JP4841566B2 - パワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電システムに用いられ、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナに関し、特に、その筐体に関するものである。

太陽光発電用のパワーコンディショナは、筐体内に設置された発熱部品の発熱により、筐体内で空気が対流し、筐体の天板の温度が上昇する。また、インバータ部のパワーモジュールの熱が伝導されるヒートシンクが、直接、筐体に取付けられているため、ヒートシンクの熱が筐体に伝導され、筐体の天板の温度は更に高温となる。

パワーコンディショナは、通常、屋内に設置され、発電量や発電電力量等をチェックするために、人が、表示部のスイッチに触れることがある。また、パワーコンディショナは、電力会社の商用系統と連系して電力を供給するため、その出力部が分電盤に接続されるが、分電盤が設置されている比較的高い場所に設置される。表示部のスイッチを操作するために、人が脚立等に登り、不用意に、高温のパワーコンディショナの筐体の上面に手を触れることがある。

従来、内部に発熱部を有する電子機器の外装体（筐体）であって、金型により圧縮成形された圧縮木材からなり、該圧縮木材の外面側に放熱のための凹凸部が一体成形されていて、凹凸部が木材で構成されることにより、表面が金属の場合のような過熱しやすい放熱特性を有しないので、手を触れた場合にもやけどなどをしにくい放熱部としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１３４９１８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、筐体を圧縮木材としているので、この筐体を、太陽光発電システムに用いられるパワーコンディショナの筐体として用いると、放熱特性が悪く、パワーモジュールの発熱を速やかに放熱することができない。そのため、筐体内部が高温になってしまい、最悪の場合、筐体が発火してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱特性がよく、かつ、筐体表面が高温になることのない太陽光発電用のパワーコンディショナを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路と、該直交変換回路のパワーモジュールを取付けたヒートシンクと、を金属筐体内に設置したパワーコンディショナにおいて、前記金属筐体の天板の上面に外側樹脂シートを貼付し、前記金属筐体の天板及び底板に設けられ、前記ヒートシンクの複数の放熱フィン間の溝部に連通する第１スリット孔と、前記外側樹脂シートの、前記第１スリット孔に重なる部位に設けられた第２スリット孔と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、筐体が金属性であるので放熱特性がよく、かつ、金属筐体の天板の上面に外側樹脂シートを貼付したので筐体表面が高温になることがない、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる太陽光発電用パワーコンディショナの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、太陽光発電用のパワーコンディショナの直交変換回路を示す図であり、図２は、金属ベースにヒートシンク及び回路部品を組付けた状態を示す下面図であり、図３は、実施の形態１の外側樹脂シートの斜視図であり、図４は、筐体の天板の上面に外側樹脂シートを貼付した実施の形態１のパワーコンディショナを示す斜視図であり、図５は、実施の形態１のパワーコンディショナの縦断面図である。

図１に示すように、太陽光発電用のパワーコンディショナ１００は、太陽電池の発電電圧を昇圧部で昇圧し、インバータ部で交流に変換し、フィルタ部で波形を整えて商用系統に出力する。インバータ部のパワーモジュール３（図２参照）は、発熱量が大きいので、ヒートシンク２（図２参照）に取付けられて放熱される。

図２、図４及び図５に示すように、電力を制御するパワーコンディショナ１００は、万一、内部で発火した場合に外部への延焼を防ぐため、筐体（外郭）２０が、長方形板金状の金属ベース１と、フロントカバーとなる直方体の金属ケーシング１３と、により構成されている。

図２に示すように、筐体２０の一側面としての金属ベース１には、ヒートシンク２が、複数の放熱フィン２ａ、２ａを上下方向に向け、ネジ１２により取付けられる。複数の放熱フィン２ａは、金属ベース１に向かって延びている。複数の放熱フィン２ａ、２ａ間の溝部２ｂは、金属筐体２０の底板１３ｂから天板１３ａの方向に形成される。万一、回路部品のトラッキング等で、金属筐体２０の内部で発火した場合に外部に延焼し難いように、ヒートシンク２は、金属筐体２０との間に隙間を殆んど設けずに、略密着された状態で固定されている。

