JP4006926B2

JP4006926B2 - 融雪装置

Info

Publication number: JP4006926B2
Application number: JP2000195443A
Authority: JP
Inventors: 満松川; 紀雄栄
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002016279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の太陽電池に直流電力を並列給電して各太陽電池をそれぞれ発熱体として動作し、各太陽電池の融雪を行う融雪装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力設備としての太陽光発電装置は、通常、インバータ等の電力変換装置を系統に連系運転し、屋根等に設置した太陽電池の直流の発電出力を交流に逆変換して系統側に給電している。
【０００３】
また、発電出力を多くする場合等は、太陽電池を複数とし、これらの太陽電池の発電出力を並列合成して共通の１個の電力変換装置に供給し、この電力変換装置の系統連系の逆変換により、交流に逆変換して系統側に給電している。
【０００４】
ところで、この種の太陽光発電装置を降雪（積雪）の多い地域等で使用する場合、太陽電池表面の積雪の除去が重要な課題の１つになっている。
【０００５】
そして、太陽電池に直流電力を供給して逆電圧を印加すると、太陽電池が発熱体として動作し、その発熱による融雪で積雪の除去が行えることから、この種の太陽光発電装置は、図４に示す融雪装置を備える。
【０００６】
この図４の融雪装置は、２個の太陽電池１，１’と共通の電力変換装置２とを備えた太陽光発電装置に適用したものであり、太陽電池１，１’の直流の発電出力は逆流防止ダイオード３，３’を介して並列合成され、融雪時にのみ動作する半導体スイッチ構成の常閉の共通の給電量制御用の開閉装置４を通って電力変換装置２に供給される。
【０００７】
この電力変換装置２は例えば順，逆変換が行える双方向コンバータ等からなり、通常は、制御装置５の連系運転制御により、系統電源６に連系運転されて逆変換装置として動作し、太陽電池１，１’の発電出力を系統周波数の交流に逆変換して系統側に出力する。
【０００８】
つぎに、積雪の検出に基づく自動又は手動の切換えにより融雪装置として動作する場合、制御装置５により電力変換装置２が系統交流の順変換装置として動作し、電力変換装置２から太陽電池１，１’側に融雪用の直流電力が供給される。
【０００９】
このとき、逆流防止ダイオード３，３’に並列に太陽電池１，１’の融雪給電路７，７’が設けられ、これらの給電路７，７’は、電流バランサ用の抵抗８，８’と、例えば半導体スイッチ又は電磁接触器からなる常開の開閉装置９，９’との直列回路からなり、融雪動作時、制御装置５により開閉装置９，９’が閉成される。
【００１０】
また、制御装置５は、太陽電池１，１’の出力及び電力変換装置２の直流側，交流側の電圧，電流の計測結果に基づき、融雪動作時、最初は、太陽電池１，１’に定電圧制御された融雪用の直流電力を供給するように、開閉装置４を例えば１０KHz〜１５KHzで高周波スイッチングする。
【００１１】
そして、開閉装置４を介した融雪用の直流電力が融雪給電路７，７’を介して太陽電池１，１’に並列給電され、太陽電池１，１’に直流の逆電圧が印加されて太陽電池１，１’が発熱体として動作し、太陽電池１，１’の発熱でそれらの表面の融雪が行われる。
【００１２】
なお、融雪により太陽電池１，１’の発電出力が回復すると、それらの端子電圧が上昇し、このとき、制御装置５は融雪用の直流電力の定電圧制御から定電力制御に移行し、その後、融雪動作の制御を終了して再び通常の連系運転の制御に戻る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記図４の従来装置の場合、太陽電池１，１’の出力端部に接続された融雪給電路７，７’が、開閉装置９，９’と電流バランサとしての抵抗８，８’との直列回路からなる。
【００１４】
そして、融雪動作時の太陽電池１，１’の通電電流（融雪電流）は、抵抗８，８’により均一に制御されてバランスするが、抵抗８，８’等での発熱が多く、この結果、電力変換装置２で発生した直流電力の融雪効率が低い問題点がある。
【００１５】
また、開閉装置４の高周波スイッチングに基づく高周波リップルが、太陽電池１，１’の通電電流にそのまま重畳され、融雪動作時の太陽電池１，１’の通電電流のノイズが大きく、周辺機器に高周波ノイズ妨害を与えたりする問題点もある。
【００１６】
そして、太陽電池１，１’毎にそれぞれの融雪給電路７，７’を設けるため、太陽電池１，１’の数が多くなる程、前記の融雪効率の低下，高周波ノイズ妨害等が問題となる。
【００１７】
なお、図４では電力変換装置２の順変換出力を融雪用の直流電力としたが、電力変換装置２と別個に融雪用の直流電力を供給する専用の直流電源を設け、融雪動作時に電力変換装置２の運転を停止して前記専用の直流電源から太陽電池１，１’に融雪用の直流電力を並列給電することも考えられるが、この場合も前記と同様の問題点がある。
【００１８】
