JP6402602B2

JP6402602B2 - パワーコンディショナ

Info

Publication number: JP6402602B2
Application number: JP2014236337A
Authority: JP
Inventors: 若山　義洋; 若山　　義洋; 善彦前川; 恭平山口; 吉田　洋介; 洋介吉田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: JP2016100990A

Description

本発明は、太陽電池などの発電部の発電出力を電力系統に系統連系させるパワーコンディショナに関する。

例えば、下記の特許文献１には、接続箱機能を筐体内に有するパワーコンディショナ（電力変換器）が開示されている。この従来のパワーコンディショナは、複数の太陽電池ストリングを接続するための複数の開閉器を備え、この複数の開閉器は電力調整部の入力側に並列に接続され、複数の開閉器の一次側に複数の太陽電池ストリングをそれぞれ接続した場合には、各太陽電池ストリングの出力が複数の開閉器の二次側で集約されて電力調整部へ供給される。かかる接続形態は、特に、同じ出力電圧の複数の太陽電池ストリングを施工する場合に、外部の接続箱を設けることなくパワーコンディショナ単体で配線接続することができ、システムの導入コストを下げることができるという利点を有する。

また、上記従来のパワーコンディショナには、上記開閉器とは別に、昇圧接続箱を接続するための昇圧接続箱接続用の端子台が上記複数の開閉器と並列に設けられており、出力電圧の異なる太陽電池ストリングを接続する場合には、昇圧接続箱によって所定電圧に昇圧・集約された発電電力を端子台を介して入力できるようにしており、かかる構成により各開閉器の電流容量としては一つの太陽電池ストリングの定格出力電流に合わせたものを採用すればよく、過剰な許容電流の開閉器等の部品を複数配置することによるコスト増を抑えることができるものとなっている。

また、端子台は結合開閉器を介して電力調整部に配線接続されており、端子台に昇圧接続箱を接続しない場合には、結合開閉器を遮断状態に切替えておくことにより、複数の開閉器から入力された電圧が端子台に印加されることを防止できるようになっている。

特開２０１３−２２９９５３号公報

上記端子台に昇圧接続箱を介して複数の太陽電池ストリングを接続する場合、結合開閉器を手動で導通状態に切替えておく必要があるが、昇圧接続箱にも複数の開閉器が設けられており、該昇圧接続箱への接続作業時に昇圧接続箱の開閉器の切替操作とともにパワーコンディショナの結合開閉器の切替操作をも行う必要があり、煩雑になるという問題がある。

また、パワーコンディショナの複数の開閉器に複数の太陽電池ストリングを直接接続する場合においては、結合開閉器を遮断状態に切替え操作しておくことを失念してしまうと、露出された端子台に発電出力電圧が印加されてしまうという問題がある。

そこで本発明は、パワーコンディショナ内蔵の接続箱機能を利用する場合においても、外部の昇圧接続箱を端子台に接続する場合においても、施工の手間の簡素化を図ることのできる接続箱機能付きのパワーコンディショナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。

すなわち、本発明は、複数の発電部をそれぞれ接続可能な複数の発電部用入力端子と、昇圧接続箱を接続可能な昇圧接続箱用入力端子とが、発電電力を電力系統に連系する交流電力に変換する電力変換部の入力側に電気的に並列に配線接続されたパワーコンディショナにおいて、昇圧接続箱用入力端子への個別配線の中途部に設けられた開閉制御可能なスイッチ装置と、該スイッチ装置を開閉制御する制御部とを備え、該制御部は、昇圧接続箱用入力端子に発電電力が入力されているときは前記スイッチ装置を閉状態に制御するとともに、昇圧接続箱から昇圧接続箱用入力端子に発電電力が入力されておらず且つ少なくとも一つの発電部用入力端子に発電電力が入力されているときは前記スイッチ装置を開状態に制御するよう構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。

なお、発電部用入力端子は、各発電部をそれぞれ接続可能な開閉器の一次側端子により構成されていてもよく、また、複数の発電部用入力端子を備える端子台を、各発電部用入力端子への個別配線にそれぞれ設けた開閉器とは別に設けてもよい。

