(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、
前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記直流電源と前記昇圧手段とを直接接続する入力接続機能部を備え、
前記昇圧手段は、前記昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比を一定に保持する昇圧比一定制御を行い、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記設定電圧よりも高い場合は、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記設定電圧よりも低い一定電圧になるように、前記昇圧比を変化させて定電圧制御を行うことを特徴とする、昇圧ユニット。
【請求項２】
前記入力接続機能部は、
前記昇圧手段側から前記直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手段と、
前記直流電源から前記昇圧手段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の昇圧ユニット。
【請求項３】
前記入力接続機能部は、
前記昇圧ユニットの出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生するトリップ信号発生手段と、
前記直流電源と前記昇圧手段とを接続し、前記トリップ信号に応答して前記直流電源と前記昇圧手段とを解列する入力接続解列手段を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の昇圧ユニット。
【請求項４】
前記トリップ信号発生手段は、さらに、前記昇圧手段が短絡故障を起こしたことに応じて、前記トリップ信号を発生することを特徴とする、請求項３に記載の昇圧ユニット。
【請求項５】
前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧手段の温度上昇に基づいて前記昇圧手段が短絡故障を起こしたことを検出することを特徴とする、請求項４に記載の昇圧ユニット。
【請求項６】
前記トリップ信号発生手段は、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記インバータ装置の予め定める入力電圧範囲を越えたことに応じて前記トリップ信号を発生することを特徴とする、請求項３から請求項５までのいずれかに記載の昇圧ユニット。
【請求項７】
さらに、少なくとも前記入力接続機能部を収納し、屋外に設置するための筐体を備え、
前記筐体は、雨水が染み込んだ場合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放出口とを含むことを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の昇圧ユニット。
【請求項８】
さらに、前記筐体の外側に設けられ、前記昇圧ユニットから発生する熱を外部に逃がす放熱手段を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の昇圧ユニット。
【請求項９】
さらに、前記放熱手段を覆いかつ前記筐体を壁面に支持するための金属板を備えたことを特徴とする、請求項８に記載の昇圧ユニット。
【請求項１０】
前記筐体は開閉可能な蓋部を有し、該蓋部を開いて前記入力接続解列手段が操作されることを特徴とする、請求項７から請求項９までのいずれかに記載の昇圧ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は昇圧ユニットに関し、特に、太陽電池などの独立した直流電源が発生する直流電力を、家庭用，事務所用の一般交流負荷あるいは既存の商用電力系統に電力を供給するインバータ装置に適応した直流電力に変換する昇圧ユニット関し、詳しくはその直流電源と昇圧ユニットおよびインバータ装置との接続機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源である太陽電池は太陽の日射強となる場合には直流電力を出力する。それは二次電池などの他のエネルギ源を介在しなくても太陽電池のみで直流電力を出力でき、有害な物質を排出しないため、シンプルでクリーンなエネルギ源として知られている。
【０００３】
太陽電池が発生する直流電力はインバータ装置において交流電力に変換され、一般の交流負荷あるいは既存の商用電力系統に電力が供給される。インバータ装置においては、複数の太陽電池ストリングが接続機能を有する外部装置である接続箱を介して接続される。
【０００４】
