(57)【要約】  【課題】  太陽光発電システムの電力変換装置において、電子部品の故障などにより部品が発熱した場合に、発熱による基板やその他の部品のダメージから発火等の二次的な災害が発生しないようにより安全に停止することが出来る電力変換装置を提供すること。  【解決手段】  太陽電池１と電気的に接続され、この太陽電池１の発電した直流電力を交流電力に変換し、この太陽電池１を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置２であって、この電力変換装置２に実装された複数の電子部品の温度を測定する温度測定手段３と、電力変換装置２と太陽電池１との電気的な接続を切断する切断部４とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、切断部４で電力変換装置２と太陽電池１との電気的な接続を切断するようにした。  【選択図】  図１
2005268258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と電気的に接続され、前記太陽電池の発電した直流電力を交流電力に変換し、前記太陽電池を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置に実装された電子部品の温度を測定する温度測定手段と、前記電力変換装置と前記太陽電池との電気的な接続を切断する切断部とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、前記切断部で前記電力変換装置と前記太陽電池との電気的な接続を切断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
並列接続された複数の太陽電池と電気的に接続され、前記複数の太陽電池の発電した直流電力を交流電力に変換し、前記複数の太陽電池を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置に実装された電子部品の温度を測定する温度測定手段と、前記電力変換装置と前記複数の太陽電池の各々との電気的な接続を切断する各々の切断部とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、前記温度が高くなるのにしたがって前記電力変換装置と電気的に接続する太陽電池の数を減らすように制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール等の直流電源から得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽エネルギーを電気エネルギーへ光電変換できる太陽電池が発電し、出力する直流電力を系統連系インバータなどの電力変換装置にて交流電力に変換し、太陽電池を商用電力系統と連系する系統連系システムが実用化されている。
【０００３】
図２は従来の系統連系システムの形態を示す構成図、図３は従来技術における発熱部品の周辺部がダメージを受けた場合に起こる二次災害の一例を模式的に説明する図である。
【０００４】
図２に示すように、従来技術における系統連系システムにおいては、太陽電池１にて太陽エネルギーを電気エネルギーに光電変換し、ここで発生し、出力した直流電力は、電力変換装置２にて例えば交流電圧が２００Ｖの交流電力に変換される。また、太陽電池１は電力変換装置２を通して、商用電力系統６とは連系接続されている。また、商用電力系統には商用負荷が接続されるので、電力変換装置２からの出力電力は商用電力系統に売電されたり、商用負荷にて消費される。
【０００５】
一般に電力変換装置２は、太陽電池１にて発電された直流電力の直流電圧を異なる直流電圧に変換する直流電圧変換回路７と、この直流電圧変換回路７にて電圧変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路８とから構成されており、これに保安装置を組みあわせ、負荷と商用電力系統６に電気的に接続して連系運転を行っている。
【０００６】
前述した保安装置としてはブレーカーや温度ヒューズなどが挙げられるが、これらが動作する前に異常状態を検知すべく、多くの異常検出回路が備えられており、異常検出回路により異常を検出した場合には保護動作として電力変換装置２の出力を抑制したり、あるいは停止したりして、致命的な故障に至らないようにしている。
【０００７】
例えば、電力変換装置２にて使用される平滑コンデンサーの経年劣化を検出し、電力変換装置２の出力を抑制して電力変換し続けることにより、太陽電池１の電力を有効利用し、更に劣化が進みコンデンサーが故障であると判断した場合には、電力変換装置２を停止し、電力変換装置２と商用電力系統６との間に切断部を設け、この切断部で電力変換装置２と商用電力系統６を隔離してシステムの運転を停止するものもある（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６５３５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、通常の太陽光発電システムに備えられる電力変換装置２は、異常を検出した場合、警報を鳴らしたり、電力変換装置２の出力を停止したり、太陽電池１の発電電力の入力を制限して保護を行うものであり、動作の継続を前提としたものではなかった。
