(57)【要約】【課題】電力損失を抑え、施工性を高め、系統連系の安全性を確保し、さらにはメンテナンス性の向上を図った太陽光発電装置を得る。【解決手段】太陽光発電装置は、交流電力を出力するＡＣモジュール５１と、ＡＣモジュール５１を相互に並列接続する交流組ケーブル５２を、屋根に複数設置する。屋根またはその近傍にＡＣプルボックス５３を設置し、複数の交流組ケーブル５２をＡＣプルボックス５３に接続する。家屋内に交流電力を集めるＡＣ集電箱５５を設置し、ＡＣプルボックス５３からＡＣ集電箱５５までを交流ケーブル５４で接続する。ＡＣモジュール５１は、屋根の水流れ方向に沿って取り付けられた固定レール４３によって屋根に固定する。固定レール４３上には交流組ケーブル５２を収納可能なダクト部４２を設ける。【選択図】図１
2015198508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を出力するＡＣモジュールと、前記ＡＣモジュール相互を並列接続する交流組ケーブルと、交流電力を集めるＡＣ集電箱を有する太陽光発電装置において、
屋根に前記ＡＣモジュールおよび前記交流組ケーブルを複数設置し、
屋根またはその近傍にＡＣプルボックスを設置し、
前記ＡＣプルボックスに複数の前記交流組ケーブルを接続し、
前記ＡＣプルボックスから前記ＡＣ集電箱までを交流ケーブルで接続することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
前記ＡＣプルボックス内に直流コンタクターを有することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。
【請求項３】
屋根の水流れ方向に沿って前記ＡＣモジュールを屋根に固定するための固定レールを取り付け、
前記固定レールに近接して前記交流組ケーブルを収納可能なダクト部を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電装置。
【請求項４】
前記ダクト部の上面部に開口部を形成し、前記開口部を覆うカバー部材を設けることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電装置。
【請求項５】
前記ＡＣモジュールは屋根材となるフレームと一体化された建材型ＡＣモジュールであることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽光発電装置。
【請求項６】
前記交流組ケーブルに代替して、表面を絶縁樹脂で被覆した銅またはアルミニウム製の導体ブスバーを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【請求項７】
前記導体ブスバーに端子を介してケーブルを接続し、前記導体ブスバーと共に前記端子および前記ケーブルを絶縁樹脂で被覆することを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電装置。
【請求項８】
前記ＡＣ集電箱に前記ＡＣモジュールの運転を制御する制御装置を設け、
前記制御装置は、
前記ＡＣモジュールの動作健全性を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて前記ＡＣモジュールに運転許可を与える運転許可部を有することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【請求項９】
前記運転許可部は、前記判定部が健全に動作しないと判定した前記ＡＣモジュールを除外して前記ＡＣモジュールに運転許可を与えることを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電装置。
【請求項１０】
前記ＡＣ集電箱および前記ＡＣプルボックスの少なくとも一方に、前記ＡＣモジュールへ非常停止指令を送信する非常停止ボタンを設けることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【請求項１１】
前記ＡＣ集電箱および前記ＡＣプルボックスの少なくとも一方に、前記ＡＣモジュールの動作状態を表示する表示装置を設けることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【請求項１２】
前記ＡＣモジュールに近接して前記ＡＣモジュールの動作状態を示す表示器を設けることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、交流出力のＡＣモジュールを用いた太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統に連系する分散電源として太陽光発電装置が多く設置されている。住宅に設置する太陽光発電装置は、複数の太陽電池セルから太陽電池モジュールを構成し、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続して住宅の屋根などに固定する。各太陽電池モジュールは直流電力を出力し、複数の太陽電池モジュールで出力した直流電力を合成する。
【０００３】
太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルにおける直列回路についてはサブストリングと呼び、複数の太陽電池モジュールを直列に組み合わせたものをストリングと呼んでいる。ストリング間には逆流防止ダイオードを直列に接続し、複数のストリングを接続箱で並列に接続する。
【０００４】
接続箱にはプラス・マイナス２本の出力ケーブルを介して、系統連系用のパワーコンディショナーを接続する。パワーコンディショナーは太陽電池モジュールの直流電力を入力し、トランジスタースイッチング素子のオン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換して、交流電力を電力系統に連系する。
【０００５】