かかる本発明のパワーコンディショナによれば、出力電圧の同じ複数の発電部を接続するときには、これら複数の発電部を発電部用入力端子にそれぞれ配線接続することにより、外部の接続箱が不要となり、システム導入コストを削減できる。一方、出力電圧の異なる複数の発電部を接続するときには、これら複数の発電部をまず昇圧接続箱の複数の入力端子にそれぞれ接続し、この昇圧接続箱の出力端子と、パワーコンディショナの昇圧接続箱用入力端子とを配線接続する。このように構成することにより、複数の発電部用入力端子及び関連する配線や開閉器などの許容電流容量としては一つの発電部の発電容量に応じたものとすることができ、これら複数の発電部用入力端子及び関連する配線や開閉器などとして比較的低コスト且つ小型のものを採用できる一方、昇圧接続箱から入力される大容量の発電電力に対応する入力端子は専用の昇圧接続箱用入力端子一つとすることで、コスト増を抑えることができる。さらに、昇圧接続箱用入力端子への個別配線の中途部に設けたスイッチ装置を制御部が自動で開閉制御するよう構成したので、複数の発電部を発電部用入力端子に直接接続するか、或いは、昇圧接続箱を介して昇圧接続箱用入力端子に接続するかによって切替え操作を行うことが不要であり、切替え忘れ等による各種不具合が生じることがない。

上記本発明のパワーコンディショナにおいて、前記スイッチ装置は、制御部からの制御信号が無いときに閉状態となるように構成されていることが好ましい（請求項２）。これによれば、特に制御部が発電部の発電電力により動作し、且つ、昇圧接続箱を介して複数の発電部を昇圧接続箱用入力端子に接続した場合に、制御部が電源断状態でも発電電力を昇圧接続箱用入力端子から入力して、該電力を制御部に供給して制御部を起動させることができる。

さらに、前記制御部は、昇圧接続箱と通信する通信機能を有するとともに、昇圧接続箱との通信に基づいて前記スイッチ装置を開状態に制御するよう構成されているものとすることができる（請求項３）。これによれば、制御部の起動処理等において昇圧接続箱との通信が確立しない場合や通信が確立しても発電動作を行っている旨の情報を受信しない場合などは、制御部に供給されている動作電力は発電部用入力端子から入力されているものとみなすことができるので、スイッチ装置を開状態に制御することで、発電部用入力端子に入力されている発電電力の電圧が昇圧接続箱用入力端子に印加されてしまうことを阻止し、昇圧接続箱用入力端子における短絡等の発生を防止できる。

また、昇圧接続箱用入力端子からの入力電流を検出する入力電流センサをさらに備え、前記制御部は、前記入力電流センサの検出値が所定値未満である場合に前記スイッチ装置を開状態に制御するよう構成されているものとすることができる（請求項４）。かかる構成の場合も、昇圧接続箱用入力端子からの入力電流を検出する入力電流センサの検出値が所定値未満である場合は、制御部に供給されている動作電力は発電部用入力端子から入力されているものとみなすことができるので、スイッチ装置を開状態に制御することで、発電部用入力端子に入力されている発電電力の電圧が昇圧接続箱用入力端子に印加されてしまうことを阻止し、昇圧接続箱用入力端子における短絡等の発生を防止できる。

以上説明したように、本発明の請求項１に係るパワーコンディショナによれば、複数の発電部用入力端子及び関連する配線や開閉器などの許容電流容量としては一つの発電部の発電容量に応じたものとすることができ、これら複数の発電部用入力端子及び関連する配線や開閉器などとして比較的低コスト且つ小型のものを採用できる一方、昇圧接続箱から入力される大容量の発電電力に対応する入力端子は専用の昇圧接続箱用入力端子一つとすることで、コスト増を抑えることができる。さらに、昇圧接続箱用入力端子への個別配線の中途部に設けたスイッチ装置を制御部が自動で開閉制御するよう構成したので、複数の発電部を発電部用入力端子に直接接続するか、或いは、昇圧接続箱を介して昇圧接続箱用入力端子に接続するかによって切替え操作を行うことが不要であり、切替え忘れ等による各種不具合が生じることがない。

また、本発明の請求項２に係るパワーコンディショナによれば、特に制御部が発電部の発電電力により動作し、且つ、昇圧接続箱を介して複数の発電部を昇圧接続箱用入力端子に接続した場合に、制御部が電源断状態でも発電電力を昇圧接続箱用入力端子から入力して、該電力を制御部に供給して制御部を起動させることができる。

