JP5997225B2

JP5997225B2 - 太陽光インバータ

Info

Publication number: JP5997225B2
Application number: JP2014183873A
Authority: JP
Inventors: トンチンユン
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: CN104426404B; JP2015057040A; EP2849325B1; EP2849325A1; US9806632B2; US20150069859A1; CN104426404A; KR20150030078A; ES2636641T3

Description

本発明は、太陽光インバータに関し、特に太陽光モジュールに接続する切替装置を備え、接続極性に関係なく前記太陽光モジュールに正常に接続する太陽光インバータに関する。

一般に、太陽光インバータ（又は、系統連系インバータ）とは、電力変換装置であり、入力電力系統と商用電力系統である電源電力系統に連系して前記入力電力系統の電力を前記電源電力系統に伝送するためのシステムである。

前記太陽光インバータは、太陽光モジュール（又は、太陽電池モジュール）に入力端を接続するが、前記太陽光モジュールに＋／−の２つの極性があるので、前記太陽光インバータの入力端にも＋／−の２つの極性がある。

また、交流（ＡＣ）は極性のない無極性であるので、結線する際に極性を気にしなくてもよいが、直流（ＤＣ）は＋／−の極性があるので、＋は＋極性同士、−は−極性同士を接続しなければならない。

前述したように、前記太陽光インバータにおいて、前記太陽光インバータを太陽光モジュールに設置する作業者が前記太陽光モジュールと前記太陽光インバータ間の＋極性と−極性を同じ極性同士となるように接続していない状態、すなわち前記太陽光インバータと前記太陽光モジュール間の極性を誤って接続した状態で前記太陽光インバータを動作すると、瞬間的に大きな電流が流れてスパイクが発生し、前記太陽光インバータに焼損が発生する。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、太陽光モジュールに接続する切替装置を備え、接続極性に関係なく前記太陽光モジュールに正常に接続する太陽光インバータを提供することを目的とする。

本発明の実施形態による太陽光インバータは、太陽光モジュールの＋極性又は−極性をそれぞれ接続する第１端子と第２端子に接続される入力部と、前記入力部に接続された第１端子と第２端子を予め設定されたインバータ部の極性に合わせて制御する切替装置と、前記切替装置により前記入力部から印加される前記太陽光モジュールの電圧を昇圧するブースター部と、前記ブースター部により昇圧された電圧を充電するコンデンサと、前記コンデンサに充電された電圧を交流電圧に変換して系統に供給するインバータ部とを含む。

本発明の一態様において、前記インバータ部は、＋極性接続端子と、−極性接続端子とを含んでもよい。

本発明の他の態様において、前記切替装置は、前記第１端子に前記太陽光モジュールの＋極性が接続され、前記第２端子に前記太陽光モジュールの−極性が接続される場合、前記第１端子を前記＋極性接続端子に接続し、前記第２端子を前記−極性接続端子に接続するようにしてもよい。

本発明のさらに他の態様において、前記切替装置は、前記第１端子に前記太陽光モジュールの−極性が接続され、前記第２端子に前記太陽光モジュールの＋極性が接続される場合、前記第１端子を前記−極性接続端子に接続し、前記第２端子を前記＋極性接続端子に接続するようにしてもよい。

本発明の実施形態による太陽光インバータは、太陽光モジュールの＋極性又は−極性をそれぞれ接続する第１端子と第２端子をインバータ部の極性に合わせて自動接続する切替装置を含む太陽光インバータにおいて、前記切替装置は、一端が前記第１端子に接続される第１入力端子と、一端が前記第２端子に接続される第２入力端子と、前記第１入力端子と予め設定された基準電圧を比較し、ハイ信号又はロー信号を含む第１比較結果を出力する第１比較器と、前記第２入力端子と前記基準電圧を比較し、ロー信号又はハイ信号を含む前記第１比較結果と逆になる第２比較結果を出力する第２比較器と、一端が前記第１入力端子に接続され、前記第１比較器の出力に基づいて前記第１入力端子を接続する第１スイッチング部と、一端が前記第２入力端子に接続され、前記第２比較器の出力に基づいて前記第２入力端子を接続する第２スイッチング部と、前記第１比較器の出力がハイ信号であるときに前記第１入力端子を前記インバータ部の＋極性接続端子に接続するか、前記第２比較器の出力がハイ信号であるときに前記第２入力端子を前記インバータ部の＋極性接続端子に接続する第１出力端子と、前記第１比較器の出力がロー信号であるときに前記第１入力端子を前記インバータ部の−極性接続端子に接続するか、前記第２比較器の出力がロー信号であるときに前記第２入力端子を前記インバータ部の−極性接続端子に接続する第２出力端子とを含む。