ヒートシンク２の金属筐体２０側の面と反対側の面（ベース部分）には、半導体パワー素子が内蔵された発熱部品であるパワーモジュール３及びインバータのフィルタ回路を構成するリアクタ４が取付けられる。リアクタ４は、金属ベース１に直接取付けてもよい。また、ヒートシンク２のベース部分には、スペーサ５を介して主回路基板６がネジ止めされ、主回路基板６には、スペーサ５を介して電源回路基板８が積層されネジ止めされる。

また、主回路基板６には、制御回路基板７が、主回路基板６に直交するようにコネクタ９を介して取付けられる。更に、一側がスペーサ５ａを介して主回路基板６にネジ止めされ、他側がスペーサ５ｂを介して金属ベース１にネジ止めされた端子台ベース１０に、端子台１１が取付けられる。以上のように、パワーコンディショナ１００の回路部品が金属ベース１に設置されている。

回路部品が設置された後に、回路部品を覆うように、直方体の金属ケーシング１３が金属ベース１にネジ止めされる。金属ケーシング１３の天板１３ａ及び底板１３ｂの、ヒートシンク２の放熱フィン２ａ、２ａ間の溝部２ｂ、２ｂに重なる部位には、ヒートシンク２の熱を金属筐体２０の外部に放出するための複数の第１スリット孔１４、１４が設けられている。第１スリット孔１４、１４は、溝部２ｂ、２ｂに連通している。

実施の形態１のパワーコンディショナ１００の特徴的な構成として、金属筐体２０の天板１３ａの上面全面に、図３に示す、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の外側樹脂シート１５を、両面接着テープにより貼付している。外側樹脂シート１５には、天板１３ａに設けた複数のスリット孔１４、１４と重なる部位に、第２スリット孔１４ａ、１４ａが設けられている。

なお、外側樹脂シート１５の材料は、ポリカーボネート、ＰＥＴに限られず、パワーコンディショナ１００の能力に応じて種々の樹脂材料から選択することができる。また、外側樹脂シート１５の厚さは、０．５〜１ｍｍとするとよい。０．５ｍｍ未満では、断熱効果が小さく、１ｍｍを超えると抜き型のコストが増大する。

パワーモジュール３からヒートシンク２に伝達された熱は、金属筐体２０に伝達されて外気により冷却されるとともに、金属ケーシング１３の底板１３ｂに設けられた第１スリット孔１４、１４から金属筐体２０内に入り、ヒートシンク２の放熱フィン２ａ、２ａ間の溝部２ｂ、２ｂを通り、金属ケーシング１３の天板１３ａに設けられた第１スリット孔１４、１４及び外側樹脂シート１５に設けられた第２スリット孔１４ａ、１４ａを通って金属筐体２０外にぬける自然上昇気流によって冷却される。

以上説明したように、実施の形態１のパワーコンディショナ１００は、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路と、該直交変換回路のパワーモジュール３を取付けたヒートシンク２と、を金属筐体２０内に設置し、金属筐体２０の天板１３ａの上面に外側樹脂シート１５を貼付したので、放熱特性がよく、かつ、金属筐体２０の上面が高温になることがない。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２の内側樹脂シートの斜視図であり、図７は、金属筐体の天板の下面とヒートシンクとの間に内側樹脂シートを配置した実施の形態２のパワーコンディショナを示す斜視図であり、図８は、実施の形態２のパワーコンディショナの縦断面図である。

図６〜図８に示すように、実施の形態２のパワーコンディショナ２００は、金属筐体２０の天板１３ａの上面全面に、図３に示す、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の外側樹脂シート１５を、両面接着テープにより貼付している。外側樹脂シート１５には、天板１３ａに設けた複数の第１スリット孔１４、１４と重なる部位に、第２スリット孔１４ａ、１４ａが設けられている。