ところで、太陽光発電装置は、太陽電池モジュールに障害物の影が掛かると、影が掛かった太陽電池モジュールは発電しなくなってストリングの出力電圧が下がる。前述したように、ストリングは逆流防止ダイオードを接続しているので、影が掛かったストリングの電圧は、影が掛かっていないストリングの電圧に負けてしまい、影が掛かったストリングでは発電電力をパワーコンディショナーに出力することができなくなる。
【０００６】
また、各太陽電池モジュールのサブストリングに影がかかると、他のサブストリングからの電流が、太陽電池セルのマイナス極からプラス極に向かって強制的に流れる。したがって、影がかかったサブストリングでは内部抵抗が増え、電流を流し続けると、これらのサブストリングに含まれる太陽電池セルが発熱する。その結果、太陽電池セル周囲の樹脂材料が劣化し、太陽電池モジュールに故障が生じる可能性がある。
【０００７】
このような不都合を修正するために、直流電力ではなく交流電力を出力するＡＣモジュールを採用し、サブストリングにバイパス回路を設けた太陽光発電装置が提案されている（例えば、特許文献１など）。ＡＣモジュールとは、太陽電池モジュールの裏側または近傍にマイクロインバーターを固定したものである。
【０００８】
マイクロインバーターは、太陽電池モジュール１枚の発電出力に対応する、容量約２００Ｗ程度の小型インバーターであって、内部に直流電圧を調整する回路と、直流を交流に変換する回路を持つ。このようなマイクロインバーターの回路構成は３ｋＷ程度以上のパワーコンディショナーと同様である。
【０００９】
ここでＡＣモジュールについて、図１８、図１９を用いて説明する。図１８はＡＣモジュールの構成図である。図１８に示すＡＣモジュール１０は、複数の太陽電池セル２と、太陽電池セル２同士を直列に接続する太陽電池モジュールブスバー３とからなる。また、太陽電池モジュール１は、裏側に端子箱５を固定し、この端子箱５にマイクロインバーターを組み込んでいる。端子箱５はバイパスダイオード４を収納すると共に、太陽電池出力ケーブル６を電気的且つ機械的に接続し、太陽電池モジュール１の裏側に固定している。太陽電池出力ケーブル６の端部には太陽電池出力ケーブル端子７を設けている。
【００１０】
図１９は端子箱５内の回路図である。図１９に示すように、太陽電池セル２の直列回路は３等分しており、３つのサブストリングを設けている。各サブストリングは、それぞれ太陽電池モジュールブスバー３を通して入力端子８に接続し、バイパスダイオード４と出力端子９を接続する。３つのサブストリングの内、いずれか１つのサブストリングまたは２つのサブストリングが影の影響で電圧を出さなくなった場合、電圧を出さなくなったサブストリングを、バイパスする位置に接続されるバイパスダイオード４が導通する。
【００１１】
このようにしてバイパスダイオード４が電圧を出さなくなったサブストリングをバイパスするので、１つのサブストリングが影の影響で電圧を出さなくなって太陽電池セル２全体の直流出力電圧が三分の二に下がる、あるいは、２つのサブストリングが影の影響で電圧を出さなくなって太陽電池セル２全体の直流出力電圧が三分の一に下がったとしても、ＡＣモジュール１０は交流電力を出力することができる。また、バイパスダイオード４の働きにより、影が掛かったサブストリングに他のサブストリングから電流が流れることがないので、影が掛かったサブストリングに含まれる太陽電池セル２は発熱することがなく、樹脂材料が劣化してＡＣモジュール１０が故障する心配がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−４１４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一般的に、ＡＣモジュールは、相互間をケーブルで並列接続した上で屋根の上に固定するが、屋根の上でのＡＣモジュールの設置位置は、屋根の向きや大きさに応じて家屋毎に異なる。そのため、ケーブルの段数や長さはＡＣモジュールの設置位置に応じて選択、手配する必要がある。特に、ケーブルの長さは屋根に応じて大きく変わることが多い。
【００１４】
したがって、決められた長さを持つ規格品の中から実際に配線するケーブルを選択するのが現実的である。しかし、規格品の中から実際に使用するケーブルを選ぶとなると、長さが足りなくてはケーブルとして意味をなさないので、長めのケーブルを選ぶほか無く、ケーブルの余長分が発生せざるを得ない。
【００１５】
このため、ケーブルの余長分が生じた分だけ、無駄な電力損失が発生するといった問題が生じる。また、ケーブルの余長分が生じることで、余長分を置くスペースを確保しなくてはならない。したがって、ＡＣモジュールの設置工事を実施する際に、ケーブルの余長分が邪魔になり、ＡＣモジュールの設置工事がやり難くなるといった不具合が生じる。
【００１６】
さらに、ＡＣモジュールを屋根に固定する場合に、ＡＣモジュール自体に直接、固定用の穴などを開けるのではなく、固定レールを屋根の水流れ方向に沿って屋根の野路板とルーフィング材の真上に固定し、この固定レールにＡＣモジュールを取り付けている。そのため、ＡＣモジュールから引き出したケーブルの配線工事に際して、任意の位置で固定レールを横切って水平方向にケーブルを渡そうとしても、固定レールがあるので、これを跨ぐようにしてしか、ケーブルを配線することができない。その結果、ケーブルの配線構成の自由度が少なくなり、この観点からもＡＣモジュールの設置工事の施工性の改善が求められている。
【００１７】
交流出力のＡＣモジュールは、１枚単位での設置が可能であり、設置場所も選ばないので増設が容易である。したがって、ＡＣモジュールの設置工事が面倒となってしまっては、これらのメリットが活かされなくなる。そこで従来から、ＡＣモジュールを用いた太陽光発電装置では、施工性の向上が急務となっている。
【００１８】
さらに、分散電源に注目が集まる現在、太陽光発電装置に対するニーズは多様化しており、そのレベルも高くなっている。そのため、太陽光発電装置においては系統連系の安全性やメンテナンス性をより高めることが期待されている。
【００１９】
