(57)【要約】【課題】簡単な構造で動力が不要なコンバータの冷却構造を備えた太陽光発電ユニットを提供する。【解決手段】太陽光発電ユニット１は、太陽光を受けて発電をする太陽電池パネル１０と、太陽電池パネル１０から出力される直流電圧を降圧させて電力供給を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）により制御可能に構成されたコンバータ２０と、コンバータ２０を冷却するための放熱部材３０と、を備えている。放熱部材３０は、太陽電池パネル１０の受光面１１の裏面１２側に設けられ、裏面１２に対向する取付部３１と、取付部３１と裏面１２との間に、下端口３３と上端口３４を有し上下方向に連通する大気流路Ｆを区画形成する側面部３２、３２と、を備えており、コンバータ２０が取付部３１の外表面３１ｂに取り付けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの受光面の裏面側に設けられ、前記太陽電池パネルの裏面との間に上下方向に連通する大気流路を区画形成する放熱部材と、
前記太陽電池パネルの最大電力点追従制御を行うためのコンバータと、を備え、
前記コンバータは、前記放熱部材に取り付けられることを特徴とする太陽光発電ユニット。
【請求項２】
前記コンバータは、前記放熱部材の上下方向の下半分の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電ユニット。
【請求項３】
前記大気流路に前記コンバータに対応する位置に大気の流れを案内する整流部材を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電ユニット。
【請求項４】
前記コンバータは、太陽光発電ユニットの運転時間を記録可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の太陽光発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電ユニットに関し、詳しくは、最大電力点追従制御を行うコンバータを一体的に備えた太陽電池パネルを有する太陽光発電ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、太陽電池パネルを有する太陽光発電ユニットにおいて、効率的な発電を行うために、例えば、図３（Ａ）に示すように、複数の太陽電池パネルを最大電力点追従装置（ＭＰＰＴコンバータ）に直列に接続した構成が採用されてきた。ところが、本構成では、太陽電池パネルの１つの出力が故障や部分影により大きく変動した場合には、最大電力点を正確に補足できないおそれがあった。
【０００３】
そこで、図３（Ｂ）に示すように、太陽電池パネル毎にＭＰＰＴコンバータを設ける構成が考えられる。この構成によれば、太陽電池パネル毎に最大電力点を補足するため、効率的な発電が可能である。しかし、ＭＰＰＴコンバータは、コンデンサなど熱に弱い部材から構成されるため、屋内に設置することが望ましい。しかしこの場合は、コンバータを屋内に設置するためのハーネス引きまわしが必要となり、送電ロスが生じるという問題がある。
【０００４】
この問題を解消するためには、ＭＰＰＴコンバータが過熱しないように冷却し、ＭＰＰＴコンバータを太陽電池パネル近傍に配置すればよい。太陽光発電ユニットを冷却する方法として、例えば、特許文献１には、散水器により太陽電池パネル面上に散水することにより太陽電池パネルを冷却する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３４１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の冷却方法や送風機により空冷する方法では、ポンプや送風機を駆動するための動力が必要であるとともに、冷却手段が故障した場合には、冷却不能となってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、簡単な構造で動力が不要なコンバータの冷却構造を備えた太陽光発電ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明では、太陽光発電ユニットが、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの受光面の裏面側に設けられ、前記太陽電池パネルの裏面との間に上下方向に連通する大気流路を区画形成する放熱部材と、前記太陽電池パネルの最大電力点追従制御を行うためのコンバータと、を備え、前記コンバータは、前記放熱部材に取り付けられる、という技術的手段を用いる。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、太陽光の照射により温度上昇した太陽電池パネルにより大気流路内の大気が暖められて上昇気流が生じ、その上昇気流により放熱部材に取り付けられたコンバータを冷却し、コンバータの過熱を防ぐことができる。これにより、簡単な構造で動力が不要な冷却構造でコンバータを冷却し、太陽電池パネルに一体的に配置することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の太陽光発電ユニットにおいて、前記コンバータは、前記放熱部材の上下方向の下半分の領域に配置されている、という技術的手段を用いる。
【００１１】
請求項２に記載の発明のように、コンバータを放熱部材の上下方向の下半分の領域に配置すると、太陽電池パネルから熱により暖まっていない大気により冷却することができるので、冷却効率を向上させることができ、好ましい。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の太陽光発電ユニットにおいて、前記大気流路に前記コンバータに対応する位置に大気の流れを案内する整流部材を備えた、という技術的手段を用いる。
