JP6032460B2

JP6032460B2 - パワーコンディショナ

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Publication number: JP6032460B2
Application number: JP2012059150A
Authority: JP
Inventors: 篤志中本; 晃吉武; 佐野　嘉彦; 嘉彦佐野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013198175A

Description

本発明は、太陽光発電用のパワーコンディショナに関する。

近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。特に、太陽光発電システムの住宅への普及が加速されてきている。太陽光発電システムは、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池、およびその設置架台と、直流電力を交流電力に変換するインバータや配線を行う接続箱などにより構成されている。

通常、太陽光発電システムに用いられる太陽電池には、太陽電池素子を複数直列・並列にした太陽電池モジュールが用いられる。しかしながら、太陽電池モジュールによって発電される電力は直流電力として取り出されるため、一般家庭に普及している電気機器のような交流電力用の負荷にそのまま供給することができない。そこで、発電電力の直流−交流変換を行うための電力変換装置を用いて、電力会社の商用電力系統と同様の交流電力を作り出せるようにして交流電力用の負荷に電力供給するのが一般的である。また、電力変換装置では、余剰電力を商用電力系統に逆潮流（売電）できるようにするのが一般的である。このような機能を有する電力変換装置をパワーコンディショナと称している。このようなパワーコンディショナが例えば特許文献１に開示されている。

ところで、パワーコンディショナは、動作時にインバータ回路でのスイッチングロスなどの損失分が熱として生じるため、高温となる。そこで、特許文献１に記載のパワーコンディショナでは、パワーコンディショナの背面に放熱板などを用いることで、外部へ熱を逃がすようにしている。

特開２００５−２６９６９２号公報（段落［０００２］〜［０００７］、及び図９参照）

しかしながら、パワーコンディショナは、通常、屋内の玄関や廊下、洗面所などの人の目に触れる所に設置されることが多く、外観上の理由から極端に大型の放熱板を設けることができない。

そこで、パワーコンディショナのケース内部に放熱板を設けることが考えられる。しかしながら、放熱性能を高めるために放熱板を大きくすると、放熱板を収納するケースも大きくする必要があるため、ケースが大型化するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、放熱性能を高めることができ、且つケースの大型化を回避することのできるパワーコンディショナを提供することを目的とする。

本発明のパワーコンディショナは、一面が開口されて通気口を有するケース本体及び前記ケース本体の前記開口を覆うパネルを有するケースと、前記ケース本体に収納されて少なくとも直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を含み商用電力系統との系統連系運転を行う電子回路と、絶縁性を有する材料から成り前記電子回路を構成する電子部品よりも前記パネル側に設けられる保護シートと、を備え、前記電子回路を構成する電子部品は、前記インバータ回路の出力側に接続されるリアクトルを含む第１部品ブロックと、前記インバータ回路を構成する電子部品をヒートシンク上に設けた第２部品ブロックと、ノイズフィルタを構成する電子部品或いはリレーを含む第３部品ブロックとに分けて前記ケース本体に収納され、前記ケース本体には、前記保護シートに設けられる孔に嵌合する突部が設けられることを特徴とする。

このパワーコンディショナにおいて、前記ケース本体のうち前記第１部品ブロックと対向する部位に前記通気口を設けることが好ましい。

このパワーコンディショナにおいて、前記第１部品ブロックは、１乃至複数のリアクトルと、絶縁性を有する材料から形成されて前記ケース本体に取り付ける取付台座とを有し、前記取付台座には、前記リアクトルのうち基板実装用のリアクトルを着脱自在に取り付けることが好ましい。

このパワーコンディショナにおいて、前記第２部品ブロックは、絶縁性を有する材料から形成されて前記ヒートシンクを前記ケース本体に固定するための固定部材を有し、前記固定部材に、前記ヒートシンクの位置決めをする側壁を設けることが好ましい。

このパワーコンディショナにおいて、前記第２部品ブロックの電子部品には、複数のコンデンサが含まれ、前記コンデンサは、コンデンサ用ケースに樹脂材料でモールドして固定することが好ましい。

このパワーコンディショナにおいて、前記パネルは、前記ケース本体に設けられる引掛け孔に挿入する引掛け片を有し、前記引掛け孔の周縁に引っ掛かる位置と引っ掛からない位置との間で回動自在であることが好ましい。

このパワーコンディショナにおいて、前記ケース本体は、前記一面の周縁から互いに段違いに突出して前記保護シートを挟持する複数の第１突片及び第２突片を有し、前記第１突片又は前記第２突片の少なくとも何れか一方に、前記突部を設けることが好ましい。

本発明は、発熱量の大きさと背丈の高さに基づいて、第１部品ブロックと、第２部品ブロックと、第３部品ブロックとに電子部品を分けている。そして、各部品ブロックを区分けしてケースに収納している。このため、従来のように大型の放熱板をケース内部に設ける必要がなく、また、電子部品を効率良く配置できるので、放熱性能を高めることができ、且つケースの大型化を回避することができる。