ところで、住宅の屋根の上に太陽電池を設置する場合、太陽電池を置く屋根の面の形が必ずしも太陽電池の長方形の標準の寸法の組合せに適合するとは限らず、屋根の両端では標準の寸法の組合せ以下にせざるを得ない場合がある。このため、太陽電池ストリングには、たとえば相互に直列接続された８枚または９枚の太陽電池モジュールからなる標準的なストリングと、屋根の両端に配置するために、標準的なストリングの太陽電池直列数未満の太陽電池モジュールからなる非標準的なストリングが用意される。非標準的なストリングには、標準的な太陽電池ストリングの直流電圧と同様の直流電圧に昇圧するために昇圧ユニットが接続されている。以下、これら昇圧ユニットと接続箱とインバータ装置とを含む太陽光発電システムの従来例を図８を参照して説明する。
【０００５】
なお、図８においては、図面の簡略化のために、２つの太陽電池ストリングのみ示されているが、通常はさらに多くの太陽電池ストリングが含まれていることは言うまでもない。
【０００６】
標準太陽電池ストリング１０２ａの出力電力は接続箱１０３に直接接続される。この接続箱１０３は標準太陽電池ストリング１０２ａとインバータ１０４とを接続するために設けられている。他方、非標準太陽電池ストリング１０２ｂの出力電力は昇圧ユニット１０１を介して接続箱１０３に接続される。昇圧ユニット１０１には、入力側から順にリアクトル１０６とスイッチング素子１０７とダイオード１０８とコンデンサ１０９と制御回路１１０とを含む。接続箱１０３にはインバータ１０４側から太陽電池ストリング１０２ａ，１０２ｂ側に電力が逆流しないように太陽電池ストリング１０２ａ，１０２ｂごとに逆流防止ダイオード１１１ａ，１１１ｂが設けられ、太陽電池ストリング１０２ａ，１０２ｂ側からインバータ１０４側に落雷時の雷サージが侵入するのを防ぐために、雷サージアブゾーバ１１２が設けられている。さらに、太陽電池ストリング１０２ａ，１０２ｂ側とインバータ１０４側とを接続したり、解列したりする入力ブレーカー１１３が設けられている。
【０００７】
インバータ１０４は接続箱１０３から出力された直流電力を、商用電力系統１０５と同一の位相および周波数５０／６０Ｈｚを持つ交流電力に変換して、商用電力系統１０５に供給する。
【０００８】
図９は図８に示した制御回路１１０の具体的なブロック図である。図９において、制御回路１１０は昇圧比設定部１１４と信号設定演算部１１５と三角波発生部１１６と信号比較部１１７とゲートドライブ部１１８とから構成されている。昇圧比設定部１１４は標準太陽電池ストリング１０２ａに含まれる太陽電池モジュール数ｎ１と、非標準太陽電池ストリング１０２ｂに含まれる太陽電池モジュール数ｎ２との比、すなわち昇圧比α（＝ｎ１／ｎ２）を設定する。設定された昇圧比αは信号設定演算部１１５に与えられる。
【０００９】
信号設定演算部１１５は図１０に示すように、昇圧比設定部１１４で設定された昇圧比αをもとに信号設定値Ｍを演算して信号比較部１１７の比較入力端に与える。信号比較部１１７の基準入力端には、三角波発生部１１６で発生された０から１の振幅値を取る三角波Ｔが与えられる。信号比較部１１７は信号設定値Ｍと三角波Ｔとを比較し、信号設定値Ｍの方が三角波Ｔより大きい値のときにゲートＯＦＦレベルを出力するＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行なう。その結果、図１０に示すパルス信号ＰＳが信号比較部１１７から出力され、ゲートドライブ回路１１８に与えられる。ゲートドライブ回路１１８は図８に示したスイッチング素子１０７を駆動する。
【００１０】
このように、昇圧ユニット１０１は予め設定された昇圧比αをもとにＰＷＭ制御してスイッチング素子１０７をオン／オフスイッチングする昇圧比一定制御を行ない、太陽電池ストリング１０２ｂ側からの入力電力を昇圧する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示した太陽電池１０２ｂストリングと昇圧ユニット１０１と接続箱１０３およびインバータ１０７の接続に関して、建造物の屋根などに設置された非標準太陽電池ストリング１０２ｂからの配線は昇圧ユニット１０１に接続された後、接続機能を有した外部装置である接続箱１０３を介してインバータ１０４に配線される。このため、従来の手法では、建造物の屋内外に昇圧ユニット１０１と接続箱１０３の設置スペースを専用に設けなければならない。
【００１２】
また、昇圧ユニット１０１と接続箱１０３専用の筐体および配線材料が各々必要となり、装置全体のコストアップにつながるおそれがある。また、昇圧ユニット１０１から接続箱１０３に接続するための配線が屋内外に施設されるため、屋内外の景観が損なわれるおそれがあった。
【００１３】
また、日射強となる昼間時において昇圧ユニット１０１が昇圧比一定制御で運転を行なっている場合に、出力電圧がインバータ１０４の入力電圧範囲以上に上昇した場合に昇圧比を変化させることができないので、インバータ１０４に過電圧がかかり、故障に至るおそれがあった。
【００１４】
さらに、昇圧ユニット１０１の制御回路１１０内における昇圧比設定部１１４で適切な昇圧比αが設定されなかった場合、たとえば実際より大きな昇圧比αが誤って設定されると、出力電圧がインバータ１０４の入力電圧範囲以上となり、インバータ１０４に過電圧が加わり、故障に至るおそれがある。
【００１５】
