JP4883892B2

JP4883892B2 - 太陽光発電システム

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Publication number: JP4883892B2
Application number: JP2004242219A
Authority: JP
Inventors: 敏明大野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: JP2006060121A

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールの出力を並列接続するとともに、電圧の不足する太陽電池モジュールは出力電圧を昇圧させて交流変換し、発電電力として利用する住宅用太陽光発電システムに関するものである。

一般に住宅用太陽光発電装置は、太陽電池モジュールを複数個、直列に接続した太陽電池ストリングを作製し、これら太陽電池ストリングを、さらに複数に並列接続し、そして、その出力を家屋内の商用負荷に供給したり、もしくは電力会社の商用電力系統に売電できるようになっている。そのために、電力変換を行うパワーコンディショナに入力するという構造である。

上記のような太陽電池ストリングの直列数については、前記パワーコンディショナの入力電圧範囲に合わせた電圧となるようにする設定構造であるが、屋根上への太陽電池モジュールの設置可能枚数は、必ずしも前記直列数の倍数にはならず、数枚分の過不足が生じる。

そこで、前述のように太陽光発電システムでストリングの入力電圧が異なる場合には、このストリングの入力電圧をそろえるため、昇圧ユニットを用いることで、すなわち、低電圧のストリングの出力を昇圧ユニットにて高電圧のストリングの電圧に昇圧し、そして、接続箱で集電し、パワーコンディショナに入力するようにしている。

以下、従来の太陽光発電システムを図８により述べる。

同図はこの従来の太陽光発電システムの概略図である。

図８に示す太陽光発電システムによれば、４個の太陽電池ストリング１１（１１ａ〜１１ｄ）を備えた場合である。４はパワーコンディショナであり、５は分電盤である。また、３３ａ及び３３ｂは昇圧ユニットである。

各太陽電池ストリング１１ａ〜１１ｄの出力は接続箱３２に接続されている。この接続において、太陽電池ストリング１１ａ〜１１ｄの各出力が束ねられ、並列に接続され、その後、パワーコンディショナ４に入力され、直流電力が交流電力に電力変換され、家屋の分電盤５を通して、交流負荷や商用電力系統に接続される。

このとき、たとえば太陽電池ストリング１１ｃと太陽電池ストリング１１ｄの各直列枚数が、太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂの各直列枚数に較べて少なく、出力電圧が低くなる状態であった場合、その低電圧の太陽電池ストリング１１ｃ及び１１ｄと接続箱３２との間に、それぞれ昇圧ユニット３３ａ及び昇圧ユニット３３ｂを設け、これによって、接続箱３２内で並列接続される太陽電池ストリングの電圧が揃うような構造にしている。

以上のような構成の太陽光発電システムによれば、太陽電池ストリング１１ｃや太陽電池ストリング１１ｄの各出力配線を、一旦、接続箱３２の外に出し、そして、昇圧ユニット３３ａ及び昇圧ユニット３３ｂに入れ、再度、接続箱３２に入れる構成である。

したがって、施工作業が複雑化するという問題点がある。また、配線引き込み部の防水処理という点においても、施工の工数増加となり、その点でも問題である。

かかる課題を解消するために、昇圧ユニットを接続箱と一体化することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この提案を図９にて概略、説明する。

同図は従来の昇圧ユニット一体型の接続箱の概略図である。

Ａはそのためのケ−スであり、このケ−スＡの内部に、接続箱３２と昇圧ユニット３３（３３ａ、３３ｂ）を収納した状態を示す。
特開２００３−１３４６６７号公報

しかしながら、図８に示すような従来の太陽光発電システムによれば、次のような課題がある。

すなわち、屋根上に設置された太陽電池モジュールからの出力ケーブルを各所からバラバラに接続箱へ向けて引き回すと出力ケーブルが何本も屋根や壁を伝うことになり家屋の外観を損なうことになるため、通常は１箇所で束ねて接続箱の設置場所に配管等で配線するので、全ての配線を一旦接続箱に入力し、昇圧が必要な系統のみ昇圧ユニットに分配し、再び接続箱に入力するという複雑な配線を行う必要があった。

また、接続箱や昇圧ユニットを出入りする出力ケーブルが多くなり、これに伴って、ケーブル引き込み口に対する防水処理の工数が増加し、その結果、施工に時間と手間がかかるといった問題があった。

