JP6259992B2

JP6259992B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP6259992B2
Application number: JP2013203352A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　淳一; 淳一鈴木; 森田　功; 功森田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015070713A

Description

本発明は、インバータ装置に関するものである。

従来より、太陽電池の出力する直流電力を交流電力に変換し商用電力系統にこの交流電
力を重畳する電力変換部を有するインバータ装置が提供されている。電力変換部は、太陽
電池の直流電力の電圧を昇圧する昇圧回路、昇圧回路の昇圧した直流電力を交流電力に変
換するインバータ回路、及びインバータ回路が出力する交流電力の高周波成分を減衰する
フィルタ回路などから構成されている。

インバータ装置（電力変換部）が動作すると、これらの回路の電子部品（例えば、スイ
ッチ素子、リアクトル、ダイオード、及びコンデンサ）などが発熱しインバータ装置は高
温になる。温度が高温になると、インバータ装置のセンサ類の特性が変化して電力変換の
制御が不安定になったり、電子部品が劣化してインバータ装置が早く寿命を迎えることに
なる。

この様な熱を冷却するために、インバータ装置にインバータ回路の温度を検出する温度
センサと、インバータ回路へ送風する送風機（ファン）とを設け、この温度が所定値以上
になった場合に送風機を動作させ、温度が所定値未満の場合に送風機を停止するインバー
タ装置が提案されている（特許文献１）。

特開平６−２３３５５３号公報

しかしながら、温度により送風機を動作させるような構成では、例えば、寒冷地の冬場
など周囲の温度が低い状況が続くと、送風機が動作しない状態が長い時間続く場合がある
。このように送風機が動作しない状態が長く続くと、送風機の回転軸を支える軸受け（ベ
アリングなど）の潤滑物質が固くなったり、寒暖の温度差によって軸受けに結露が生じ、
この水分によりさびたりして送風機が正常に動作しなくなる恐れがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされた発明であり、電力変換部を冷却する送風機
を動作可能な状態に保つことができるインバータ装置を提供することを目的とする。

本発明のインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電
力系統へ重畳する電力変換部と、前記電力変換部の温度が所定値以上の場合に前記電力変
換部の温度を下げるように動作する送風機と、を備え、前記送風機の動作が所定期間以上
停止していることを検知した後に前記送風機を強制動作させることを特徴とする。

本発明によれば、電力変換部を冷却する送風機を動作可能な状態に保つことができる。

インバータ装置の接続を示す図である。インバータ装置の斜視図である。送風機の制御フローチャートを示す図である。

本実施形態では、インバータ装置を冷却するための送風機が温度により動作しない様な
状態でも定期的に送風機を動作するようにしているため、インバータ装置の電力変換部を
冷却する送風機を動作可能な状態に保つことができる。

図１に示すようにインバータ装置１は、電力変換部ＣＮＶ、制御回路７、開閉器Ｓ１〜
Ｓ５、温度センサ８、第１送風機ＦＮ１、及び第２送風機ＦＮ２から構成されている。電
力変換部ＣＮＶは、複数の昇圧回路４ａ〜４ｅ（ここでは５つ）、インバータ回路５、及
びフィルタ回路６から構成されている。

複数の昇圧回路４ａ〜４ｅは、夫々開閉器Ｓ１〜Ｓ５を介して太陽電池２ａ〜２ｅに接
続される。昇圧回路４ａ〜４ｅは、夫々太陽電池２ａ〜２ｅから入力された直流電力の電
圧を昇圧し、この昇圧した直流電力をインバータ回路５に供給する。

昇圧回路４ａ〜４ｅは、太陽電池の出力する直流電力の流れる直流リアクトル、スイッ
チ素子、ダイオード、コンデンサからなる非絶縁型のチョッパ回路により構成されている
。

インバータ回路５は、昇圧回路４ａ〜４ｅから供給された直流電力を交流電力に変換す
る。インバータ回路５は、複数のスイッチ素子をフルブリッジ接続した回路からなる。イ
ンバータ回路５の出力側には、この交流電力の高周波成分を減衰するフィルタ回路６が接
続される。尚、インバータ回路５の構成はブリッジ接続に限らず中性点クランプ方式など
を用いることも可能である。

フィルタ回路６はインバータ回路５の出力する交流電力が流れる交流リアクトルが備え
られている。フィルタ回路６を通った交流電力は、例えば連系用のリレー及び端子台１６
を介して商用電力系統３に重畳される。尚、上述の昇圧回路４ａ〜４ｅ、インバータ回路
５の動作の制御は、制御回路７により行われる。