本発明に係る実施形態は、以上の課題を解消するために提案されたものであり、交流出力のＡＣモジュールを備えた太陽光発電装置において、電力損失を抑え、施工性を高め、系統連系の安全性を確保し、さらにはメンテナンス性の向上を図った太陽光発電装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、交流電力を出力するＡＣモジュールと、前記ＡＣモジュール相互を並列接続する交流組ケーブルと、交流電力を集めるＡＣ集電箱を有する太陽光発電装置において、次の構成要素（１）〜（４）を有することを特徴とする。
（１）屋根に前記ＡＣモジュールおよび前記交流組ケーブルを複数設置する。
（２）屋根またはその近傍にＡＣプルボックスを設置する。
（３）前記ＡＣプルボックスに複数の前記交流組ケーブルを接続する。
（４）前記ＡＣプルボックスから前記ＡＣ集電箱までを交流ケーブルで接続する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態の構成全体のブロック図。
【図２】第１の実施形態におけるＡＣモジュールからＡＣ集電箱までの接続構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態におけるＡＣモジュールの平面図。
【図４】第１の実施形態におけるＡＣモジュールの運転許可条件の例を示す図。
【図５】第１の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図６】（Ａ）は第１の実施形態においてＡＣモジュールを屋根に固定した際の水流れ方向の断面図、（Ｂ）は第１の実施形態においてＡＣモジュールを屋根に固定した際の平面図。
【図７】（Ａ）は第２の実施形態においてＡＣモジュールを屋根に固定した際の水流れ方向の断面図、（Ｂ）は第２の実施形態においてＡＣモジュールを屋根に固定した際の平面図。
【図８】（Ａ）は第３の実施形態においてＡＣモジュールを屋根に固定した際の水流れ方向の断面図、（Ｂ）は第３の実施形態においてＡＣモジュールを屋根に固定した際の平面図。
【図９】他の実施形態における導体ブスバーの斜視図。
【図１０】他の実施形態における導体ブスバーの平面図。
【図１１】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１２】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１３】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１４】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１５】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１６】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１７】他の実施形態におけるＡＣモジュールの回路図。
【図１８】従来のＡＣモジュールの平面図。
【図１９】従来のＡＣモジュールの回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る太陽光発電装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。下記の実施形態はいずれも、ＡＣモジュールを用いた太陽光発電装置である。そのため、図１８および図１９に示した従来技術と同一の構成要素については、同一符号を付して説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１〜図６を用いて第１の実施形態を説明する。
[構成]
図１は第１の実施形態の全体構成を示すブロック図、図２はＡＣモジュールからＡＣ集電箱までの接続構成を示すブロック図であり、ＡＣモジュールを低圧の配電線に接続する構成例を示している。
【００２４】
図１、図２に示すように、第１の実施形態は、複数のＡＣモジュール５１（一点鎖線内は拡大図）と、複数の交流組ケーブル５２と、ＡＣプルボックス５３と、ＡＣ集電箱５５を有している。ＡＣモジュール５１および交流組ケーブル５２は屋根に設置し、ＡＣ集電箱５５は家屋内に設置する。ＡＣ集電箱５５には住宅用分電盤６５を接続して電力系統に連系している。
【００２５】
（ＡＣモジュール）
ＡＣモジュール５１は、電圧１００Ｖ／２００Ｖの単相三線式の電気方式であり、交流電力を出力する。単相三線の各相はＵ、Ｏ、Ｗとし、Ｏを中性線とすると、ＵＯ間が交流１００Ｖ、ＷＯ間が交流１００Ｖ、ＵＷ間が２００Ｖである。また、ＡＣモジュール５１は、個別に故障監視を行い、その監視結果をＡＣ集電箱５５へ送信するようになっている。なお、ＡＣモジュール５１の回路構成および交流組ケーブルとの接続構造に関連するＡＣモジュールの構成については、後段で述べる。
【００２６】
また、図３に示すように、ＡＣモジュール５１の表面側の一つの角部分付近（図３では右上の角部分付近）には、ＡＣモジュール５１の縦寸法の約十五分の一程度の長さを持つ発光表示器６９を１つ取り付けている。発光表示器６９は、ＡＣモジュール５１が故障中であることを示す発光色と、ＡＣモジュール５１が健全に動作していることを示す発光色とを、別々の色で発光させ、ＡＣモジュール５１の動作状態を目視で判別できるようになっている。
【００２７】
（交流組ケーブル）
交流組ケーブル５２は、ＡＣモジュール５１を相互に並列接続するケーブルである。交流組ケーブル５２は、ＡＣモジュール５１から電力を集めるために、Ｕ同士、Ｏ同士、Ｗ同士をそれぞれ接続する。交流組ケーブル５２は、流す電流の大きさと排熱による温度上昇を考慮した太さの導体を持つ集電幹線を含んでいる。
【００２８】
（ＡＣプルボックス）
ＡＣプルボックス５３は、屋根またはその近傍に設置する。ＡＣプルボックス５３はコネクター２７、２９を介して複数の交流組ケーブル５２を一括して接続し、単相三線すなわちＵ、Ｏ、Ｗの三本の交流ケーブル５４に集約して出力する。交流ケーブル５４は、ＡＣプルボックス５３からＡＣ集電箱５５までを接続する。
【００２９】
(ＡＣモジュールからＡＣ集電箱までの接続構成)
