JP5975967B2 - パワーコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電用パワーコンディショナであって、系統からのＡＣラインを誤配線した場合における破損を防止するパワーコンディショナに関する。

太陽光発電システムの導入の増加にともなって、太陽光発電システム用パワーコンディショナを住宅に設置するケースが増えている。パワーコンディショナを設置する作業としては、主に太陽電池から来るＤＣラインの配線作業、または系統からのＡＣラインの配線作業がある。これらの配線作業は、現地においてパワーコンディショナ内に設置された端子台に工事業者によって実施されている。

太陽光発電システムの導入が増えるとともに、上述した作業を行う工事業者は年々増えており、より簡単で、安全な配線接続方法が求められている。しかし、配線作業については、実際に作業を行う作業者の技術の正確性に頼るところが大きく、不注意や技術の未熟さに起因した配線ミスにより、パワーコンディショナを破損してしまうという問題が絶えず発生している。

実開平３−１０１４７７号公報

上記にて説明したように、パワーコンディショナを屋内に設置する場合、現地での配線工事が必要になる。この配線作業は主に太陽光モジュールのＤＣ配線をパワコン内端子台に接続する作業と系統配線をパワコン内端子台に配線する作業を必要とする。

このような配線作業において、ＤＣ（直流）およびＡＣ（交流）の２種類のケーブルを取り違えてパワーコンディショナ内の端子台に接続してしまう誤配線接続が発生することがある。

この誤配線接続により、系統の交流電圧が、パワーコンディショナのＤＣ入力に印加され、逆電圧がかかるとこにより、回路が破損する可能性がある。パワーコンディショナの設置時の誤配線は人為的ミスにより発生し、これを回避することは非常に難しく、また、このことによるパワーコンディショナの破損の回復のためには、多くの費用と時間が必要となる。また、上記配線に利用するケーブルも設置作業者が準備する為、配線に予め対策を施すことも不可能である。

直流、交流の判断回路を備える技術として、上記、特許文献１が出願されているが、この技術においては、判断回路を具備させ、さらにその信号を用いて遮断機能機器を動作させる必要があり、回路的に複雑になる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、太陽光発電用パワーコンディショナの太陽電池からのＤＣ入力端子台に、系統からのＡＣラインを誤配線した場合において、破損を防止することが可能な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、太陽電池を接続するための正極と負極の２つの端子を備えたＤＣ端子台と、一方の前記端子と接続され、前記ＤＣ端子台から入力された直流電流を交流電流に変換して出力する内部回路と、前記負極の電圧が前記正極の電圧より高くなると、前記負極の前記端子から順電流が流れるように前記内部回路に接続されたダイオードと、前記順電流が流れると、他方の前記端子と前記内部回路との電気的な接続を遮断する接続遮断手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、誤配線が発生しても、パワーコンディショナの破損を防ぎ、パワーコンディショナを安全に停止させることが可能となる。また、ヒューズの交換などという、簡単な部品交換作業にてパワーコンディショナを復旧させることが可能となり、現地での修理も可能で、修理時間も短縮できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナの構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態２にかかるパワーコンディショナの構成を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態３にかかるパワーコンディショナの構成を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかるパワーコンディショナ（ＰＣＳ）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、本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナ１００の構成を示す図である。パワーコンディショナ１００は、本来は太陽電池が接続されることになっているＤＣ端子台１０と、太陽電池からの直流電流を交流に変換してパワーコンディショナ１００外部にＡＣ出力として出力する内部回路２０を備える。さらに、ＤＣ端子台１０の＋（正極）側と内部回路２０との間に温度ヒューズ３０（接続遮断手段）が接続されている。そして、温度ヒューズ３０の内部回路２０側の端子とＤＣ端子台１０の−（負極）側との間には、整流ダイオード１１と抵抗１２が接続されている。整流ダイオード１１の順方向は、ＤＣ端子台１０の−側から内部回路２０側への向きである。

