JP6097140B2 - 変電設備 - Google Patents

Description

本発明は、大規模な太陽光発電システムなどの発電装置に使用する変電設備に関するものである。

近年、太陽光発電システムの開発が盛んであり、１ＭＷ以上の大規模な太陽光発電システムも開発されている。太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールで発電し、変電設備を介して商用の電力系統（送電網）に電力を供給する。

変電設備は、変圧器やパワーコンディショナーなどを備えている。これらの装置は、工場で生産され、現地で組み立てや配線等の工事をして設置する。しかし、変電設備を設置するための基礎工事などが必要であり、時間を要する。設置費用が高くなり、好ましくない。そのため、非特許文献１は、工場で海上コンテナに変圧器などを収納し、現地で海上コンテナを設置することを開示している。

太陽光発電システムを海岸付近に設置すると、変電設備を海岸付近に設置することになる。海岸付近に設置すると変電設備に海塩粒子が付着し、絶縁破壊などの塩害が発生する。そのため、変電設備に塩害対策を施す必要がある。しかし、非特許文献１は塩害対策を記載していない。

http://www.daihen.co.jp/newinfo/news_120530.html

本発明の目的は、簡単に設置でき、塩害対策等も施された変電設備を提供することにある。

変電設備は、発電装置で発電された電力を送電網に供給する。変電設備は、コンテナと、前記コンテナの内部空間に設置され、発電装置で発電された電力を送電網に供給するための電力に変換する電気設備と、前記コンテナの内部空間を冷却する空気調和機と、前記コンテナの内部空間を外気に対して換気する換気扇と、前記換気扇に備えられた除塩フィルターと、前記換気扇に備えられ、換気扇の使用時にコンテナの内部空間に外気を取り込むために開けられるシャッターと、前記コンテナの内部空間の気温によって空気調和機と換気扇のいずれかの使用を選択する制御装置とを備える。

コンテナ内の電気設備によって発電された電力を送電網に供給する電力に変換し、送電する。コンテナの内部空間を冷却し、電気設備を冷却するために、空気調和機または換気扇が駆動する。空気調和機と換気扇は所定温度で切り替えられる。換気扇には除塩フィルターが備えられ、海塩粒子がコンテナ内に入るのを防止する。換気扇が使用されなければ、換気扇のシャッターが閉じて、コンテナが密閉される。

前記コンテナの外部に風速計を備え、前記制御装置は、風速計で計測された風速が所定値以上になれば空気調和機の使用を選択する。所定値以上の風速では、コンテナを密閉し、空気調和機で空冷する。

前記コンテナの内部空間に設置され、電気設備の冷却をおこなう冷却ファンを備える。冷却ファンによってコンテナの内部空間の熱を均一にする。

本発明によると、工場でコンテナに電気設備を設置しておくことにより、変電設備の設置現場での電気設備同士の接続が簡略化され、設置時間が短縮できる。塩害の生じる気温によって空気調和機と換気扇の切り替えをおこうため、コンテナ内に塩害の生じる空気が入り込まず、塩害停電事故を防止できる。

本発明の変電設備の外観を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は右側面図である。 本発明の変電設備の内部構成を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は上面図である。 風速計を設けた変電設備を示す図である。 冷却ファンを設けた変電設備を示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）はコンテナの内壁と電気設備との間に隙間を設けた図である。 コンテナの下に放熱フィンを設置した図である。

本発明の変電設備について図面を使用して説明する。以下に説明する変電設備は太陽光発電システムで発電された電力を送電網に供給するための設備であるが、太陽光発電システム以外の発電装置であっても適宜適用できる。変電設備の設置される場所は、海（または塩湖）から塩分（海塩粒子）を含んだ空気が到達し、変電設備に絶縁破壊等の塩害が発生する場所とする。

図１と図２に示す変電設備１０は、コンテナ１２、コンテナ１２の内部空間に設置された電気設備１４、コンテナ１２の内部空間を冷却する空気調和機１６、コンテナ１２の内部空間を換気する換気扇１８、換気扇１８に備えられた除塩フィルターとシャッター（図示せず）、および空気調和機１６と換気扇１８の使用を選択する制御装置（図示せず）を備える。

コンテナ１２は、汎用の海上コンテナを使用する。海上コンテナは海塩粒子に対する耐腐食性能を有する。工場でコンテナ１２の内部空間に電気設備１４を設置し、設置現場にコンテナ１２を運搬し、コンテナ１２を据え置くことによって、電気設備１４なども同時に設置されることになる。従来に比べて基礎工事などが不要になり、短期間で設置でき、コストダウンになる。１つの変電設備１０は１つのコンテナ１２の内部空間に設置されるようにする。

