙間に停滞することなく円滑に流れ、風下側の昇圧用リアクトルへの加熱効果を低減できる。
【００４４】
また、請求項２の発明では、太陽電池等の直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部により昇圧された直流電圧による直流電力を交流電力に変換する変換部とを備え、太陽光をもとに交流電力を発生する太陽光発電装置において、前記昇圧部に用いる昇圧用リアクトルの配置位置を前記変換部に用いるフィルタ用リアクトルの配置位置に対して、周辺の空気の流れの風下側とするとともに、少なくとも前記昇圧用リアクトルが周辺の空気の流れ方向に対して斜めとなるように配置されるため、他方のリアクトルの発熱により加熱されるのは発熱の小さい方の昇圧用リアクトルとなり、その線種の耐熱ランクやコア材のキュリー点を上げたり、リアクトルの形状を大きくしたりして自己発熱分を抑える必要もなく、コストアップや形状の肥大化を防止できる。さらに、フィルタ用リアクトルにより熱せられた空気が各リアクトルの隙間に停滞することなく円滑に流れ、風下側の昇圧用リアクトルへの加熱効果を低減できる。
【００４５】
また、請求項３の発明では、請求項１、２に記載の発明において、前記昇圧用リアクトルの温度を検出するセンサを設け、前記フィルタ用リアクトルの温度上昇を推定可能としたため、フィルタ用リアクトルの温度を検出するセンサを設けることなくその温度上昇を推定でき、コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽光発電装置の基本構造を示す正面図である。
【図２】本発明の太陽光発電装置の基本構造を示す分解組立図である。
【図３】本発明の太陽光発電装置の構成を示す回路図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の太陽光発電装置に用いる各リアクトルの電流波形を示す波形図であり、（ｃ）はリアクトルに流れる電流値とその温度の関係を示す関係図である。
【図５】本発明の太陽光発電装置に用いる各リアクトルの構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の太陽光発電装置に用いる各リアクトルの他の構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】従来の太陽光発電装置に用いる昇圧チョッパ回路の構成を示す回路図である。
【図８】従来の太陽光発電装置に用いるインバータ回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１ケース
１ａスリット
２放熱板
３スイッチ素子
４入出力端子
５回路基板
６昇圧用リアクトル
７フィルタ用リアクトル
８ゲート駆動回路部
９制御基板
２１電源回路部
２２ノイズフィルタ
Ｃ１入力コンデンサ
Ｃ２出力コンデンサ
Ｃ３出力フィルタ用コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photovoltaic power generator that generates AC power based on DC power from a solar cell or the like.
[0002]
[Prior art]
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-223816, the solar power generation device boosts and stabilizes the voltage of a solar cell by a DC-DC converter of the next stage, and further performs a DC-AC inverter of the next stage. Convert to sine wave AC current and output. For this DC-DC converter, a step-up chopper system described in JP-A-10-23686 is generally used because of its simple circuit configuration.
[0003]
FIG. 7 shows the circuit configuration. The input capacitor C1 is connected to both ends of the solar cell PV1, and a series circuit of the boost reactor L1 and the switch element Q1 is connected to both ends. The anode of the diode D1 is connected to one end of the switch element Q1 to which the boost reactor L1 is connected, and the output capacitor C2 is connected between the other end of the switch element Q1 and the cathode of the diode D1. Here, the boosting chopper circuit 10 is configured by the boosting reactor L1, the switch element Q1, the diode D1, the input capacitor C1, and the output capacitor C2.
[0004]
In the step-up chopper circuit 10, the switch element Q1 is periodically turned on and off, and the electric energy stored in the step-up reactor L1 when the switch element Q1 is turned on is added to the solar cell PV1 when the switch element Q1 is turned off to the output capacitor C2. Supply. At this time, the output voltage of the boost chopper circuit 10 is adjusted by changing the on / off time ratio of the switch element Q1.
