JP3638861B2 - 昇圧ユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は昇圧ユニットに関し、特に、太陽電池などの独立した直流電源が発生する直流電力を、家庭用,事務所用の一般交流負荷あるいは既存の商用電力系統に電力を供給するインバータ装置に適応した直流電力に変換する昇圧ユニット関し、詳しくはその直流電源と昇圧ユニットおよびインバータ装置との接続機能に関する。
【0002】
【従来の技術】
直流電源である太陽電池は太陽の日射強となる場合には直流電力を出力する。それは二次電池などの他のエネルギ源を介在しなくても太陽電池のみで直流電力を出力でき、有害な物質を排出しないため、シンプルでクリーンなエネルギ源として知られている。
【0003】
太陽電池が発生する直流電力はインバータ装置において交流電力に変換され、一般の交流負荷あるいは既存の商用電力系統に電力が供給される。インバータ装置においては、複数の太陽電池ストリングが接続機能を有する外部装置である接続箱を介して接続される。
【0004】
ところで、住宅の屋根の上に太陽電池を設置する場合、太陽電池を置く屋根の面の形が必ずしも太陽電池の長方形の標準の寸法の組合せに適合するとは限らず、屋根の両端では標準の寸法の組合せ以下にせざるを得ない場合がある。このため、太陽電池ストリングには、たとえば相互に直列接続された8枚または9枚の太陽電池モジュールからなる標準的なストリングと、屋根の両端に配置するために、標準的なストリングの太陽電池直列数未満の太陽電池モジュールからなる非標準的なストリングが用意される。非標準的なストリングには、標準的な太陽電池ストリングの直流電圧と同様の直流電圧に昇圧するために昇圧ユニットが接続されている。以下、これら昇圧ユニットと接続箱とインバータ装置とを含む太陽光発電システムの従来例を図8を参照して説明する。
【0005】
なお、図8においては、図面の簡略化のために、2つの太陽電池ストリングのみ示されているが、通常はさらに多くの太陽電池ストリングが含まれていることは言うまでもない。
【0006】
標準太陽電池ストリング102aの出力電力は接続箱103に直接接続される。この接続箱103は標準太陽電池ストリング102aとインバータ104とを接続するために設けられている。他方、非標準太陽電池ストリング102bの出力電力は昇圧ユニット101を介して接続箱103に接続される。昇圧ユニット101には、入力側から順にリアクトル106とスイッチング素子107とダイオード108とコンデンサ109と制御回路110とを含む。接続箱103にはインバータ104側から太陽電池ストリング102a,102b側に電力が逆流しないように太陽電池ストリング102a,102bごとに逆流防止ダイオード111a,111bが設けられ、太陽電池ストリング102a,102b側からインバータ104側に落雷時の雷サージが侵入するのを防ぐために、雷サージアブゾーバ112が設けられている。さらに、太陽電池ストリング102a,102b側とインバータ104側とを接続したり、解列したりする入力ブレーカー113が設けられている。
【0007】
インバータ104は接続箱103から出力された直流電力を、商用電力系統105と同一の位相および周波数50/60Hzを持つ交流電力に変換して、商用電力系統105に供給する。
【0008】
図9は図8に示した制御回路110の具体的なブロック図である。図9において、制御回路110は昇圧比設定部114と信号設定演算部115と三角波発生部116と信号比較部117とゲートドライブ部118とから構成されている。昇圧比設定部114は標準太陽電池ストリング102aに含まれる太陽電池モジュール数n1と、非標準太陽電池ストリング102bに含まれる太陽電池モジュール数n2との比、すなわち昇圧比α(=n1/n2)を設定する。設定された昇圧比αは信号設定演算部115に与えられる。
【0009】
信号設定演算部115は図10に示すように、昇圧比設定部114で設定された昇圧比αをもとに信号設定値Mを演算して信号比較部117の比較入力端に与える。信号比較部117の基準入力端には、三角波発生部116で発生された0から1の振幅値を取る三角波Tが与えられる。信号比較部117は信号設定値Mと三角波Tとを比較し、信号設定値Mの方が三角波Tより大きい値のときにゲートOFFレベルを出力するPWM(パルス幅変調)制御を行なう。その結果、図10に示すパルス信号PSが信号比較部117から出力され、ゲートドライブ回路118に与えられる。ゲートドライブ回路118は図8に示したスイッチング素子107を駆動する。
【0010】
