JPH0736556A - 太陽電池を電源とする電気機器の冷却方法 - Google Patents

太陽電池を電源とする電気機器の冷却方法

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JPH0736556A
JPH0736556A JP5156922A JP15692293A JPH0736556A JP H0736556 A JPH0736556 A JP H0736556A JP 5156922 A JP5156922 A JP 5156922A JP 15692293 A JP15692293 A JP 15692293A JP H0736556 A JPH0736556 A JP H0736556A
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JP
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solar cell
fan
power
radiator
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JP5156922A
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Tatsunori Toyoda
達憲 豊田
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

(57)【要約】 【目的】電力変換器などの太陽電池を電源とする電気機
器の冷却方法に関し、電気機器の軽量化及びコンパクト
化を図り、且つ太陽電池の出力を年間を通じてできるだ
け有効に利用することを目的とする。 【構成】太陽電池10の最大出力よりも低い出力を基準
出力とし、基準出力によって電気機器20が作動した場
合に自然放熱によって冷却されるに必要十分な放熱器3
6を選定するとともに、放熱器36の強制空冷をするた
めのファン51を設け、太陽電池10の出力が基準出力
を越えたときにファン51を作動させるように構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池を電源とする
電気機器、例えば電力変換器(コンバータ又はインバー
タ)、2次電池の充電器などの冷却方法に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池は、照明システム、ソーラーエ
アコンシステム、又は商用電力系統との連系システムな
ど、各種の電気設備にクリーンエネルギー源として利用
され、地球環境の保護に大きく貢献している。太陽電池
の出力電力は日射量が多いほど大きい。すなわち、年間
を通じてみると、夏期の快晴時の正午頃において出力電
力が最大となる。
【0003】一般に、太陽電池から出力される直流電力
は、コンバータ又はインバータといった電力変換器によ
って、負荷に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換
され、各種の電化製品や夜間の給電のための蓄電池など
の負荷に供給される。
【0004】例えば、太陽電池と、太陽電池の出力電力
を昇圧するチョッパ方式のコンバータとを有した太陽光
発電システムでは、トランジスタなどのスイッチング素
子の断続制御によって、太陽電池の出力の電力変換(昇
圧)が行われるとともに、太陽電池の動作点を最適化す
るための出力電流の調整が行われる。
【0005】さて、電力変換器においては、トランジス
タや逆流防止ダイオードなどに対して、自然放熱手段と
してフィン型ヒートシンクなどの放熱器が各素子の定格
電流及び動作効率に応じて設けられており、これによっ
て電力変換動作にともなう各素子の温度上昇が抑えられ
ている。
【0006】従来では、太陽電池の出力が最大となった
場合、すなわちトランジスタなどの各素子の発熱量が最
大となった場合にも、自然放熱によって素子の温度を許
容値以下に抑えることができるように、放熱器の放熱容
量が選定されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そのため、放熱器が大
型で重いものとなり、電力変換器の軽量化及びコンパク
ト化が困難であるという問題があった。太陽光発電シス
テムが普及していくにつれて、電力変換器の軽量化及び
コンパクト化の要求はますます強まると考えられる。
【0008】なお、放熱器の小型化を図るには、例えば
送風用ファンを常に作動させて強制空冷を行えばよい
が、そうすると太陽電池の発電電力の一部が送風用ファ
ンによって消費されることになり、その分だけ電化製品
などへ供給される電力が減少し、太陽光発電システムの
実益が損なわれる。
【0009】本発明は、上述の問題に鑑み、太陽電池を
電源とする電気機器の軽量化及びコンパクト化を図り、
且つ太陽電池の出力を年間を通じてできるだけ有効に利
用することのできる冷却方法を提供することを目的とし
ている。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る方
法は、上述の課題を解決するため、太陽電池の定格出力