また、実施の形態２のパワーコンディショナ２００の特徴的な構成として、金属筐体２０の天板１３ａの下面とヒートシンク３との間に、第１スリット孔１４、１４に重なる部位をコの字形に切欠いた切欠き部１４ｂを有するポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の内側樹脂シート１６を配置している。内側樹脂シート１６は、金属ケーシング１３とヒートシンク２とを固定するネジ１２により共締めされる。内側樹脂シート１６は、ヒートシンク２の複数の放熱フィン２ａ、２ａが立設されるベース部分及び最外部に位置する放熱フィン２ａ、２ａの、天板１３ａと対向する端部と接触している。

金属筐体２０の天板１３ａの下面とヒートシンク３との間に、内側樹脂シート１６を配置することにより、天板１３ａにヒートシンク３の熱が伝道され難くなり、金属筐体２０の天板１３ａの温度上昇が抑えられる。また、内側樹脂シート１６は、スリット孔１４、１４ａから金属筐体２０内に水や塵が浸入した場合、防水、防塵パッキンの役目を果たし、回路部分への水や塵の浸入を防止する。

パワーモジュール３からヒートシンク２に伝達された熱は、金属筐体２０に伝達されて外気により冷却されるとともに、金属ケーシング１３の底板１３ｂに設けられた第１スリット孔１４、１４から金属筐体２０内に入り、ヒートシンク２の放熱フィン２ａ、２ａ間の溝部２ｂ、２ｂを通り、内側樹脂シート１６の切欠き部１４ｂ、金属ケーシング１３の天板１３ａに設けられた第１スリット孔１４、１４及び外側樹脂シート１５に設けられた第２スリット孔１４ａ、１４ａを通って金属筐体２０外にぬける自然上昇気流によって冷却される。

以上説明したように、実施の形態２のパワーコンディショナ２００は、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路と、該直交変換回路のパワーモジュール３を取付けたヒートシンク２と、を金属筐体２０内に設置し、金属筐体２０の天板１３ａの上面に外側樹脂シート１５を貼付し、さらに、金属筐体２０の天板１３ａの下面とヒートシンク３との間に、第１スリット孔１４、１４に重なる部位を切欠いた切欠き部１４ｂを有する内側樹脂シート１６を配置したので、金属筐体２０は放熱特性がよく、かつ、金属筐体２０の天板１３ａの上面に貼付された外側樹脂シート１５が高温になることはない。

内側樹脂シート１６の第１スリット孔１４、１４に重なる部位をスリット孔にするのではなく、切欠き部１４ｂとしたので、内側樹脂シート１６として、ポリカーボネート等の樹脂を用いる場合に、比較的安価な抜き型を用いることができ、コストを下げることができる。

また、内側樹脂シート１６の切欠き部１４ｂは、外側樹脂シート１５の第２スリット孔１４ａに比べて抜き型で抜き易いので、厚さ１ｍｍ以上のものを用いてもよい。さらに、実施の形態２のパワーコンディショナ２００は、その能力によっては、外側樹脂シート１５を貼付しなくてもよい。この場合でも、内側樹脂シート１６により天板１３ａにヒートシンク３の熱が伝道され難くなり、金属筐体２０の天板１３ａの温度上昇を抑えることができる。

また、実施の形態１及び２は、いずれもパワーコンディショナの筐体の例を示しているが、本発明は、半導体パワー素子の発熱を、ヒートシンクの放熱フィンに伝達させて機器外部に放熱するパワーコンディショナと類似の機器にも適用できることは言うまでもない。

例えば、太陽電池モジュールの直列枚数が揃わない場合に、直列枚数の少ない太陽電池モジュールを直列枚数の多い太陽電池モジュールの電圧に合わせるための昇圧回路内蔵接続箱や、太陽光発電機器に限らず送風機の風量を制御するファンインバータ等にも適用することができる。