[0005]
The DC-AC inverter described above has a bridge configuration in which four switch elements are combined as described in JP-A-10-207559, and the main circuit is shown in FIG. A series circuit of the switching elements Q2 and Q4 and a series circuit of the switching elements Q3 and Q5 are connected in parallel to both ends of the output capacitor C2 shown in FIG. A series circuit of a filter reactor L2, an output filter capacitor C3, and a filter reactor L3 is connected between a connection point of the switch elements Q2 and Q4 and a connection point of the switch elements Q3 and Q5, and both ends of the output filter capacitor C3. Is connected to the system U1. At this time, a switching circuit 11 is configured by the switch elements Q2 to Q5, and an output filter 12 is configured by the filter reactors L2 and L3 and the output filter capacitor C3.
[0006]
Here, of the switch elements Q2 to Q5, the diagonal switch elements Q2 and Q5 and the switch elements Q3 and Q4 respectively perform on / off operations at the same time, and the switch elements Q2 and Q4 connected in series are mutually inverted. The operation is performed, and the switching elements Q3 and Q5 also perform an inverting operation.
[0007]
Here, when the on / off time ratio of the switch elements Q2 to Q5 is 1: 1, the output current becomes zero. By changing the on / off time ratio, the current value and the current direction of the output current can be changed. At this time, if the on / off time ratio is changed to a sinusoidal ratio, a sinusoidal output current is output by the smoothing effect of the filter reactors L2 and L3.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a general photovoltaic power generation device that includes the above-described boost chopper circuit 10, switching circuit 11, and output filter 12, inputs a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell PV1 and outputs AC power to a system, The parts that mainly generate losses during the operation of the device are the switch elements Q1 to Q5, the boost reactor L1, and the reactors L2 and L3 for filters.
[0009]
Among them, the switch elements Q1 to Q5 have a certain degree of freedom in that the shape and size of the attached heat sink for reducing the temperature rise due to the loss can be selected to some extent according to the equipment shape of the photovoltaic power generator. On the other hand, the step-up reactor L1 and the filter reactors L2 and L3 are almost uniquely determined by the output power, switching frequency, and temperature rise, and thus lack the flexibility of reducing the thickness in accordance with the device shape. The arrangement of the step-up reactor L1 and the filter reactors L2 and L3 in the device is restricted, and the device is often installed in a two-story structure in the vertical direction of the device.
[0010]
When the device of the photovoltaic power generator configured as described above is mounted on a wall surface, both the boosting reactor L1 and the filter reactors L2 and L3 generate heat based on loss, and the upper reactor becomes lower due to convection of air. Is further heated. For this reason, it is necessary to increase the heat resistance rank of the wire type of the upper reactor and the Curie point of the core material, and to increase the shape of the reactor to suppress self-heating, but this increases the cost of the reactor itself and enlarges the shape The problem of conversion arises.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a photovoltaic power generator in which the cost and the size of the reactor used are suppressed.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention of claim 1 is a booster that boosts a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell, and converts DC power by the DC voltage boosted by the booster into AC power. In the photovoltaic power generation device that includes a conversion unit and generates AC power based on sunlight, the arrangement position of the boosting reactor used in the boosting unit with respect to the arrangement position of the filter reactor used in the conversion unit, In addition to the leeward side of the flow of the surrounding air , at least the shape of the boosting reactor facing the filter reactor is substantially circular or streamlined . Therefore, the other reactor is heated by the heat generated by the other reactor, which is the boosting reactor that generates less heat, and raises the heat resistance rank of the wire type, the Curie point of the core material, and enlarges the shape of the reactor to self-heat. It is not necessary to control the amount, and it is possible to prevent an increase in cost and enlargement of the shape. In addition, the air heated by the filter reactor flows smoothly without stagnating in the gaps between the reactors, and the heating effect on the leeward pressure boosting reactor can be reduced.