さらにまた、接続箱と昇圧ユニットを複数壁面に設置する構成である場合、相当に大きな設置面積が必要となり、設置面積が充分に取れない、住宅の外装や内装において、その外観を損なう等の問題があった。

一方、図９に示す昇圧ユニット一体型の接続箱を使用した場合、次のような課題がある。

接続箱３２と昇圧ユニット３３（３３ａ、３３ｂ）を同一ケースＡ内に収納した場合、あらかじめ昇圧系統の数量を想定される最大の系統数分の収納スペースを確保しておく必要がある。

同図において、昇圧ユニット３３ａと昇圧ユニット３３ｂとは別に、さらに増設用の１個の昇圧ユニットが入るだけの空間を設けている。

したがって、機器が大型化し、必要以上に大きな設置スペースも必要となり、設置スペースの確保の問題、大型ケースによる家屋の外観が損なわれる等の問題は解決されない。

よって、本発明の目的は、上述した諸問題を解消し、接続箱や昇圧ユニットの設置に伴う施工工数を削減し、製作コストを低減した太陽光発電システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、家屋の外観を損なわない太陽光発電システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の太陽光発電システムは、複数個の太陽電池と、これら太陽電池の出力電力を並列接続する接続箱と、前記複数個の太陽電池のうち出力電圧が他の太陽電池よりも小さい太陽電池に対し、その出力電圧を昇圧させる昇圧ユニットから成る太陽光発電システムであって、前記接続箱及び昇圧ユニットには配線通路を有する連結手段がそれぞれ設けられており、前記接続箱と前記昇圧ユニットとは連結手段を介して設置自在に連結配置して固定され、さらにこの連結手段のみを通して昇圧ユニットに対する配線を施した。

本発明の他の太陽光発電システムは、前記昇圧ユニットを複数個配列し、これら昇圧ユニットは連結手段を介して設置自在に連結配置して固定され、さらにこの連結手段のみを通して昇圧ユニットに対する配線を施した。

本発明のさらに他の太陽光発電システムは、前記昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向に配置したことを特徴とする。

本発明の太陽光発電システムは、前記昇圧ユニットを接続箱に対し水平方向に配置したことを特徴とする。

また、本発明の太陽光発電システムは、前記昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向および水平方向に、それぞれ配置したことを特徴とする。

本発明の太陽光発電システムは、前記接続箱と昇圧ユニットが一本または複数本のレール材で壁面に取り付けられたことを特徴とした。

本発明の太陽光発電システムは、上記構成のように、接続箱と前記昇圧ユニットとは連結手段を介して設置自在に連結配置して固定され、さらにこの連結手段のみを通して昇圧ユニットに対する配線を施した構成である。

すなわち、接続箱と昇圧ユニットを設置自在に連結可能とし、その引き込み配線の位置、使用する回路の数に対応して位置の組み換えおよび数量の変更が可能で、かつ、その電気配線を内部で行うことにより、配線引き回しを容易かつ距離を最短としたので、必要数の機器のみを設置する設置スペースを確保するだけでよく、しかも、配線引き込み作業および引き込み口の防水処理の工数が削減でき、さらに後日のユニット増設も容易に行えるようにしている。

また、本発明の太陽光発電システムは、上記構成のごとき、昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向に配置したり、昇圧ユニットを接続箱に対し水平方向に配置したり、もしくは昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向および水平方向に、それぞれ配置してもよく、このように設置自在な連結配置ができ、設計自由度を高められる。

本発明の太陽光発電システムは、上記構成のように、接続箱と昇圧ユニットが一本または複数本のレール材で壁面に取り付けられた構成にしたことで、固定作業と連結作業を容易にし、さらに連結強度を向上させことができる。

以下、本発明の太陽光発電システムの実施形態について、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。

（例１）
図１に太陽光発電システムの概略構成を示し、図２の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は接続箱と昇圧ユニットの連結の様子を示す模式図である。

図１に示す本発明の太陽光発電システムは、４個の太陽電池ストリング１１（１１ａ〜１１ｄ）を備えた場合である。２は接続箱であり、４はパワーコンディショナであり、５は分電盤である。また、３３ａ及び３３ｂは昇圧ユニットである。