また、日射強となる昼間時において昇圧ユニット１０１が運転を行なっている場合に、昇圧ユニット１０１内のスイッチング素子１０７が短絡故障して短絡電流が継続して流れると、スイッチング素子１０７が加熱し、昇圧ユニット１０１が故障に至る危険性があった。
【００１６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、太陽電池と昇圧ユニットと接続箱およびインバータ装置の接続に関して、建造物の屋内外に専用の設置スペースを少なくした昇圧ユニットを提供することである。
【００１７】
また、他の発明は、専用の筐体を一体化して装置全体のコストダウンを図り、昇圧ユニットから接続箱に接続するための配線を省いて屋内外の景観を損なわないように配慮した昇圧ユニットを提供することである。
【００１８】
さらに、他の発明は、昇圧ユニット運転時にインバータ装置に過電圧が加わらず、さらにはスイッチング素子が故障短絡しても、短絡電流の発生を継続しない安全な昇圧ユニットを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、太陽電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、直流電源と昇圧手段とを直接接続する入力接続機能部を備え、昇圧手段は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比を一定に保持する昇圧比一定制御を行い、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い一定電圧になるように、昇圧比を変化させて定電圧制御を行うことを特徴とする。これにより、太陽電池と昇圧手段およびインバータ装置の接続に関して、建造物の屋内外に設置するための専用スペースを少なくすることができる。また、昇圧ユニットから接続箱に接続するための配線を省略できるので、屋内の景観が損なわれることはない。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比一定制御を行なうので、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、非標準的な太陽電池ストリングであっても標準的な太陽電池ストリングと同様の直流電力をインバータ装置に供給することができる。したがって、建造物の屋根などの限られたスペースを有効利用することができる。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は昇圧比を変化させて定電圧制御を行なうので、出力電圧が設定値を越えることを防止することができる。したがって、インバータ装置に過電圧がかかり、故障に至るのを防止することができ、安全性の向上を図ることができる。
【００２０】
さらに、入力接続機能部は、昇圧手段側から直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手段と、直流電源から昇圧手段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを含むことを特徴とする。これにより、昇圧手段およびインバータ装置側から太陽電池側に電流が逆流することはなく、また工事などにおいて太陽電池側と昇圧手段側および昇圧手段側とインバータ装置側とを安全に接続したり切離したりすることができる。また、落雷時に太陽電池側から昇圧手段側およびインバータ装置側に雷サージが侵入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保することができる。
【００２５】
さらに、入力接続機能部は、昇圧ユニットの出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生するトリップ信号発生手段と、直流電源と昇圧手段とを接続し、トリップ信号に応答して直流電源と昇圧手段とを解列する入力接続解列手段を含むことを特徴とする。これにより、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧比一定制御もしくは定電圧制御を行なっているとき、出力電圧が過電圧になったことを検出すると、入力接続解列手段がトリップ動作をして回路を開放するので、過電圧がインバータ装置にかかって故障に至るのを防止できるため、安全性を向上できる。
【００２６】
また、出力電圧はトリップ信号発生手段によって検出されることを特徴とする。これにより、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、過電圧異常状態を判断するための出力電圧監視は過電圧異常状態を判断することによって行なうことができ、トリップ信号発生手段がトリップ信号を発生をして開放手段により回路を開放し、過電圧がインバータ装置にかかって故障に至るのを防止できるため、安全性を向上できる。