[0014]
Further, the invention according to claim 2 includes a booster that boosts a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell , and a converter that converts DC power based on the DC voltage boosted by the booster into AC power. In a photovoltaic power generation device that generates AC power based on sunlight, the position of the boosting reactor used in the boosting unit is changed with respect to the position of the filter reactor used in the converting unit. In addition to being on the leeward side, at least the boosting reactor is arranged so as to be oblique to the flow direction of the surrounding air. Therefore, the other reactor is heated by the heat generated by the other reactor, which is the boosting reactor with the smaller heat generation, and raises the heat resistance rank of the wire type, the Curie point of the core material, and enlarges the shape of the reactor to self-heat. It is not necessary to control the amount, and it is possible to prevent an increase in cost and enlargement of the shape. Furthermore, the air heated by the filter reactor flows smoothly without stagnation in the gap between the reactors, and the effect of heating the leeward pressure boosting reactor can be reduced.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects of the present invention, a sensor for detecting a temperature of the boosting reactor is provided, and a rise in the temperature of the filter reactor can be estimated. . Therefore, the temperature rise can be estimated without providing a sensor for detecting the temperature of the filter reactor, and the cost can be reduced.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a circuit configuration of the photovoltaic power generator of the present invention, and FIGS. 1 and 2 show a state where main components are mounted. FIG. 1 is a front view of a photovoltaic power generator installed on a wall as viewed from the front, and FIG. 2 is an exploded view of the photovoltaic power generator. In FIG. 3, the same components as those in FIGS. 7 and 8 showing the conventional example are denoted by the same reference numerals.
[0017]
In FIG. 3, a photovoltaic power generation device 20 supplies AC power to a system U1 by receiving a DC voltage input from a solar cell PV1 as a DC power supply, and is configured as follows. An input capacitor C1 is connected to the solar cell PV1 via a noise filter 22, and a voltage sensor SV1 is connected to both ends of the input capacitor C1. Further, a series circuit of a boosting reactor L1 and a switching element Q1 to which a current sensor SI1 and a temperature sensor TH1 are thermally coupled is connected to both ends of the input capacitor C1, and a diode is connected to a connection point between the boosting reactor L1 and the switching element Q1. The anode of D1 is connected.
[0018]
The output capacitor C2 is connected between the side of the switching element Q1 not connected to the boosting reactor L1 and the cathode of the diode D1. Here, similarly to the conventional case, the input capacitor C1, the boosting reactor L1, the switching element Q1, the diode D1, and the output capacitor C2 constitute the boosting chopper circuit 10 as a boosting unit. The boost chopper circuit 10 boosts the DC voltage from the solar cell PV1 in the same manner as described in the conventional example.
[0019]
A voltage sensor SV2 is connected to both ends of the output capacitor C2, and a series circuit of the switch elements Q2 and Q4 and a series circuit of the switch elements Q3 and Q5 are connected in parallel. A series circuit of a reactor L2 for a filter, a current sensor SI2, a capacitor C3 for an output filter, and a reactor L3 for a filter is connected between a connection point of the switch elements Q2 and Q4 and a connection point of the switch elements Q3 and Q5. Further, a system U1 is connected to both ends of the output filter capacitor C3 via a noise filter 22 and a disconnector 23. At this time, a switching circuit 11 is configured by the switch elements Q2 to Q5, and an output filter 12 is configured by the filter reactors L2 and L3 and the output filter capacitor C3. In addition, a converter is configured by the switching circuit 11 and the output filter 12.
[0020]
Further, a signal is input from the voltage sensor SV1, the current sensor SI1, the temperature sensor TH1, and the current sensor SI2, and a control circuit FB2 that outputs a control signal to the switching circuit 11 and a control signal based on an input signal from the voltage sensor SV2. The power is supplied from the power supply circuit unit 21 connected to the input capacitor C1 to the control circuit FB1 for controlling the switch element Q1.
[0021]
Next, the operation of the solar power generation device 20 shown in FIG. 3 will be described. The DC voltage from the solar cell PV1, which is a DC power supply, is boosted by the boost chopper circuit 10, and the boosted DC voltage is subjected to switching control by the switching circuit 11 and a sine-wave AC output by the smoothing effect of the filter reactors L2, L3. And the AC power flows backward to the system U1 via the noise filter 22 and the de-parallelizer 23.
[0022]
Further, the control circuit FB1 adjusts the ON width of the pulse control signal given to the switch element Q1 so that the output voltage from the boost chopper circuit 10 detected by the voltage sensor SV2 becomes a predetermined value. Further, the control circuit FB2 sets and sets the amplitude of the output AC current output via the switching circuit 11 so that the product of the voltage sensor SV1 and the current sensor SI1 becomes the maximum from the detected values of the voltage sensor SV1 and the current sensor SI1. Current feedback is performed based on the detection value of the current sensor SI2 so as to obtain a sine wave output of amplitude, and a pulse control signal having a calculated ON width is given to each of the switch elements Q2 to Q5.