に基づいて定められる出力を基準出力とし、前記基準出
力によって電気機器が作動した場合に自然放熱によって
冷却される放熱器を選定するとともに、前記放熱器の強
制空冷をするための前記太陽電池を電源とするファンを
設け、前記太陽電池の出力が前記基準出力を越えたとき
に前記ファンを作動させる方法である。
【0011】請求項2の発明に係る方法は、前記放熱器
の温度が許容値を越えたときに前記ファンを作動させる
方法である。請求項3の発明に係る方法は、前記定格出
力として、1日における最大出力の複数の日数について
の平均値を用いる方法である。
【0012】
【作用】電気機器には、自然放熱のみによる冷却に必要
な放熱器に比べて小型軽量の放熱器と、その放熱器の強
制空冷をするためのファンとが設けられる。
【0013】太陽電池の出力が最大出力より低い特定の
基準出力を越え、自然放熱では冷却が不十分であるとき
のみに、ファンが作動状態とされる。
【0014】
【実施例】図1は本発明の実施に係る太陽光発電システ
ム1の構成を示す回路図である。太陽光発電システム1
は、太陽電池10と、太陽電池10の出力電力を昇圧し
て負荷Zに供給するためのコンバータ20とから構成さ
れている。負荷Zは、家電製品などの電動機器、又は電
動機器に夜間に給電するための2次電池(蓄電池など)
である。負荷Zが2次電池である場合、太陽光発電シス
テム1は2次電池を充電するための発電機として用いら
れることになる。
【0015】コンバータ20は、昇圧形チョッパ回路3
0、チョッパ制御回路40、及び強制空冷装置50から
構成されている。チョッパ回路30においては、スイッ
チング用のトランジスタ33がオン状態の期間Ton
に、太陽電池10から平滑コンデンサ31を介してリア
クトル32に電流が流れ込み、トランジスタ33がオフ
状態の期間Toffに、その以前にリアクトル32に蓄
えられた電気エネルギーが、逆流防止用のダイオード3
4及び出力側の平滑コンデンサ35を介して負荷Zへ移
る。
【0016】チョッパ回路30における昇圧比(V2/
V1)は、(1)式によって表される。 V2/V1=(Ton+Toff)/ Toff …(1) すなわち、トランジスタ33のオンオフの周期T(=T
on+Toff)において、期間Toffが短いほど昇
圧比が増大する。
【0017】ただし、このような昇圧を行う電力変換に
際しては、トランジスタ33及びダイオード34の特性
に依存する電力損失が避けられず、トランジスタ33及
びダイオード34が発熱する。
【0018】そのため、トランジスタ33及びダイオー
ド34は、多数のフィンを有した放熱板36に取り付け
られており、これによってトランジスタ33及びダイオ
ード34の放熱が行われる。なお、放熱板36の放熱容
量については後述する。
【0019】チョッパ制御回路40は、図示しない検出
手段によりコンバータ20の入出力を検出し、太陽電池
10の動作点がほぼ最適動作点となるように、トランジ
スタ33のスイッチング信号S33のパルス幅を調整す
る。
【0020】強制空冷装置50は、放熱板36に対して
送風を行うためのファン51、ファン51などに動作電
流を供給するための電源回路52、ファン51のオンオ
フ制御のためのトランジスタ53、上述の放熱板36に
取り付けられたサーミスタなどからなる温度センサー5
4、及び温度センサー54の温度検出信号STと基準電
圧Vrefとが特定の関係のときにトランジスタ53を
オン状態とするヒステリシスコンパレータ55などから
構成されている。
【0021】電源回路52は、太陽電池10からの入力
電力に基づいて定電圧化した電力を出力する。なお、上
述のチョッパ制御回路40にも電源回路52から駆動電
流が供給される。
【0022】さて、太陽電池10の発電電力は日射量が
多いほど大きい。そして、コンバータ20では、上述の
ように太陽電池10からその時点における最大の電力を
引き出すようにトランジスタ33のスイッチング制御が
行われる。
【0023】このため、トランジスタ33及びダイオー
ド34においては、変換すべき電力が大きいほど損失電
力も大きくなるので、日射量が多いほど発熱量が多くな
る。したがって、年間を通じて日射量が最も多い場合、
すなわち太陽電池10の出力が最大となった場合にも、
トランジスタ33及びダイオード34が正常に動作する
ようにこれら素子の放熱(冷却)を行う必要がある。
【0024】図2は夏期における1日の日射量の変化を
示すグラフであり、大阪において日射量計を水平面に対
する傾斜角度を30°として南向きに配置して測定した
データに基づいている。
【0025】図2において、日射量は快晴日の12時頃
(南中時)に最大の0.92kW/平方メートルにな
る。ただし、このような快晴日は1か月の内の2〜3日
であり、例えば7月の平均を求めると、南中時の日射量
は快晴日の約2分の3の0.6kW/平方メートルであ
る。
【0026】太陽光発電システム1においては、その定
格出力が、南中時における日射量の7月の月間平均値に
対応した太陽電池10の出力に基づいて決定されてい
る。すなわち、夏期の快晴日の南中時の日射量に対応し
た太陽電池10の最大出力よりも低い出力が定格出力と
されている。
【0027】そして、定格出力又はその±10%程度の