このように、ＡＣモジュール５１の交流出力は、交流組ケーブル５２を介してＡＣプルボックス５３に集まり、その後、交流ケーブル５４を介して最終的にＡＣ集電箱５５に入ることになる。
【００３０】
ここで、ＡＣモジュール５１からＡＣ集電箱５５までの電気的な接続構成について、図２に従って説明する。図２の左端にＵ、Ｏ、Ｗと記載した部分は、それぞれコネクター２５であり、ＡＣモジュール５１からの交流組ケーブル５２と接続する。コネクター２５は、Ｕ、Ｏ、Ｗの３極であり、Ｏ極は接地電位である。
【００３１】
図２に示すように、交流組ケーブル５２は、コネクター２７によって分けられ、２段の交流組ケーブル５２ａ、５２ｂからなる。交流組ケーブル５２ａは３枚のＡＣモジュール５１の交流出力を集め、交流組ケーブル５２ａはコネクター２７を介して交流組ケーブル５２ｂに接続する。
【００３２】
交流組ケーブル５２ｂは９枚分のＡＣモジュール５１の交流出力を集め、コネクター２９を介してＡＣプルボックス５３に接続する。ＡＣプルボックス５３には端子台３１を、ＡＣ集電箱５５には端子台３３を、それぞれ配置し、交流ケーブル５４にて端子台３１、３３を接続する。なお、コネクター２５、２７、２９はそれぞれ、交流単相三線の各極が正しく配線されるように、色分けがなされるか、またはコネクター形状が異なっている。
【００３３】
つまり、本実施形態では、１枚のＡＣモジュール５１が出力する交流電力は、コネクター２７で９枚のＡＣモジュール５１の出力となり、さらにコネクター２９で２７枚分のＡＣモジュール５１の出力となって、最終的に、３つのコネクター２９を持つＡＣプルボックス５３で、８１枚分のＡＣモジュール５１の出力となる。
【００３４】
(ＡＣ集電箱)
図１に戻って、ＡＣ集電箱５５の構成について説明する。ＡＣ集電箱５５は、外部から操作可能な位置に非常停止ボタン６０を設けている。非常停止ボタン６０とは、連系コンタクター５６を解列すると共に、全てのＡＣモジュール５１へ非常停止指令を送信するボタンであって、設置数は適宜自由である。
【００３５】
またＡＣ集電箱５５は、連系コンタクター５６および制御装置５７を収納する。連系コンタクター５６は、電力配電線系統との連系点スイッチとして機能する。連系コンタクター５６は、出力する交流電力を、交流ケーブル６３および分散電源用ブレーカー６４を介して住宅用分電盤６５に送る。
【００３６】
（制御装置）
制御装置５７は、系統連系のための連系点スイッチの解列と投入を行い、交流ケーブル５４および交流組ケーブル５２を介して全てのＡＣモジュール５１と通信を行う装置である。また、制御装置５７は、いずれかのＡＣモジュール５１との通信ができない状態となった場合、有線または無線による別の通信系によって、ＡＣモジュール５１の内部情報を取り出し、後述する表示操作装置６１に、その時点での状況を表示する。さらに、制御装置５７は、通信が故障したＡＣモジュール５１を除外して、健全なＡＣモジュール５１の運転を再開する。
【００３７】
制御装置５７は、演算制御部５８を有しており、演算制御部５８には判定部５８Ａと、運転許可部５８Ｂを持つ。前述したようにＡＣモジュール５１は個別に故障監視を行って監視結果を制御装置５７に送信するが（段落００２５に記載）、判定部５８Ａは、ＡＣモジュール５１から監視結果を受け取り、ＡＣモジュール５１の動作健全性を判定する。運転許可部５８Ｂは、判定部５８Ａの判定結果に基づいてＡＣモジュール５１に運転許可を与える。
【００３８】
運転許可部５８Ｂは、判定部５８Ａの判定結果が次の（１）〜（５）のＡＮＤ条件であるとき、ＡＣモジュール５１に運転許可を与える（図４参照）。
（１）ＡＣモジュール５１の全数が異常なしであること。
（２）ＡＣモジュール５１の全数の通信が異常なしであること。
（３）ＡＣモジュール５１の全数が系統連系保護動作なしであること。
（４）上位サーバーから制御装置５７に停止指令がないこと。
（５）非常停止ボタン６０が全てＯＦＦであること。
【００３９】
また、ＡＣモジュール５１の故障監視の結果を受けた判定部５８Ａが、ＡＣモジュール５１に故障が発生したと判定した場合、運転許可部５８Ｂは、そのＡＣモジュール５１に運転許可を与えず、これを除外して他のＡＣモジュール５１に運転許可を与える。このとき、制御装置５７は運転不許可のＡＣモジュール５１に対し停止指令を送信する。また、制御装置５７は、通信入出力装置５９を有している。通信入出力装置５９は、通信ケーブル７０を介して表示操作装置６１と接続する。
【００４０】
（表示操作装置）
表示操作装置６１は、ネットワーク接続装置６２を介して上位インターネット６８と接続している。表示操作装置６１は、各ＡＣモジュール５１の動作状況や故障状況、故障したＡＣモジュール５１の屋根における位置、系統の状態などを表示し、整定値などの変更操作などを行う。
【００４１】
表示操作装置６１の表示画面内容としては、例えば、
（１）系統連系保護動作項目
（２）系統連系保護整定値
（３）発電電力
（４）発電電力量
（５）電圧上昇抑制動作中
（６）電圧上昇抑制動作時間
（７）操作端末タブレットの通信状況
（８）上位インターネット６８の通信状況
（９）ソフトウェアバージョン情報
（１０）非常停止ボタン６０発報
（１１）故障したＡＣモジュール５１の位置などがある。
【００４２】
また、操作画面内容としては、例えば、
（１）系統連系保護整定値の変更・確定
（２）電圧上昇抑制整定値の変更・確定
（３）その他設定項目の変更・確定などがある。
【００４３】
(住宅用分電盤)
次に住宅用分電盤６５の構成について説明する。住宅用分電盤６５は、電流検出器６６、漏電遮断器ＥＬＢ、負荷開閉器ＣＢ、安全のために２直列にしたコンタクターＣＴＴ、契約用電流制限器ＳＢを設けている。
【００４４】
このうち、電流検出器６６は、電力配電線系統への逆潮流電力を計測し、または逆潮流が電力会社との契約上行えない分散電源からの逆潮流が起こらないように分散電源を制御する。ＡＣモジュール５１から出力される交流電力は、住宅用分電盤６５の負荷開閉器ＣＢを介して住宅内の負荷機器に接続する。契約用電流制限器ＳＢには電力量計６７を接続し、住宅用分電盤６５は電力量計６７を介して電力配電線に接続、連系を行う。