【００２７】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手段が短絡故障を起こしたことに応じてトリップ信号を発生することを特徴とする。これにより、昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧手段が短絡故障し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れても入力接続解列手段がトリップして回路を開放するので、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により昇圧手段が加熱し、昇圧ユニットが故障に至るのを防止でき、安全性を向上できる。
【００２８】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手段の温度上昇に基づいて昇圧手段が短絡故障を起こしたことを検出することを特徴とする。これにより、昇圧手段が運転を行なっている場合に、昇圧手段が故障短絡し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れると、昇圧手段が加熱して温度が上昇するが、その温度を監視して設定異常の温度上昇で入力解列接続手段がトリップして回路を開放するので短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により昇圧手段が加熱し、昇圧ユニットが故障に至るのを防ぐことができ、安全性を向上できる。
【００２９】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧ユニットの出力電圧がインバータ装置の予め定める入力電圧範囲を越えたことに応じてトリップ信号を発生する。これにより、インバータ装置に過電圧が加わることによる故障を防止できる。
【００３２】
さらに、入力接続機能部を収納し、屋外に設置するための筐体を含み、筐体は雨水がしみ込んだ場合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放出口とを含むことを特徴とする。これにより、筐体に収納された回路の導電部に雨水がかかるのを防止できる。
【００３３】
さらに、筐体の外側には昇圧ユニットから発生する熱を外部に逃す放熱手段が設けられることを特徴とする。これにより、放熱効果を高めることができる。
【００３４】
さらに、筐体の放熱手段を覆いかつ筐体を壁面に支持するための金属板を含むことを特徴とする。このように、金属板で放熱手段を覆うことにより、誤って放熱手段に触れて火傷するのを防止できる。
【００３５】
さらに、筐体には開閉可能な蓋部を設け、蓋部を開いて入力接続解列手段が操作されることを特徴とする。これにより、筐体を開かなくとも、蓋部を開けるだけで昇圧手段と太陽電池またはインバータとを切離したりすることが容易にできるので、システム全体の安全性を向上できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態の昇圧ユニットおよびインバータ装置とを含む太陽光発電システムの一例を示す図である。なお、図１では図面の簡略化のために２つの太陽電池ストリング２ａ，２ｂのみ示されているが、通常はさらに多くの太陽電池ストリングが含まれる。
【００３８】
昇圧ユニット１には、標準太陽電池ストリング２ａと非標準太陽電池ストリング２ｂが接続され、それぞれの出力電力が昇圧ユニット１に入力される。昇圧ユニット１はさらにインバータ４と接続されており、インバータ４は昇圧ユニット１から出力された直流電力を商用電力系統５と同一の位相および周波数５０／６０Ｈｚを持つ交流電力に変換し、商用電力系統５に供給する。
【００３９】
昇圧ユニット１は昇圧装置３と制御回路１５とトリップ信号発生部２８と逆流防止ダイオード６ａ，６ｂと雷サージアブゾーバ７ａ，７ｂと入力ブレーカー８ａ，８ｂとを備えている。
【００４０】
逆流防止ダイオード６ａ，６ｂは昇圧ユニット１側から太陽電池ストリング２ａ，２ｂ側に直流電流が逆流するのを防止している。雷サージアブゾーバ７ａ，７ｂは太陽電池ストリング２ａ，２ｂ側から昇圧ユニット１側に雷サージが侵入するのを防止する。入力ブレーカー８ａ，８ｂは太陽電池ストリング２ａ，２ｂと昇圧ユニット１側とを接続したり、切離したりする。
【００４１】
昇圧装置３はリアクトル９とスイッチング素子１０とダイオード１１とコンデンサ１３とヒューズ１２と温度センサ１４とを含む。リアクトル９は昇圧ユニット１に入力された直流電力のエネルギを蓄えたり、放出したりする。スイッチング素子１０は制御回路１５からの高周波の制御出力により、オン／オフスイッチングを行なう。コンデンサ１３はスイッチング素子１０がオフした際にリアクトル９が放出するエネルギを蓄える。ヒューズ１２はある設定値以上の電流が流れると回路を開放する。温度センサ１４はスイッチング素子１０の温度を監視し、その出力をトリップ信号発生部２８に与える。トリップ信号発生部２８には昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔと温度センサ１１の温度信号Ｔｓが与えられており、トリップ信号発生部２８は出力電圧Ｖｏｕｔが予め定める電圧よりも大きくなったとき、入力ブレーカー８ａ，８ｂをトリップするためのトリップ信号Ｔｐを出力する。