本発明の一態様において、前記第１入力端子に前記太陽光モジュールの＋極性の前記第１端子が接続され、前記第２入力端子に前記太陽光モジュールの−極性の前記第２端子が接続される場合、前記第１比較器はハイ信号を出力し、前記第２比較器はロー信号を出力し、前記第１スイッチング部は、前記第１比較器のハイ信号に基づいて、前記第１入力端子の＋極性の電圧を前記第１出力端子に出力し、前記第２スイッチング部は、前記第２比較器のロー信号に基づいて、前記第２入力端子の−極性の電圧を前記第２出力端子に出力するようにしてもよい。

本発明の他の態様において、前記第１入力端子に前記太陽光モジュールの−極性の前記第１端子が接続され、前記第２入力端子に前記太陽光モジュールの＋極性の前記第２端子が接続される場合、前記第１比較器はロー信号を出力し、前記第２比較器はハイ信号を出力し、前記第１スイッチング部は、前記第１比較器のロー信号に基づいて、前記第１入力端子の−極性の電圧を前記第２出力端子に出力し、前記第２スイッチング部は、前記第２比較器のハイ信号に基づいて、前記第２入力端子の＋極性の電圧を前記第１出力端子に出力するようにしてもよい。

本発明の実施形態による太陽光インバータは、太陽光モジュールに接続する切替装置を備え、接続極性に関係なく前記太陽光モジュールに正常に接続する太陽光インバータであるため、作業者が太陽光モジュールと太陽光インバータの極性を誤結線しても、前記太陽光インバータの焼損を防止することができるので、前記太陽光インバータが正常な機能を行うことができる。

本発明の一実施形態による太陽光インバータの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による太陽光インバータ部の回路図である。本発明の一実施形態による切替装置の回路図である。本発明の一実施形態による切替装置の動作状態を示す図である。本発明の一実施形態による切替装置の動作状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面番号に関係なく同一又は対応する構成要素には同一符号を付し、それについての説明は省略する。

図１は本発明の一実施形態による太陽光インバータ１０の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、太陽光インバータ１０は、入力部１００と、切替装置２００と、ブースター部３００と、コンデンサ４００と、インバータ部５００とから構成される。図１に示す太陽光インバータ１０の構成要素の全てが必須構成要素というわけではなく、図１に示す構成要素より多くの構成要素によって太陽光インバータ１０が実現されてもよく、それより少ない構成要素によって太陽光インバータ１０が実現されてもよい。

入力部１００は、図２に示すように、第１入力部１１０と、第２入力部１２０とから構成される。

また、第１入力部１１０は、太陽光モジュール（図示せず）の＋又は−極性に接続され、第２入力部１２０は、前記太陽光モジュールの−又は＋極性に接続される。

切替装置２００は、前記太陽光モジュールの＋／−端子にそれぞれ接続された入力部１００の第１入力部１１０と第２入力部１２０の端子接続状態を確認し、確認した入力部１００（又は、第１入力部１１０と第２入力部１２０）の端子状態をインバータ部５００の接続端子極性に合わせて制御する（又は、切り替える）。

また、切替装置２００は、図３に示すように、第１入力端子２１０と、第２入力端子２２０と、基準電圧（又は、基準電圧供給部）２３０と、第１比較器２４０と、第２比較器２５０と、第１スイッチング部２６０と、第２スイッチング部２７０と、第１出力端子２８０と、第２出力端子２９０とから構成される。

第１入力端子２１０は、一端が第１入力部１１０に接続され、他端が第１比較器２４０と第１スイッチング部２６０に接続される。

第２入力端子２２０は、一端が第２入力部１２０に接続され、他端が第２比較器２５０と第２スイッチング部２７０に接続される。

基準電圧２３０は、第１比較器２４０と第２比較器２５０にそれぞれ基準電圧（例えば、「０Ｖ」）を供給する。

第１比較器２４０は、一端（又は、入力端）が第１入力端子２１０の他端と基準電圧２３０の他端に接続され、他端（又は、出力端）が第１スイッチング部２６０に接続される。

また、第１比較器２４０は、第１入力端子２１０と基準電圧２３０間の比較結果に応じて、ハイ信号（もしくは、ハイレベル、もしくは、第1入力端子２１０から印加された電圧／電流）又はロー信号を第１スイッチング部２６０に出力する。