[0023]
Next, a basic structure of the photovoltaic power generator will be described with reference to FIGS. In FIGS. 1 and 2, the photovoltaic power generation device includes a switch element 3 inside a case 1 having slits 1a provided on upper and lower surfaces when mounted on a wall surface, and an external device such as a solar cell PV1 and a system U1. A radiator plate 2 on which input / output terminals 4 are installed is disposed, and on the side of the radiator plate 2 (the left side in FIG. 1), the pressure rises to an upper part (upper side in FIG. 1) when the device is mounted on a wall surface. The reactor for filter 6 is disposed at the lower portion (the lower side in FIG. 1) of the filter.
[0024]
At this time, switch element 3 corresponds to switch elements Q1 to Q5 in FIG. 3, and boost reactor 6 and filter reactor 7 correspond to boost reactor L1, filter reactors L2 and L3 in FIG.
[0025]
Then, in front of the radiator plate 2 (above the paper surface in FIG. 1), the input capacitor C1, the output capacitor C2, the power supply circuit section 21, the noise filter 22, the output filter capacitor C3, and the system U1 of the booster circuit of FIG. A circuit board 5 on which a disconnector 23 for performing connection and disconnection with the switch is mounted is connected to the switch element 3 and the input / output terminal 4. Further, a control board 9 on which a control microcomputer and the like are mounted is connected to the circuit board 5, and a part of the signal is connected to the switch element 3 via the gate drive circuit section 8. At this time, the control circuits FB1 and FB2 shown in FIG. 3 are mounted on the circuit board 5, the gate drive circuit section 8, and the control board 9.
[0026]
Here, the air around the boosting reactor 6 and the filter reactor 7 in FIG. 1 is heated by the heat generated by each reactor and becomes an ascending airflow, and flows into the lower portion through the slit 1a as shown by the arrow in FIG. Out of the upper slit 1a.
[0027]
The current waveform flowing through the boosting reactor 6 is a DC waveform shown in FIG. 4B, and the current waveform flowing through the filter reactor 7 is an AC waveform shown in FIG. 4A. Even when the current level is the same (I1), as shown in FIG. 4A, a current portion larger than the effective value periodically exists as a result, and as a result, the heat generated by the current shown in FIG. Becomes larger. This is because the relationship between the current flowing through the reactor and the temperature rise is as shown in FIG. 4C. When copper loss and iron loss are combined, the temperature T of the current I flowing through the reactor becomes exponential. Because it rises.
[0028]
Therefore, the filter reactor 7 generates more heat than the boost reactor 6, so the boost reactor 6 is installed above the filter reactor 7, that is, on the leeward side of the flow of the surrounding air. As a result, the boosting reactor 6, which generates less heat, is heated by the above-described rising airflow, and the temperature rise of both the boosting reactor 6 and the filter reactor 7 can be homogenized. In other words, the heating by the above-described ascending air flow is the boosting reactor 6 having a smaller heat generation. Therefore, the heat resistance rank of the wire type, the Curie point of the core material, and the shape of the reactor are increased. It is not necessary to suppress the amount of self-heating, and it is possible to prevent cost increase and enlargement of the shape.
[0029]
Although natural convection has been described here, in the case of forced air cooling by an air cooling fan, the same effect as described above can be obtained by installing the boosting reactor 6 on the leeward side of the air flowing from the air cooling fan. Can be
[0030]
Here, one embodiment of the above-described step-up reactor 6 and filter reactor 7 is shown in FIG. 5 (a) shows the place viewed from the front when placed elevated pressure reactor 6A, a filter reactor 7A in case 1, as shown in FIG. 1, FIG. 5 (b) viewed from the side of the step-up reactor 6A It shows the place. In FIG. 5A, a boost reactor 6A is arranged on the upper side, and a filter reactor 7A is arranged on the lower side, and ascending air flows from the bottom to the top as indicated by arrows.
[0031]
The pressure-boosting reactor 6A has a substantially elliptical shape in which both ends 6a and 6b in the XY directions in which air flows are substantially circular when viewed from the front, and the core 6c has two core portions 6d and 6d. 6e, the coils 16d and 16e are wound around each of them.