以上のように、本発明にかかる太陽光発電用のパワーコンディショナは、屋内に設置されるものとして有用である。

太陽光発電用のパワーコンディショナの直交変換回路を示す図である。 金属ベースにヒートシンク及び回路部品を組付けた状態を示す下面図である。 実施の形態１の外側樹脂シートの斜視図である。 筐体の天板の上面に外側樹脂シートを貼付した実施の形態１のパワーコンディショナを示す斜視図である。 実施の形態１のパワーコンディショナの縦断面図である。 本発明の実施の形態２の内側樹脂シートの斜視図である。 筐体の天板の下面とヒートシンクとの間に内側樹脂シートを配置した実施の形態２のパワーコンディショナを示す斜視図である。 実施の形態２のパワーコンディショナの縦断面図である。

符号の説明

１ 金属ベース
２ ヒートシンク
２ａ 放熱フィン
２ｂ 溝部
３ パワーモジュール
４ リアクタ
５，５ａ，５ｂ スペーサ
６ 主回路基板
７ 制御回路基板
８ 電源回路基板
９ コネクタ
１０ 端子台ベース
１１ 端子台
１２ ネジ
１３ 金属ケーシング
１３ａ 天板
１３ｂ 底板
１４，１４ａ スリット孔
１４ｂ 切欠き部
１５ 外側樹脂シート
１６ 内側樹脂シート
２０ 金属筐体
１００，２００ パワーコンディショナ

Claims (6)

1. 太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路と、該直交変換回路のパワーモジュールを取付けたヒートシンクと、を金属筐体内に設置したパワーコンディショナにおいて、
   前記金属筐体の天板の上面に外側樹脂シートを貼付し、
   前記金属筐体の天板及び底板に設けられ、前記ヒートシンクの複数の放熱フィン間の溝部に連通する第１スリット孔と、
   前記外側樹脂シートの、前記第１スリット孔に重なる部位に設けられた第２スリット孔と、
   を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記ヒートシンクは前記金属筐体の一側面に取付けられ、
   前記ヒートシンクの前記複数の放熱フィンは前記一側面に向かって延び、
   前記複数の放熱フィン間の前記溝部は前記金属筐体の底板から天板の方向に形成され、
   前記パワーモジュールは前記ヒートシンクの前記金属筐体側の面と反対側の面に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記外側樹脂シートの厚さが、０．５〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記金属筐体の天板の下面と前記ヒートシンクとの間に、前記第１スリット孔に重なる部位を切欠いた切欠き部を有する内側樹脂シートを配置したことを特徴とする請求項１に載のパワーコンディショナ。
5. 前記内側樹脂シートはコの字状に形成され、前記ヒートシンクの複数の放熱フィンが立設されるベース部分及び最外部に位置する放熱フィンの、前記天板と対向する端部と接触していることを特徴とする請求項４に記載のパワーコンディショナ。
6. 太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路と、該直交変換回路のパワーモジュールを取付けたヒートシンクと、を金属筐体内に設置したパワーコンディショナにおいて、
   前記金属筐体の天板の下面と前記ヒートシンクとの間に、内側樹脂シートを配置し、
   前記金属筐体の天板及び底板に設けられ、前記ヒートシンクの複数の放熱フィン間の溝部に連通する第１スリット孔を備え、
   前記ヒートシンクは前記金属筐体の一側面に取付けられ、
   前記ヒートシンクの前記複数の放熱フィンは前記一側面に向かって延び、
   前記複数の放熱フィン間の前記溝部は前記金属筐体の底板から天板の方向に形成され、
   前記パワーモジュールは前記ヒートシンクの前記金属筐体側の一面と反対側の面に取付けられ、
   前記内側樹脂シートはコの字状に形成され、前記ヒートシンクの複数の放熱フィンが立設されるベース部分及び最外部に位置する放熱フィンの前記天板と対向する端部と接触していることを特徴とするパワーコンディショナ。

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