第２比較器２５０は、一端が第２入力端子２２０の他端と基準電圧２３０の他端に接続され、他端が第２スイッチング部２７０に接続される。

また、第２比較器２５０は、第２入力端子２２０と基準電圧２３０間の比較結果に応じて、ロー信号又はハイ信号を第２スイッチング部２７０に出力する。

第１スイッチング部２６０は、一端が第１入力端子２１０に接続され、他端が第１出力端子２８０と第２出力端子２９０に接続される。
また、第１スイッチング部２６０は、並列接続される第１スイッチ２６１と第２スイッチ２６２を含む。

さらに、第１スイッチング部２６０は、第１比較器２４０から出力された出力に基づいて、並列接続された第１スイッチ２６１と第２スイッチ２６２の動作を制御する。

すなわち、第１スイッチング部２６０は、第１比較器２４０から出力された出力がハイ信号であるとき、第１スイッチ２６１をオンにし、第２スイッチ２６２をオフにし、第１入力端子２１０から印加された信号（又は、ハイ信号）を第１出力端子２８０に出力する。

さらに、第１スイッチング部２６０は、第１比較器２４０から出力された出力がロー信号であるとき、第１スイッチ２６１をオフにし、第２スイッチ２６２をオンにし、第１入力端子２１０から印加された信号（又は、ロー信号）を第２出力端子２９０に出力する。

第２スイッチング部２７０は、一端が第２入力端子２２０に接続され、他端が第１出力端子２８０と第２出力端子２９０に接続される。

また、第２スイッチング部２７０は、並列接続される第３スイッチ２７１と第４スイッチ２７２を含む。

さらに、第２スイッチング部２７０は、第２比較器２５０から出力された出力に基づいて、並列接続された第３スイッチ２７１と第４スイッチ２７２の動作を制御する。

すなわち、第２スイッチング部２７０は、第２比較器２５０から出力された出力がハイ信号であるとき、第３スイッチ２７１をオンにし、第４スイッチ２７２をオフにし、第２入力端子２２０から印加された信号（又は、ハイ信号）を第１出力端子２８０に出力する。

さらに、第２スイッチング部２７０は、第２比較器２５０から出力された出力がロー信号であるとき、第３スイッチ２７１をオフにし、第４スイッチ２７２をオンにし、第２入力端子２２０から印加された信号（又は、ロー信号）を第２出力端子２９０に出力する。

第１出力端子（又は、切替装置２００の＋極性出力端子）２８０は、一端が第１スイッチ２６１と第３スイッチ２７１に接続され、他端がインバータ部５００の＋極性接続端子５１０に接続される。

また、第１出力端子２８０は、第１入力端子２１０に＋極性が接続された場合、第１入力端子２１０及び第１スイッチ２６１を介してインバータ部５００の＋極性接続端子５１０に接続される。

さらに、第１出力端子２８０は、第２入力端子２２０に＋極性が接続された場合、第２入力端子２２０及び第３スイッチ２７１を介してインバータ部５００の＋極性接続端子５１０に接続される。

第２出力端子（又は、切替装置２００の−極性出力端子）２９０は、一端が第２スイッチ２６２と第４スイッチ２７２に接続され、他端がインバータ部５００の−極性接続端子５２０に接続される。

また、第２出力端子２９０は、第１入力端子２１０に−極性が接続された場合、第１入力端子２１０及び第２スイッチ２６２を介してインバータ部５００の−極性接続端子５２０に接続される。

さらに、第２出力端子２９０は、第２入力端子２２０に−極性が接続された場合、第２入力端子２２０及び第４スイッチ２７２を介してインバータ部５００の−極性接続端子５２０に接続される。

ブースター部３００は、図２に示すように、リアクター３１０と、スイッチ３２０と、ダイオード３３０とから構成される。

リアクター３１０は、一端が第１出力端子２８０に接続され、他端がスイッチ３２０とダイオード３３０に直列接続される。

スイッチ３２０は、一端がリアクター３１０に直列接続され、他端が第２出力端子２９０に直列接続される。

また、スイッチ３２０は、ダイオード３３０に並列接続される。

ダイオード３３０は、リアクター３１０に直列接続され、スイッチ３２０に並列接続される。

また、ブースター部３００は、切替装置２００により入力部１００から印加される前記太陽光モジュールの電圧（又は、電流／電力）を昇圧する（又は、上昇させる）。

コンデンサ４００は、ブースター部３００に直列接続される。

また、コンデンサ４００は、ブースター部３００により昇圧された電圧（又は、電力／エネルギー）を充電する。

インバータ部５００は、コンデンサ４００に充電された電圧（又は、エネルギー、平滑された直流電源／電圧）を交流電源（又は、ＡＣ電源／三相電源）に変換して誘導電動機（図示せず）などの電力系統に供給（又は、出力）する。