【００４２】
図２は図１に示した制御回路１５の具体的なブロック図である。図２において、制御回路１５は初期昇圧比設定部１６と実昇圧比設定部１７と昇圧比比較部１８と信号設定演算部１９と三角波発生部２０と信号比較部２１と電圧比較部２２と信号設定演算部２３と三角波発生部２４と信号比較部２５と論理積演算部２６とゲートドライブ部２７とから構成される。
【００４３】
初期昇圧比設定部１６は、標準太陽電池ストリング２ａに含まれる太陽電池モジュール数ｎ１と非標準太陽電池ストリング２ｂに含まれる太陽電池モジュール数ｎ２との比、すなわち昇圧比α１（＝ｎ１／ｎ２）を設定する。実昇圧比設定部１７は昇圧ユニット１の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔ１から実昇圧比α２（＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｉｎ）をサンプリングごとに設定する。
【００４４】
初期昇圧比設定部１６から得られた初期昇圧比α１と実昇圧比設定部１７から得られた実昇圧比α２は昇圧比比較部１８で比較され、その誤差が増幅されて信号設定演算部１９に出力される。
【００４５】
図３および図４はこの発明の一実施形態の昇圧ユニット内制御回路における波形図である。図３（ａ）に示すように、信号設定演算部１９で得られた信号設定値Ｍａと三角波発生部２０で発生された０から１の振幅値を取る三角波Ｔａとが信号比較部２１で比較され、信号設定値Ｍａの方が三角波Ｔａより大きい値のときに信号比較部２１はゲートＯＦＦレベルを出力するＰＷＭ制御を行なう。その結果、信号比較部２１はパルス信号ＰＳａを出力する。
【００４６】
また、予め設定された電圧Ｖｒｅｆ１と昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が電圧比較部２２でサンプリングごとに入力され、比較される。そして、その結果が信号設定演算部２３に出力される。さらに、図３（ｂ）に示すように、信号設定演算部２３で得られた信号設定値Ｍｂと三角波発生部２４で発生された０から１の振幅値を取る三角波Ｔｂとが信号比較部２５で比較され、信号設定値Ｍｂの方が三角波Ｔｂより大きい値のときに信号比較部２５はゲートＯＦＦレベルを出力するＰＷＭ制御を行なう。
【００４７】
その結果、信号比較部２５はパルス信号ＰＳｂを出力する。これらのパルス信号ＰＳａとＰＳｂは論理積演算部２６に入力され、論理積演算が行なわれる。その結果、図３（ｃ）に示すように、パルス信号ＰＳｃが生成される。そして、そのパルス信号ＰＳｃはスイッチング素子１０のためのゲートドライブ部２７に入力される。
【００４８】
次に、上述の如く構成された昇圧ユニット１の動作について説明する。既に説明したように、昇圧ユニット１は標準太陽電池ストリング２ａの太陽電池モジュール数ｎ１と非標準太陽電池ストリング２ｂの太陽電池モジュール数ｎ２から決定される昇圧比α（＝ｎ１／ｎ２）に基づいて入力電圧を昇圧し、出力電圧がインバータ４に供給される。昇圧ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以内である場合は、昇圧ユニット１は昇圧比を一定にする昇圧比一定制御を行なう。すなわち、制御回路１５は、初期昇圧比α１と実昇圧比α２から得られた信号設定値Ｍａと三角波ＴａからゲートＯＦＦレベルを出力するパルス信号ＰＳａ（図３（ｂ））を論理積演算部２６に出力する。
【００４９】
このとき、昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１がインバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ１以内であるため（Ｖｏｕｔ１＜Ｖｒｅｆ１）、電圧比較部２２は信号設定演算部２３の出力の振幅値０の信号設定値Ｍｂを信号比較部２５に入力させる。すると、三角波Ｔｂ信号設定値Ｍｂとに基づくＰＷＭ制御が信号比較部２５で行なわれ、図４（ａ）に示すようなパルス幅が１であるパルス信号ＰＳｂが論理積演算部２６に出力される。パルス信号ＰＳｂがパルス幅１であるため、図４（ｂ）に示すように、論理積演算の結果としてパルス信号ＰＳａと同様なパルス信号ＰＳｃがゲートドライブ部２７に出力される。このとき、制御目標は昇圧比一定となる。
【００５０】
一方、昇圧ユニット１の出力側に接続されたインバータ４が運転を行なっていない場合には、昇圧ユニット１にとって無負荷状態であるので、昇圧ユニット１が昇圧動作を行なうと昇圧ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以上になる。そこで、昇圧ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以上になる場合は、昇圧ユニット１は昇圧比αを小さくなるように変化させ、昇圧ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以内になるように定電圧制御を行なう。