図１において、温度ヒューズ３０と整流ダイオード１１もしくは温度ヒューズ３０と抵抗１２は熱結合されている。すなわち、整流ダイオード１１もしくは抵抗１２の熱によって温度ヒューズ３０は断線する構成になっている。

図１に示すように、ＤＣ端子台１０に系統５のＡＣ線が誤配線された場合、交流電圧がパワーコンディショナ１００に接続されるため、整流ダイオード１１に順方向電流が流れ、整流ダイオード１１もしくは抵抗１２がその電流により発熱する。その熱は温度ヒューズ３０に伝わり、温度ヒューズ３０が断線することにより、誤配線による系統５の逆電圧が内部回路２０に加わることがなくなり、パワーコンディショナ１００が保護されることになる。

本実施の形態においては、温度ヒューズ３０が断線することにより、その後に系統５から系統電圧が印加され続けても、系統５からの電流は流れることはない。また、温度ヒューズ３０の断線によってパワーコンディショナ１００が動作しなくなることにより、誤配線が判明するので、その後に、切れた温度ヒューズ３０を交換し、正常な配線を行うことが可能になる。これにより、パワーコンディショナ１００を再び正常動作させることができる。

パワーコンディショナ１００の配線工事の時点では、ＡＣ配線かＤＣ配線かの状態は分からない。このため、誤配線が発生し、ＤＣラインにＡＣ電圧が印加されたときに、パワーコンディショナ１００の内部回路２０のＤＣ入力部に、逆電圧が印加しないようにする機能が必要であった。

本実施の形態にかかるパワーコンディショナ１００においては、誤配線によりＤＣ端子台１０にＡＣ電圧が加わって逆電圧がＤＣ端子にかかったときに、整流ダイオード１１等の整流素子或いは抵抗１２を用いてこのエネルギーを取り出す。そして、このエネルギーにより発生した熱を回路遮断に利用する。これにより、誤配線が発生しても、パワーコンディショナの破損を防ぎ、パワーコンディショナを安全に停止させることが可能となる。また、ヒューズの交換などの簡単な部品交換作業にてパワーコンディショナを復旧させることが可能となる。

また、上記では、整流ダイオード１１もしくは抵抗１２からの熱により温度ヒューズ３０を断線させるとして説明したが、接続遮断手段として温度ヒューズ３０の代わりに、例えば、バイメタル式などのサーミスタを用いてもよい。サーミスタを用いた場合は、熱で高温になると電流を遮断するが、低温になれば再び電流を流すので、逆電圧がかかった場合に温度ヒューズ３０のように交換する必要はない。サーミスタを用いた場合のパワーコンディショナ１００の構成は図１の温度ヒューズ３０をサーミスタに置きかえた構成とすればよく、整流ダイオード１１もしくは抵抗１２との熱結合の状態についても上で説明したのと同様である。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかるパワーコンディショナ２００の構成を示す図である。パワーコンディショナ２００は、本来は太陽電池が接続されることになっているＤＣ端子台１０と、太陽電池からの直流電流を交流に変換してパワーコンディショナ２００外部にＡＣ出力として出力する内部回路２０を備える。さらに、ＤＣ端子台１０の＋側と内部回路２０との間にリレー４０（接続遮断手段）が接続されている。ＤＣ端子台１０の＋側と接続するリレー４０の端子４１と、内部回路２０と接続するリレー４０の端子４２との間の電気的接続はリレー動作により接続または断線の状態に変化する。さらに、リレー４０の端子４３とＤＣ端子台１０の−側との間には、整流ダイオード１１と抵抗１２が接続されている。整流ダイオード１１の順方向は、ＤＣ端子台１０の−側から端子４３への向きである。そして、さらに、端子４３とＤＣ端子台１０の＋側との間にはコンデンサー１３が接続されている。