【０００９】
また、例えば、電力変換装置２に実装された電子部品が雷サージにより高い電圧あるいは大きい電流を急激に受けた場合、前記電子部品が故障して発熱し、その温度上昇を検出して異常と判断し、保護動作を行ったとしても、温度上昇を検出するまでに既に図３のように、周辺部分が焦げる等して絶縁劣化をおこす等の可能性がある。そうした場合、異常を検出して電力変換装置２の出力を停止したとしても、太陽電池１と電力変換装置２の配線は接続されたままの状態であるため、前記絶縁劣化した場所に太陽電池１の電力配線があった場合には電力が印加され続けることによって、絶縁劣化した部分に電流が流れてその部分が発熱し、さらには発火して二次災害を起こす恐れがある。これはプリント基板等が加熱により炭化すると絶縁耐圧が低下し電流を流すようになることや、基板自身に自己消火性があっても電力が印加され続ける間は延焼が続く現状、さらに発熱部分の近くの電線や部品が加熱されることによる発火は電力変換装置２を停止させるだけでは回避できないからである。
【００１０】
また、電力変換装置２の平滑コンデンサーの部品故障を検出し、保護を行うために電力変換装置２の出力を停止するものもあるが、特許文献１ではコンデンサー以外の部品については述べられておらず、また、コンデンサーの故障時に運転を停止すると述べられているが、安全に停止する方法について具体的には何ら述べられていないのである。
【００１１】
そこで、本発明の太陽光発電システムの目的は、電力変換装置が異常により発熱した場合に、より安全に停止させることが出来るとともに、動作の継続も可能とする太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電力変換装置は、太陽電池と電気的に接続され、太陽電池と電気的に接続され、前記太陽電池の発電した直流電力を交流電力に変換し、前記太陽電池を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置に実装された電子部品の温度を測定する温度測定手段と、前記電力変換装置と前記太陽電池との電気的な接続を切断する切断部とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、前記切断部で前記電力変換装置と前記太陽電池との電気的な接続を切断するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の電力変換装置は、並列接続された複数の太陽電池と電気的に接続され、前記複数の太陽電池の発電した直流電力を交流電力に変換し、前記複数の太陽電池を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置に実装された電子部品の温度を測定する温度測定手段と、前記電力変換装置と前記複数の太陽電池の各々との電気的な接続を切断する各々の切断部とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、前記温度が高くなるのにしたがって前記電力変換装置と電気的に接続する太陽電池の数を減らすように制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電力変換装置によれば、太陽電池と電気的に接続され、前記太陽電池の発電した直流電力を交流電力に変換し、前記太陽電池を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置に実装された電子部品の温度を測定する温度測定手段と、前記電力変換装置と前記太陽電池との電気的な接続を切断する切断部とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、前記切断部で前記電力変換装置と前記太陽電池との電気的な接続を切断するようにしたことで、例えば雷サージ等により部品が突然故障して発熱し、部品の急激な温度上昇があった場合、あるいは、各温度測定手段で温度測定を行っている部品の周辺部品の故障により周辺が発熱した場合等で、各温度測定手段にて温度上昇を検知した時点で既に周辺が焦げて絶縁劣化等のダメージを受けていた場合、異常を検出して出力を停止しただけでは、太陽電池から電力が供給されたままとなり、ダメージを受けた部分から発熱して延焼してしまう可能性がある。そのような時でも、太陽電池の全入力ラインを切断し、太陽電池からの電源供給を切断することにより、他の部品或いは回路基板の延焼による二次災害を防ぎ、安全な状態で電力変換装置を停止することが出来る。
【００１５】