また、インバータ部５００は、＋極性接続端子５１０と、−極性接続端子５２０とを含む。ここで、＋極性接続端子５１０には予め設定された＋極性が接続され、−極性接続端子５２０には予め設定された−極性が接続されるように構成される。

前述したように、切替装置２００は、前記太陽光モジュールの＋／−端子にそれぞれ接続された入力部１００の第１入力部１１０（又は、第１入力端子２１０に対応）と第２入力部１２０（又は、第２入力端子２２０に対応）の端子接続状態を確認し、確認した第１入力部１１０と第２入力部１２０の端子状態（又は、第１入力端子２１０と第２入力端子２２０の端子状態）に基づいて、第１入力部１１０（又は、第１入力端子２１０）をインバータ部５００の＋極性接続端子５１０又は−極性接続端子５２０に接続し、第２入力部１２０（又は、第２入力端子２２０）をインバータ部５００の−極性接続端子５２０又は＋極性接続端子５１０に接続することができる。

図４は本発明の一実施形態による切替装置２００の第１入力端子２１０に＋極性が接続され、第２入力端子２２０に−極性が接続された場合の切替装置２００の動作を示す回路図である。ここで、実線で示す部分は回路が形成される部分であり、点線は回路が形成されない（オープン状態）部分である。

まず、第１比較器２４０は、第１入力端子２１０で感知された前記＋極性の電圧と基準電圧２３０（例えば、０Ｖ）を比較し、その結果、ハイ信号（例えば、Ｈ）を出力する。

その後、第１スイッチング部２６０は、第１比較器２４０の出力に基づいて、第１スイッチ２６１をオンにし、第２スイッチ２６２をオフにし、第１入力端子２１０の前記＋極性の電圧を第１出力端子２８０に出力する。

また、第２比較器２５０は、第２入力端子２２０で感知された前記−極性の電圧と前記基準電圧を比較し、その結果、ロー信号（例えば、Ｌ）を出力する。

その後、第２スイッチング部２７０は、第２比較器２５０の出力に基づいて、第３スイッチ２７１をオフにし、第４スイッチ２７２をオンにし、第２入力端子２２０の前記−極性の電圧を第２出力端子２９０に出力する。

このように、前記太陽光モジュールの＋極性／−極性が太陽光インバータ１０の入力部１００に正常に接続された場合、入力部１００に接続された端子の特性の通り出力端子２８０、２９０に接続し、前記太陽光モジュールの＋極性／−極性とインバータ部５００を正常に接続する。

図５は本発明の一実施形態による切替装置２００の第１入力端子２１０に−極性が接続され、第２入力端子２２０に＋極性が接続された場合の切替装置２００の動作を示す回路図である。ここで、実線で示す部分は回路が形成される部分であり、点線は回路が形成されない（オープン状態）部分である。

まず、第１比較器２４０は、第１入力端子２１０で感知された前記−極性の電圧と基準電圧２３０（例えば、０Ｖ）を比較し、その結果、ロー信号（例えば、Ｌ）を出力する。

その後、第１スイッチング部２６０は、第１比較器２４０の出力に基づいて、第１スイッチ２６１をオフにし、第２スイッチ２６２をオンにし、第１入力端子２１０の前記−極性の電圧を第２出力端子２９０に出力する。

また、第２比較器２５０は、第２入力端子２２０で感知された前記＋極性の電圧と前記基準電圧を比較し、その結果、ハイ信号（例えば、Ｈ）を出力する。

その後、第２スイッチング部２７０は、第２比較器２５０の出力に基づいて、第３スイッチ２７１をオンにし、第４スイッチ２７２をオフにし、第２入力端子２２０の前記＋極性の電圧を第１出力端子２８０に出力する。

このように、前記太陽光モジュールの＋極性／−極性が太陽光インバータ１０の入力部１００に逆に接続された場合、入力部１００に接続された端子の特性とは逆に出力端子２８０、２９０に接続し、前記太陽光モジュールの＋極性／−極性とインバータ部５００を正常に接続する。

本発明の実施形態は、前述したように、太陽光モジュールに接続する切替装置を備え、接続極性に関係なく前記太陽光モジュールに正常に接続する太陽光インバータを提供することにより、作業者が太陽光モジュールと太陽光インバータの極性を誤結線しても、前記太陽光インバータの焼損を防止することができるので、前記太陽光インバータが正常な機能を行うことができる。

前述した内容は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な変更及び変形が可能である。よって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を説明するためのものであり、本発明の技術思想を限定するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲により定められ、それと同等の技術思想も本発明に含まれる。