コンテナ１２に設置される電気設備１４は、変圧器２０やパワーコンディショナー２２などを備える。これらの装置２０、２２は、コンテナ１２に設置できるように大きさを適宜設計する。電気設備１４によって、太陽光発電システムで発電された電力を送電網に供給するための電力に変換する。電気設備１４によって所定の電圧や周波数の交流電力になる。電気設備１４を太陽光発電システムや送電網に接続するためのケーブルがコンテナ１２に通される。コンテナ１２とケーブルとに隙間ができないようにする。

工場で１つのコンテナ１２に電気設備１４を設置するとき、電気設備１４の各装置間の配線を完了させておく。変電設備１０の設置現場にコンテナ１２を輸送して据え付けるときに、電気設備１４の各装置間の配線をおこなう必要はなく、設置現場での配線作業が不要になる。設置現場では、電気設備１４を太陽光発電システムや送電網に接続するだけで良い。

海塩粒子がコンテナ１２の内部空間に入り込まないためにコンテナ１２を密閉すると、電気設備１４で発生する熱によってコンテナ１６の内部空間が高温になる。そのため、空気調和機１６でコンテナ１２の内部空間を冷却する。空気調和機１６で冷却をおこなうときは、コンテナ１２を密閉するため、外気がコンテナ１２の中に入らない。コンテナ１２の内部空間に海塩粒子が入らず、電気設備１４は海塩粒子の影響を受けない。

常に空気調和機１６を使用して冷却するのではなく、後述するように空気調和機１６と換気扇１８を切り替える。空気調和機１６を使用しない場合に、換気扇１８によってコンテナ１２の内部空間の空気を換気する。換気によってコンテナ１２の内部空間の冷却をおこなう。常に空気調和機１６を使用することにはならず、省エネルギーで冷却をおこなうことができる。

換気扇１８は除塩フィルターを備える。除塩フィルターは、例えばエレクトレット複合不織布を使用する。除塩フィルターによって、コンテナ１２の内部空間に海塩粒子が入るのを防止する。また、換気扇１８はシャッターを備える。シャッターは、換気扇１８の使用時にコンテナ１２の内部空間に外気が入るように開けられ、換気扇１８を使用しないときは閉じてコンテナ１２が密閉されるようにする。海塩粒子によって電気設備１４が絶縁破壊されないようにする。海の近くに太陽光発電システムを設置することができる。

制御装置は、空気調和機１６の駆動と換気扇１８の駆動を所定温度で切り替る。コンテナ１２の内部空間に温度計を配置し、温度計の温度が制御装置に入力されるようにする。温度計は制御装置の一部であっても良い。空気調和機１６と換気扇１８を切り替える温度は、例えば２５℃である。２５℃未満であれば換気扇１８を駆動させ、２５℃以上であれば空気調和機１６を駆動させる。２５℃であっても電気設備１４は駆動するが、２５℃を越えると空気中に飛び散った海水の水分が減少して空気中での海塩粒子の濃度が高まり、塩害が発生しやすいためである。除塩フィルターを備えるが、塩害の発生を完全に防止する。空気調和機１６はコンテナ１２内の気温を２５℃未満にするようにする。制御装置は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその両方で構成される。

コンテナ１２に通気口２４が備えられている場合、この通気口２４にシャッターや除塩フィルターを設置する。換気扇１８が駆動するときはシャッターを開けて外気がコンテナ１２内に入るようにする。除塩フィルターによって、海塩粒子が入らないようにする。空気調和機１６を使用するときはシャッターを閉じて、コンテナ１２を密閉する。図１では、通気口２４から内部空間に雨水が入り込まないように、フード２６を取り付けている。

変電設備１０は、太陽光発電システムの発電規模に応じて適宜設置数を変更しても良い。

上記のように、工場でコンテナ１２に電気設備１４を設置するため、現地での設置工事が簡易になり、工事期間の短縮やコストダウンできる。また、塩害の発生しやすい環境でコンテナ１２を密閉するため、電気設備１４に対する塩害を防止でき、塩害停電事故を防止できる。

図３に示す変電設備３０のように、コンテナ１２の外部に風速計３２を設けても良い。風速計３２が計測した風速が制御装置に入力されるようにする。制御装置は、風速が所定値以上になり、かつ換気扇１８を駆動していれば、換気扇１８はオフにし、換気扇１８や通気口２４のシャッターを閉じる。空気中の海塩粒子の変化は気温による変化以外に、風の影響があるためである。海塩粒子の生成は風速の３乗に比例して増大し、風速に比例して海塩粒子の移動距離が伸びる。例えば風速１０ｍ／ｓ以上になれば、シャッターを閉じる。さらにコンテナ１２の内部空間の気温が上昇すれば、空気調和機１６を駆動させて電気設備１４を冷却する。例えば、２５℃以上になれば空気調和機１６を駆動させる。

制御装置は、瞬時の風速ではなく、単位時間（例えば１時間）あたりの平均風速を使用して空気調和機１６を駆動させても良い。瞬時の風速であると、空気調和機１６と換気扇１８のオン・オフを瞬時に繰り返す場合があるためである。