【００１３】
請求項３に記載の発明のような整流部材を備えることにより、より効果的にコンバータを冷却することができる
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の太陽光発電ユニットにおいて、前記コンバータは、太陽光発電ユニットの運転時間を記録可能に構成されている、という技術的手段を用いる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、コンバータにより、太陽光発電ユニットの運転時間を記録することができるので、取替時期や寿命の判断などを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】太陽光発電ユニットの構成を示すための説明図である。図１（Ａ）は、太陽電池パネル側から見た平面図、図１（Ｂ）は側面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）にＡ−Ａ断面図である。
【図２】整流部材を備えた構成を示す説明図である。
【図３】太陽電池パネルの接続方法を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の太陽光発電ユニットについて、図を参照して説明する。
【００１８】
太陽光発電ユニット１は、太陽光を受けて発電をする太陽電池パネル１０と、太陽電池パネル１０から出力される直流電圧を降圧させて電力供給を最大電力点追従（ＭＰＰＴ）により制御可能に構成されたコンバータ２０と、コンバータ２０を冷却するための放熱部材３０と、を備えている。各太陽光発電ユニット１は、バイパスダイオードを介して二次電池などの負荷に直列に接続されている（図示せず）。なお、太陽光発電ユニット１は、並列に接続することもできる。
【００１９】
太陽電池パネル１０は、受光面１１に太陽電池セルを備えており、上部に受光面１１への日射の状態を検出する照度センサと太陽電池パネルの温度を検出する温度センサとを内蔵したセンサボックス１３を備えている。
【００２０】
コンバータ２０は、チョッパー回路とこれを制御するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータ内のデータをセーブする不揮発メモリと、急激な照度低下によるマイクロコンピュータの電源電圧低下を防止するスーパーキャパシターによって構成される。コンバータ２０は、それが装着された太陽電池パネルの最大電力点を追従するのみならず、太陽光発電ユニット１の運転時間を記録することができるように構成されている。これにより、太陽光発電ユニット１の取替時期や寿命の判断などを行うことができる。運転時間は、float型（浮動小数点型）の変数１個で表現され、記録される。即ち、夕方に発電を終了する直前に、この変数にその日に稼働した時間を加算して、不揮発メモリに保存する。翌日はこの変数の値を不揮発メモリから読み出して、上記と同じ操作を行って稼働時間を加算して記録する。また、同様にして稼働時間の代わりに総発電量を記録することも可能である。
【００２１】
センサボックス１３の照度センサ及び温度センサからの出力はコンバータ２０に入力され、コンバータ２０により各太陽電池パネル１０それぞれの最大電力点を追従する。これにより、太陽光発電ユニット１は、そのまま直列もしくは並列に接続するだけで最大電力が出力されるようになり、一部の太陽電池パネル１０の発電量が落ちた場合の発電量が、従来の接続方法（図３（Ａ））で得られる最大電力よりも大きくなる。
【００２２】
放熱部材３０は、太陽電池パネル１０の受光面１１の裏面１２側に設けられ、裏面１２に対向する取付部３１と、取付部３１と裏面１２との間に、下端口３３と上端口３４を有し上下方向に連通する大気流路Ｆを区画形成する側面部３２、３２と、を備えている。
【００２３】
取付部３１は、鉄板などの熱伝導性が高い材料により、裏面１２と略同一の寸法に形成されており、大気流路Ｆは横断面が矩形状に形成されている。ここで、取付部３１の裏面１２側の面を内表面３１ａ、外方に露出する面を外表面３１ｂとする。
【００２４】
コンバータ２０は、取付部３１の外表面３１ｂに取り付けられている。
【００２５】
このように構成された太陽光発電ユニット１により太陽光発電を行うには、大気流路Ｆが上下方向に連通するように太陽電池パネル１０を配置する。太陽光が太陽電池パネル１０の受光面１１に照射されると、太陽電池パネル１０の温度が上昇する。太陽電池パネル１０の温度が上昇すると、裏面１２から大気流路Ｆ内の空気が暖められる。すると、下端口３３から大気が流入し、上端口３４から暖められた大気が排出される上昇気流が発生する。
そして、下端口３３から流入する大気は外気温であり、太陽電池パネル１０、コンバータ２０より低温であるため、放熱部材３０を介してコンバータ２０を冷却することができる。これにより、コンバータ２０の温度が上昇することを防ぐことができるので、太陽電池パネル１０と一体化させて配置することができる。従って、コンバータ２０を屋内に設置する必要がないため、ハーネス引きまわしが不要となり、送電ロスが生じない太陽光発電ユニット１を実現することができる。
【００２６】
ここで、コンバータ２０の冷却効率を向上させるためには、大気流路Ｆに流れる大気が太陽電池パネル１０から熱により暖まっていない放熱部材３０の上下方向の下半分の領域に配置することが好ましい。
【００２７】