本発明に係るパワーコンディショナの実施形態を示す図で、（ａ），（ｂ）は全体斜視図で、（ｃ）はパネルを外した状態の全体斜視図である。同上のパワーコンディショナの回路概略図である。同上のパワーコンディショナのケース本体を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は前面図で、（ｃ）は下面図で、（ｄ）は上面図で、（ｅ）〜（ｇ）は保護シートの取付説明図である。同上のパワーコンディショナのパネルを示す図で、（ａ）はパネルの取付説明図で、（ｂ）は前面図で、（ｃ）は後方から見た斜視図で、（ｄ）〜（ｆ）は引掛け片の説明図である。同上のパワーコンディショナの各部品ブロックを示す図で、（ａ）は前面図で、（ｂ）は斜視図である。同上のパワーコンディショナのベース及び固定部材を示す図で、（ａ）は前面図で、（ｂ）は分解斜視図である。同上のパワーコンディショナの第２端子台を取り付けたベース前面図である。（ａ）は同上のパワーコンディショナの第２部品ブロックを取り付けたベース前面図で、（ｂ）は同上のパワーコンディショナのヒートシンクの取付説明図である。同上のパワーコンディショナのコンデンサブロックを示す図で、（ａ）は分解斜視図で、（ｂ）はコンデンサ用基板の取付説明図である。同上のパワーコンディショナの第１部品ブロック及び第３部品ブロックを取り付ける際の分解斜視図である。同上のパワーコンディショナの取付台座を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は前面図で、（ｃ）は側面図で、（ｄ）は第１リアクトルを１つ外した状態の斜視図である。（ａ）は同上のパワーコンディショナの第６基板及び隔離板を取り付けたベース前面図で、（ｂ）は同上のパワーコンディショナの第６基板及び隔離板を取り付ける際の分解斜視図である。

以下、本発明に係るパワーコンディショナの実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図１（ａ）に示す矢印により上下左右方向、及び前後方向を定めるものとする。

本実施形態は、太陽光発電を利用した系統連系システムに用いられるパワーコンディショナＰＣ１である。この系統連系システムは、図２に示すように、住宅の屋根等に設置する複数の太陽電池Ａ１と、各太陽電池Ａ１により発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナＰＣ１とで構成される。そして、この系統連系システムは、パワーコンディショナＰＣ１と商用電力系統（図示せず）との間に接続された負荷（図示せず）に対して、系統連系運転と自立運転との何れか一方に切り替えて交流電力を供給するものである。ここで、系統連系運転とは、パワーコンディショナＰＣ１と商用電力系統とを連系して運転することを示す。また、自立運転とは、例えば商用電力系統が停電している場合等に、パワーコンディショナＰＣ１のみを運転することを示す。

太陽電池Ａ１は、それぞれ複数の太陽電池モジュールＡ１０を直列に接続して成るストリングで構成されている。本実施形態では、各太陽電池Ａ１を構成する太陽電池モジュールＡ１０の数は一定ではない。このため、各太陽電池Ａ１から得られる直流電力も一定ではない。そこで、本実施形態では、後述する昇圧回路を内蔵した所謂マルチストリング型のパワーコンディショナＰＣ１を構成している。したがって、各太陽電池Ａ１から得られる直流電力を昇圧回路により一定にすることで、各太陽電池Ａ１における太陽電池モジュールＡ１０の数を考慮せずに系統連系システムを構築することができる。

パワーコンディショナＰＣ１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ケース本体１及びパネル２から成る直方体状のケース３と、ケース３に収納されて上記の系統連系運転又は自立運転の制御を行う電子回路とを備える。この電子回路は、後述するように、各部品ブロックＢ１〜Ｂ３に区画してケース３に収納される。

ケース本体１は、ベース１０と、上側板１１、下側板１２、右側板１３、左側板１４とで構成される。ベース１０は、図６（ｂ）に示すように、矩形状の金属板から成る。ベース１０の前面に、各部品ブロックＢ１〜Ｂ３を載置する。ベース１０の右下部には、後述する第２端子台５を取り付ける。また、ベース１０の右下部には、第２端子台５の入力用端子ねじ５０Ａへの配線作業の妨げとならないように、矩形状の切り欠き１０Ａを設けている。また、ベース１０前面の中央部を挟んだ左右両側には、後述するヒートシンク７及び固定部材１８を取り付けるための第１取付孔１０Ｂをそれぞれ３つずつ貫設している。各側の３つの第１取付孔１０Ｂは、上下方向に沿って一定の間隔を空けて設けられている。

更に、ベース１０の左上部には、後述する取付台座９の引掛け片９２を引っ掛ける１対の矩形状の引掛け孔１０Ｃを貫設している。また、ベース１０には、各引掛け孔１０Ｃと上下方向に沿って一定の間隔を空けて、１対の第２取付孔１０Ｄを貫設している。これら第２取付孔１０Ｄは、後述する取付台座９の取付片９３をねじ止めするために用いる。