【００４５】
(ＡＣモジュールの回路構成)
続いて、ＡＣモジュール５１の回路構成について図５を用いて説明する。図５はＡＣモジュール５１に固定されたマイクロインバーターの回路図の一例であって、太陽電池モジュール１の３つのサブストリング別に個別に、直流／交流変換する回路を構成した例である。
【００４６】
図５において、マイクロインバーターは、入力コンデンサー１１、リアクトル１２、スイッチング素子１３、ダイオード１４、コンデンサー１５、スイッチング素子１６、リアクトル１７、入力コンデンサー１８、障害ノイズ除去フィルター１９、サージ電圧除去素子２０および図示されていない制御回路で構成される。
【００４７】
ＡＣモジュール５１は、スイッチング素子１３を高速にＯＮ、ＯＦＦすると、リアクトル１２の電流が高速に断続するので両端に逆起電圧が発生し、この電圧がダイオード１４を介してコンデンサー１５を充電する。コンデンサー１５に充電された直流電圧をスイッチング素子１６で交流波形に変換し、リアクトル１７、コンデンサー１８で高調波を除去し、障害ノイズ除去フィルター１９およびサージ電圧除去素子２０の回路を経て交流電力を出力する。
【００４８】
(ＡＣモジュールと交流組ケーブルとの接続構造)
次に、ＡＣモジュールと交流組ケーブルとの接続構造について、図６を用いて説明する。図６に示すように、ＡＣモジュール５１は、その周囲に屋根材となる太陽電池フレーム３５を一体的に取り付けている。
【００４９】
ＡＣモジュール５１は、屋根材とＡＣモジュール機能を兼ねており、屋根材として用いることが可能な耐火性を持った建材型ＡＣモジュールである。ＡＣモジュール５１の上部には太陽電池表面ガラス３６を設置する。太陽電池表面ガラス３６は太陽電池セル（図４には不図示）を固定している。
【００５０】
太陽電池表面ガラス３６の背面側にはインバーター箱３７を固定する。このインバーター箱３７内に図５に示した回路構成を持つマイクロインバーターを組み込んでいる。インバーター箱３７には出力ケーブル３８を接続し、その端部には端子３９を設ける。この端子３９には集電ケーブル４０が接続されるようになっている。集電ケーブル４０は交流組ケーブル５２から延びている。
【００５１】
また、ＡＣモジュール５１は太陽電池フレーム３５の側面部に略Ｌ字状の嵌合部３５ｂを形成する。左右に隣接する太陽電池フレーム３５同士の間隙には固定レール４３を配置する。固定レール４３とは、ＡＣモジュール５１を屋根の野地板４１に固定するための部材であり、屋根の水流れ方向に沿って屋根の野路板４１の直上に設置する。この固定レール４３に対して左右から、太陽電池フレーム３５の嵌合部３５ｂを嵌め込むようになっている。
【００５２】
固定レール４３の上方にはダクト部４２を配置する。ダクト部４２は上部に開口部を形成し、交流組ケーブル５２を収納するためのスペースを有している。ダクト部４２および太陽電池フレーム３５の側面には集電ケーブル４０を通すための貫通穴４２ａおよび３５ａを形成している。
【００５３】
以上のような第１の実施形態では、交流組ケーブル５２をダクト部４２に収納しておき、交流組ケーブル５２から延びる集電ケーブル４０を、ダクト部４２側の貫通穴４２ａおよび太陽電池フレーム３５側の貫通穴３５ａから、ダクト部４２の外方に通す。そして、ダクト部４２から外に出した集電ケーブル４０を、端子３９に接続することでＡＣモジュール５１相互を並列に接続する。その後、太陽電池フレーム３５の嵌合部３５ｂを固定レール４３にはめ込み、この状態で固定ねじ４４によって固定レール４３を屋根の野地板４１に固定する。
【００５４】
さらに、ダクト部４２を固定レール４３上部に乗せ、固定ねじ４５にてダクト部４２を固定レール４３に固定する。このとき、固定ねじ４５は、太陽電池フレーム３５の嵌合部３５ｂおよび固定レール４３を貫通することで、ダクト部４２、太陽電池フレーム３５および固定レール４３を屋根の野地板４１に固定する。最後にダクト部４２の上部に、カバー部材としてふた４６をはめ込む。
【００５５】
上述したように、第１の実施形態では、まずダクト部４２に交流組ケーブル５２を収納し、交流組ケーブル５２を、集電ケーブル４０および端子３９を介してインバーター箱３７に接続し、その後、固定レール４３と共に太陽電池フレーム３５の嵌合部３５ｂおよびダクト部４２を野地板４１に固定する。これによって太陽電池フレーム３５に一体的に取り付けられたＡＣモジュール５１を、屋根に固定している。
【００５６】
[作用]
以上の構成を有する第１の実施形態では、ＡＣモジュール５１の交流電力が電力系統の交流電圧波形に同期して系統連系運転を行うことが可能である。また、ＡＣモジュール５１の交流電力は、外部または内部にある自走発振器からの信号によりＡＣモジュール５１相互の出力電圧の位相を互いに同期させて自立運転を行うことも可能である。
【００５７】
このようなＡＣモジュール５１において、太陽電池セル２の直列回路から３個のバイパスダイオード４の両端に印可される電圧は、バイパスダイオード４で個別に並列に接続されるインバーター回路で、交流電圧に変換して商用交流波形を生成する。この構成を用いると、太陽電池モジュール１内の太陽電池セル２の直列回路を、３つのサブストリングに分割し、各サブストリングの直流出力電力を、それぞれ交流電力に変換してから合成し、ＡＣモジュール５１から交流出力電力を得る。
【００５８】
［効果］
（１）発電効率の向上
以上のような第１の実施形態によれば、太陽電池モジュール１内のサブストリング単位で最大電力追従を行うことができる。したがって、ＡＣモジュール５１では、たとえサブストリングに影が掛かったとしても、サブストリング単位で最大電力追従を行うことで、直流から交流への変換に必要な下限値まで、直流電圧が低下し難くなる。その結果、直流を交流に変換するインバーター回路が動作不能に陥る可能性が低くなる。
【００５９】
上記のＡＣモジュール５１では、たとえ大きな影が掛かったとしても、その影響を極力抑えることができ、発電効率の向上を図ることができる。しかも、次の段で述べるように余長ケーブルが発生しないので、電力損失の発生を回避することができ、この点らも発電効率も良好となる。