このように、昇圧ユニット101は予め設定された昇圧比αをもとにPWM制御してスイッチング素子107をオン/オフスイッチングする昇圧比一定制御を行ない、太陽電池ストリング102b側からの入力電力を昇圧する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8に示した太陽電池102bストリングと昇圧ユニット101と接続箱103およびインバータ107の接続に関して、建造物の屋根などに設置された非標準太陽電池ストリング102bからの配線は昇圧ユニット101に接続された後、接続機能を有した外部装置である接続箱103を介してインバータ104に配線される。このため、従来の手法では、建造物の屋内外に昇圧ユニット101と接続箱103の設置スペースを専用に設けなければならない。
【0012】
また、昇圧ユニット101と接続箱103専用の筐体および配線材料が各々必要となり、装置全体のコストアップにつながるおそれがある。また、昇圧ユニット101から接続箱103に接続するための配線が屋内外に施設されるため、屋内外の景観が損なわれるおそれがあった。
【0013】
また、日射強となる昼間時において昇圧ユニット101が昇圧比一定制御で運転を行なっている場合に、出力電圧がインバータ104の入力電圧範囲以上に上昇した場合に昇圧比を変化させることができないので、インバータ104に過電圧がかかり、故障に至るおそれがあった。
【0014】
さらに、昇圧ユニット101の制御回路110内における昇圧比設定部114で適切な昇圧比αが設定されなかった場合、たとえば実際より大きな昇圧比αが誤って設定されると、出力電圧がインバータ104の入力電圧範囲以上となり、インバータ104に過電圧が加わり、故障に至るおそれがある。
【0015】
また、日射強となる昼間時において昇圧ユニット101が運転を行なっている場合に、昇圧ユニット101内のスイッチング素子107が短絡故障して短絡電流が継続して流れると、スイッチング素子107が加熱し、昇圧ユニット101が故障に至る危険性があった。
【0016】
それゆえに、この発明の主たる目的は、太陽電池と昇圧ユニットと接続箱およびインバータ装置の接続に関して、建造物の屋内外に専用の設置スペースを少なくした昇圧ユニットを提供することである。
【0017】
また、他の発明は、専用の筐体を一体化して装置全体のコストダウンを図り、昇圧ユニットから接続箱に接続するための配線を省いて屋内外の景観を損なわないように配慮した昇圧ユニットを提供することである。
【0018】
さらに、他の発明は、昇圧ユニット運転時にインバータ装置に過電圧が加わらず、さらにはスイッチング素子が故障短絡しても、短絡電流の発生を継続しない安全な昇圧ユニットを提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
この発明は、太陽電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、直流電源と昇圧手段とを直接接続する入力接続機能部を備え、昇圧手段は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比を一定に保持する昇圧比一定制御を行い、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い一定電圧になるように、昇圧比を変化させて定電圧制御を行うことを特徴とする。これにより、太陽電池と昇圧手段およびインバータ装置の接続に関して、建造物の屋内外に設置するための専用スペースを少なくすることができる。また、昇圧ユニットから接続箱に接続するための配線を省略できるので、屋内の景観が損なわれることはない。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比一定制御を行なうので、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、非標準的な太陽電池ストリングであっても標準的な太陽電池ストリングと同様の直流電力をインバータ装置に供給することができる。したがって、建造物の屋根などの限られたスペースを有効利用することができる。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は昇圧比を変化させて定電圧制御を行なうので、出力電圧が設定値を越えることを防止することができる。したがって、インバータ装置に過電圧がかかり、故障に至るのを防止することができ、安全性の向上を図ることができる。
【0020】
さらに、入力接続機能部は、昇圧手段側から直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手段と、直流電源から昇圧手段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを含むことを特徴とする。これにより、昇圧手段およびインバータ装置側から太陽電池側に電流が逆流することはなく、また工事などにおいて太陽電池側と昇圧手段側および昇圧手段側とインバータ装置側とを安全に接続したり切離したりすることができる。また、落雷時に太陽電池側から昇圧手段側およびインバータ装置側に雷サージが侵入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保することができる。