ベース１０は、壁面等の造営面（図示せず）に予め取り付けてある取付板（図示せず）に取り付けることができる。ベース１０を取付板に取り付けることで、パワーコンディショナＰＣ１を造営面に取り付けることができる。なお、ベース１０を取付板に取り付ける際には、例えばねじ止め等の周知の技術を用いればよく、ここでは説明を省略する。

各側板１１〜１４は、図１（ａ），図３（ｂ）に示すように、ベース１０の四辺からそれぞれ前向きに突出する矩形状の金属板から成る。上側板１１の左右方向における中央部には、前後方向に沿って長尺な複数のスリットから成る第１通気口１１Ａを設けている。また、上側板１１における第１通気口１１Ａの周部には、メッシュ状の第２通気口１１Ｂを設けている。下側板１２の左右方向における中央部には、上側板１１と同様に第１通気口１２Ａを設けている。また、下側板１２における第１通気口１２Ａの周部には、上側板１１と同様に第２通気口１２Ｂを設けている。これら通気口１１Ａ，１２Ａ，１１Ｂ，１２Ｂは、外気をケース本体１内部に取り込むための吸い込み口、又はケース本体１内部の空気を外部に放出するための吐き出し口として機能する。

また、下側板１２の右部には、後述する第２端子台５の下部及びコンセント６を外部に露出するための矩形状の切り欠き１２Ｃを設けている（図３（ａ）参照）。この切り欠き１２Ｃは、矩形状の第１端子カバー１２Ｄで覆われている。なお、第１端子カバー１２Ｄは、取り付け及び取り外しが自在である。

上側板１１の前端には、図１（ｃ）に示すように、前向きに突出する上延設片１５を設けている。同様に、右側板１３の前端、及び左側板１４の前端には、それぞれ前向きに突出する右延設片１６及び左延設片１７を設けている。各延設片１５〜１７は、パネル２をケース本体１に取り付けた際に、パネル２の内壁と対向する。これにより、例えば埃等の外部からの異物がケース本体１へ侵入するのを防いでいる。上延設片１５には、図４（ａ）に示すように、１対の矩形状の引掛け孔１５Ａを左右方向に亘って一定の間隔を空けて貫設している。

下側板１２の前端縁には、図１（ｃ）に示すように、上向きに突出する第１突片１２Ｅを左右方向に亘って複数設けている。また、下側板１２の前端縁には、第１突片１２Ｅと前後方向において互いに段違いとなるように上向きに突出する第２突片１２Ｆを左右方向に亘って複数（本実施形態では４つ）設けている。各第２突片１２Ｆには、図３（ｇ）に示すように、後向きに突出する半球形状の突部１２Ｇを一体に形成している。

上延設片１５の前端縁には、図１（ｃ）に示すように、下向きに突出する第１突片１５Ｂを左右方向に亘って複数設けている。また、上延設片１５の前端縁には、第１突片１５Ｂと前後方向において互いに段違いとなるように下向きに突出する第２突片１５Ｃを左右方向に亘って複数（本実施形態では４つ）設けている。各第２突片１５Ｃには、図３（ｇ）に示すように、後向きに突出する半球形状の突部１５Ｄを一体に形成している。

ここで、ケース本体１の前面は、例えば埃等の外部からの異物が内部に侵入しないように、矩形状の保護シート２２で覆っている。なお、保護シート２２の右下部には、後述する第１端子台４の前部を覆う第２端子カバー２３を避けるために、矩形状の切り欠き２２Ａを設けている。なお、第２端子カバー２３は、取り付け及び取り外しが自在である。保護シート２２の上端縁及び下端縁には、図３（ｂ），（ｅ），（ｆ）に示すように、それぞれ複数（本実施形態では４つ）の丸孔２２Ｂを左右方向に亘って貫設している。

以下、保護シート２２をケース本体１に取り付ける方法について説明する。先ず、図３（ｆ）に示すように、保護シート２２の下端縁を各第１突片１２Ｅと各第２突片１２Ｆとの間に挿入する。そして、図３（ｇ）に示すように、各第２突片１２Ｆの突部１２Ｇを、対向する保護シート２２の丸孔２２Ｂに嵌合する。次に、図３（ｅ）に示すように、保護シート２２の上端縁を各第１突片１５Ｂと各第２突片１５Ｃとの間に挿入する。そして、そして、図３（ｇ）に示すように、各第２突片１５Ｃの突部１５Ｄを、対向する保護シート２２の丸孔２２Ｂに嵌合する。これにより、保護シート２２がケース本体１に取り付けられる。

このように、本実施形態では、第１突片１２Ｅ，１５Ｂと第２突片１２Ｆ，１５Ｃとの間に保護シート２２を挟み込み、各突部１２Ｇ，１５Ｄを各丸孔２２Ｂに嵌合するだけで保護シート２２をケース本体１に取り付けることができる。したがって、本実施形態では、従来のように保護シート２２をケース本体１にねじ止めする必要がなく、施工し易い。また、本実施形態では、保護シート２２を取り付ける際にねじ止めが不要であることから、取付ねじやナット等の部品も不要であり、コストを削減することができる。なお、本実施形態では、第２突片１２Ｆ，１５Ｃにそれぞれ突部１２Ｇ，１５Ｄを設けているが、第１突片１２Ｅ，１５Ｂに突部を設けてもよい。