制御回路７はマイコンなどから構成され、太陽電池の発電電力或いは商用電力系統３か
ら電力供給を受けて動作する。

この様にしてインバータ装置１は太陽電池の出力する直流電力を交流電力に変換して商
用電力系統にこの変換した交流電力を重畳する。これによりインバータ装置１は、商用電
力系統に接続されている負荷に交流電力を供給することができる。インバータ装置１が動
作する際には、昇圧回路４ａ〜４ｅ、インバータ回路５、及びフィルタ回路６を構成する
電子部品（上述のスイッチ素子、ダイオード、直流リアクトル、交流リアクトル、コンデ
ンサなど）が発熱しインバータ装置１の温度上昇につながる。

図２に示すように、これらのインバータ装置１を構成する電子部品は筺体１０に収容さ
れる。筺体１０はアルミ合金等をダイキャスト加工により成形されている。特に発熱の高
い電子部品（例えば、インバータ回路５のスイッチ素子、昇圧回路の直流リアクトル、ダ
イオード、スイッチ素子、フィルタ回路の交流リアクトル）は直接筺体１０に取り付けら
れる。発熱の高い電子部品の熱は、筺体１０の外側に設けられるフィンＦを介して放熱さ
れる。尚、その他の電子部品は基板１７に実装され筺体１０に取り付けられる。

図２（ａ）に正面側のインバータ装置の斜視図を示す。第１送風機ＦＮ１は、遠心型の
送風機が用いられる。第１送風機ＦＮ１は筺体１０の内部に設けられ、その動作により矢
印Ｐ１に示すように筺体１０内の空気を循環させる。これにより、電力変換部ＣＶＮが発
する熱が筺体１０内の様々な個所へ分散されて外部に放熱される。即ち、第１送風機ＦＮ
１が動作することで、電力変換装置ＣＮＶの放熱が促進され電力変換部ＣＮＶの温度を下
げることができる。

図２（ｂ）に背面側のインバータ装置の斜視図を示す。第２送風機ＦＮ２は、軸流型の
送風機が用いられる。第２送風機ＦＮ２は筺体１０の外側に設けられ、その動作により矢
印Ｐ２に示すように外気を筺体１０のフィンＦへと送る。これにより、筺体１０及びフィ
ンＦを介して伝わる電力変換部ＣＮＶの熱が外部へ放熱されることを促進する。即ち、第
２送風機ＦＮ２が動作することで、電力変換装置ＣＮＶの放熱が促進され電力変換部ＣＮ
Ｖの温度を下げることができる。

第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２は制御回路７によりその動作が制御されると共
に、制御回路７を介して第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が動作するために必要な
電力の供給を太陽電池２ａ〜２ｅより受ける。制御回路７は、温度センサ８により検出さ
れる温度Ｔが所定値Ｔｔｈ以上の場合に電力変換部ＣＮＶの温度を下げるように第１送風
機ＦＮ１、第２送風機ＦＮ２を動作させる。また、制御回路７は、第１送風機ＦＮ１及び
第２送風機ＦＮ２の動作が所定期間以上停止している場合に第１送風機ＦＮ１及び第２送
風機ＦＮ２を強制動作させる。

ここで、温度センサ８は最も温度の高くなる電子部品（ここではインバータ装置１のス
イッチ素子）の近くに配置され、この配置された箇所の温度を電力変換部ＣＮＶの温度と
して検出する。尚、昇圧回路４ａ〜４ｅを構成する電子部品の近くにこの温度センサ８を
配置しても良い。

次に、制御回路７による第１送風機ＦＮ１、及び第２送風機ＦＮ２の動作を図面を用い
て詳細に説明する。

制御回路７は、太陽電池２ａ〜２ｅの発電開始（日の出）を検出すると初期動作を行う
（ステップＳ１）。初期動作では、タイマをリセットして時間Ｃの計時を開始し、送風機
の動作フラグＦｌａｇをゼロへ設定する。

太陽電池２ａ〜２ｅの発電開始の検出は、例えば、太陽電池２ａ〜２ｅの電圧（昇圧回
路４ａ〜４ｅの入力電圧Ｖｉ）を監視しておき、いずれかの太陽電池の電圧が所定の電圧
値以上になった場合に太陽電池２ａ〜２ｅが発電開始したと検出することができる。