【0025】
さらに、入力接続機能部は、昇圧ユニットの出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生するトリップ信号発生手段と、直流電源と昇圧手段とを接続し、トリップ信号に応答して直流電源と昇圧手段とを解列する入力接続解列手段を含むことを特徴とする。これにより、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧比一定制御もしくは定電圧制御を行なっているとき、出力電圧が過電圧になったことを検出すると、入力接続解列手段がトリップ動作をして回路を開放するので、過電圧がインバータ装置にかかって故障に至るのを防止できるため、安全性を向上できる。
【0026】
また、出力電圧はトリップ信号発生手段によって検出されることを特徴とする。これにより、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、過電圧異常状態を判断するための出力電圧監視は過電圧異常状態を判断することによって行なうことができ、トリップ信号発生手段がトリップ信号を発生をして開放手段により回路を開放し、過電圧がインバータ装置にかかって故障に至るのを防止できるため、安全性を向上できる。
【0027】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手段が短絡故障を起こしたことに応じてトリップ信号を発生することを特徴とする。これにより、昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧手段が短絡故障し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れても入力接続解列手段がトリップして回路を開放するので、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により昇圧手段が加熱し、昇圧ユニットが故障に至るのを防止でき、安全性を向上できる。
【0028】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手段の温度上昇に基づいて昇圧手段が短絡故障を起こしたことを検出することを特徴とする。これにより、昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧手段が故障短絡し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れると、昇圧手段が加熱して温度が上昇するが、その温度を監視して設定異常の温度上昇で入力解列接続手段がトリップして回路を開放するので短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により昇圧手段が加熱し、昇圧ユニットが故障に至るのを防ぐことができ、安全性を向上できる。
【0029】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧ユニットの出力電圧がインバータ装置の予め定める入力電圧範囲を越えたことに応じてトリップ信号を発生する。これにより、インバータ装置に過電圧が加わることによる故障を防止できる。
【0032】
さらに、入力接続機能部を収納し、屋外に設置するための筐体を含み、筐体は雨水がしみ込んだ場合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放出口とを含むことを特徴とする。これにより、筐体に収納された回路の導電部に雨水がかかるのを防止できる。
【0033】
さらに、筐体の外側には昇圧ユニットから発生する熱を外部に逃す放熱手段が設けられることを特徴とする。これにより、放熱効果を高めることができる。
【0034】
さらに、筐体の放熱手段を覆いかつ筐体を壁面に支持するための金属板を含むことを特徴とする。このように、金属板で放熱手段を覆うことにより、誤って放熱手段に触れて火傷するのを防止できる。
【0035】
さらに、筐体には開閉可能な蓋部を設け、蓋部を開いて入力接続解列手段が操作されることを特徴とする。これにより、筐体を開かなくとも、蓋部を開けるだけで昇圧手段と太陽電池またはインバータとを切離したりすることが容易にできるので、システム全体の安全性を向上できる。
【0037】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の一実施形態の昇圧ユニットおよびインバータ装置とを含む太陽光発電システムの一例を示す図である。なお、図1では図面の簡略化のために2つの太陽電池ストリング2a,2bのみ示されているが、通常はさらに多くの太陽電池ストリングが含まれる。
【0038】