パネル２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、後面を開口した扁平な箱形に形成されている。パネル２前面の下部には、後述する操作部８を露出させるための矩形状の窓孔２０を貫設している。パネル２上面の後端縁には、１対の引掛け片２１を左右方向に亘って一定の間隔を空けて設けている。各引掛け片２１は、図４（ｆ）に示すように、後向きに突出する第１立片２１Ａと、第１立片２１Ａの先端から下向きに突出する第２立片２１Ｂと、第２立片２１Ｂの先端から後向きに突出する第３立片２１Ｃとを一体に形成して成る。

パネル２は、図４（ａ）に示すように、各引掛け片２１をケース本体１の引掛け孔１５Ａに挿入して引掛け、下面をケース本体１にねじ止めすることで、ケース本体１に取り付けることができる。

ここで、従来では、図４（ｄ）に示すように、引掛け片２１’の先端部が下向きに突出するように折り曲げられていた。このため、パネル２をケース本体１に取り付ける際には、引掛け片２１’の先端部を上方から下方へとスライドさせることで、引掛け片２１’を引掛け孔１５Ａに挿入して引っ掛けていた。この構成では、引掛け片２１’が引掛け孔１５Ａから外れるのを防ぐために、引掛け片２１’の先端部の下方向に沿った長さを十分に長くする必要があった。

一方、本実施形態では、図４（ｅ），（ｆ）に示すように、パネル２を傾けた状態で各引掛け片２１を各引掛け孔１５Ａに挿入し、パネル２を反時計回りに回動することで、各引掛け片２１を回動して各引掛け孔１５Ａに引っ掛けることができる。この構成では、第３立片２１Ｃが引掛け孔１５Ａの周縁に引っ掛かる。すなわち、引掛け片２１は、引掛け孔１５Ａの周縁に引っ掛かる位置と引っ掛からない位置との間で回動自在となっている。このため、引掛け片２１の先端部の下方向に沿った長さを長くすることなく、引掛け片２１が引掛け孔１５Ａから外れるのを防止することができる。

このように、本実施形態では、引掛け片２１の先端部の下方向に沿った長さを短くすることができる。このため、ケース本体１内部において引掛け片２１の先端部が占めるスペースが小さくなるため、ケース本体１を小型化することができる。なお、パネル２をケース本体１から取り外す場合には、パネル２下面のねじを外し、その後パネル２を時計回りに回動して各引掛け片２１を各引掛け孔１５Ａから外せばよい。

以下、パワーコンディショナＰＣ１の回路の概略について図２を用いて説明する。パワーコンディショナＰＣ１は、第１端子台４及び第２端子台５と、自立運転用のコンセント６とを備える。また、パワーコンディショナＰＣ１は、各種回路を実装した第１基板Ｐ１、第２基板Ｐ２、第３基板Ｐ３、第４基板Ｐ４、第５基板Ｐ５、第６基板Ｐ６（図１２参照）を備える。

ここで、第１端子台４は、複数（本実施形態では４つ）の太陽電池Ａ１と接続する直流入力用の端子台である。第１端子台４は、図５に示すように、太陽電池Ａ１からの入力用配線を接続する入力用端子ねじ４０Ａと、第１ノイズフィルタＮＦ１への出力用配線を接続する出力用端子ねじ４０Ｂとを１対として、８対の接続端子４０を備える。接続端子４０は、２対を１組として太陽電池Ａ１の入力に用いる。すなわち、本実施形態では、第１端子台４が４組の接続端子４０を備えるため、４つの太陽電池Ａ１を接続することができる。

第２端子台５は、商用電力系統と接続する系統連系用の端子台である。第２端子台５は、図７に示すように、商用電力系統への出力用配線を接続する出力用端子ねじ５０Ａと、解列用リレーＲＹ１及び自立用リレーＲＹ２からの入力用配線を接続する入力用端子ねじ５０Ｂとを１対として、６対の接続端子５０を備える。１対の接続端子５０は、アースを接続するために用いる。３対の接続端子５０は、商用電力系統の単相３線を接続するために用いる。残りの２対の接続端子５０は、自立運転時に、例えば予め配線してある照明器具等の電気機器に電力を供給するための接続端子として用いる。

コンセント６は、例えば停電時などの商用電力系統から切り離された状態で、太陽電池Ａ１からの電力で自立運転する場合に用いる。すなわち、商用電力系統から切り離された状態において、コンセント６に電気機器（図示せず）を接続することで、太陽電池Ａ１からの電力を電気機器に供給することができる。

第１基板Ｐ１には、第１端子台４を介して４つの太陽電池Ａ１と接続する４つの第１ノイズフィルタＮＦ１を実装している。各第１ノイズフィルタＮＦ１は、後述するインバータ回路から太陽電池Ａ１への高周波ノイズの流出を抑制するものである。各太陽電池Ａ１は、これら第１ノイズフィルタＮＦ１を介して後述の昇圧回路と接続される。