【００５１】
すなわち、上述したように、制御回路１５はこのとき、昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１がインバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ１以上であるため（Ｖｏｕｔ１＞Ｖｒｅｆ１）、電圧比較部２２は図４（ｃ）に示すように信号設定演算部２３にまず振幅値が１以下の０より大きな値（たとえば０．１）の信号設定値Ｍｂを信号比較部２５に入力させる。信号比較部２５は三角波Ｔｂと信号設定値Ｍｂとの比較を行なってＰＷＭ制御を行ない、図４（ｄ）に示すパルス信号ＰＳｂが論理積演算部２６に出力される。
【００５２】
このとき、パルス信号ＰＳｂのパルス幅がパルス信号ＰＳａよりも大きければ、論理積演算の結果はパルス信号ＰＳａと同様なパルス信号ＰＳｃがゲートドライブ部２７に出力される。この状態では、昇圧ユニット１の出力電圧Ｖｏｕｔ１がインバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ１以上であるため（Ｖｏｕｔ１＞Ｖｒｅｆ１）、電圧比較部２２は信号設定演算部２３に前回の振幅値よりも大きな値の信号設定値Ｍｂを信号比較部２５に入力させる。そして、信号比較部２５で三角波Ｔｂと信号設定値Ｍｂとが比較されＰＷＭ制御が行なわれる。このようにして、パルス信号ＰＳｂが信号比較部２５から論理積演算部２６に入力される。
【００５３】
その結果、図４（ｂ）に示すようなパルス幅のパルス信号ＰＳｂが論理積演算部２６に入力され、パルス信号ＰＳｂのパルス幅がパルス信号ＰＳａよりも小さい場合は、図４（ｆ）に示すように論理積演算部２６はパルス信号ＰＳｂと同様なパルス信号ＰＳｃをゲートドライブ部２７に出力する。この結果、制御は昇圧比一定制御から昇圧比αが小さく変化する制御、すなわち昇圧ユニット１の出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以内になるような定電圧制御に切換えられる。このとき、制御目標は出力電圧一定となる。
【００５４】
さらに、昇圧ユニット１が定電圧制御を行なっていても、すなわち昇圧比αを小さくしても出力電圧がインバータ４の入力電圧範囲以上となり、これ以上昇圧比αを小さくすることができずに、過電圧になった場合は入力ブレーカー８ｂをトリップして太陽電池ストリング２ｂ側との線路が開放される。すなわち、図１に示すように、トリップ信号発生部２８は出力電圧Ｖｏｕｔ２を監視しており、出力電圧Ｖｏｕｔ２が予め設定されたインバータ４の入力電圧範囲Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２）よりも大きくなった場合に（Ｖｏｕｔ２＞Ｖｒｅｆ２）、トリップ信号発生部２８から入力ブレーカー８ｂにトリップ信号Ｔｐが送られ、入力ブレーカー８ｂがトリップして太陽電池ストリング２ｂ側との線路が開放される。
【００５５】
また、スイッチング素子１０が短絡故障した場合は、太陽電池ストリング２ｂ側とスイッチング素子１０との間で短絡電流が流れる。短絡電流が流れるとスイッチング素子１０の温度が上昇する。短絡電流が継続して流れるとスイッチング素子１０の温度上昇が大きくなり、昇圧ユニット１の故障につながるおそれがある。そこで、スイッチング素子１０に取付けられた温度センサ２９を介してトリップ信号発生部２８がスイッチング素子１０の温度Ｔｓを監視しており、設定温度以上になればトリップ信号発生部２８が入力ブレーカートリップ信号Ｔｐを送って入力ブレーカー８ｂをトリップし、太陽電池ストリング２ｂ側との線路を開放する。このようにすることで短絡電流を継続して流さずに遮断することができる。
【００５６】
また、昇圧ユニット１の出力側、すなわちインバータ４との間で短絡電流が流れた場合、スイッチング素子１１などが故障するおそれがある。そこで、昇圧装置３内のコンデンサ１３の前段に設けられているヒューズ１２が溶断して短絡電流が継続して流れるのを防ぐことができる。
【００５７】
なお、図１に示した昇圧ユニット１のスイッチング素子１０としては、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（insulated-gate bipolar transistor）などを用いることができる。また、制御回路１５はアナログ回路あるいはデジタル回路で構成してもよい。
【００５８】
図５はこの発明の一実施形態の昇圧ユニットが収納される筐体の外観図であり、特に、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）は側面図を示し、（ｃ）は底面図を示す。図６は図５に示した筐体の内部構造を示す図であり、（ａ）は図５のカバーを外した状態の正面図であり、（ｂ）は底面図である。図７は図５に示した蓋部材の構造を示し、（ａ）は蓋の正面図であり、（ｂ）は蓋の取付状態を示す断面図である。
【００５９】