また、本発明の請求項３に係るパワーコンディショナによれば、制御部の起動処理等において昇圧接続箱との通信が確立しない場合や通信が確立しても発電動作を行っている旨の情報を受信しない場合などは、制御部に供給されている動作電力は発電部用入力端子から入力されているものとみなすことができるので、スイッチ装置を開状態に制御することで、発電部用入力端子に入力されている発電電力の電圧が昇圧接続箱用入力端子に印加されてしまうことを阻止し、昇圧接続箱用入力端子における短絡等の発生を防止できる。

また、本発明の請求項４に係るパワーコンディショナによれば、昇圧接続箱用入力端子からの入力電流を検出する入力電流センサの検出値が所定値未満である場合は、制御部に供給されている動作電力は発電部用入力端子から入力されているものとみなすことができるので、スイッチ装置を開状態に制御することで、発電部用入力端子に入力されている発電電力の電圧が昇圧接続箱用入力端子に印加されてしまうことを阻止し、昇圧接続箱用入力端子における短絡等の発生を防止できる。

本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの概略回路構成を示すブロック図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ１に複数の発電部２を接続した発電システムの概略回路構成を示している。なお、図中仮想線で示された発電部２は、出力電圧の同じ複数の発電部を接続する場合の接続例を示しており、実線で示された発電部２は、出力電力の異なる複数の発電部を接続する場合の接続例を示している。

各発電部２は、従来公知の適宜の構成であってよく、一般的には、複数の太陽電池モジュールを直列乃至並列に接続してなる太陽電池ストリングとして構成され、建物の屋根などに設置される。

パワーコンディショナ１は、発電部２が発電出力する直流電力を商用電力系統３に系統連系する交流電力に変換して系統３に出力する電力変換回路４（電力変換部）と、該電力変換回路４の動作を制御する制御部５と、出力電圧の同じ複数の発電部２を外部の接続箱を介さずに直接接続するための発電部用入力端子６ａを有する複数の開閉器６と、出力電圧の異なる複数の発電部２を外部の昇圧接続箱７を介して接続するための一対の昇圧接続箱用入力端子８ａを有する端子台８とを備えて構成されている。電力変換回路４は従来公知の適宜の構成であってよく、一般的には、昇圧チョッパ回路などにより構成されるＤＣ／ＤＣコンバータ４Ａと、ブリッジインバータなどにより構成されるＤＣ／ＡＣインバータ４Ｂと、解列用保護リレー４Ｃなどにより主構成される。

複数対の発電部用入力端子６ａと一対の昇圧接続箱用入力端子８ａとは、電力変換回路４の入力側に電気的に並列に配線接続されている。また、制御部５は、いずれかの入力端子６ａ，８ａから入力する発電電力を電源として動作するよう構成され、発電部２が接続されていない場合や、接続されていても開閉器６が開状態である場合や、接続作業が完了していても夜間など発電部２が発電していない場合には、電源断により制御部５の動作は停止し、発電電力が供給されると制御部５が起動して各種制御を開始するように構成されている。なお、系統３から供給される商用系統電力によって制御部５が動作するように構成することもできる。

各開閉器６は、開閉切替え操作可能なスイッチにより構成することができ、発電部用入力端子６ａに発電部２を配線接続する際に開状態に切替え操作しておくことにより、配線作業時に大電流が流れてしまうことを防止するために用いることができる。なお、各開閉器６への個別配線９の中途部には逆流防止用の整流器１０が設けられており、特に図示例では整流器１０をアース側配線に設けている。

一方、昇圧接続箱用入力端子８ａへの個別配線１１の中途部には、制御部５からの制御信号によって開閉制御可能なスイッチ装置１２が設けられている。スイッチ装置１２としては、電磁接触器、電磁開閉器、各種リレーの他、電力用半導体スイッチング素子など、制御部からの制御信号によって開状態（電路遮断状態）と閉状態（電路導通状態）とに切替え可能な適宜のものを採用できる。好ましくは、制御部５からの制御信号が無いとき（例えば、制御部５が電源断状態のとき）に閉状態となり、制御部５からＨＩＧＨ信号が制御信号として出力されたときに開状態となる常閉接点タイプのものを用いることが好ましい。

外付けの昇圧接続箱７を介して複数の発電部２を接続する接続形態においては、パワーコンディショナ１の制御部５と、昇圧接続箱７の制御部７Ａとを通信可能に接続される。そして、パワーコンディショナ１の制御部５は、昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力が入力されているときはスイッチ装置１２を閉状態に制御するとともに、昇圧接続箱７から昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力が入力されておらず且つ少なくとも一つの発電部用入力端子６ａに発電電力が入力されているときはスイッチ装置１２を開状態に制御する。かかるスイッチ装置１２の切替え制御は、制御部５の起動中常時行われても良いが、制御部５の起動時の起動処理においてスイッチ装置１２を開状態とするか閉状態とするかの判定を行い、その後は起動処理において判定した状態を保持するように制御構成することも可能である。