第２基板Ｐ２には、複数（本実施形態では２つ）の昇圧回路を実装している。各昇圧回路は、それぞれ太陽電池Ａ１から供給される直流電力を昇圧して出力するものである。昇圧回路は、太陽電池Ａ１と１対１に対応するため、太陽電池Ａ１の数だけ設ける必要がある。このため、本実施形態では、２つの第２基板Ｐ２にそれぞれ２つの昇圧回路を実装することで、４つの太陽電池Ａ１とそれぞれ接続される計４つの昇圧回路を設けている。

各昇圧回路は、第１リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１とから１石式昇圧チョッパとして構成されている。各昇圧回路は、日射量に基づいて例えば０Ｖ〜３００Ｖ程度の範囲内で絶えず変動する太陽電池Ａ１からの直流電圧を、商用電力系統の交流電圧値の１．４倍程度に昇圧する。

ここで、各昇圧回路の各第１リアクトルＬ１は、第２基板Ｐ２には実装せず、後述するように第１部品ブロックＢ１としてベース１０に配置する。また、コンデンサＣ１は、第２基板Ｐ２には実装せず、コンデンサブロックＣＢ１として別に配置する。

コンデンサブロックＣＢ１は、図９（ａ）に示すように、複数の小型コンデンサＣ１０と、各小型コンデンサＣ１０を実装するコンデンサ用基板ＣＰ１と、コンデンサ用基板ＣＰ１を収納するコンデンサ用ケースＣＣ１とで構成される。

複数の小型コンデンサＣ１０は、コンデンサＣ１を構成するものである。このように、大型のコンデンサを用意する代わりに、複数の小型コンデンサＣ１０でコンデンサＣ１を構成することで、前後方向に沿った厚み寸法を小さくすることができる。

コンデンサ用ケースＣＣ１は樹脂材料から成り、前面を開口した扁平な箱形に形成されている。コンデンサ用基板ＣＰ１は、図９（ｂ）に示すように、コンデンサ用ケースＣＣ１に樹脂材料から成るポッティング材ＰＭ１を充填してモールドすることにより、コンデンサ用ケースＣＣ１の内部に固定する。これにより、各小型コンデンサＣ１０間の絶縁距離を確保することができる。また、ポッティング材ＰＭ１により、各小型コンデンサＣ１０の発する熱を放熱する効果も期待できる。

第３基板Ｐ３には、インバータ回路を実装している。インバータ回路は、４つの第２スイッチング素子Ｑ２によりフルブリッジ回路として構成されている。インバータ回路は、後述する制御回路（図示せず）によるＰＷＭ制御にしたがって各第２スイッチング素子Ｑ２を駆動し、昇圧回路からの直流電力を交流電力に変換する。

インバータ回路の出力端には、高調波を抑制するための第２リアクトルＬ２を接続している。この第２リアクトルＬ２は、後述するように第１部品ブロックＢ１に含まれるものであり、ベース１０前面に取り付けられる。

第４基板Ｐ４には、直流抵抗式の電流センサＳ１やカレントトランスＣＴ１を有する保護回路を実装している。制御回路は、これら電流センサＳ１及びカレントトランスＣＴ１で測定した電流値に基づいてインバータ回路を制御することにより、過負荷からの保護を図っている。また、第４基板Ｐ４には、電源投入時の突入電流を制限する突入電流制限回路ＬＣ１を実装している。

第５基板Ｐ５には、第２ノイズフィルタＮＦ２と、解列用リレーＲＹ１と、自立用リレーＲＹ２とを実装している。第２ノイズフィルタＮＦ２は、インバータ回路の出力に含まれるＰＷＭキャリア周波数のリップル成分を平滑することで、正弦波状の交流電圧に変換して出力する。解列用リレーＲＹ１は、制御回路の制御にしたがって、系統連系（パワーコンディショナＰＣ１と商用電力系統との接続）又は解列（パワーコンディショナＰＣ１と商用電力系統との接続の遮断）を行う。自立用リレーＲＹ２は、制御回路の制御にしたがって、パワーコンディショナＰＣ１からコンセント６への給電経路の開閉を行う。

第２ノイズフィルタＮＦ２の入力端には、インバータ回路と第２ノイズフィルタＮＦ２との間の両ラインを内側に挿通した地絡検出用コアＧＣ１を設けている。制御回路は、この地絡検出用コアにより地絡電流が検出されると、異常有りと判断して昇圧回路及びインバータ回路の制御を停止し、解列用リレーＲＹ１に対して解列制御を行う。これにより、本実施形態に係る系統連系システムを地絡から保護することができる。