[0032]
The filter reactor 7A also has a substantially elliptical shape in which both ends 7a and 7b in the XY directions in which air flows are substantially circular when viewed from the front, and the core 7c is the same as the core 6c. And two coils 17d and 17e are wound therearound.
[0033]
Since the boosting reactor 6A and the filter reactor 7A have the above-mentioned shapes, the air flow smoothly flows along the substantially circular ends 6a, 6b, 7a, 7b to suppress the temperature rise of each reactor. it can. Further, both ends 6a and 6b of the step-up reactor 6A are made substantially circular, and both ends 7a and 7b of the filter reactor 7A are made substantially circular, so that each reactor has the same shape. It becomes possible and its manufacture becomes easy.
[0034]
Also, since the end portion 6b of the boosting reactor 6A provided on the upper side, that is, the leeward side, which faces the filter reactor 7A, is formed in a substantially circular shape so as to expand in the upward direction toward the air, The air heated by the filter reactor 7A on the lower side flows smoothly without stagnating in the gap between the reactors, and the effect of heating the booster reactor 6A on the leeward side can be reduced.
[0035]
In FIG. 5A, the end portions 6a, 6b, 7a, 7b of each reactor are substantially circular, but the same effect can be obtained even if the reactor has a streamline shape for smooth air flow.
[0036]
Next, another embodiment of the boost reactor 6 and the filter reactor 7 described above is shown in FIG. 6 (a) shows the place viewed from the front when mounted in the elevated pressure reactor 6B, a filter reactor 7B disposed in FIG. 1 as with the case 1 a wall surface or the like, FIG. 6 (b) step-up reactor that 6B shows a side view of FIG. In FIG. 6A, the boosting reactor 6B is arranged on the upper side, and the filter reactor 7B is arranged on the lower side, and ascending air flows from bottom to top as indicated by arrows.
[0037]
The step-up reactor 6B has a substantially rectangular shape when viewed from the front, and its core 6h has two core portions 6i and 6j, and is configured so that coils 16i and 16j are wound around each of them. I have. The substantially rectangular step-up reactor 6B is disposed so as to be oblique with respect to the XY directions in which air flows.
[0038]
The filter reactor 7B also has a substantially rectangular shape when viewed from the front, and the core 7h has two core portions similarly to the core 6h, and coils 17i and 17j are wound around each of them. It is configured as follows. The substantially rectangular filter reactor 7B is disposed so as to be oblique to the XY directions in which air flows.
[0039]
As shown in FIG. 6, since the boosting reactor 6B and the filter reactor 7B are arranged so as to be oblique to the XY directions in which the air flows, the air flow spreads from the lower part to the upper part, as shown in FIG. The air flow is smooth, and the temperature rise of each reactor can be suppressed. In particular, if at least the boosting reactor 6B is oblique to the XY direction in which the air flows, the air heated by the lower filter reactor 7B flows smoothly without stagnation in the gap between the reactors, The effect of heating the boosting reactor 6B on the leeward side can be reduced.
[0040]
Here, an operation according to the output value of the temperature sensor TH1 thermally coupled to the boosting reactor L1 described in FIG. 3 will be described. When the output value of the temperature sensor TH1 exceeds a preset specified value, the control circuit FB2 turns off the operation of the switching circuit 11 and determines that abnormal operation has occurred in the boosting reactor L1 or the filter reactors L2 and L3. The output power of the photovoltaic device 20 is stopped, and the overheating protection of each reactor is performed. As described above, since the boosting reactor L1 is disposed downstream of the filter reactors L2 and L3, the temperature increase of the boosting reactor L1 includes the temperature increase due to the heat received from the filter reactors L2 and L3. Therefore, the temperature rise of filter reactors L2 and L3 can be estimated from the output value of temperature sensor TH1.