また、本発明の他の電力変換装置によれば、並列接続された複数の太陽電池と電気的に接続され、前記複数の太陽電池の発電した直流電力を交流電力に変換し、前記複数の太陽電池を負荷系統もしくは商用電力系統に電気的に接続して連系運転を行う電力変換装置であって、前記電力変換装置に実装された電子部品の温度を測定する温度測定手段と、前記電力変換装置と前記複数の太陽電池の各々との電気的な接続を切断する各々の切断部とを備え、前記温度が所定の温度を超えた場合に、前記温度が高くなるのにしたがって前記電力変換装置と電気的に接続する太陽電池の数を減らすように制御を行うようにしたことで、温度上昇を検出した場合にすべての太陽電池を一度に切断するのではなく、温度測定手段の測定値が部品故障で太陽電池を全て切断する必要があると判断される温度よりも少し低い温度を検出した時点で、太陽電池の切断を一台ずつ段階的に行い、温度上昇部への電力供給を抑制して温度上昇部の温度を下げ、電力変換を行い続けることにより、異常発生時から故障修理までに太陽電池の電力を利用し続けることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態の一例を、模式的に図示した図に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る太陽光発電システムの実施形態を示す概略回路構成図である。
【００１８】
図１に示すように、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池１（太陽電池モジュールもしくは太陽電池アレイより構成される）で発電された直流電力は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２に入力される。電力変換装置２は太陽電池１の発電した直流電力の直流電圧を異なる直流電圧に変換する直流電圧変換回路７と、この直流電圧変換回路７にて電圧が変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路８とから構成されており、太陽電池１の発電電力を交流負荷などに供給もしくは電力会社などの商用電力系統６に逆潮流を行う。
【００１９】
電力変換装置２に用いられる直流電圧変換回路７はリアクトル９、半導体スイッチ素子１０、ダイオード１１、平滑コンデンサー１２及び半導体スイッチ素子１０を制御する出力制御回路１３によりチョッパ回路を構成し、電圧変換が行われる。
【００２０】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路８は、複数の半導体スイッチ素子から成るブリッジ回路１４と、リアクトルと、コンデンサーから成るフィルタ回路１５とから成り、太陽電池１から得られた直流電力が直流電圧変換回路７により電圧変換され、直流電圧変換回路７の出力部より出力された直流電力をさらに正弦波の商用交流波形に変換される。
【００２１】
このインバータ回路８の出力部から出力された交流電力は商用電力系統６及び照明器具や冷蔵庫などの商用電力負荷に電気的に接続されており、照明器具や冷蔵庫などの商用電力負荷への電力を供給し、もしくは、商用電力系統６への売電が行われる。また、負荷への電力を供給しながら、余った電力を商用電力系統６への売電もできる。
【００２２】
次に、電力変換装置２の動作について説明する。
【００２３】
直流電圧変換回路７においては、太陽電池１の発電した直流電力の直流電圧が入力され、出力制御回路１３により半導体スイッチ素子１０が高速にオン、オフ制御される。半導体スイッチ素子１０のオン時、リアクトル９には電気エネルギーが蓄積され、半導体スイッチ１０のオフ時に前記電気エネルギーがダイオード１１を通り平滑コンデンサー１２に出力され、太陽電池１の発電した直流電力の直流電圧とは異なる直流電圧に変換することが可能となる。
【００２４】
なお、直流電圧変換回路７の入力電圧の変化に対応して出力電圧を調節できるようにするため、半導体スイッチ素子１０は変換電圧に応じてパルスのデューティーをコントロールするＰＷＭ方式により制御するのが望ましい。また、変換出力された直流電圧はインバータ回路８が効率よく作動する電圧値であることが望ましい。
【００２５】
一方、入力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路８の入力側に入力された直流電力は、ブリッジ回路１４の高速スイッチング動作によるＰＷＭ（パルス幅変調）制御が行われ、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）であるフィルタ回路１１を通すことにより、正弦波の交流電圧出力が得られる。
【００２６】
インバータ回路８の出力側に出力された交流電力はモーターや照明などの交流機器である負荷に供給されるが、太陽電池１の発電電力量が負荷電力量を上回る場合は、余った電力を商用電力系統６に逆潮流させて売電を行う。
【００２７】
ここで、例えば、電力変換装置２内部に実装された電子部品が雷サージによる故障や部品不良により半導体スイッチング素子１０が発熱したとすると、通常、電力変換装置２は異常を検出した時、危険な状態であると判断した場合は保護動作として電力変換装置２の出力を停止する。しかし、半導体スイッチング素子１０の発熱を検出した時に、既にその周辺が焦げていたりした場合は出力を停止したとしても、焦げてダメージを負った場所によっては太陽電池１からの出力電力が供給され続け、発火等の二次災害につながる可能性がある。
【００２８】