昇圧ユニット1には、標準太陽電池ストリング2aと非標準太陽電池ストリング2bが接続され、それぞれの出力電力が昇圧ユニット1に入力される。昇圧ユニット1はさらにインバータ4と接続されており、インバータ4は昇圧ユニット1から出力された直流電力を商用電力系統5と同一の位相および周波数50/60Hzを持つ交流電力に変換し、商用電力系統5に供給する。
【0039】
昇圧ユニット1は昇圧装置3と制御回路15とトリップ信号発生部28と逆流防止ダイオード6a,6bと雷サージアブゾーバ7a,7bと入力ブレーカー8a,8bとを備えている。
【0040】
逆流防止ダイオード6a,6bは昇圧ユニット1側から太陽電池ストリング2a,2b側に直流電流が逆流するのを防止している。雷サージアブゾーバ7a,7bは太陽電池ストリング2a,2b側から昇圧ユニット1側に雷サージが侵入するのを防止する。入力ブレーカー8a,8bは太陽電池ストリング2a,2bと昇圧ユニット1側とを接続したり、切離したりする。
【0041】
昇圧装置3はリアクトル9とスイッチング素子10とダイオード11とコンデンサ13とヒューズ12と温度センサ14とを含む。リアクトル9は昇圧ユニット1に入力された直流電力のエネルギを蓄えたり、放出したりする。スイッチング素子10は制御回路15からの高周波の制御出力により、オン/オフスイッチングを行なう。コンデンサ13はスイッチング素子10がオフした際にリアクトル9が放出するエネルギを蓄える。ヒューズ12はある設定値以上の電流が流れると回路を開放する。温度センサ14はスイッチング素子10の温度を監視し、その出力をトリップ信号発生部28に与える。トリップ信号発生部28には昇圧ユニット1の出力電圧Voutと温度センサ11の温度信号Tsが与えられており、トリップ信号発生部28は出力電圧Voutが予め定める電圧よりも大きくなったとき、入力ブレーカー8a,8bをトリップするためのトリップ信号Tpを出力する。
【0042】
図2は図1に示した制御回路15の具体的なブロック図である。図2において、制御回路15は初期昇圧比設定部16と実昇圧比設定部17と昇圧比比較部18と信号設定演算部19と三角波発生部20と信号比較部21と電圧比較部22と信号設定演算部23と三角波発生部24と信号比較部25と論理積演算部26とゲートドライブ部27とから構成される。
【0043】
初期昇圧比設定部16は、標準太陽電池ストリング2aに含まれる太陽電池モジュール数n1と非標準太陽電池ストリング2bに含まれる太陽電池モジュール数n2との比、すなわち昇圧比α1(=n1/n2)を設定する。実昇圧比設定部17は昇圧ユニット1の入力電圧Vinと出力電圧Vout1から実昇圧比α2(=Vout1/Vin)をサンプリングごとに設定する。
【0044】
初期昇圧比設定部16から得られた初期昇圧比α1と実昇圧比設定部17から得られた実昇圧比α2は昇圧比比較部18で比較され、その誤差が増幅されて信号設定演算部19に出力される。
【0045】
図3および図4はこの発明の一実施形態の昇圧ユニット内制御回路における波形図である。図3(a)に示すように、信号設定演算部19で得られた信号設定値Maと三角波発生部20で発生された0から1の振幅値を取る三角波Taとが信号比較部21で比較され、信号設定値Maの方が三角波Taより大きい値のときに信号比較部21はゲートOFFレベルを出力するPWM制御を行なう。その結果、信号比較部21はパルス信号PSaを出力する。
【0046】
また、予め設定された電圧Vref1と昇圧ユニット1の出力電圧Vout1が電圧比較部22でサンプリングごとに入力され、比較される。そして、その結果が信号設定演算部23に出力される。さらに、図3(b)に示すように、信号設定演算部23で得られた信号設定値Mbと三角波発生部24で発生された0から1の振幅値を取る三角波Tbとが信号比較部25で比較され、信号設定値Mbの方が三角波Tbより大きい値のときに信号比較部25はゲートOFFレベルを出力するPWM制御を行なう。
【0047】
その結果、信号比較部25はパルス信号PSbを出力する。これらのパルス信号PSaとPSbは論理積演算部26に入力され、論理積演算が行なわれる。その結果、図3(c)に示すように、パルス信号PScが生成される。そして、そのパルス信号PScはスイッチング素子10のためのゲートドライブ部27に入力される。
【0048】
次に、上述の如く構成された昇圧ユニット1の動作について説明する。既に説明したように、昇圧ユニット1は標準太陽電池ストリング2aの太陽電池モジュール数n1と非標準太陽電池ストリング2bの太陽電池モジュール数n2から決定される昇圧比α(=n1/n2)に基づいて入力電圧を昇圧し、出力電圧がインバータ4に供給される。昇圧ユニット1の出力電圧がインバータ4の入力電圧範囲以内である場合は、昇圧ユニット1は昇圧比を一定にする昇圧比一定制御を行なう。すなわち、制御回路15は、初期昇圧比α1と実昇圧比α2から得られた信号設定値Maと三角波TaからゲートOFFレベルを出力するパルス信号PSa(図3(b))を論理積演算部26に出力する。
【0049】