尚、太陽電池２ａ〜２ｅの発電開始（日の出）を検出すると、制御回路７は昇圧回路４
ａ〜４ｅの昇圧動作やインバータ回路５の変換動作などの制御を並行して行う。これらの
制御は、従来から行われるＭＰＰＴ制御やＰＷＭ制御を用いることができるため詳しい内
容については省略する。

次に、制御回路７は、温度センサ８を用いて電力変換部ＣＮＶの温度Ｔを検出し（ステ
ップＳ２）、この温度Ｔが所定値Ｔｔｈ以上か否かを判定する（ステップＳ３）。制御回
路７は、この温度Ｔが所定値Ｔｔｈ以上であれば、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ
２を動作させて（ステップＳ４）、送風機の動作フラグＦｌａｇを１に変更し（ステップ
Ｓ５）ステップＳ７へ移行する。制御回路７は、温度Ｔが所定値Ｔｔｈ以上ではない場合
、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の動作を停止し（ステップＳ６）てステップＳ
７へ移行する。

ステップＳ７で制御回路７は、タイマの計時する時間Ｃを取得し、この時間Ｃが所定時
間Ｃｔｈ以上か否かを判定する（ステップＳ８）。この時間Ｃが所定時間Ｃｔｈ以上でな
い場合、制御回路７はステップＳ２へ戻る。尚、所定時間Ｃｔｈは５〜８時間程度に設定
される。

この時間Ｃが所定時間Ｃｔｈ以上の場合、動作フラグＦｌａｇが１であるか否かを確認
する（ステップＳ９）。そして、動作フラグＦｌａｇが０である場合、制御回路７は第１
送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の動作が所定期間以上停止していると判断してステッ
プＳ１０へ移行する。

ステップＳ１０において、制御回路７は、太陽電池の発電電力Ｐを検出しこの発電電力
Ｐが所定の電力閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ
１１にて太陽電池の発電電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈ以上である場合、第１送風機ＦＮ１及び
第２送風機ＦＮ２を一定時間（約１分〜５分程度）強制動作させ（ステップＳ１２）て、
動作フラグＦｌａｇを１に設定して（ステップＳ１３）ステップＳ１４へ移行する。

尚、太陽電池の発電電力Ｐは、各昇圧回路４ａ〜４ｅの入力電力Ｐｉ１〜Ｐｉ５を入力
電流Ｉｉと入力電圧Ｖｉとの掛け算から算出し、算出された入力電力Ｐｉ１〜Ｐｉ５を加
算して求めることができる。また、インバータ回路５（フィルタ回路６）の出力側に交流
電流、交流電圧を検出するセンサを設けて、検出した交流電流及び交流電圧の掛け算で算
出しても良い。

また、ステップＳ９においてＦｌａｇが１出ない場合、及びステップＳ１１において太
陽電池の発電電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈ以上でない場合はステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、制御回路７は太陽電池２ａ〜２ｅの発電が停止（日没）したか否
かを判断し、太陽電池２ａ〜２ｅの発電が停止していないと判断した場合はステップＳ２
へ戻る。また、ステップＳ１４において、制御回路７が太陽電池２ａ〜２ｅの発電が停止
したと判断した場合、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が動作していれば第１送風
機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の動作を停止して処理を終了する。

日没の判断は、例えば、すべての太陽電池２ａ〜２ｅの電圧Ｖｉが所定の電圧値未満に
なったことを検出した場合に太陽電池２ａ〜２ｅが発電開始したと検出することができる
。

以上のように、制御回路７によって第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の動作が制
御される。これによれば、冬場など周囲の温度が低い状況が続いたとしても、太陽電池が
発電開始するとタイマにより時間の計数が開始され、このタイマの計数を開始してから第
１送風機ＦＮ１及び第２送風機の動作が所定時間Ｃｔｈ以上停止している場合にこれらの
送風機を定期的に強制動作さている。即ち、太陽電池２ａ〜２ｅが発電開始してから停止
するまでの１サイクルの中で第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２を１回は動作するこ
とになる。

このため、例えば、軸受け（ベアリング等）の潤滑物質が固くなることや軸受けが水分
によりさびることを抑制し、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２を動作可能な状態に
保つことができる。