【００６０】
ＡＣモジュール５１のメリットは、単独で商用電力系統に連系可能なので一部が故障した場合に健全なＡＣモジュール５１だけを電源として利用できる点にある。したがって、電力損失を極力抑えた本実施形態では動作可能なＡＣモジュールが１枚だけとなっても、十分な発電量を得ることが可能となり、先のメリットを十分に引き出すことができる。
【００６１】
（２）施工性の向上
また、本実施形態では、図２に示したように、ＡＣプルボックス５３に対しコネクター２７、２９を介して２段の交流組ケーブル５２ａ、５２ｂを接続するので、ＡＣプルボックス５３に交流組ケーブル５２ｂが近づくほど、通電電流が大きくなり、ケーブルの断面サイズが増えることになる。
【００６２】
本実施形態では、複数の交流組ケーブル５２を一括して接続するＡＣプルボックス５３を、必ず屋根またはその付近に設置するので、このＡＣプルボックス５３の位置を基準にし、交流組ケーブル５２の接続順序や、ＡＣモジュール５１の設置位置について、効率よく計画することができる。
【００６３】
したがって、屋根におけるＡＣモジュール５１の設置位置に応じて、交流組ケーブル５２の段数や長さを事前に決め易くなり、交流組ケーブル５２の長さの選択や手配が簡便になる。そのため、ダクト部４２に収納される交流組ケーブル５２の長さや段数は、固定レール４３の設定と同時に、予め決めておくことができ、ケーブルの余長分を発生させることはない。これにより、余長分の置き場所は不要となって、経済的にもスペース的にも効率がよくなり、ＡＣモジュール５１の設置工事の施工性を高めることができる。
【００６４】
しかも、第１の実施形態では、ダクト部４２内に交流組ケーブル５２を収納するため、任意の位置でダクト部４２内から交流組ケーブル５２を水平方向に延ばそうとする場合、野路板４１に固定した固定レール４３が、交流組ケーブル５２にぶつかることがなく、交流組ケーブル５２を水平方向に渡すことが可能である。したがって、交流組ケーブル５２の配線構成の自由度は格段に高くなり、ＡＣモジュールの設置工事の施工性は大幅に向上する。
【００６５】
（３）メンテナンス性の向上
また、第１の実施形態においては、ふた４６を外せば、ダクト部４２内に収納された交流組ケーブル５２がすぐに現れるので、交流組ケーブル５２のメンテナンス作業は容易である。さらに、固定ねじ４５を外すことで固定レール４３からダクト部４２および太陽電池フレーム３５を取り外し、交流組ケーブル５２の集電ケーブル４０を端子３９から外すことで、ＡＣモジュール５１を屋根から取り外すことも可能である。このとき、固定レール４３は固定ねじ４４によって屋根に取り付けられたままなので、ＡＣモジュール５１を再度取り付ける時も作業が容易であり、作業効率を高めることができる。
【００６６】
また、第１の実施形態においては、制御装置５７に接続した表示操作装置６１が、ＡＣモジュール５１の故障状況や、故障したＡＣモジュール５１の屋根における位置を表示するので、この表示を見た作業員は、屋根から外して確認すべきＡＣモジュール５１について、交換部品や工具など十分な準備を整えてから、実際に屋根に上ることができる。
【００６７】
さらには、ＡＣモジュール５１の表面側に取り付けた発光表示器６９が、ＡＣモジュール５１が故障中であることを示す発光色と、ＡＣモジュール５１が健全に動作中であることを示す発光色とを、別々の色で発光している。そのため、屋根に上がった作業員は発光表示器６９の発光色を見ただけで、ＡＣモジュール５１の動作状態を目視で簡単に判別することができる。したがって、作業員は、確認すべきＡＣモジュール５１を即座に見つけることができ、迅速にメンテナンス作業を実施することができる。
【００６８】
（５）操作性の向上
さらに、表示操作装置６１は上位インターネット６８に接続可能なので、上位のサーバーに運転情報を送る、或いは、上位のサーバーから運転および表示ソフトウエアのダウンロードを行って更新することも可能であり、使い勝手が良い。
【００６９】
（６）安全性の向上
第１の実施形態では、ＡＣ集電箱５５の外部から操作可能な位置に非常停止ボタン６０を設けたので、これを操作することで、非常時に際しては、連系コンタクター５６を解列して系統連系保護を図ると同時に、全ＡＣモジュール５１を即座に停止させることができる。したがって、火災などが起きて消防士が屋根から家屋に侵入しようとする場合でも、発電動作中のＡＣモジュール５１に感電するおそれがなく、緊急時の安全性を確保することができる。
【００７０】
［第２の実施形態］
[構成]
図７を用いて第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、上記第１の実施形態と同様の構成を有しており、交流組ケーブル５２に代替して、導体ブスバー７１を用いることに特徴がある。導体ブスバー７１は、表面を絶縁樹脂で被覆した銅またはアルミニウム製の部材である。この導体ブスバー７１に集電ケーブル４０が接続されている。
【００７１】
なお、図６に示した第１の実施形態では、固定ねじ４５が固定レール４３を貫通して屋根の野路板４１まで達している状態を示しているが、図７に示した第２の実施形態では、固定ねじ４５は野路板４１まで到達することなく、ダクト部４２および太陽電池フレーム３５を固定レール４３にだけ固定した構成である。
【００７２】
[作用および効果]
以上のような第２の実施形態では、導体ブスバー７１を用いることにより、ＡＣモジュール５１と交流組ケーブル５２との配線接続配作業に比べて、配線接続作業をより簡略化することができ、施工性がいっそう向上する。
【００７３】
［第３の実施形態］
[構成]
図８を参照して第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、導体ブスバー７１を用いる点は前記第２の実施形態と同様であるが、ダクト部４２の配置位置に特徴がある。すなわち、第３の実施形態では、ダクト部４２を固定レール４３の上方ではなく下方に配置する。このため、ダクト部４２は屋根の野地板４１の上部に位置する。なお、ダクト部４２および太陽電池フレーム３５の側面に集電ケーブル４０を通すための貫通穴４２ａおよび３５ａを形成する点は、図６に示した第１の実施形態と同様である。
