JP6989013B2

JP6989013B2 - 太陽光発電システム

Info

Publication number: JP6989013B2
Application number: JP2020523934A
Authority: JP
Inventors: 伸広高橋
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: EP3806310C0; US20210242829A1; CN112243566A; EP3806310B1; WO2019234886A1; EP3806310A4; CN112243566B; JPWO2019234886A1; ES2949885T3; EP3806310A1

Description

この出願は、太陽光発電システムに関する。

従来、例えば日本特開２０１６−１３３２３７号公報に開示されているように、土砂などに埋設された熱交換管を経由して安定した温度の空気を取り込むように構築された空調システムが知られている。上記公報にかかる空調システムは、住宅内での生活環境を整える目的で使用されている。

日本特開２０１６−１３３２３７号公報

太陽光発電システムに含まれる電力変換装置は、電力変換回路の作動に伴って発熱する。電力変換装置の発熱量は、上記公報で対象としているような住宅内で想定される発熱量と比べて、かなり大きい。また、太陽光発電システムの設置環境は様々であり、電力変換装置が過酷な温度環境に設置されることもある。電力変換装置は予め設計された定格の温度範囲内で使用されることが好ましく、想定使用温度から著しく乖離した温度状態で使用されることは好ましくない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電力変換装置の温度管理を行うことができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる太陽光発電システムは、
地表面に設置される太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルから電力ケーブルを介して受け取った直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、
前記地表面における前記太陽電池パネルの裏面側の日陰に敷設または前記裏面側の地中に埋設される熱交換部、前記熱交換部と連通して地上の空気を前記熱交換部に取り込む開口部、および前記熱交換部と連通して前記電力変換装置の内部または前記電力変換装置を設置した建屋の内部に開口する引込部を備え、吸入手段を用いることで前記熱交換部の空気を前記引込部から引き込むように構築された空気引込管と、
を備え、
前記空気引込管に前記電力ケーブルが収納されている。

本発明によれば、太陽電池パネルで生ずる日陰に敷設または太陽電池パネルの裏面側の地中に埋設された空気引込管から、外気影響の少ない安定した温度の空気を、電力変換装置の側へと引き込むことができる。その結果、電力変換装置の温度管理を行うことができる。また、この空気引込管に電力ケーブルが収納されるので、既存設備に対する追加工事を不要にすることができる。

実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成を模式的に示す平面図である。実施の形態にかかる太陽光発電システムの構成を具体的に示す側断面図である。実施の形態にかかる太陽光発電システムの空気引込管の構成を示す図である。実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システムの空気引込管の構成を示す図である。実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システムの構成を模式的に示す平面図である。実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システムの構成を具体的に示す側断面図である。実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システムの構成を具体的に示す側断面図である。実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システムの構成を具体的に示す側断面図である。実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システムの構成を具体的に示す側断面図である。

図１は、実施の形態にかかる太陽光発電システム１の構成を模式的に示す平面図である。太陽光発電システム１は、複数の太陽電池パネル４と、電力変換装置３と、複数の集電ボックス１０と、複数の空気引込管２０と、を備えている。複数の太陽電池パネル４は、架台５に設置されることで太陽電池アレイを構成している。電力変換装置３は、コンテナハウス等の建屋２に収納されている。複数の太陽電池パネル４に対して、一つの集電ボックス１０が割り当てられている。集電ボックス１０には、割り当てられた複数の太陽電池パネル４それぞれのケーブルがまとめられる。

図２は、実施の形態にかかる太陽光発電システム１の構成を具体的に示す側断面図である。複数の太陽電池パネル４は、地表面に設置されている。複数の太陽電池パネル４のケーブルが、集電ボックス１０にまとめられている。集電ボックス１０からの電力ケーブル１２を介して、電力変換装置３が直流電力を受け取る。電力変換装置３は、受け取った直流電力を交流電力に変換して図示しない電力系統へと伝達する。

空気引込管２０は、太陽電池パネル４の裏面側の地中６０に埋設されている。図２には一本の空気引込管２０のみを図示しているが、実際には、複数の空気引込管２０が地中６０において互いに並列に伸びて建屋２へと到達する。空気引込管２０は、「熱交換部」と、「開口部」と、「引込部」と、を備えている。「熱交換部」は、地表面における複数の太陽電池パネル４の裏面側において、地中６０に埋設される部分である。熱交換部の埋設深さは、例えば１ｍ〜３ｍであってもよい。「開口部」は、地表面に露出する部分である。「引込部」は、電力変換装置３を設置した建屋２の内部に連通する開口である。空気引込管２０は、吸入手段を用いることで熱交換部の空気を「引込部」から引き込むように構築されている。吸入手段として、空気引込管２０の内部で空気を流通させる引込ファン２２が設けられている。

太陽５０の光で発電する太陽電池パネル４の裏面側には、日陰５２が発生する。日陰５２における地中６０に埋設にした空気引込管２０を介して外気が導入される。地中６０の温度は安定しているので、地中６０に埋設された空気引込管２０から安定した温度の空気を電力変換装置３の側へと引き込むことができる。従って、空調設備に頼らずに電力変換装置３の温度管理を行うことができる。

すなわち、空気引込管２０の「熱交換部」は、１ｍ以上の深さで地中６０に埋設されている。地中６０において１ｍ以上の深さに達する部位では、外気と比べ１０℃以上の温度差が生じており、地上と比べて温度が安定している。外気温度が５０℃だとしても、空気引込管２０を介して電力変換装置３に引き込まれる空気は４０℃程度となる。電力変換装置３の定格温度が４０℃程度であるとすれば、空調に頼らずに周囲温度を適正な範囲内に調節することができる。地中６０における空気引込管２０の埋設深さに応じて、空調性能を調整することもできる。さらに、太陽光発電システムでは太陽電池パネル４下部が日陰５２になるので、日射避けの為の構造物を新たに設ける必要がないという利点がある。