図５に示した筐体３０は図１に示した昇圧ユニット１を収納するものであり、図５（ｂ）に示すように、屋外の壁面４０に沿って垂直に設置される。筐体３０は本体部３１とこれを覆うカバー３２とから構成されており、本体部３１の内部には図６（ａ）に示すように、上面および側面に沿って排水経路となるバリア部３３が形成されている。このバリア部３３は本体部３１とカバー３２との間にしみ込んだ雨水を本体部３１の下部に導き、本体部３１の下部に形成された放出口としての排水孔３４を介して外部に放出する。これによって、屋外に設置された筐体３０に収納されている昇圧装置３や制御回路１５の導電部に雨水がかかるのを防止できる。
【００６０】
筐体３０の本体部３１の下部（図５（ｂ）で右側）には、放熱フィン３５が取付けられている。放熱フィン３５には図１に示した逆流防止ダイオード６ａ，６ｂおよび昇圧装置３内のスイッチング素子１０が取付けられ、これらの逆流防止ダイオード６ａ，６ｂおよび昇圧装置３内のスイッチング素子１０が損失により発生する熱を外部に逃すことができ、放熱効果を向上できる。
【００６１】
さらに、放熱フィン３５を囲むように断面コの字状の金属板４１が設けられる。この金属板４１の内側には本体部３１を保持するためのフック４２が形成されている。そして、金属板４１が壁面４０に取付けられ、フック４２によって本体部３１を保持することによって、筐体３０が壁面４０に沿って垂直方向に取付けられる。また、金属板４１は放熱フィン３５を覆い隠すように形成されており、昇圧装置３が動作中に逆流防止ダイオード６ａ，６ｂおよびスイッチング素子１０が損失により発生する熱で温度上昇した放熱フィン３５に誤って触れても火傷するのを防止できる。
【００６２】
筐体３０のカバー３２の中央部には表示部３６が設けられている。この表示部３６は昇圧装置３が起動すると点灯し、停止すると消灯する。それによって、昇圧ユニット１が日射強となる日中時に動作しているかを昇圧ユニット１本体を開けることなく確認することができ、たとえば日中時に消灯していれば昇圧装置３が動作していないことがわかるので、昇圧ユニット１が正常であるか否かを表示部３６により確認することができる。
【００６３】
さらに、カバー３２の下部には開口部を覆うように蓋部３７が設けられる。この蓋部３７は本体３１から取外したときに、図６（ａ）に示すように、本体３１内部に取付けられている入力ブレーカ８ａ，８ｂの操作を許容する。蓋部３７の一方側には図７（ａ）に示すように取付レール部３８が形成されており、他方側には留め金具３９が取付けられている。さらに、蓋部３７と本体３２との接触部にはたとえばゴムなどの防水用部材４５が貼付けられている。
【００６４】
留め金具３９は固定板３９１とつまみ部３９２とを有しており、つまみ部３９２を回すことによって固定板３９１が回転し、その動作によって蓋部３７が昇圧ユニット１本体から取外したり取付けたりすることができる。そして、蓋部３７を開けると入力ブレーカ８ａ，８ｂを操作することができるようになっており、昇圧ユニット１本体を開けなくても蓋部３７を開けるだけで外部から入力ブレーカ８ａ，８ｂを操作することができる。さらに、蓋部３７にはねじなどを使用していないため、蓋部３７を筐体３０から取外す際に特殊な工具を用いることなく、容易に取外すことができる。したがって、緊急時の際に昇圧ユニット１と太陽電池２またはインバータ４とを切離したりすることが容易にできるので、システム全体の安全性を向上できる。
【００６５】
上述の如く、この実施形態によれば、太陽電池ストリング２ａ，２ｂなどの直流電源と昇圧ユニット１およびインバータ４との接続に関して、建造物の屋内外に接続専用の設置スペースを少なくし、また専用の筐体３０を一体化して装置全体のコストダウンを図り、接続するための配線を少なくして屋内外の景観が損なわれないように配慮し、また昇圧ユニット１の運転時にインバータ４に過電圧が加わらず、さらにスイッチング素子１０が故障や短絡しても、短絡電流の発生を継続しない安全な装置を実現できる。
【００６６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、太陽電池などの直流電源の電圧をスイッチング回路の開閉動作により昇圧変換し、昇圧された直流電圧を交流電力に変換するインバータ装置に供給する昇圧ユニットであって、直流電源の電圧を昇圧する昇圧手段と、直流電源とを直接接続する入力接続機能部を備え、昇圧手段は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比を一定に保持する昇圧比一定制御を行い、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い一定電圧になるように、昇圧比を変化させて定電圧制御を行うことにより、建造物の屋内外に設置するための専用スペースを少なくすることができる。また、昇圧ユニットからインバータへ接続箱を介さずに直接接続するため、屋内の景観が損なわれることがない。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも低い場合は昇圧比一定制御を行なうので、日射強となる昼間時において昇圧手段が運転を行なっている場合に、非標準的な太陽電池ストリングであっても標準的な太陽電池ストリングと同様の直流電力をインバータ装置に供給することができる。したがって、建造物の屋根などの限られたスペースを有効利用することができる。