第６基板Ｐ６には、制御回路を実装している。制御回路は、マイクロコンピュータを備え、パワーコンディショナＰＣ１の制御全般を行う。制御回路は、例えば昇圧回路の出力電圧を取り込み、この出力電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ１に与える駆動信号のデューティ比を調整する。これにより、制御回路は、昇圧回路の出力電圧を一定電圧に制御する。また、制御回路は、インバータ回路の各スイッチング素子Ｑ２に駆動信号を与えてＰＷＭ制御することにより、昇圧回路からの直流電力を交流電力に変換する。更に、制御回路は、商用電力系統の停電の有無を監視し、停電の場合には、昇圧回路及びインバータ回路の制御を停止し、解列用リレーＲＹ１に対して解列制御を行う。

また、制御回路は、操作部８での手動入力に基づいて、系統連系を行う系統連系運転モードと、自立運転を行う自立運転モードとを切り替える。ここで、操作部８は、図１（ａ）に示すように、各種情報を表示する液晶ディスプレイ８０と、入力操作を受け付ける各種スイッチ８１とを備える。また、操作部８は、その前面を樹脂材料から成る化粧カバー８２で覆っている。

例えば、系統連系運転モード時において運転切替用のスイッチ８１を操作すると、制御回路は、解列用リレーＲＹ１に対して解列制御を行うとともに、自立用リレーＲＹ２を制御してコンセント６への給電経路を閉成する。これにより、パワーコンディショナＰＣ１は自立運転モードに切り替わるため、コンセント６を介して電気機器に太陽電池Ａ１からの電力を供給することができる。また、停電時において制御回路は系統連系運転を停止させるが、このときに運転切替用のスイッチ８１を操作することで、自立運転モードに切り替えることもできる。

ここで、パワーコンディショナＰＣ１の各種回路は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、回路を構成する電子部品を第１部品ブロックＢ１、第２部品ブロックＢ２、第３部品ブロックＢ３に分けて配置することで構成されている。第１部品ブロックＢ１は、電子部品のうち発熱量が大きく、且つケース本体１の厚み方向（前後方向）における長さが長い（背丈の高い）電子部品から成る。本実施形態では、第１リアクトルＬ１及び第２リアクトルＬ２が第１部品ブロックＢ１に含まれる。

通常、昇圧回路用のリアクトルは昇圧回路用の第２基板Ｐ２に実装する。しかしながら、本実施形態では、ケース本体１の小型化を考慮して、背丈の高い昇圧回路用のリアクトルを第１部品ブロックＢ１としてベース１０に直接取り付ける必要がある。ここで、ベース１０に直接取り付けることが可能な既存のリアクトルを用いることが考えられる。しかしながら、このようなリアクトルは大型であることから、取り付けるために必要なスペースが大きくなり、ケース本体１の大型化を招く虞がある。

そこで、本実施形態では、昇圧回路用のリアクトルとして、基板実装用の小型のリアクトルＬ１を用いている。このリアクトルＬ１は基板実装用であることからベース１０に直接取り付けることができないので、本実施形態では、ベース１０に取付台座９を取り付け、この取付台座９にリアクトルＬ１を取り付けている。これにより、従来の基板実装用のリアクトルＬ１をベース１０に取り付けることができる。

本実施形態では、４つのリアクトルＬ１を取り付けるために、２つの取付台座９を用いている。取付台座９は、絶縁性を有する樹脂材料から成り、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、２つの固定部９０を一体に形成した直方体状となっている。固定部９０は、トロイダルコイルであるリアクトルＬ１の形状に沿った曲面を有する。そして、固定部９０の曲面にリアクトルＬ１を載置することで、リアクトルＬ１を固定部９０に固定する。また、各固定部９０には、リアクトルＬ１から引き出される電線ＥＣ１を嵌め込むことのできる断面Ｕ状のガイド部９１をそれぞれ設けている。このガイド部９１に電線ＥＣ１を嵌め込むことで、電線ＥＣ１を所定の向きに案内することができる。

取付台座９の長手方向における一端部には、ベース１０の引掛け孔１０Ｃに挿入して引っ掛けるための引掛け片９２を設けている。また、取付台座９の長手方向における他端部には、ベース１０の第１取付孔１０Ｄにねじ止めするための突片９３を設けている。この突片９３の中央部には、取付ねじを挿入する取付孔９３Ａを貫設している。取付台座９を取り付けるには、先ず引掛け片９２をベース１０の引掛け孔１０Ｃに挿入して引っ掛ける。そして、突片９３の取付孔９３Ａをベース１０の第２取付孔１０Ｄに重ね合わせ、取付ねじでねじ止めすることで、取付台座９をベース１０に取り付けることができる。

このように、本実施形態では、取付台座９を介して基板実装用の小型のリアクトルＬ１をベース１０に取り付けることができる。このため、昇圧回路用のリアクトルとして従来の大型のリアクトルを用いる必要がなく、ケース本体１の小型化を図ることができる。また、本実施形態では、従来の大型のリアクトルを用いる必要がないことから、コストを低減することもできる。また、取付台座９は、その一端部の引掛け片９２をベース１０に設けた引掛け孔１０Ｃに引掛け、他端部の突片９３をねじ止めするだけでベース１０に取り付けることができる。このため、取付台座９の取付作業を容易に行える。