範囲内の出力を基準出力とし、基準出力の電力変換を行
った場合に自然放熱によって必要十分な冷却が可能とな
るように放熱板36の放熱容量が選定されており、太陽
電池10の出力が基準出力を越え自然放熱では冷却が不
十分であるときのみに、ファン51による放熱板36の
強制空冷が行われる。強制空冷によれば、自然放熱によ
る場合に比べて放熱板36の放熱能力が2〜3倍に高ま
る。
【0028】つまり、太陽電池10の出力が基準出力以
下である年間の大多数の日においては、放熱板36の自
然放熱によってトランジスタ33及びダイオード34の
冷却が行われる。これに対して、夏期の快晴日のように
太陽電池10の出力が基準出力を越えるときには、その
以前の時点であり放熱板36の温度が許容値(例えば4
0〜60℃)になった時点で、温度センサー54の温度
検出信号STが基準電圧Vrefより高くなってヒステ
リシスコンパレータ55の出力が「H」レベルとなり、
トランジスタ53がオン状態となってファン51が作動
する。そして、ファン51による強制空冷は、放熱板3
6の温度が下がって温度検出信号STが基準電圧Vre
fより低い状態が一定時間以上継続した時点で停止され
る。
【0029】上述の実施例によれば、自然放熱のみによ
ってトランジスタ33などの冷却を行う従来の方法に比
べて、放熱板36の大きさを30%程度小さくすること
ができるので、ファン51を組み入れてもコンバータ2
0の軽量化及びコンパクト化を図ることができる。ま
た、強制空冷は1年の内の短い期間に限られるので、常
に強制空冷を行う場合に比べて、太陽電池10の出力の
年間の利用率を高めることができる。
【0030】上述の実施例によれば、放熱板36の温度
を検知してファン51のオンオフ制御を行うようにした
ので、気温条件に係わらず確実にトランジスタ33及び
ダイオード34の過熱を防止することができる。
【0031】上述の実施例において、強制空冷を開始す
る条件となる放熱板36の温度は、トランジスタ33を
取り付けた発熱部位と温度センサー54の配置位置との
距離、及び放熱板36の熱伝導係数などに応じて、トラ
ンジスタ33が過熱状態とならないように適当に選定す
ることができる。
【0032】上述の実施例においては、放熱板36の温
度に応じてファン51のオンオフ制御を行うものとして
説明したが、温度センサー54に代えて、日射量センサ
ー又は太陽電池10の出力電流の検出センサーを設け、
日射量又は太陽電池10の出力電流が所定値を越えると
きに強制空冷を行うようにしてもよい。さらに温度セン
サー54と日射量センサーなどを組み合わせてファン5
1の制御を行うことによって、より適切な制御を行うこ
とができる。
【0033】上述の実施例においては、太陽電池10を
電源とする電気機器としてコンバータ20を例示した
が、インバータ、コンバータとインバータとを組み合わ
せた電力変換器、バッテリーの充電器などに本発明を適
用することができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、太陽電池を電源とする
電気機器の軽量化及びコンパクト化を図ることができ、
且つ太陽電池の出力を年間を通じてできるだけ有効に利
用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に係る太陽光発電システムの構成
を示す回路図である。
【図2】夏期における1日の日射量の変化を示すグラフ
である。
【符号の説明】
10 太陽電池 20 コンバータ(電気機器) 36 放熱板(放熱器) 51 ファン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02M 7/04 B 9180−5H

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】太陽電池の定格出力に基づいて定められる
    出力を基準出力とし、前記基準出力によって電気機器が
    作動した場合に自然放熱によって冷却される放熱器を選
    定するとともに、前記放熱器の強制空冷をするための前
    記太陽電池を電源とするファンを設け、前記太陽電池の
    出力が前記基準出力を越えたときに前記ファンを作動さ
    せることを特徴とする太陽電池を電源とする電気機器の
    冷却方法。
  2. 【請求項2】太陽電池の定格出力に基づいて定められる
    出力を基準出力とし、前記基準出力によって電気機器が
    作動した場合に自然放熱によって冷却される放熱器を選
    定するとともに、前記放熱器の強制空冷をするための前
    記太陽電池を電源とするファンを設け、前記放熱器の温
    度が許容値を越えたときに前記ファンを作動させること
    を特徴とする太陽電池を電源とする電気機器の冷却方
    法。
  3. 【請求項3】前記定格出力として、1日における最大出
    力の複数の日数についての平均値を用いることを特徴と
    する請求項1又は請求項2記載の太陽電池を電源とする
    電気機器の冷却方法。
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