上記判定の具体的条件は適宜のものであってよいが、例えば、パワーコンディショナ１の制御部５と昇圧接続箱７の制御部７Ａとの通信が確立した場合には、昇圧接続箱７が存在しているため昇圧接続箱７から昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力が入力されているものと判定することができる。また、単に通信の確立によって判定するのではなく、昇圧接続箱７の制御部７Ａから発電動作を行っている旨の情報を受信した場合に、昇圧接続箱７から昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力が入力されているものと判定することができる。また、上記通信の確立ができないか、或いは、昇圧接続箱７の制御部７Ａから発電動作を行っている旨の情報を受信しない場合に、昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力が入力されておらず且つ少なくとも一つの発電部用入力端子６ａに発電電力が入力されているものと判定することができる。

また、昇圧接続箱用入力端子８ａへの個別配線１１の中途部に電流センサ１３を設け、発電電力が制御部５に供給されて制御部５が起動したにもかかわらず電流センサ１３の検出値が所定値未満（例えば、制御部５の消費電力に応じた電流未満など）である場合に、昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力が入力されておらず且つ少なくとも一つの発電部用入力端子６ａに発電電力が入力されているものと判定することもできる。さらに、かかる電流センサ１３の検出値に基づく判定と、上記昇圧接続箱７との通信に基づく判定とを組み合わせて判定することもできる。

本実施形態のパワーコンディショナ１によれば、複数の発電部２を発電部用入力端子６ａに配線接続した場合（図示仮想線参照）は、発電部用入力端子６ａに発電部２が接続されているものと判定し、スイッチ装置１２が開状態に制御される。したがって、オープンとなっている昇圧接続箱用入力端子８ａに発電電力の電圧が印加されてしまうことを防止でき、該端子８ａにおいて短絡等が生じることを回避できる。

一方、複数の発電部２を昇圧接続箱７を介して昇圧接続箱用入力端子８ａに配線接続した場合には、制御部５の起動時の処理において昇圧接続箱用入力端子８ａに発電部２が接続されているものと判定し、スイッチ装置１２が閉状態のまま保持制御される。

このように、昇圧接続箱用入力端子８ａを電力変換回路４の入力側に導通させるか電気的に切断させるかを切替えるためのスイッチ装置１２の切替え動作を自動的に行うことにより、施工作業時やメンテナンス時等における切替え操作が不要となり、作業時の利便性を向上できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。

１パワーコンディショナ
２発電部
３電力系統
４電力変換部
５制御部
６ａ発電部用入力端子
７昇圧接続箱
８ａ昇圧接続箱用入力端子
１１昇圧接続箱用入力端子への個別配線
１２スイッチ装置

Claims

複数の発電部をそれぞれ接続可能な複数の発電部用入力端子と、昇圧接続箱を接続可能な昇圧接続箱用入力端子とが、発電電力を電力系統に連系する交流電力に変換する電力変換部の入力側に電気的に並列に配線接続されたパワーコンディショナにおいて、
昇圧接続箱用入力端子への個別配線の中途部に設けられた開閉制御可能なスイッチ装置と、該スイッチ装置を開閉制御する制御部とを備え、該制御部は、昇圧接続箱用入力端子に発電電力が入力されているときは前記スイッチ装置を閉状態に制御するとともに、昇圧接続箱から昇圧接続箱用入力端子に発電電力が入力されておらず且つ少なくとも一つの発電部用入力端子に発電電力が入力されているときは前記スイッチ装置を開状態に制御するよう構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、前記スイッチ装置は、制御部からの制御信号が無いときに閉状態となるように構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項２に記載のパワーコンディショナにおいて、前記制御部は、昇圧接続箱と通信する通信機能を有するとともに、昇圧接続箱との通信に基づいて前記スイッチ装置を開状態に制御するよう構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。
請求項２に記載のパワーコンディショナにおいて、昇圧接続箱用入力端子からの入力電流を検出する入力電流センサをさらに備え、前記制御部は、前記入力電流センサの検出値が所定値未満である場合に前記スイッチ装置を開状態に制御するよう構成されていることを特徴とするパワーコンディショナ。