このとき、昇圧ユニット1の出力電圧Vout1がインバータ4の入力電圧範囲Vref1以内であるため(Vout1<Vref1)、電圧比較部22は信号設定演算部23の出力の振幅値0の信号設定値Mbを信号比較部25に入力させる。すると、三角波Tb信号設定値Mbとに基づくPWM制御が信号比較部25で行なわれ、図4(a)に示すようなパルス幅が1であるパルス信号PSbが論理積演算部26に出力される。パルス信号PSbがパルス幅1であるため、図4(b)に示すように、論理積演算の結果としてパルス信号PSaと同様なパルス信号PScがゲートドライブ部27に出力される。このとき、制御目標は昇圧比一定となる。
【0050】
一方、昇圧ユニット1の出力側に接続されたインバータ4が運転を行なっていない場合には、昇圧ユニット1にとって無負荷状態であるので、昇圧ユニット1が昇圧動作を行なうと昇圧ユニット1の出力電圧がインバータ4の入力電圧範囲以上になる。そこで、昇圧ユニット1の出力電圧がインバータ4の入力電圧範囲以上になる場合は、昇圧ユニット1は昇圧比αを小さくなるように変化させ、昇圧ユニット1の出力電圧がインバータ4の入力電圧範囲以内になるように定電圧制御を行なう。
【0051】
すなわち、上述したように、制御回路15はこのとき、昇圧ユニット1の出力電圧Vout1がインバータ4の入力電圧範囲Vref1以上であるため(Vout1>Vref1)、電圧比較部22は図4(c)に示すように信号設定演算部23にまず振幅値が1以下の0より大きな値(たとえば0.1)の信号設定値Mbを信号比較部25に入力させる。信号比較部25は三角波Tbと信号設定値Mbとの比較を行なってPWM制御を行ない、図4(d)に示すパルス信号PSbが論理積演算部26に出力される。
【0052】
このとき、パルス信号PSbのパルス幅がパルス信号PSaよりも大きければ、論理積演算の結果はパルス信号PSaと同様なパルス信号PScがゲートドライブ部27に出力される。この状態では、昇圧ユニット1の出力電圧Vout1がインバータ4の入力電圧範囲Vref1以上であるため(Vout1>Vref1)、電圧比較部22は信号設定演算部23に前回の振幅値よりも大きな値の信号設定値Mbを信号比較部25に入力させる。そして、信号比較部25で三角波Tbと信号設定値Mbとが比較されPWM制御が行なわれる。このようにして、パルス信号PSbが信号比較部25から論理積演算部26に入力される。
【0053】
その結果、図4(b)に示すようなパルス幅のパルス信号PSbが論理積演算部26に入力され、パルス信号PSbのパルス幅がパルス信号PSaよりも小さい場合は、図4(f)に示すように論理積演算部26はパルス信号PSbと同様なパルス信号PScをゲートドライブ部27に出力する。この結果、制御は昇圧比一定制御から昇圧比αが小さく変化する制御、すなわち昇圧ユニット1の出力電圧がインバータ4の入力電圧範囲以内になるような定電圧制御に切換えられる。このとき、制御目標は出力電圧一定となる。
【0054】
さらに、昇圧ユニット1が定電圧制御を行なっていても、すなわち昇圧比αを小さくしても出力電圧がインバータ4の入力電圧範囲以上となり、これ以上昇圧比αを小さくすることができずに、過電圧になった場合は入力ブレーカー8bをトリップして太陽電池ストリング2b側との線路が開放される。すなわち、図1に示すように、トリップ信号発生部28は出力電圧Vout2を監視しており、出力電圧Vout2が予め設定されたインバータ4の入力電圧範囲Vref2(Vref1<Vref2)よりも大きくなった場合に(Vout2>Vref2)、トリップ信号発生部28から入力ブレーカー8bにトリップ信号Tpが送られ、入力ブレーカー8bがトリップして太陽電池ストリング2b側との線路が開放される。
【0055】
また、スイッチング素子10が短絡故障した場合は、太陽電池ストリング2b側とスイッチング素子10との間で短絡電流が流れる。短絡電流が流れるとスイッチング素子10の温度が上昇する。短絡電流が継続して流れるとスイッチング素子10の温度上昇が大きくなり、昇圧ユニット1の故障につながるおそれがある。そこで、スイッチング素子10に取付けられた温度センサ29を介してトリップ信号発生部28がスイッチング素子10の温度Tsを監視しており、設定温度以上になればトリップ信号発生部28が入力ブレーカートリップ信号Tpを送って入力ブレーカー8bをトリップし、太陽電池ストリング2b側との線路を開放する。このようにすることで短絡電流を継続して流さずに遮断することができる。
【0056】
また、昇圧ユニット1の出力側、すなわちインバータ4との間で短絡電流が流れた場合、スイッチング素子11などが故障するおそれがある。そこで、昇圧装置3内のコンデンサ13の前段に設けられているヒューズ12が溶断して短絡電流が継続して流れるのを防ぐことができる。
【0057】
なお、図1に示した昇圧ユニット1のスイッチング素子10としては、たとえばFET(Field Effect Transistor)またはIGBT(insulated-gate bipolar transistor)などを用いることができる。また、制御回路15はアナログ回路あるいはデジタル回路で構成してもよい。