各太陽電池ストリング１１ａ〜１１ｄの出力は接続箱２に接続されている。この接続において、太陽電池ストリング１１ａ〜１１ｄの各出力が束ねられ、その後、パワーコンディショナ４に入力され、直流電力が交流電力に電力変換され、家屋の分電盤５を通して、交流負荷や商用電力系統に接続される。

このとき、たとえば太陽電池ストリング１１ｃと太陽電池ストリング１１ｄの各直列枚数が、太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂの各直列枚数に較べて少なく、出力電圧が低くなる状態であった場合、その低電圧の太陽電池ストリング１１ｃ及び１１ｄと接続箱２との間に、それぞれ昇圧ユニット３３ａ及び昇圧ユニット３３ｂを設け、これによって、接続箱２内で並列接続される太陽電池ストリングの電圧が揃うような構造にしている。

つぎに接続箱―昇圧ユニットの連結構造を述べる。

図２に示す接続箱―昇圧ユニットの連結状態によれば、同図（ａ）に示すように、昇圧ユニット３１ａと接続箱２との間を、ジョイントパーツ６１を介して取り付けられる構造であって、たとえば、一方に穴を設け、この穴はノックアウトなどにより容易に作り出せる構造となっており、そして、他方にジョイントパーツ６１を設け、その穴に取り付け、図２（ｂ）に示すような連結構造にする。この構造により、同時に配線通路が確保され、このジョイントパーツ６１を通じて、お互いの配線が可能となっている。

このような連結構造であれば、図２（ｃ）に示すごとく、昇圧ユニット３１の連結数を増すことができ、昇圧が必要な太陽電池ストリングの系統数と同じだけ増設することが可能である。

すなわち、昇圧が必要な太陽電池ストリングの系統数が２系統の場合は図２（ｃ）に示すように、さらに昇圧ユニット３１ｂを増設すればよく、増設数がこれ以上の場合は同様にして順次連結していく。

接続箱２と昇圧ユニット３１の外装ケースはポリカーボネイトなどの不燃性樹脂または金属製のもので、火災発生時にも延焼しにくいものを用いるのが好適である。そして、形状も同形状のケースとして連結時の一体感を高めるとより好適である。

また、ジョイントパーツ６１には、そのジョイント部に防水性能を持たせた金属や樹脂成型品などを使用するとよい。

接続箱や昇圧ユニットとともに、ジョイントパーツも金属性のものを用いれば、連結と同時にアース接続を完了させるようにすることもできる。

さらにまた、特に図示しないが、接続箱２や昇圧ユニット３１は家屋の中や外の壁面に木ネジなどでネジ止め固定されるのであるが、隣接する接続箱２および昇圧ユニット３１がジョイントパーツ６１で連結固定されることにより、たとえば図１の昇圧ユニット３１ａの壁面に固定している木ネジなどが緩んだり、折れたりしても、ジョイントパーツ６１ａおよび６１ｂを介して、隣接する接続箱２や昇圧ユニット３１ｂが昇圧ユニット３１ａを支えるので、機器の脱落が生じにくく、安全性が増す。また、最初から連結による支持が得られることを利用してネジ止めの本数を減らして施工工数を削減するようにしてもよい。

かくして本発明によれば、上記構成によれば、図８に示すような従来の太陽光発電システムの課題を解消することができた。

すなわち、図８に示すような従来のシステムでは、太陽電池ストリングからの出力ケーブルを束ね、接続箱３２の設置部に配管等で配線する構造であり、これにより、すべての配線を一旦、接続箱３２に入力し、そして、昇圧が必要な系統のみ昇圧ユニット３３（３３ａ、３３ｂ）に分配し、再び接続箱３２に入力するという複雑な配線を行っており、この配線に起因して、住宅の外装または内装の外観を損ねていた。これに対し、本発明の太陽光発電システムによれば、図１にて前述したように接続箱２や昇圧ユニット３１（３１ａ、３１ｂ）間を連結するジョイントパーツ６１（６１ａ、６１ｂ）のみを通じて内部で配線を行う構成であり、これによって、接続箱２と昇圧ユニット３１（３１ａ、３１ｂ）間の配線を外部配管で配線工事する必要が無く、配線引き回しは接続箱２からのみとなり、出力ケーブルの引き回し状態を簡素化し、これまで意匠を損ねていた複雑な配管を一掃している。