第２部品ブロックＢ２は、電子部品のうち発熱量が大きく、且つケース本体１の厚み方向における長さが短い（背丈の低い）電子部品をヒートシンク７上に載置して成る。本実施形態では、第２基板Ｐ２に実装される昇圧回路を構成する電子部品（第１リアクトルＬ１を除く）と、第３基板Ｐ３に実装されるインバータ回路を構成する電子部品と、複数のコンデンサＣ１０とが第２部品ブロックＢ２に含まれる。

ヒートシンク７は、上下方向に長尺な直方体状であって、１対の固定部材１８を介してベース１０に取り付けられる。ヒートシンク７の上面には、図８（ｂ）に示すように、第２基板Ｐ２と、第３基板Ｐ３と、コンデンサブロックＣＢ１とを載置している。ヒートシンク７の左右両壁の後端縁には、それぞれ外向きに突出する長尺板状の取付片７０を一体に形成している。この取付片７０には、上下方向に亘って一定の間隔を空けて３つの取付孔７０Ａを貫設している。

固定部材１８は、絶縁性を有する樹脂材料から成り、図６（ａ），（ｂ）に示すように、上下方向に沿って長尺な板状に形成されている。固定部材１８には、上下方向に沿って一定の間隔を空けて３つの取付孔１８Ａを貫設している。また、固定部材１８には、前向きに突出し且つヒートシンク７の取付片７０と当接する側壁１８Ｂを形成している。

ヒートシンク７をベース１０に取り付けるには、図８（ａ），（ｂ）に示すように、先ず、ヒートシンク７の各取付孔７０Ａと、各固定部材１８の各取付孔１８Ａと、ベース１０の各第１取付孔１０Ｂとを重ね合わせる。そして、各取付孔７０Ａ，１８Ａ，１０Ｂに取付ねじを挿入して共締めする。これにより、ヒートシンク７を各固定部材１８を介してベース１０に取り付けることができる。したがって、ヒートシンク７をベース１０に対して絶縁することができる。

ここで、ヒートシンク７の各取付片７０を各固定部材１８の各側壁１８Ｂに当接することで、ヒートシンク７を各固定部材１８に対して位置決めすることができる。この場合、ヒートシンク７の各取付孔７０Ａと、各固定部材１８の各取付孔１８Ａとを重ね合わせ易くなるので、ヒートシンク７の取付作業を容易に行うことができる。

なお、ヒートシンク７をベース１０に取り付ける際に、取付ねじの頭部がヒートシンク７と接触し、絶縁性能が劣化する虞がある。そこで、本実施形態では、ヒートシンク７の各取付片７０と各固定部材１８との間に、矩形状の絶縁板１９を挟んでいる。絶縁板
１９は、図８（ｂ）に示すように、その中央部に取付ねじを挿入するための挿入孔１９Ａを設けている。また、絶縁板１９の左右両辺のうち何れか一方には、前向きに突出する突壁１９Ｂを一体に形成している。この突壁１９Ｂを取付ねじとヒートシンク７との間に介在させることで、取付ねじの頭部とヒートシンク７との間の絶縁を図ることができる。

第３部品ブロックＢ３は、電子部品のうち発熱量が小さい電子部品から成る。本実施形態では、第１基板Ｐ１に実装される各ノイズフィルタＮＦ１を構成する電子部品と、第５基板Ｐ５に実装されるノイズフィルタＮＦ２を構成する電子部品と、各リレーＲＹ１，ＲＹ２等の電子部品とが含まれる。

第３部品ブロックＢ３において、第１基板Ｐ１と第５基板Ｐ５とは、図１０に示すように金属製の遮蔽板４１によって隔てられている。遮蔽板４１は、金属板の上下両端をそれぞれ後向きに折り曲げて形成されている。遮蔽板４１の前面には、第１基板Ｐ１と、第１端子台４とを取り付けている。遮蔽板４１は、第５基板Ｐ５と、第２端子台５の入力用端子ねじ５０Ｂとを覆う形でベース１０に取り付ける。なお、遮蔽板４１には、第２端子台５を避けるために矩形状の切り欠き４１Ａを設けている。

遮蔽板４１の下方には、図１２に示すように、第１端子台４の入力用端子ねじ４０Ａと、第２端子台５の出力用端子ねじ５０Ａとを周囲の電子部品から隔離する金属製の隔離板５１を設けている。隔離板５１は、金属板を折り曲げて成り、各端子ねじ４０Ａ，５０Ａの上側、左右両側を覆うように形成されている。また、隔離板５１のうち右側の板材の下端縁には、右向きに突出する矩形状の延設板５１Ａを一体に形成している。この延設片５１Ａには、コンセント６を嵌め込み可能な切り欠き５１Ｂを設けている。すなわち、本実施形態では、コンセント６を隔離板５１に固定している。なお、本実施形態では、隔離板５１は金属製であるが、一定の強度を持つ剛体であれば金属製でなくてもよい。