図２に示すように、ＤＣ端子台１０に系統５のＡＣ線が誤配線された場合、交流電圧がパワーコンディショナ２００に接続される。このとき、誤配線により発生した逆電圧は整流ダイオード１１にて半波整流され、コンデンサー１３で平滑化された直流電圧によりリレー４０が動作する。これにより、端子４１と端子４２との間の電気的接続は断線の状態に変化して、内部回路２０とＤＣ端子台１０との接続を遮断する。

本実施の形態にかかるパワーコンディショナ２００においては、誤配線によりＤＣ端子台１０にＡＣ電圧が加わって逆電圧がＤＣ端子にかかったときに、整流ダイオード１１等の整流素子により、半波整流してエネルギーを取り出し、そのエネルギーを回路遮断に利用する。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３にかかるパワーコンディショナ３００の構成を示す図である。図３は、図１における接続遮断手段である温度ヒューズ３０が電流ヒューズ５０に置き換わった点以外は図１と同様な構成である。

ＤＣ端子台１０に正しく太陽電池が接続されている場合は、ＤＣ端子台１０の＋側から内部回路２０に向けて電流ヒューズ５０を介して、内部回路２０の内部インピーダンスに応じて一定の電流が流れる。

しかし、図３に示すように、ＤＣ端子台１０に系統５のＡＣ線が誤配線された場合、交流電圧がパワーコンディショナ３００に接続される。抵抗１２の抵抗値（インピーダンス）を内部回路２０の内部インピーダンスより低くしておくか、或いは、抵抗１２を設けないようにしておくと、整流ダイオード１１の順方向に大きな電流が流れ、電流ヒューズ５０を逆流する。即ち、内部回路２０に流れ込まない電流ループが形成されて、整流ダイオード１１から電流ヒューズ５０を介してＤＣ端子台１０の＋側に大電流が流れて電流ヒューズ５０が断線する。これにより、誤配線による系統５の逆電圧がパワーコンディショナ３００の内部回路２０に加わることがなくなり、パワーコンディショナ３００が保護されることになる。

また、上記実施の形態１から３においては、接続遮断手段である、温度ヒューズ３０、サーミスタ、リレー４０、電流ヒューズ５０はＤＣ端子台１０の＋側に接続されて内部回路２０との接続を遮断するとして説明したが、ＤＣ端子台１０の−側に接続されて内部回路２０との接続を遮断するように構成してもかまわない。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナは、作業者がＤＣ（直流）およびＡＣ（交流）の２種類のケーブルを取り違えてパワーコンディショナ内の端子台に接続してしまう誤配線接続が発生したときに有用であり、特に、系統のＡＣ線が誤配線された場合に破損を発生させることを回避するパワーコンディショナに適している。

５ 系統、１０ ＤＣ端子台、１１ 整流ダイオード、１２ 抵抗、１３ コンデンサー、２０ 内部回路、３０ 温度ヒューズ、４０ リレー、４１，４２，４３ 端子、５０ 電流ヒューズ、１００，２００，３００ パワーコンディショナ。

Claims (3)

1. 太陽電池を接続するための正極と負極の２つの端子を備えたＤＣ端子台と、
   一方の前記端子と接続され、前記ＤＣ端子台から入力された直流電流を交流電流に変換して出力する内部回路と、
   前記負極の電圧が前記正極の電圧より高くなると、前記負極の前記端子から順電流が流れるように接続されたダイオードと、
   前記ダイオードに接続され、前記順電流が流れると前記ダイオードからの前記順電流が流れ込んで他方の前記端子と前記内部回路との電気的な接続を遮断する接続遮断手段と、
   を備え、
   前記接続遮断手段はリレーであり、
   前記ダイオードと前記リレーとの接続部と前記他方の前記端子との間にコンデンサーが備えられている
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記ダイオードと前記負極の前記端子の間を接続する抵抗をさらに備える
   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. 前記抵抗のインピーダンスは、前記内部回路のインピーダンスより小さい
   ことを特徴とする請求項２に記載のパワーコンディショナ。

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