本発明は、この種の太陽光発電装置において、部品数が少ない簡単な構成により融雪効率を向上するとともに、高周波ノイズの発生を防止して複数の太陽電池の融雪を行うことを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の融雪装置は、高周波スイッチングにより、各太陽電池に並列に給電する直流電力を断続して制限する共通の給電量制御手段と、
各融雪給電路の開閉装置それぞれに直列に設けられた各融雪給電路の電流バランサ用の直流リアクトルとを備える。
【００２０】
したがって、各太陽電池の融雪動作時に、各太陽電池間の電流バランサとして、抵抗の代わりに直流リアクトルが用いられる。
【００２１】
そして、給電量制御手段の高周波スイッチングにより各太陽電池の融雪給電路を介して各太陽電池に並列給電される融雪用の直流電力が制限され、このとき、その直流電力に重畳した高周波リップルは、各融雪給電路の電流バランサ用の直流リアクトルにより低減されて除去される。
【００２２】
しかも、これらの直流リアクトルの抵抗成分により、従来装置と同様の各太陽電池の融雪動作時の通電電流のバランスを取ることができる。
【００２３】
そのため、従来装置の電流バランサ用の抵抗の代わりに、電流バランサ用の直流リアクトルを用いて、部品数の増加や構成の複雑化等なく、融雪効率を向上するとともに高周波ノイズの発生を防止することができる。
【００２４】
そして、各太陽電池の直流の発電出力を交流に逆変換する共通の電力変換装置により、融雪動作時に系統交流を順変換して融雪用の直流電力を発生することが実用的で好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
なお、それらの図面において、図４と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。
（第１の形態）
まず、本発明の実施の第１の形態につき、図１を参照して説明する。
図１の融雪装置が図４の従来装置と異なる点は、太陽電池１，１’の融雪給電路７，７’それぞれに、従来装置の抵抗８，８’の代わりに、電流バランサ用の直流リアクトル１０，１０’を設けた点である。
【００２６】
この場合、直流リアクトル１０，１０’の抵抗分により、融雪動作時の太陽電池１，１’の通電電流が均一にバランスする。
【００２７】
しかも、開閉装置４の高周波スイッチングに基づく融雪用の直流電力の電流リップルが、直流リアクトル１０，１０’により抑制されて低減される。
【００２８】
したがって、従来装置の抵抗８，８’を直流リアクトル１０，１０’に置換えた部品数が少なく簡単な構成により、融雪動作時の太陽電池１，１’の通電電流のバランスをとることができ、しかも、開閉装置４の高周波スイッチングに基づく高調波リップを抑制されて除去し、高周波ノイズの発生を防止することができる。
【００２９】
（第２の形態）
つぎに、本発明の実施の第２の形態につき、図２を参照して説明する。
図２の場合、太陽電池１，１’の発電出力の電圧が電力変換装置２の規定の直流入力電圧より低いため、電力変換装置２の前段に昇圧用のチョッパ回路１１を設ける。
【００３０】
このチョッパ回路１１は入，出力側にエネルギ蓄積用のコンデンサ１２，１３を設け、コンデンサ１２に並列に半導体スイッチ１４，フリーホイルダイオード１５を並列接続し、コンデンサ１２，１３のいわゆるホット側端子間に、半導体スイッチ１６，フリーホイルダイオード１７の並列回路を設けて形成される。
【００３１】
また、太陽電池１，１’とコンデンサ１２，１２’の正極端子間に逆流防止ダイオード３，３’と融雪給電路７，７’との並列回路が設けられ、融雪動作時は、融雪給電路７，７’の開閉装置９，９’が閉成される。
【００３２】
そして、コンデンサ１２は逆流防止ダイオード３，３’を介した太陽電池１，１’の発電出力が並列給電されて太陽電池１，１’の発電出力の電圧に充電される。
【００３３】
さらに、制御装置５の制御により、通常は、半導体スイッチ１６がオフ（開放）に保持されて半導体スイッチ１４がスイッチング（オンオフ）し、コンデンサ１３がコンデンサ１２の端子間電圧を昇圧した電圧に充電される。
【００３４】
そして、コンデンサ１３の端子間の昇圧した直流電力が電力変換装置２に給電され、太陽電池１，１’の発電出力を例えば電力変換装置２の入力定格電圧に昇圧した直流電力が電力変換装置２に供給される。
【００３５】
つぎに、融雪動作時は、制御装置５により開閉装置９，９’が閉成されて半導体スイッチ１４が開放され、共通の給電量制御手段を形成する半導体スイッチ１６が高速スイッチングする。
【００３６】
そして、電力変換装置２の順変換により発生した融雪用の直流電力が、半導体スイッチ１６の高速スイッチングにより、コンデンサ１３を通って各太陽電池１，１’の融雪給電路７，７’から各太陽電池１，１’に、給電量を制御されながら並列給電される。
【００３７】
この直流電力の給電により太陽電池１，１’が発熱体として動作し、前記第１の形態と同様の融雪が行われ、第１の形態の場合と同様の効果が得られる。
【００３８】
（第３の形態）
つぎに、本発明の実施の第３の形態につき、図３を参照して説明する。
図３の場合は、太陽電池１，１’の発電出力を変圧器を用いて絶縁状態で昇圧する構成の太陽光発電装置に適用する。