１０太陽光インバータ
１００入力部
１１０第１入力部
１２０第２入力部
２００切替装置
２１０第１入力端子
２２０第２入力端子
２３０基準電圧
２４０第１比較器
２５０第２比較器
２６０第１スイッチング部
２７０第２スイッチング部
３００ブースター部
４００コンデンサ
５００インバータ部
５１０＋極性接続端子
５２０ −極性接続端子
Ｈハイ信号
Ｌロー信号

Claims

太陽光モジュールの＋極性又は−極性をそれぞれ接続する第１端子と第２端子に接続される入力部と、
前記入力部に接続された第１端子と第２端子を予め設定されたインバータ部の極性に合わせて制御する切替装置と、
前記切替装置により前記入力部から印加される前記太陽光モジュールの電圧を昇圧するブースター部と、
前記ブースター部により昇圧された電圧を充電するコンデンサと、
前記コンデンサに充電された電圧を交流電圧に変換して系統に供給するインバータ部とを含み、
前記切替装置は、１対の比較器の第１比較器と前記１対の比較器の第２比較器が共通入力の予め設定された基準電圧を受信するように並列に接続された前記１対の比較器を含む、太陽光インバータ。
前記インバータ部は、
＋極性接続端子と、
−極性接続端子とを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光インバータ。
前記切替装置は、
前記第１端子に前記太陽光モジュールの＋極性が接続され、前記第２端子に前記太陽光モジュールの−極性が接続される場合、前記第１端子を前記＋極性接続端子に接続し、前記第２端子を前記−極性接続端子に接続することを特徴とする請求項２に記載の太陽光インバータ。
前記切替装置は、
前記第１端子に前記太陽光モジュールの−極性が接続され、前記第２端子に前記太陽光モジュールの＋極性が接続される場合、前記第１端子を前記−極性接続端子に接続し、前記第２端子を前記＋極性接続端子に接続することを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽光インバータ。
前記切替装置は、
前記太陽光モジュールの＋極性又は−極性をそれぞれ接続する前記第１端子と前記第２端子を前記インバータ部の極性に合わせて自動接続するものであって、
一端が前記第１端子に接続される第１入力端子と、
一端が前記第２端子に接続される第２入力端子と、
前記第１入力端子と予め設定された基準電圧を比較し、ハイ信号又はロー信号を含む第１比較結果を出力する前記第１比較器と、
前記第２入力端子と前記基準電圧を比較し、ロー信号又はハイ信号を含む前記第１比較結果と逆になる第２比較結果を出力する前記第２比較器と、
一端が前記第１入力端子に接続され、前記第１比較器の出力に基づいて前記第１入力端子を接続する第１スイッチング部と、
一端が前記第２入力端子に接続され、前記第２比較器の出力に基づいて前記第２入力端子を接続する第２スイッチング部と、
前記第１比較器の出力がハイ信号であるときに前記第１入力端子を前記インバータ部の＋極性接続端子に接続するか、前記第２比較器の出力がハイ信号であるときに前記第２入力端子を前記インバータ部の＋極性接続端子に接続する第１出力端子と、
前記第１比較器の出力がロー信号であるときに前記第１入力端子を前記インバータ部の−極性接続端子に接続するか、前記第２比較器の出力がロー信号であるときに前記第２入力端子を前記インバータ部の−極性接続端子に接続する第２出力端子とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽光インバータ。
前記第１入力端子に前記太陽光モジュールの＋極性の前記第１端子が接続され、前記第２入力端子に前記太陽光モジュールの−極性の前記第２端子が接続される場合、
前記第１比較器はハイ信号を出力し、
前記第２比較器はロー信号を出力し、
前記第１スイッチング部は、前記第１比較器のハイ信号に基づいて、前記第１入力端子の＋極性の電圧を前記第１出力端子に出力し、
前記第２スイッチング部は、前記第２比較器のロー信号に基づいて、前記第２入力端子の−極性の電圧を前記第２出力端子に出力することを特徴とする請求項５に記載の太陽光インバータ。
前記第１入力端子に前記太陽光モジュールの−極性の前記第１端子が接続され、前記第２入力端子に前記太陽光モジュールの＋極性の前記第２端子が接続される場合、
前記第１比較器はロー信号を出力し、
前記第２比較器はハイ信号を出力し、
前記第１スイッチング部は、前記第１比較器のロー信号に基づいて、前記第１入力端子の−極性の電圧を前記第２出力端子に出力し、
前記第２スイッチング部は、前記第２比較器のハイ信号に基づいて、前記第２入力端子の＋極性の電圧を前記第１出力端子に出力することを特徴とする請求項５に記載の太陽光インバータ。