【0058】
図5はこの発明の一実施形態の昇圧ユニットが収納される筐体の外観図であり、特に、(a)は正面図を示し、(b)は側面図を示し、(c)は底面図を示す。図6は図5に示した筐体の内部構造を示す図であり、(a)は図5のカバーを外した状態の正面図であり、(b)は底面図である。図7は図5に示した蓋部材の構造を示し、(a)は蓋の正面図であり、(b)は蓋の取付状態を示す断面図である。
【0059】
図5に示した筐体30は図1に示した昇圧ユニット1を収納するものであり、図5(b)に示すように、屋外の壁面40に沿って垂直に設置される。筐体30は本体部31とこれを覆うカバー32とから構成されており、本体部31の内部には図6(a)に示すように、上面および側面に沿って排水経路となるバリア部33が形成されている。このバリア部33は本体部31とカバー32との間にしみ込んだ雨水を本体部31の下部に導き、本体部31の下部に形成された放出口としての排水孔34を介して外部に放出する。これによって、屋外に設置された筐体30に収納されている昇圧装置3や制御回路15の導電部に雨水がかかるのを防止できる。
【0060】
筐体30の本体部31の下部(図5(b)で右側)には、放熱フィン35が取付けられている。放熱フィン35には図1に示した逆流防止ダイオード6a,6bおよび昇圧装置3内のスイッチング素子10が取付けられ、これらの逆流防止ダイオード6a,6bおよび昇圧装置3内のスイッチング素子10が損失により発生する熱を外部に逃すことができ、放熱効果を向上できる。
【0061】
さらに、放熱フィン35を囲むように断面コの字状の金属板41が設けられる。この金属板41の内側には本体部31を保持するためのフック42が形成されている。そして、金属板41が壁面40に取付けられ、フック42によって本体部31を保持することによって、筐体30が壁面40に沿って垂直方向に取付けられる。また、金属板41は放熱フィン35を覆い隠すように形成されており、昇圧装置3が動作中に逆流防止ダイオード6a,6bおよびスイッチング素子10が損失により発生する熱で温度上昇した放熱フィン35に誤って触れても火傷するのを防止できる。
【0062】
筐体30のカバー32の中央部には表示部36が設けられている。この表示部36は昇圧装置3が起動すると点灯し、停止すると消灯する。それによって、昇圧ユニット1が日射強となる日中時に動作しているかを昇圧ユニット1本体を開けることなく確認することができ、たとえば日中時に消灯していれば昇圧装置3が動作していないことがわかるので、昇圧ユニット1が正常であるか否かを表示部36により確認することができる。
【0063】
さらに、カバー32の下部には開口部を覆うように蓋部37が設けられる。この蓋部37は本体31から取外したときに、図6(a)に示すように、本体31内部に取付けられている入力ブレーカ8a,8bの操作を許容する。蓋部37の一方側には図7(a)に示すように取付レール部38が形成されており、他方側には留め金具39が取付けられている。さらに、蓋部37と本体32との接触部にはたとえばゴムなどの防水用部材45が貼付けられている。
【0064】
留め金具39は固定板391とつまみ部392とを有しており、つまみ部392を回すことによって固定板391が回転し、その動作によって蓋部37が昇圧ユニット1本体から取外したり取付けたりすることができる。そして、蓋部37を開けると入力ブレーカ8a,8bを操作することができるようになっており、昇圧ユニット1本体を開けなくても蓋部37を開けるだけで外部から入力ブレーカ8a,8bを操作することができる。さらに、蓋部37にはねじなどを使用していないため、蓋部37を筐体30から取外す際に特殊な工具を用いることなく、容易に取外すことができる。したがって、緊急時の際に昇圧ユニット1と太陽電池2またはインバータ4とを切離したりすることが容易にできるので、システム全体の安全性を向上できる。
【0065】
上述の如く、この実施形態によれば、太陽電池ストリング2a,2bなどの直流電源と昇圧ユニット1およびインバータ4との接続に関して、建造物の屋内外に接続専用の設置スペースを少なくし、また専用の筐体30を一体化して装置全体のコストダウンを図り、接続するための配線を少なくして屋内外の景観が損なわれないように配慮し、また昇圧ユニット1の運転時にインバータ4に過電圧が加わらず、さらにスイッチング素子10が故障や短絡しても、短絡電流の発生を継続しない安全な装置を実現できる。