また、本実施例によれば、発電電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈ以上である場合に第１送風機Ｆ
Ｎ１及び第２送風機ＦＮ２を強制動作させている。電力閾値Ｐｔｈは、太陽電池２ａ〜２
ｅが電力を安定供給可能な電力に設定されている。これにより、第１送風機ＦＮ１及び第
２送風機ＦＮ２は安定した電力を太陽電池２ａ〜２ｅから受け取ることができる。

また、本実施例によれば、所定時間Ｃｔｈは５〜８時間程度に設定されているため、太
陽電池が発電を開始して、太陽電池の発電量がピークになった後にタイマによる第１送風
機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の強制動作が行われる。このため、温度によって第１送風
機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が動作した場合には、タイマの計数による第１送風機ＦＮ
１及び第２送風機ＦＮ２の強制動作が行われない。これにより、第１送風機ＦＮ１及び第
２送風機ＦＮ２の動作時間を少なくして第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の寿命を
延ばすことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が所定期間停止していることを太陽電
池２ａ〜２ｅが発電開始したか否かによって検出していたが、太陽電池２ａ〜２ｅが発電
を開始してから所定時刻までの間、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が停止してい
た場合に検出するようにしても良い。

また、太陽電池２ａ〜２ｅが発電を開始してから太陽電池２ａ〜２ｅの発電電力Ｐが所
定電力値以上になるまで第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が停止していた場合、第
１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２の動作が所定期間以上停止していると検知しても良
い。

また、例えば、第１送風機ＦＮ１として遠心型送風機を第２送風機ＦＮ２として軸流型
送風機を用いたが、様々な送風機を利用することができる。

また、例えば、タイマは太陽電池の発電開始から計数を開始したが、第１送風機ＦＮ１
及び第２送風機ＦＮ２が停止してからの時間を計数しても良い。

また、例えば、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２が所定期間停止していることを
検知した後に、第１送風機ＦＮ１及び第２送風機ＦＮ２を強制動作させていたが、定期的
に強制動作する様な所定の条件を満たした際に強制動作させても良い。

所定の条件には、具体的には、太陽電池の発電電力がピーク付近であることを検出する
(定格出力の８割以上の出力を検出する)毎、所定時刻毎、インバータ装置が動作開始する
（日の出の検出）毎、或いはインバータ装置が停止する（日没の検出）毎などが考えられ
る。

本実施形態のインバータ装置１は、太陽電池２ａ〜２ｅを含む太陽電池システム等とし
ても利用することができる。

１インバータ装置
２ａ〜２ｅ太陽電池
３商用電力系統
４ａ〜４ｅ昇圧回路
５インバータ回路
６フィルタ回路
７制御回路
８温度センサ
１０筺体
１７基板
Ｓ１〜Ｓ５開閉器
ＦＮ１第１送風機
ＦＮ２第２送風機

Claims

直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電力系統へ重畳する電力変換部
と、
前記電力変換部の温度が所定値以上の場合に前記電力変換部の温度を下げるように動作
する送風機と、を備え、
前記送風機の動作が所定期間以上停止していることを検知した後に前記送風機を強制動
作させ、
時間を計時するタイマを備え、
前記直流電力は太陽電池の発電電力であり、前記タイマの時間の計時は、前記太陽電池
が発電を開始した際に開始され、前記タイマが時間の計時を開始してから前記送風機の動
作が所定時間以上停止している場合に前記送風機の動作が所定期間以上停止していると検
知することを特徴とするインバータ装置。
前記所定時間は前記太陽電池が発電を開始して５時間〜８時間程度に設定されているこ
とを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電力系統へ重畳する電力変換部
と、
前記電力変換部の温度が所定値以上の場合に前記電力変換部の温度を下げるように動作
する送風機と、を備え、
前記送風機の動作が所定期間以上停止していることを検知した後に前記送風機を強制動
作させ、
前記直流電力は太陽電池の発電電力であり前記太陽電池が発電を開始してから所定時刻
まで前記送風機が停止していた場合に、前記送風機の動作が所定期間以上停止していると
検知することを特徴とするインバータ装置。
前記直流電力は太陽電池の発電電力であり太陽電池が発電を開始してから前記太陽電池
の発電電力が所定値以上になるまで前記送風機が停止していた場合、前記送風機の動作が
所定期間以上停止していると検知することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置
。
前記直流電力は太陽電池の発電電力でありかつ前記送風機の動作電源であり、
前記発電電力が閾値以上である場合に前記送風機を強制動作させることを特徴とする請
求項１乃至請求項４の何れかに記載のインバータ装置。