【００３９】
この場合、太陽電池１，１’の発電出力は逆流防止ダイオード３，３’から共通の入力コンデンサ１９に並列給電されて蓄積され、この入力コンデンサ１９の直流エネルギが半導体スイッチ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄをブリッジ接続した構成の高周波インバータ２０により高周波電力に変換される。
【００４０】
さらに、この高周波電力が絶縁用の高周波トランス２１を介してダイオード２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの全波整流型の整流回路２２に供給され、この整流回路２２の整流出力が平滑リアクトル２３，平滑コンデンサ２４により平滑されて第１，第２の形態の電力変換装置２に相当する出力段のインバータ２５に供給される。
【００４１】
そして、このインバータ２５の系統連系運転により、インバータ２５の例えば３相ブリッジ回路構成の主回路２６の各半導体スイッチ２６ａ〜２６ｆがスイッチングし、系統電源６に同期した３相交流を系統側に出力する。
【００４２】
ところで、この発電装置の場合、太陽電池１，１’の融雪給電路７，７’は、太陽電池１，１’と平滑コンデンサ２４のホット端子側間に設けられる。
【００４３】
また、インバータ２５はいわゆるブレーキ出力機能付きのインバータからなり、半導体スイッチ２７とダイオード２８との直列回路が形成するブレーキ回路２９を有し、このブレーキ回路２９の半導体スイッチ２７が給電量制御手段を形成する。
【００４４】
そして、この形態にあってはブレーキ機能を使用しないため、半導体スイッチ２７は通常はオフし、融雪動作時にのみ高周波スイッチングする。
【００４５】
さらに、太陽電池１，１’のアース側と半導体スイッチ２７，ダイオード２８の接続点との間に、開閉装置９，９’に連動する第２の融雪用開閉装置１８，１８’が設けられる。
【００４６】
また、インバータ２５は融雪動作時には系統電源を順変換して融雪用の直流電力を形成する。
【００４７】
そして、この直流電力が半導体スイッチ２７，平滑コンデンサ２４から融雪給電路７，７’を介して太陽電池１，１’に給電され、太陽電池１，１’が発熱して融雪が行われ、前記第１，第２の形態の場合と同様の効果が得られる。
【００４８】
ところで、前記各形態にあっては、２個の太陽電池１，１’を有する太陽光発電装置に適用したが、３個の太陽電池を有する場合にも、前記各形態と同様にして適用できるのは勿論である。
【００４９】
また、前記各形態にあっては、電力変換装置２，インバータ２５により、太陽電池１，１’の発電出力の逆変換と、系統電源の順変換とを行って融雪用の直流電力を形成するようにしたが、電力変換装置２，インバータ２５と別個に融雪用の直流電力を発生する直流電源を設け、この電源装置の直流電力を太陽電池１，１’に供給して融雪してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
給電量制御手段（開閉装置４，半導体スイッチ１６，２７）の高周波スイッチングにより、融雪給電路７，７’を介して各太陽電池１，１’と並列給電される融雪用の直流電力に重畳した高周波リップを、融雪給電路７，７’の直流リアクトル１０，１０’により低減して除去することができる。
【００５１】
しかも、これらの直流リアクトル１０，１０’の抵抗成分により、電流バランサ用の抵抗８，８’を設けた従来装置と同様の各太陽電池の融雪動作時の通電電流のバランスを取ることができる。
【００５２】
したがって、従来装置の電流バランサ用の抵抗８，８’の代わりに、電流バランサ用の直流リアクトル１０，１０’を用いて、部品数の増加や構成の複雑化等なく、融雪効率を向上するとともに高周波ノイズの発生を防止することができる。
【００５３】
そして、各太陽電池１，１’の直流の発電出力を交流に逆変換する共通の電力変換装置２（インバータ２５）により、融雪動作時に系統交流を順変換して融雪用の直流電力を発生することが、極めて実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態の結線図である。
【図２】本発明の実施の第２の形態の結線図である。
【図３】本発明の実施の第３の形態の結線図である。
【図４】従来装置の結線図である。
【符号の説明】
１，１’ 太陽電池
２電力変換装置
４，９開閉装置
７，７’融雪給電路
１０，１０’ 直流リアクトル
１６，２７半導体スイッチ

Claims

複数の太陽電池それぞれの出力端部に、融雪動作時に閉成する常開の開閉装置を有する融雪給電路を接続し、
前記融雪動作時に、融雪用の直流電力を前記各融雪給電路を介して前記各太陽電池に並列に給電し、前記各太陽電池を発熱体として動作させる融雪装置において、
高周波スイッチングにより前記直流電力を断続して制限する共通の給電量制御手段と、
前記各融雪給電路の前記開閉装置それぞれに直列に設けられた前記各融雪給電路の電流バランサ用の直流リアクトルと
を備えたことを特徴とする融雪装置。
各太陽電池の直流の発電出力を交流に逆変換する共通の電力変換装置により、融雪動作時に系統交流を順変換して融雪用の直流電力を発生するようにしたことを特徴とする請求項１記載の融雪装置。