【0066】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0067】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、太陽電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、直流電源とを直接接続する入力接続機能部を備え、昇圧手段は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比を一定に保持する昇圧比一定制御を行い、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い一定電圧になるように、昇圧比を変化させて定電圧制御を行うことにより、建造物の屋内外に設置するための専用スペースを少なくすることができる。また、昇圧ユニットからインバータへ接続箱を介さずに直接接続するため、屋内の景観が損なわれることがない。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比一定制御を行なうので、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、非標準的な太陽電池ストリングであっても標準的な太陽電池ストリングと同様の直流電力をインバータ装置に供給することができる。したがって、建造物の屋根などの限られたスペースを有効利用することができる。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は昇圧比を変化させて定電圧制御を行なうので、出力電圧が設定値を越えることを防止することができる。したがって、インバータ装置に過電圧がかかり、故障に至るのを防止することができ、安全性の向上を図ることができる。
【0068】
また、昇圧手段側から直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手段と、直流電源から昇圧手段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを設けたことにより、昇圧手段およびインバータ装置側から太陽電池側に電流が逆流することがなく、また工事などにおいて太陽電池側と昇圧手段側および昇圧手段側とインバータ装置側とを安全に接続したり切離したりすることができる。また、落雷時に太陽電池側から昇圧手段側およびインバータ装置側に雷サージが侵入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保することができる。
【0073】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手段の出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生し、入力接続解列手段により直流電源との接続を開放することにより、日射強となる昼間時において昇圧ユニットが運転を行なっている場合に、昇圧比一定制御もしくは定電圧制御を行なっていても、昇圧手段の出力電圧が過電圧になったことを検出すると、トリップ信号発生手段がトリップ動作をして回路を開放するので、過電圧がインバータ装置にかかり、故障に至るのを防止できる。
【0074】
入力接続解列手段におけるトリップ機能は昇圧手段の温度上昇に応じて短絡電流が流れる経路を開放することにより、日射強となる昼間時において昇圧ユニットが運転を行なっている場合に昇圧手段が短絡し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れると昇圧手段の温度が上昇するので、その温度を監視して設定以上の温度上昇でトリップ信号発生手段がトリップ信号を発生して回路を開放することにより、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により昇圧ユニットが故障に至るのを防止できる。
【0077】
また、少なくとも入力接続部は屋外に設置された筐体に収納され、筐体は雨水がしみ込んだ場合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放出口とを含むことにより、雨水がインバータ装置や制御回路の導電部に浸入するのを防止でき、さらに専用の筐体を一体化することにより、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【0078】
また、筐体の外側には昇圧ユニットから発生する熱を外部に逃す放熱手段を設けることにより、放熱効果を高めることができる。
【0079】
さらに、筐体の放熱手段を覆いかつ筐体を壁面に支持するための金属板を含むことにより、放熱手段に手が触れて火傷するおそれをなくすことができ、筐体を壁面に取付けることができる。
【0080】
また、筐体には開閉可能な蓋部を設け、蓋部を開いて入力接続解列手段を操作することにより、緊急の際に昇圧ユニットと直流電源とを切離すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施形態の昇圧ユニットのブロック図である。
【図2】 図1に示した昇圧ユニット内の制御回路のブロック図である。
【図3】 制御回路の各部の波形図である。