コンバータ２０は大気流路Ｆの内部に配置することもできる。例えば、取付部３１の内表面３１ａに取り付けることができる。これによれば、大気の流れを直接コンバータ２０に当てて効率的に冷却することができる。また、大気流路Ｆの内部に配置されているので、直射日光に晒されて温度が上昇するおそれがなく、風雨を避けることもできる。
【００２８】
大気流路Ｆの断面形状は、矩形状以外の形状とすることもできる。例えば、大気流路Ｆの断面形状が、かまぼこ状、多角形などになるように放熱部材３０を形成することもできる。太陽電池パネル１０を効率的に冷却するためには、取付部３１は、裏面１２と略同一の寸法に形成することが好ましいが、コンバータ２０のみを冷却すればよい場合には、幅を狭くすることもできる。また、大気流路Ｆの断面形状は、一様な形状でなくてもよく、下端口３３と上端口３４とを異なる形状としたり、取付部３１と裏面１２との間隙を下方程狭くして大気の流れを制御したりすることもできる。
【００２９】
大気流路Ｆに、大気流路Ｆ内の大気の流速を変化させる、または、コンバータ２０に対応する位置に大気の流れを案内する整流部材を備える構成を採用することができる。
図２は、太陽光発電ユニット１を太陽電池パネル１０側から見た平面図であり、簡単のために、太陽電池パネル１０の図示を省略している。例えば、大気流路Ｆに、コンバータ２０に対応する位置に大気の流れを案内するように区画する整流部材４１を設けると、冷却効率を向上させることができる。
【００３０】
[実施形態の効果]
本発明の太陽光発電ユニット１によれば、放熱部材３０によりコンバータ２０を冷却し、コンバータの過熱を防ぐことができるので、太陽電池パネル１０に太陽電池パネル１０の最大電力点追従制御を行うためのコンバータ２０を一体的に配置することができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の太陽光発電ユニットを用いて、太陽光発電時の測温実験を行った。太陽光発電ユニットは、縦７５０ｍｍ×横７０５ｍｍ  の太陽電池パネルに厚さ１ｍｍの鉄板からなる放熱部材を備えた太陽光発電ユニットを用意した。太陽電池パネルの設置角度は、地面に対して３０°、４５°の２水準とした。大気流路の幅（放熱部材の取付部と太陽電池パネルの裏面との距離）は、１０ｃｍ、１３．５ｃｍの２水準とした。コンバータは放熱部材の下半分の領域である放熱部材上端から１５ｃｍの位置に取り付けた。
【００３２】
測温は熱電対を放熱部材の取付部材、コンバータ本体及び太陽電池パネルの裏面に接触させて行った。測温位置は、取付部では放熱部材上端から１８．７５ｃｍ（ＢＰ１）、３７．５ｃｍ（ＢＰ２）及び５６．２５ｃｍ（ＢＰ３：コンバータの側面）、コンバータ筺体内気温、太陽電池パネルの受光面の５か所とした。コンデンサには、大きなリプル電流が流れるため、それ自身も発熱する。コンバータから排熱される熱の影響も加味するため、コンバータを作動させた状態で測温を行った。測定日の気象条件は、快晴であり、外気温は３５℃であった。
【００３３】
表１に太陽電池パネルの設置角度４５°の測温結果、表２に設置角度３０°の測温結果を示す。ここで、測温結果は、太陽電池パネルの受光面の温度が最大となった時刻のスナップショットである。
【００３４】
【表１】
2014099571.tif 000003
【００３５】
【表２】
2014099571.tif 000004
【００３６】
太陽電池パネルは６５℃程度まで温度が上昇するが、放熱部材及びコンバータの温度は４０℃以下となり、顕著な冷却効果が認められた。また、表１に示す測定結果では、放熱部材における温度は下方程低くなる傾向が認められた。表２に示す測定結果では、ＢＰ３での温度及びコンバータ筺体内気温がＢＰ２での温度よりも高くなっている。これは、表２の場合では、太陽電池パネルの温度が低い、つまり、太陽光による過熱の度合いが表１の場合に比べて小さかったため、コンバータから排熱される熱の影響が表１の場合に比べ大きくなったことに起因するものであると考えられ、放熱部材における冷却効果は下方ほどが高いと考えられる。
【００３７】
また、大気流路の幅が広い方が冷却効果が高く、特に太陽電池パネルの表面温度においてその傾向が顕著であった。従って、大気流路の幅は広い方が好ましいことがわかった。これは幅が広がることによって空気の流れがスムーズになり、太陽電池パネル下部ほど温度が下がる傾向があること及び輻射による影響が軽減されることによる。
【００３８】
上述のように本発明の太陽光発電ユニットによれば、コンバータの過熱を防ぐことができることが確認された。
【００３９】
ここで、コンバータが備えるコンデンサに着目してコンバータの寿命を評価した。コンデンサが１０５℃で５０００時間の設計寿命であり、その寿命がアレニウスの法則により支配されるとすると、温度が１０℃下がる度に寿命が２倍になると考えられる。
実施例の温度状態が１日に８時間、１年中続くと仮定した場合、コンバータを太陽電池パネルの裏面に直接配置したとするとコンデンサの温度はおよそ６５℃となり、寿命は約１４年と計算される。一方、放熱部材を用い、コンデンサの温度を５０℃まで低下させた場合の寿命は約１９年と計算され、大幅な寿命の延長が可能となると考えられる。
【符号の説明】
【００４０】
１…太陽光発電ユニット
１０…太陽電池パネル
１１…受光面
１２…裏面
１３…センサボックス
２０…コンバータ
３０…放熱部材
３１…取付部
３１ａ…内表面
３１ｂ…外表面
３２…側面部
３３…下端口
３４…上端口
４１…整流部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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