また、変電設備３０を設置する場所は海に対する方角が予め分かっている。そのため、風速計３２として風向も測定できる風向風速計を使用し、風向も測定する。海の方向から所定速度以上の風が吹いたときに、制御装置は空気調和機１６を駆動させるようにする。制御装置には海の方向を記憶させておく。

風速が速く、海塩粒子が変電設備３０まで運ばれたとしても、コンテナ１２を密閉しているため、電気設備１４に塩害が発生しない。

空気調和機１６と換気扇１８を所定期間によって切り替えて使用しても良い。上記のように風速によって海塩粒子の生成と移動距離が異なる。特に台風による強風で海塩粒子が生成され、遠距離まで移動する。そのため、例えば台風の発生する４月から１０月までは空気調和機１６を使用した冷却をおこない、それ以外の期間は換気扇１８による冷却をおこなう。

図４（ａ）に示す変電設備４０のように、コンテナ１２内に冷却ファン４２を備えても良い。冷却ファン４２によってコンテナ１２内の空気を循環させて均一にし、コンテナ１２内の気温を均一にする。コンテナ１２自体がアルミニウムやスチールなどの金属で構成されているため、コンテナ１２の内壁に熱を伝え、コンテナ１２の外壁から放熱することができる。コンテナ１２内の空気を均一にすることによって、コンテナ１２全体に均一に熱を伝えやすくなり、放熱しやすくなる。なお、コンテナ１２に対して日射があった場合、コンテナ１２のいずれかの面が日陰になるため、主に日陰の面から放熱される。冷却ファン４２を空気調和機１６または換気扇１８と同時に使用することで冷却効率を高めることができる。

電気設備１４の前面ｆはコンテナ１２内の作業スペース４４の方向を向いている。図４（ｂ）の変電設備４０'のように、後面ｂとコンテナ１２との間に隙間（例えば５〜１０ｃｍ）４６を設けても良い。この隙間４６は作業スペース４４よりも狭い空間になっている。隙間４６が狭いため、作業スペース４４に比べて風速が速くなる。電気設備１４の中で高発熱の装置を後面ｂ側に配置し、低発熱の装置を前面ｆ側に配置する。高発熱の装置を空冷し易くする。また、コンテナ１２と電気設備１４の形状が変化しなければ、隙間４６を設けたことによって、作業スペース４４も狭くなる。コンテナ１２全体で風速が速くなり、冷却能力が向上する。

隙間４６が狭すぎて風が入りにくい場合、隙間４６の付近に冷却ファン４２を設置し、冷却ファン４２の回転によって生じる負圧によって隙間４６から空気を吸うようにしても良い。

コンテナ１２は日射による温度変化が大きい。そのため、コンテナ１２の天井や側壁を二重にして、コンテナ１２の内部空間の温度変化が大きくならないようにしても良い。二重にした場合に、内側の天井と側壁の表面を熱反射材（遮熱材）でコーティングしても良い。輻射熱がコンテナ１２の内部空間に到達しないようにする。

コンテナ１２を地面に設置する前に、図５の変電設備５０のように放熱フィン５２を地面に埋めておき、コンテナ１２を設置するときに、コンテナ１２の底面と放熱フィン５２とを接続してもよい。コンテナ１２の下には光が照射されないため、夏などの気温の高いときは周囲よりも低温になる。そのため、コンテナ１２の底面から放熱フィン５２を介して放熱をおこなう。

また、コンテナ１２の内部空間から外部にヒートパイプを張り巡らしてもよい。コンテナ１２の内部空間の熱を外部に伝え、冷却する。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０、３０、４０、４０'、５０：変電設備
１２：コンテナ
１６：電気設備
１８：換気扇
２０：変圧器
２２：パワーコンディショナー
２４：通気口
２６：フード
３２：風速計
４２：冷却ファン
４４：作業空間
４６：隙間
５２：放熱フィン

Claims (3)

1. 発電装置で発電された電力を送電網に供給するための変電設備であって、
   コンテナと、
   前記コンテナの内部空間に設置され、発電装置で発電された電力を送電網に供給するための電力に変換する電気設備と、
   前記コンテナの内部空間を冷却する空気調和機と、
   前記コンテナの内部空間を外気に対して換気する換気扇と、
   前記換気扇に備えられた除塩フィルターと、
   前記換気扇に備えられ、換気扇の使用時にコンテナの内部空間に外気を取り込むために開けられるシャッターと、
   前記コンテナの内部空間の気温によって空気調和機と換気扇のいずれかの使用を選択する制御装置と、
   を備えた変電設備。
2. 前記コンテナの外部に風速計を備え、
   前記制御装置は、風速計で計測された風速が所定値以上になれば空気調和機の使用を選択する
   請求項１の変電設備。
3. 前記コンテナの内部空間に設置され、電気設備の冷却をおこなう冷却ファンを備えた請求項１と２の変電設備。

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