また、昇圧ユニットの出力電圧が設定電圧よりも高い場合は昇圧比を変化させて定電圧制御を行なうので、出力電圧が設定値を越えることを防止することができる。したがって、インバータ装置に過電圧がかかり、故障に至るのを防止することができ、安全性の向上を図ることができる。
【００６８】
また、昇圧手段側から直流電源側へ電流が逆流するのを防止する逆流防止手段と、直流電源から昇圧手段側へ雷サージが侵入するのを防止する雷サージ防止手段とを設けたことにより、昇圧手段およびインバータ装置側から太陽電池側に電流が逆流することがなく、また工事などにおいて太陽電池側と昇圧手段側および昇圧手段側とインバータ装置側とを安全に接続したり切離したりすることができる。また、落雷時に太陽電池側から昇圧手段側およびインバータ装置側に雷サージが侵入するのを防止し、インバータ装置の安全を確保することができる。
【００７３】
さらに、トリップ信号発生手段は、昇圧手段の出力電圧が過電圧になったことに応じてトリップ信号を発生し、入力接続解列手段により直流電源との接続を開放することにより、日射強となる昼間時において昇圧ユニットが運転を行なっている場合に、昇圧比一定制御もしくは定電圧制御を行なっていても、昇圧手段の出力電圧が過電圧になったことを検出すると、トリップ信号発生手段がトリップ動作をして回路を開放するので、過電圧がインバータ装置にかかり、故障に至るのを防止できる。
【００７４】
入力接続解列手段におけるトリップ機能は昇圧手段の温度上昇に応じて短絡電流が流れる経路を開放することにより、日射強となる昼間時において昇圧ユニットが運転を行なっている場合に昇圧手段が短絡し、太陽電池と昇圧手段との間で短絡電流が流れると昇圧手段の温度が上昇するので、その温度を監視して設定以上の温度上昇でトリップ信号発生手段がトリップ信号を発生して回路を開放することにより、短絡電流が継続して流れるのを防止し、短絡電流により昇圧ユニットが故障に至るのを防止できる。
【００７７】
また、少なくとも入力接続部は屋外に設置された筐体に収納され、筐体は雨水がしみ込んだ場合にその雨水を下部に導く排水経路と、下部に導いた雨水を外部に放出する放出口とを含むことにより、雨水がインバータ装置や制御回路の導電部に浸入するのを防止でき、さらに専用の筐体を一体化することにより、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００７８】
また、筐体の外側には昇圧ユニットから発生する熱を外部に逃す放熱手段を設けることにより、放熱効果を高めることができる。
【００７９】
さらに、筐体の放熱手段を覆いかつ筐体を壁面に支持するための金属板を含むことにより、放熱手段に手が触れて火傷するおそれをなくすことができ、筐体を壁面に取付けることができる。
【００８０】
また、筐体には開閉可能な蓋部を設け、蓋部を開いて入力接続解列手段を操作することにより、緊急の際に昇圧ユニットと直流電源とを切離すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態の昇圧ユニットのブロック図である。
【図２】  図１に示した昇圧ユニット内の制御回路のブロック図である。
【図３】  制御回路の各部の波形図である。
【図４】  制御回路の各部の波形図である。
【図５】  この発明の一実施形態である昇圧ユニットが収納される筐体の外観図である。
【図６】  図５に示した筐体の内部構造を示す図である。
【図７】  図５に示した筐体の蓋部の構成を示す図である。
【図８】  従来例の昇圧ユニットのブロック図である。
【図９】  図８に示した制御回路のブロック図である。
【図１０】  図９に示した制御回路の各部の波形図である。
【符号の説明】
１  昇圧ユニット、２ａ  標準太陽電池ストリング、２ｂ  非標準太陽電池ストリング、３  昇圧装置、４  インバータ装置、５  商用電力系統、６ａ，６ｂ逆流防止ダイオード、７ａ，７ｂ  雷サージアブゾーバ、８ａ，８ｂ  入力ブレーカー、９  リアクトル、１０  スイッチング素子、１１  ダイオード、１２ヒューズ、１３  コンデンサ、１４  温度センサ、１５  制御回路、１６  初期昇圧比設定部、１７  実昇圧比設定部、１８  昇圧比比較部、１９，２３  信号設定演算部、２０，２４  三角波発生部、２１，２５  信号比較部、２２  電圧比較部、２６  論理積演算部、２７  ゲートドライブ、２８  トリップ信号発生部、３０  筐体、３１  本体部、３２  カバー、３３  バリア部、３４  排水孔、３５  放熱フィン、３６  表示部、３７  蓋部、３８  レール部、３９  留め金具、３９１  固定板、３９２  つまみ部、４５  防水用部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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