また、外部への配線引出し本数を削減したことにより、接続箱２や昇圧ユニット３１（３１ａ、３１ｂ）の配線引出し部分の占有面積を減らして、装置の小型化ができ、これにより、設置スペースも削減できる。

さらにまた、図９に示すごとく、従来のような接続箱と昇圧ユニットをひとつのケースＡに収納した一体型ケースの場合には、昇圧が必要な太陽電池ストリングの系統数を最大３系統と設定すると、昇圧が必要な太陽電池ストリングの系統数が１系統や２系統の場合でも、接続箱の大きさは同じスペースが必要となる。これに対し、本発明においては、接続箱２と昇圧ユニット３１（３１ａ、３１ｂ）を連結可能とすることにより、設置スペースを最小限度に抑えることが出来るとともに、収納スペースの不足による増設数の制限が生じないという効果も奏する。

つぎに他の例を図３〜図７により述べる。

図３〜図６は本発明の太陽光発電システムにおける配線方法を説明する模式図である。また、図７は接続箱、昇圧ユニットの壁面への設置方法を説明する模式図である。

（例２）
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の接続箱２と昇圧ユニット３１（３１ａ〜３１ｃ）の連結構造は、接続箱２や昇圧ユニット３１の配置位置を変えることにより、太陽電池モジュール（ストリング）からの引き込み配線、パワーコンディショナ４への配線に都合のよい位置に接続箱２を設定することが可能である。

一般に太陽電池モジュール（ストリング）からの出力ケーブルを束ねる配管は、家屋の外観に配慮して住宅の樋などに沿わせることが多いが、樋が接続箱２、昇圧ユニット３１の右側になるか、左側になるかは、接続箱２や昇圧ユニット３１の設置場所を決定した段階で決まっている。

よって、接続箱２の位置を調整することにより、配管を引き廻す長さを短くすることができ、配線を容易に、意匠を損なう配管の引き廻しを目立たないようにすることが可能である。

そこで、まず接続箱２の位置を決め、そこから昇圧ユニット３１を連結していくようにすればよい。

具体的には、図３（ａ）に示すように、出力ケーブルが左方向から来る場合には、まず接続箱２を配置し、つぎに昇圧ユニット３１ａを接続箱２の右側にジョイントパーツ６１ａを用いて連結する。

さらに昇圧ユニット３１ａの右側に昇圧ユニット３１ｂをジョイントパーツ６１ｂを用いて連結し、同様にして昇圧ユニット３１ｃもジョイントパーツ６１ｃで連結する。

このように配置することで、多数の出力ケーブルを一番短くできる位置で接続箱２に挿入することができ、図３（ｂ）や図３（ｃ）のように多数の出力ケーブルが昇圧ユニットの下部を這うような家屋の外観を損ねる配線を回避できる。

なお、特に図示しないが図３（ａ）と逆に出力ケーブルが家屋の左側から来る場合には接続箱２と昇圧ユニット３１ｃの位置関係を逆転すればよいことは言うまでも無い。

ところで、太陽電池モジュール（ストリング）からの出力配線は家屋の外を引き回す以外に、壁内を通す隠蔽配線という手法も用いられる。この場合には壁面と接続箱に穴を開けて隠蔽配線を接続箱内に引き込むことが可能であるが、壁面に穴を開けられる位置は建物の構造上制限される。そこで、図３（ｂ）や図３（ｃ）のように壁面に穴を開ける位置に合わせて接続箱２の配置を変更すればよく、接続箱と昇圧ユニットの全体位置を変更せずに接続箱の位置を選べることは大変優位である。

（例３）
さらに壁面への設置幅が制限される部分では、設置スペースを横方向（水平方向）に広げようとすると、様々な障害物により、制限を受けることが多いが、図４に示すように、接続箱２と昇圧ユニット３１（３１ａ〜３１ｃ）を縦方向（垂直方向）の連結にすることで、設置スペースを気にせずに設置することができる。