図３は、実施の形態にかかる太陽光発電システム１の空気引込管２０の構成を示す図である。空気引込管２０の内部空間は、仕切２１を介して二分割されている。空気引込管２０のうち仕切２１の片側に、まとめて複数の電力ケーブル１２が収納されている。空気引込管２０のうち仕切２１の他方の側は空とされており、引込ファン２２で空気を引き込めるようになっている。

図４は、実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システム１の空気引込管２０の構成を示す図である。仕切２１の代わりに、第一小型配管２１ａと第二小型配管２１ｂとを空気引込管２０に挿し通してもよい。

建屋２は、太陽光発電用インバータである電力変換装置３を収納するコンテナハウスである。仮に建屋２に既存の標準的な換気構造を設けるのみとすると、高温環境においては建屋２内の温度管理性能が不足するおそれがある。既存の換気構造で温度管理が不十分であれば、電力変換装置３の出力を下げるなどのディレーティング運転が必要となるおそれがある。電力変換装置３の発熱量が標準的な換気構造で想定される熱量よりもかなり大きいからである。

例えば周囲温度が５０℃などの高温地域に電力変換装置３が設置されると、一定温度以上（例えば４０℃以上）で出力制限を掛けるなどの保護運転が必要となる場合があった。定格運転を実施するために換気構造では不十分なので、冷却用の空調設備が必要となるという問題もあった。エアーコンディショナーなどの空調設備を導入することは、費用面およびメンテナンス等の様々な理由から、なるべく避けたい。空調を使用せずに外気が５０℃の状況でも定格運転を確保したいという要求があった。

この点、実施の形態によれば、空調を使用しなくとも、建屋２の室温を外気より例えば１０℃程度下げることができる。これにより、電力変換装置３の運転制約を無くし、より効率的な発電を行うことができる。また、実施の形態によれば、空気引込管２０が電力ケーブル１２を引き込むための配管と共用されているので、既存設備に対する追加工事が不要であり経済的なメリットも大きい。

また、実施の形態によれば、床下から外気を導入することで外部からの砂塵侵入を抑制できる利点もある。高温地域の多くは乾燥地帯であり、乾燥地帯では砂塵による換気の目詰まりや装置内部への砂塵侵入が懸念される。この点、実施の形態では床下配管からの外気導入なので、砂塵の目詰まり等の問題を回避することができる。

なお、実施の形態にかかる太陽光発電システム１の設置環境は限定されない。太陽光発電システム１は、高温地域に限らず、寒冷地に設置されてもよいし、常温地域に設置されてもよい。地中６０の温度は安定しており、寒冷地において地中６０の十分に深い位置は外気温よりも暖かい。従って、空気引込管２０を介して外気温よりも高い温度の空気を建屋２へと導入することで、電力変換装置３の温度管理を行うことができる。

図５は、実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システム１０１の構成を模式的に示す平面図である。図６は、実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システム１０１の構成を具体的に示す側断面図である。この変形例では、電力ケーブル配管１２２が空気引込管２０とは別に備えられている。複数の電力ケーブル配管１２２は並列に布設されている。電力ケーブル配管１２２は、地中６０に埋設されて電力ケーブル１２を収納している。このように、ケーブル配管専用の電力ケーブル配管１２２と、空気引込専用の空気引込管２０とを、別々に埋設してもよい。

図７は、実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システム１０１の構成を具体的に示す側断面図である。図６のシステム構成において、空気引込管２０の「引込部」が電力変換装置３の筐体内部に連通されてもよい。

図８は、実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システム１の構成を具体的に示す側断面図である。図２のシステム構成において、空気引込管２０の「引込部」が電力変換装置３の筐体内部に連通されてもよい。

図９は、実施の形態の変形例にかかる太陽光発電システム１の構成を具体的に示す側断面図である。図２のシステム構成において、「熱交換部」が地中６０に埋設されていなくともよい。太陽電池パネル４の裏面側の日陰５２に隠れるように、地表面を這うように敷設されていてもよい。図９の変形例において電力ケーブル配管１２２を別途設ける変形を施してもよく、その場合には電力ケーブル配管１２２が地中６０に埋設されてもよく或いは地表面を這うように敷設されてもよい。

１、１０１太陽光発電システム、２建屋、３電力変換装置、４太陽電池パネル、５架台、１０集電ボックス、１２電力ケーブル、２０空気引込管、２１仕切、２１ａ第一小型配管、２１ｂ第二小型配管、２２引込ファン、５０太陽、５２日陰、６０地中、１２２電力ケーブル配管

Claims

地表面に設置される太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルから電力ケーブルを介して受け取った直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、
前記地表面における前記太陽電池パネルの裏面側の日陰に敷設または前記裏面側の地中に埋設される熱交換部、前記熱交換部と連通して地上の空気を前記熱交換部に取り込む開口部、および前記熱交換部と連通して前記電力変換装置の内部または前記電力変換装置を設置した建屋の内部に開口する引込部を備え、吸入手段を用いることで前記熱交換部の空気を前記引込部から引き込むように構築された空気引込管と、
を備え、
前記空気引込管に前記電力ケーブルが収納された太陽光発電システム。
前記熱交換部は、前記地中における地表面から１ｍ以上の深さに埋設された請求項１に記載の太陽光発電システム。
前記吸入手段は、前記熱交換部を通じて前記引込部へと空気を引き込むための引込ファンを含む請求項１または２に記載の太陽光発電システム。