【００７４】
第３の実施形態においては、ダクト部４２内に一対の導体ブスバー７１を収納してからダクト部４２を屋根の野地板４１上に配置し、導体ブスバー７１から延びる集電ケーブル４０を、ダクト部４２側の貫通穴４２ａおよび太陽電池フレーム３５側の貫通穴３５ａから、ダクト部４２の外に出す。そして、ダクト部４２の外に出した集電ケーブル４０を端子３９に接続することでＡＣモジュール５１相互を配線接続する。
【００７５】
その後、固定レール４３をダクト部４２の上に乗せ、太陽電池フレーム３５の嵌合部３５ｂを固定レール４３にはめ込み、この状態で固定ねじ４４により固定レール４３を屋根の野地板４１に固定する。さらに、ダクト部４２の上部に固定レール４３を乗せ、固定ねじ４５にて太陽電池フレーム３５を固定レール４３に固定する。最後にふた４６を挟み込んで固定する。
【００７６】
[作用および効果]
以上の第３の実施形態では、ダクト部４２を固定レール４３の上方ではなく下方に配置し、ここに導体ブスバー７１を収納するので、導体ブスバー７１に対して固定レール４３やふた４６がカバーとなって、ダクト部４２内の導体ブスバー７１付近に雨水などが浸入するおそれがない。したがって、優れた安全性を得ることができる。
【００７７】
［他の実施形態］
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものであって、以下のような他の実施形態を包含する。
【００７８】
（１）図９に示す導体ブスバー７２では、被覆の一部を除去した部分で、端子４８を介して集電ケーブル４９と電気接触して、ねじで固定している。
（２）図１０に示す導体ブスバー７３では、ブスバー状の集電幹線７３ａに集電ケーブル４０と端子３９を電気的に接続し、その全体を絶縁被覆５０で被覆している。
これらの実施形態では、ＡＣモジュール５１と導体ブスバー７２、７３との接続構造を、より簡略化することができ、更なる施工性の向上が望める。
【００７９】
（３）連系コンタクターや非常停止ボタンの設置数や設置箇所は適宜選択可能である。例えば、ＡＣプルボックス５３内に連系コンタクターや非常停止ボタンを設けてもよい。また、ＡＣプルボックス５３内にＡＣモジュール５１の動作を停止させるために直流コンタクターを設置することも可能である。これにより、屋根付近の作業員がＡＣプルボックス５３からＡＣモジュール５１を制御することができ、作業員の作業効率が向上する。
【００８０】
（４）ＡＣモジュール５１は建材型ＡＣモジュールとしたが、屋根材とは別部材からなるＡＣモジュールであってもよい。
（５）交流組ケーブル５２あるいは導体ブスバー７２、７３の段数は適宜変更可能であり、３段以上にして電力を集めてもよい。
【００８１】
（６）ＡＣプルボックス５３が受電するコネクターは１組でなく、複数組とし、複数組の交流組ケーブル５２を接続することも可能である。
（７）ＡＣモジュール５１を屋根に固定するための固定レールと、交流組ケーブル５２あるいは導体ブスバー７２、７３を収納するダクト部４２とは、一体的であってもよく、その配置方向は屋根の水流れ方向に限らず、水流れ方向と直交する方向であってもよい。
（８）ダクト部４２の上部に設けた開口部を塞ぐ部材としては、ふたに限らず、テープであってもよい。
【００８２】
（９）さらにＡＣモジュール５１の他の回路構成としては次のようなものが含まれる。
（９−ａ）
上記の図５に示したＡＣモジュール５１の回路は、直流電圧を昇圧した後に交流に変換するが、太陽電池モジュール１の直流側とマイクロインバーター出力の交流側の絶縁を持たない「非絶縁回路」である。これに対して、太陽電池モジュール１の直流側と、マイクロインバーター出力の交流側を絶縁する「絶縁回路」とすることも可能である。
【００８３】
例えば、図１１の回路例では、高周波絶縁変圧器２３を使ったサブストリング型マイクロインバーターを示している。図１１の回路構成を持つＡＣモジュール５１においては、コンデンサー１１に充電した電圧を、スイッチング素子１３で高周波電圧に変換し、この高周波電圧を、高周波絶縁変圧器２３を介して昇圧する。そして、昇圧した高周波電圧をダイオード２１で整流して直流に変換し、スイッチング素子１６で商用交流波形に変換する。
【００８４】
このような回路構成によれば、太陽電池モジュール１内の太陽電池セル２の回路と、交流回路とを絶縁することができる。そのため、交流回路への直流流出を原理的に無くすことができる。しかも、高周波絶縁変圧器２３の一次巻き線と二次巻き線の巻き数比を選択することが可能となる。したがって、マイクロインバーターと太陽電池モジュール１の組合せの自由度を上げることができる。
【００８５】
（９−ｂ）
高周波絶縁変圧器を用いるサブストリング型マイクロインバーターの回路には通常、ＭＯＳＦＥＴトランジスターに逆接続ダイオードが内蔵されている。そこで、この内蔵された逆接続ダイオードを、太陽電池モジュール１のバイパスダイオード４として用いることも可能である（図１２の回路図参照）。
【００８６】
つまり、このような回路構成とすることによって、太陽電池モジュール１に従来必要であったバイパスダイオード４を、サブストリング型マイクロインバーターのスイッチングトランジスタの逆接続ダイオードの機能で代替することができる。バイパスダイオード４は、電流が流れると、ダイオードの導通損失で決まる電流損失を生じて発熱し、長期の使用後に劣化の可能性がある。また、太陽電池モジュール１の出力電流がダイオードを通過する時の電圧降下分によって出力電圧が下がり、結果的に太陽電池モジュールの出力電力の損失が起こるおそれがある。
【００８７】
これに対して、従来のバイパスダイオード４を無くした回路構成を持つ実施形態によれば、回路を簡素化することができ、劣化と導通損失を抑えて、低コスト化を計ることができる。
【００８８】
（９−ｃ）
図１２は、３台の直流電圧昇圧回路の合成電流を一括して交流に変換する方式の構成を示す。この構成では、マイクロインバーター内で、直流から交流に変換するインバーター回路を１つとし、かつ高周波絶縁変圧器を使わないチョッパー回路としている。