かくして、縦方向であれば障害物が少なく、横方向よりも増設が行いやすい場合に有利である。

（例４）
内部配線について詳細に述べると、図５（ａ）に示すように、接続箱２と昇圧ユニット３１（３１ａ〜３１ｃ）を接続する場合、一方向に昇圧ユニット３１ａ〜３１ｃを増設するよりも、図５（ｂ）に示すように接続箱２の左右に展開する方が接続箱２と昇圧ユニット３１ｂおよび接続箱２と昇圧ユニット３１ｄの間の内部配線８ｄ、８ｂを短くすることができ、配線ロスも少なくなる。

（例５）
また、太陽電池ストリングの系統数が非常に多く、接続箱の許容系統数を超えてしまう場合や、太陽光発電システムとして昇圧ユニットの接続数が多い場合には、図６のように接続箱２ａの他に、接続箱２ｂを設け、接続箱２ａ、２ｂ間を渡り配線により接続することで接続可能な太陽電池ストリングの系統数や昇圧ユニットの接続可能数を増大させることに対応することができる。

（例６）
また、図７に示すように、前述した接続箱２、昇圧ユニット３１の設置方法として、壁面にレール７取り付け、接続箱２をレール７に設置し、つぎにジョイントパーツ６１を接続箱２または昇圧ユニット３１に取り付け、昇圧ユニット３１をレール７に引っ掛けた状態で水平方向にスライドさせジョイントパーツ６１で連結させることより、水平方向の位置出しが可能となり、ジョイントパーツの連結も行いやすくなる。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。

たとえば、昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向に配置したり、昇圧ユニットを接続箱に対し水平方向に配置した場合を例示したが、これに代えて、昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向および水平方向に、それぞれ配置してもよい。

また、接続箱と昇圧ユニットとを固定する連結手段については、これを通して昇圧ユニットに対する配線を施すことができるならば、上記のごときジョイントパーツ以外の構成でもよく、たとえば接続箱と昇圧ユニットとを磁石等の磁力でもって吸着する構造でもよい。

本発明に係る太陽光発電システムを模式的に説明する図である。（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明に係る太陽光発電システムの接続箱、昇圧ユニットの構成を模式的に説明する図である。（ａ）（ｂ）および（ｃ）は本発明に係る太陽光発電システムの接続箱、昇圧ユニットの横連結の場合のシステム構成を模式的に説明する図である。本発明に係る太陽光発電システムの接続箱、昇圧ユニットの縦連結の場合のシステム構成を模式的に説明する図である。（ａ）および（ｂ）は本発明に係る太陽光発電システムの接続箱、昇圧ユニットのシステム構成を模式的に説明する図である。本発明に係る太陽光発電システムの接続箱、昇圧ユニットのシステム構成を模式的に説明する図である。本発明に係る接続箱、昇圧ユニットの壁面への設置方法を模式的に説明する図である。従来の太陽光発電システムを模式的に説明する図である。従来の昇圧ユニット一体型接続箱を模式的に説明する図である。

符号の説明

１１ａ〜１１ｄ：太陽電池ストリング
２、３２：接続箱
３１、３１ａ〜３１ｃ：昇圧ユニット
４：パワーコンディショナ
５：分電盤
６１、６２、６３、６４、６５、６６：ジョイントパーツ
７：レール
８１、８２、８３、８４：内部配線
Ａ：ケース

Claims

複数個の太陽電池と、これら太陽電池の出力電力を並列接続する接続箱と、前記複数個の太陽電池のうち出力電圧が他の太陽電池よりも小さい太陽電池に対し、その出力電圧を昇圧させる昇圧ユニットから成る太陽光発電システムであって、前記接続箱及び昇圧ユニットには配線通路を有する連結手段がそれぞれ設けられており、前記接続箱と前記昇圧ユニットとは連結手段を介して設置自在に連結配置して固定され、さらにこの連結手段のみを通して昇圧ユニットに対する配線を施したことを特徴とする太陽光発電システム。
前記昇圧ユニットを複数個配列し、これら昇圧ユニットは連結手段を介して設置自在に連結配置して固定され、さらにこの連結手段のみを通して昇圧ユニットに対する配線を施したことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
前記昇圧ユニットを接続箱に対し水平方向に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
前記昇圧ユニットを接続箱に対し垂直方向および水平方向に、それぞれ配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電システム。
前記接続箱と昇圧ユニットが一本または複数本のレール材で壁面に取り付けられたことを特徴とした請求項１ないし５に記載の太陽光発電システム。