そこで、例えば、半導体スイッチング素子１０付近に温度測定手段３を設け、この温度測定手段３が検知した温度上昇情報が制御部５に入力されるようにする。この温度測定手段としては例えば、熱電対を用いることができる。また、例えば、上記熱電対をエポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、もしくは合成ゴム系接着剤を用いて温度が上昇しやすい部品に貼り付ければその部品の温度を測定することができる。
【００２９】
この制御部５は入力された温度情報と、予め入力されている半導体スイッチング素子１０の定格温度情報とを比較し、危険と判断される規定値に温度が接近していると判断すると切断部４を切断し、太陽電池１からの全ての出力電力を切断する。
【００３０】
切断部４についてはリレー、リモートコントロールブレーカーなどのスイッチング手段を用いることができる。
【００３１】
このようにすることで、太陽電池１からの出力電力供給が切断され、発熱により既に他の部分がダメージを受けていた場合、例えば基板のパターンが焦げて絶縁劣化していたり、また電子部品がショート状態で故障していたりした場合でも発火等の二次災害を防ぐことができ、安全に電力変換装置を停止することができる。
【００３２】
また、入力された温度情報と、予め入力されている半導体スイッチング素子１０の定格温度情報とを比較するときに、危険と判断される規定値に温度が接近していると判断するレベルを何段階かに分け、まず温度上昇の危険レベルへの接近の第一段階では切断部４ａを切断し、太陽電池１ａからの電力供給を減らすことにより、半導体スイッチング素子１０へ流す電力を減少させ、発熱している半導体素子の温度を下げるようにする。
【００３３】
またこの時、表示等により発熱の異常があったことを知らせると好適である。この状態でそれ以上の温度の上昇が生じなければ、この状態を維持して太陽電池１ｂおよび１ｃの発電電力の電力変換を継続するので、異常発熱の原因調査や修理が行われるまでの期間も発電電力が無駄にならないようにすることができる。また、大規模な落雷等の天災で機器の一部に異常が生じ、しかも迅速なメンテナンスが期待できないような災害時においても電力を確保することができる。
【００３４】
一方、切断部４ａだけを切断しても温度が下がらない場合は、さらに切断部４ｂを切断し、太陽電池１ｂからの出力電力供給をさらに減らして温度を下げるように制御する。そして最後の切断部４ｃだけになっても温度上昇が止まらない場合は、それ以上の動作は機器に重大な損傷を与えるものと判断し、切断部４ｃを切断して太陽電池１からの出力電力を全て切断することによって、電力変換装置２内に一切の電力源が無いようにし、基板の焼損などの故障が原因であってもそれ以上の延焼等に太陽電池１の電力が係らないようにすることが出来る。
【００３５】
なお、上述した制御部５に予め入力される発熱部品の定格温度情報には、定格温度範囲や絶対最大定格などを用いるが、温度限界近くで電子部品を使用すると寿命が短くなるので、危険と判断される規定値は温度マージンを加味したものとするのが望ましい。
【００３６】
また、前記規定値の格納場所としては直接データ入力を行う方法やＲＯＭに書き込んだものを挿入する方法を用いると、部品の仕様変更や代替品への交換にも容易に対応することが出来る。
【００３７】
また、温度が上昇しやすい部品としては例にあげた半導体スイッチング素子１０（トランジスタやＦＥＴ）以外にもブリッジ回路１４やリアクトル９、フィルタ１５などがあるので、温度センサー３の数を増やして制御部５に入力される温度データにこれらの情報も加味されるようにするのが望ましい。
【００３８】
さらに、経年変化により自己発熱が増加するコンデンサー１２などのような通常使用において発熱の危険を有するものも監視下におくことによって経年変化で消耗部品の交換時期が近づいた場合にも、前もって症状の発生が確認され、しかも交換部品の到着まで入力電力の制限によって安全に運転が継続される。
【００３９】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるいろんな種類の回路構成を用いた場合や、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る太陽光発電システムの実施形態を示す概略回路構成図である。
【図２】従来の系統連系システムの形態を示す構成図である。
【図３】従来技術における発熱部品の周辺部がダメージを受けた場合に起こる二次災害の一例を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、１ａ〜１ｃ：太陽電池
２：電力変換装置
３：温度検出手段
４、４ａ〜４ｃ：切断部
５：制御部
６：商用電力系統
７：直流電圧変換回路
８：インバータ回路
９：リアクトル
１０：半導体スイッチ素子
１１：ダイオード
１２：平滑コンデンサー
１３：出力制御回路
１４：ブリッジ回路
１５：フィルタ回路
【図１】
2005268258.tif 000003
【図２】
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【図３】
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