【００８９】
このような回路構成によれば、回路をより単純化することができ、小型化および低価格化をさらに進めることができる。
【００９０】
（９−ｄ）
図１３は、３台の直流昇圧回路がそれぞれ高周波変圧器で絶縁する方式とし、かつ直流・交流変換を行うインバーター回路を１個とする場合の構成を示す。
【００９１】
このような回路構成によれば、太陽電池セル２の特性に起因する理由で、交流側と太陽電池セル２側を絶縁する必要がある場合に、高周波絶縁変圧器を有しながら、インバーター回路を共通１台とすることによって回路を単純化することができ、小型化および低価格化を実現することが可能である。
【００９２】
（９−ｅ）
図１４は、３台の直流昇圧回路がそれぞれ高周波変圧器で絶縁する方式で、かつ、サブストリングをバイパスするスイッチング素子またはダイオードを用いない場合の構成を示す。この回路構成では、上記の図１２に示した回路構成と同様、ＭＯＳＦＥＴトランジスターに内蔵された逆接続ダイオードを、太陽電池モジュール１のバイパスダイオード４として用いる。
【００９３】
これにより、劣化および導通損失の抑制を図り、回路の簡素化と低コスト化を実現することができる。
【００９４】
（９−ｆ）
図１５に示す回路構成では、３つのサブストリングから入力する電圧を、バイパスダイオード４が無い状態で、スイッチング素子１３を組み合わせた高周波のインバーター回路に入力する。そして、高周波変圧器２３を介してダイオード２１を組み合わせた整流回路で直流に変換し、スイッチング素子１６を組み合わせたインバーター回路で、交流に変換して、交流電力を出力する。
【００９５】
太陽電池モジュール１のサブストリングの１つ又は複数に影が掛かってサブストリングの出力電圧が得られない状態では、スイッチング素子１３には逆電圧が印可される。逆電圧は、この図には示されていない寄生ダイオードを介してバイパスが行われる。寄生ダイオードは、スイッチング素子１３に逆並列に接続されており、図１４におけるバイパス用素子と同様の働きをする。
【００９６】
このような回路構成とすることによって、太陽電池モジュール１に従来必要であったバイパスダイオード４を、サブストリング型マイクロインバーターのスイッチングトランジスタの逆接続ダイオードの機能で代替することができる。よって、従来のバイパスダイオード４を無くして、劣化と導通損失を抑えることができる、回路の簡素化ならびに低コスト化を計ることができる。
【００９７】
（９−ｇ）
図１６に示した回路構成は、図１５におけるダイオード２１とスイッチング素子１６で構成される整流・インバーター回路を１つの回路にまとめた構成である。
（９−ｈ）
図１７は図１６において高周波変圧器２３を一台にまとめた構成である。それぞれの働きは前に述べたものと同様である。
【００９８】
これらの回路構成とすることによって、整流・インバーター回路、さらには高周波絶縁変圧器の部品数を減らすことができ、サブストリング型マイクロインバーターの小型化、低コスト化を図ることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１      太陽電池モジュール
２      太陽電池セル
３      太陽電池モジュールブスバー
４      バイパスダイオード
５      端子箱
６      太陽電池出力ケーブル
７      太陽電池出力ケーブル端子
８      入力端子
９      出力端子
１０    ＡＣモジュール
１１、１８    入力コンデンサー
１２、１７    リアクトル
１３    スイッチング素子
１４    ダイオード
１５    コンデンサー
１６    スイッチング素子
１９    障害ノイズ除去フィルター
２０    サージ電圧除去素子
２３    高周波絶縁変圧器
２５、２７、２９    コネクター
３１、３３    端子台
３５    太陽電池フレーム
３６    太陽電池表面ガラス
３７    インバーター箱
３８    出力ケーブル
３９    端子
４０    集電ケーブル
４１    野路板
４２    ダクト部
４３    固定レール
４４、４５    固定ねじ
４６    ふた
５１    ＡＣモジュール
５２、５２ａ、５２ｂ    交流組ケーブル
５３    ＡＣプルボックス
５４、６３    交流ケーブル
５５    ＡＣ集電箱
５６    連系コンタクター
５７    制御装置
５８    演算制御部
５８Ａ  判定部
５８Ｂ  運転許可部
５９    通信入出力装置
６０    非常停止ボタン
６１    表示操作装置
６２    ネットワーク接続装置
６４    分散電源用ブレーカー
６５    住宅用分電盤
６６    電流検出器
６７    電力量計
６８    上位インターネット
６９    発光表示器
７０    通信ケーブル
７２、７３    導体ブスバー
【図１】
2015198508.tif 000003
【図２】
2015198508.tif 000004
【図３】
2015198508.tif 000005
【図４】
2015198508.tif 000006
【図５】
2015198508.tif 000007
【図６】
2015198508.tif 000008
【図７】
2015198508.tif 000009
【図８】
2015198508.tif 000010
【図９】
2015198508.tif 000011
【図１０】
2015198508.tif 000012
【図１１】
2015198508.tif 000013
【図１２】
2015198508.tif 000014
【図１３】
2015198508.tif 000015
【図１４】
2015198508.tif 000016
【図１５】
2015198508.tif 000017
【図１６】
2015198508.tif 000018
【図１７】
2015198508.tif 000019
【図１８】
2015198508.tif 000020
【図１９】
2015198508.tif 000021