【図4】 制御回路の各部の波形図である。
【図5】 この発明の一実施形態である昇圧ユニットが収納される筐体の外観図である。
【図6】 図5に示した筐体の内部構造を示す図である。
【図7】 図5に示した筐体の蓋部の構成を示す図である。
【図8】 従来例の昇圧ユニットのブロック図である。
【図9】 図8に示した制御回路のブロック図である。
【図10】 図9に示した制御回路の各部の波形図である。
【符号の説明】
1 昇圧ユニット、2a 標準太陽電池ストリング、2b 非標準太陽電池ストリング、3 昇圧装置、4 インバータ装置、5 商用電力系統、6a,6b逆流防止ダイオード、7a,7b 雷サージアブゾーバ、8a,8b 入力ブレーカー、9 リアクトル、10 スイッチング素子、11 ダイオード、12ヒューズ、13 コンデンサ、14 温度センサ、15 制御回路、16 初期昇圧比設定部、17 実昇圧比設定部、18 昇圧比比較部、19,23 信号設定演算部、20,24 三角波発生部、21,25 信号比較部、22 電圧比較部、26 論理積演算部、27 ゲートドライブ、28 トリップ信号発生部、30 筐体、31 本体部、32 カバー、33 バリア部、34 排水孔、35 放熱フィン、36 表示部、37 蓋部、38 レール部、39 留め金具、391 固定板、392 つまみ部、45 防水用部材。
Claims (10)
- 太陽電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、
前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記直流電源と前記昇圧手段とを直接接続する入力接続機能部を備え、
前記昇圧手段は、前記昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比を一定に保持する昇圧比一定制御を行い、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記設定電圧よりも高い場合は、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記設定電圧よりも低い一定電圧になるように、前記昇圧比を変化させて定電圧制御を行うことを特徴とする、昇圧ユニット。 - 前記入力接続機能部は、
前記昇圧手段側から前記直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手段と、
前記直流電源から前記昇圧手段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを含むことを特徴とする、請求項1に記載の昇圧ユニット。 - 前記入力接続機能部は、
前記昇圧ユニットの出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生するトリップ信号発生手段と、
前記直流電源と前記昇圧手段とを接続し、前記トリップ信号に応答して前記直流電源と前記昇圧手段とを解列する入力接続解列手段を含むことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の昇圧ユニット。 - 前記トリップ信号発生手段は、さらに、前記昇圧手段が短絡故障を起こしたことに応じて、前記トリップ信号を発生することを特徴とする、請求項3に記載の昇圧ユニット。
- 前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧手段の温度上昇に基づいて前記昇圧手段が短絡故障を起こしたことを検出することを特徴とする、請求項4に記載の昇圧ユニット。
- 前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記インバータ装置の予め定める入力電圧範囲を越えたことに応じて前記トリップ信号を発生することを特徴とする、請求項3から請求項5までのいずれかに記載の昇圧ユニット。
- さらに、少なくとも前記入力接続機能部を収納し、屋外に設置するための筐体を備え、
前記筐体は、雨水が染み込んだ場合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放出口とを含むことを特徴とする、請求項1から請求項6までのいずれかに記載の昇圧ユニット。 - さらに、前記筐体の外側に設けられ、前記昇圧ユニットから発生する熱を外部に逃がす放熱手段を備えたことを特徴とする、請求項7に記載の昇圧ユニット。
- さらに、前記放熱手段を覆いかつ前記筐体を壁面に支持するための金属板を備えたことを特徴とする、請求項8に記載の昇圧ユニット。
- 前記筐体は開閉可能な蓋部を有し、該蓋部を開いて前記入力接続解列手段が操作されることを特徴とする、請求項7から請求項9までのいずれかに記載の昇圧ユニット。
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