上述のように、本実施形態では、発熱量の大きさと背丈の高さに基づいて、第１部品ブロックＢ１と、第２部品ブロックＢ２と、第３部品ブロックＢ３とに電子部品を分けている。そして、本実施形態では、各部品ブロックＢ１〜Ｂ３を区分けしてケース３に収納している。このため、本実施形態では、従来のように大型の放熱板をケース３内部に設ける必要がなく、また、従来と比較して電子部品を効率良く配置できるので、放熱性能を高めることができ、且つケース３の大型化を回避することができる。

また、本実施形態では、上側板１１及び下側板１２における第２部品ブロックＢ２と対向する位置に、それぞれ第１通気口１１Ａ，１２Ａを設けている。このため、一方の第１通気口１１Ａから他方の第１通気口１２Ａへの放熱経路上に第２部品ブロックＢ２が位置するため、第２部品ブロックＢ２を放熱する効果を高めることができる。

更に、本実施形態では、上側板１１及び下側板１２における第１部品ブロックＢ１と対向する位置に、それぞれ第２通気口１１Ｂ，１２Ｂを設けている。このため、一方の第２通気口１１Ｂから他方の第２通気口１２Ｂへの放熱経路上に第１部品ブロックＢ１が位置するため、第１部品ブロックＢ１を放熱する効果を高めることができる。

なお、第１部品ブロックＢ１において、一方の第２通気口１１Ｂから見て他方の第２通気口が見えるように、第１リアクトルＬ１や第２リアクトルＬ２等の電子部品を配置するのが望ましい。すなわち、一方の第２通気口１１Ｂから他方の第２通気口１２Ｂへの放熱経路において、第１リアクトルＬ１及び第２リアクトルＬ２等の電子部品が介在しないスペースを少なくとも設けるのが望ましい。この構成では、第１部品ブロックＢ１を放熱する効果を更に高めることができる。

なお、本実施形態では、発熱量の大きい電子部品で構成される第１部品ブロックＢ１及び第２部品ブロックＢ２を隣り合うように配置しているが、他の配置であってもよい。すなわち、発熱量の小さい電子部品で構成される第３部品ブロックＢ３をケース本体１の中央部に配置し、第３部品ブロックＢ３を挟む形で第１部品ブロックＢ１及び第２部品ブロックＢ２を配置してもよい。この構成では、発熱量の大きい第１部品ブロックＢ１及び第２部品ブロックＢ２が一定の距離を空けて配置されるため、放熱性能をより高めることができる。なお、この構成を採用する場合には、上側板１１及び下側板１２の各第１通気口１１Ａ，１２Ａを、第２部品ブロックＢ２と対向する位置に変更するのが望ましい。

１ケース本体
１１Ａ，１２Ａ第１通気口（通気口）
２パネル
３ケース
７ヒートシンク
Ｂ１第１部品ブロック
Ｂ２第２部品ブロック
Ｂ３第３部品ブロック

Claims

一面が開口されて通気口を有するケース本体及び前記ケース本体の前記開口を覆うパネルを有するケースと、
前記ケース本体に収納されて少なくとも直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を含み商用電力系統との系統連系運転を行う電子回路と、
絶縁性を有する材料から成り前記電子回路を構成する電子部品よりも前記パネル側に設けられる保護シートと、を備え、
前記電子回路を構成する電子部品は、前記インバータ回路の出力側に接続されるリアクトルを含む第１部品ブロックと、前記インバータ回路を構成する電子部品をヒートシンク上に設けた第２部品ブロックと、ノイズフィルタを構成する電子部品或いはリレーを含む第３部品ブロックとに分けて前記ケース本体に収納され、
前記ケース本体には、前記保護シートに設けられる孔に嵌合する突部が設けられることを特徴とするパワーコンディショナ。
前記ケース本体のうち前記第１部品ブロックと対向する部位に前記通気口を設けることを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
前記第１部品ブロックは、１乃至複数のリアクトルと、絶縁性を有する材料から形成されて前記ケース本体に取り付ける取付台座とを有し、前記取付台座には、前記リアクトルのうち基板実装用のリアクトルを着脱自在に取り付け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。
前記第２部品ブロックは、絶縁性を有する材料から形成されて前記ヒートシンクを前記ケース本体に固定するための固定部材を有し、前記固定部材に、前記ヒートシンクの位置決めをする側壁を設けることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のパワーコンディショナ。
前記第２部品ブロックの電子部品には、複数のコンデンサが含まれ、前記コンデンサは、コンデンサ用ケースに樹脂材料でモールドして固定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のパワーコンディショナ。
前記パネルは、前記ケース本体に設けられる引掛け孔に挿入する引掛け片を有し、前記引掛け孔の周縁に引っ掛かる位置と引っ掛からない位置との間で回動自在であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のパワーコンディショナ。
前記ケース本体は、前記一面の周縁から互いに段違いに突出して前記保護シートを挟持する複数の第１突片及び第２突片を有し、前記第１突片又は前記第２突片の少なくとも何れか一方に、前記突部を設けることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のパワーコンディショナ。