[0041]
At this time, if the current value of the boosting reactor L1 detected by the current sensor SI1 is within a predetermined range, it is determined that the filter reactors L2 and L3 are abnormally overheated. Is judged as abnormal overheating. Therefore, by detecting the temperature of the boosting reactor L1 and simultaneously monitoring the current and the like of the boosting reactor L1, the temperature rise of the filter reactors L2 and L3 can be estimated, and the temperatures of the filter reactors L2 and L3 are detected. There is no need to provide a sensor. It should be noted that a plurality of specified values and specified ranges are set for each predetermined condition.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, the invention according to claim 1 includes a booster that boosts a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell, and a converter that converts DC power based on the DC voltage boosted by the booster into AC power. In a photovoltaic power generation device that generates AC power based on sunlight, the arrangement position of the boosting reactor used in the boosting unit is changed with respect to the surrounding air with respect to the arrangement position of the filter reactor used in the conversion unit. And the shape of at least the boosting reactor on the side facing the filter reactor is substantially circular or streamlined , so that the other reactor is heated by the heat generated by the other reactor. It is necessary to suppress self-heating by increasing the heat resistance rank of the wire type, the Curie point of the core material, and increasing the shape of the reactor. No, it is possible to prevent the enlargement of the cost and shape. In addition, the air heated by the filter reactor flows smoothly without stagnating in the gaps between the reactors, and the heating effect on the leeward pressure boosting reactor can be reduced.
[0044]
Further, the invention according to claim 2 includes a booster that boosts a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell , and a converter that converts DC power based on the DC voltage boosted by the booster into AC power. In a photovoltaic power generation device that generates AC power based on sunlight, the position of the boosting reactor used in the boosting unit is changed with respect to the position of the filter reactor used in the converting unit. Since it is located on the leeward side and at least the boosting reactor is arranged so as to be oblique to the flow direction of the surrounding air, it is heated by the heat generated by the other reactor that has the smaller heat generation. This eliminates the need to raise the heat resistance rank of the wire type and the Curie point of the core material, and to increase the shape of the reactor to suppress self-heating, thereby increasing costs. It can prevent enlargement of the shape. Furthermore, the air heated by the filter reactor flows smoothly without stagnation in the gap between the reactors, and the effect of heating the leeward pressure boosting reactor can be reduced.
[0045]
According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects of the present invention, a sensor for detecting a temperature of the boosting reactor is provided, and a temperature rise of the filter reactor can be estimated. The temperature rise can be estimated without providing a sensor for detecting the temperature, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a basic structure of a solar power generation device according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded view showing the basic structure of the photovoltaic power generator of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a photovoltaic power generator of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are waveform diagrams showing current waveforms of respective reactors used in the photovoltaic power generator of the present invention, and FIG. 4C is a relationship diagram showing a relationship between a current value flowing through the reactor and its temperature. It is.
5A and 5B are diagrams showing a structure of each reactor used in the solar power generation device of the present invention, wherein FIG. 5A is a front view and FIG. 5B is a side view.
6A and 6B are diagrams showing another structure of each reactor used in the solar power generation device of the present invention, wherein FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a side view.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a boost chopper circuit used in a conventional solar power generation device.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of an inverter circuit used in a conventional solar power generation device.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 case 1 a slit 2 heat sink 3 switch element 4 input / output terminal 5 circuit board 6 boosting reactor 7 filter reactor 8 gate drive circuit section 9 control board 21 power supply circuit section 22 noise filter C1 input capacitor C2 output capacitor C3 for output filter Capacitor

Claims

A booster that boosts a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell, and a converter that converts DC power based on the DC voltage boosted by the booster into AC power, converts AC power based on sunlight. In the photovoltaic power generation device, the position of the step-up reactor used for the step-up unit is set on the leeward side of the flow of the surrounding air with respect to the position of the filter reactor used for the conversion unit, and at least the step-up is performed. A photovoltaic power generator , wherein the shape of the reactor for the filter facing the filter reactor is substantially circular or streamlined .

A booster that boosts a DC voltage from a DC power supply such as a solar cell, and a converter that converts DC power based on the DC voltage boosted by the booster into AC power, converts AC power based on sunlight. In the photovoltaic power generation device, the position of the step-up reactor used for the step-up unit is set on the leeward side of the flow of the surrounding air with respect to the position of the filter reactor used for the conversion unit, and at least the step-up is performed. A photovoltaic power generator , wherein the reactor is disposed so as to be oblique to the flow direction of the surrounding air .

The photovoltaic power generator according to any one of claims 1 and 2 , wherein a sensor for detecting the temperature of the boosting reactor is provided, and a temperature rise of the filter reactor can be estimated .