(57)【要約】【課題】  パワーコンディショナに入力される直流電圧が高くなると太陽光パネル側に使用する開閉器は定格電圧の高いものへ変更しなければならず、高コストとなる。  コストアップさせずに入力される直流電圧が高いものへと対応できれば、より効率的な太陽光発電システムが達成できる。【解決手段】  太陽電池モジュールからの直流電力を変換して交流電力を生成する電力変換装置と、該太陽電池モジュールと前記電力変換装置とを接続する直流用開閉器と、を備え、前記直流用開閉器の配線はＰＮＰの順であることを特徴とするパワーコンディショナである。【選択図】図８
2016086493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールからの直流電力を変換して交流電力を生成する電力変換装置と、
該太陽電池モジュールと前記電力変換装置とを接続する直流用開閉器と、
を備え、
前記直流用開閉器の配線はＰＮＰの順であることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
請求項１記載のパワーコンディショナであって、
前記直流用開閉器の内部を電流が交互に流れるようにＲ相端子とＴ相端子を接続したことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項３】
請求項１記載のパワーコンディショナであって、
前記直流用開閉器の内部を電流が交互に流れるようにＳ相端子とＴ相端子を接続したパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止に向けたＣＯ２削減の国際的な取組みなど環境保全意識の高まりを背景に、太陽光発電システムの普及が拡大しつつある。
【０００３】
この太陽光発電システムにおいて、太陽の光エネルギーは太陽電池モジュールによって直流電力に変換され、この直流電力がパワーコンディショナによって交流電力に変換され、電力系統に接続され売電可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-129385号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パワーコンディショナに接続される太陽電池パネルは、大型化が進んでおり、直流電圧も高くなる傾向にある。また同じ出力容量としても、直流電圧を高くすることで電流が低減し、使用するケーブルの細経化が可能となる為、パワーコンディショナに入力される直流電圧は高くなる傾向がある。
【０００６】
直流電圧が高くなり、低圧の基準（DC600V）を超過した場合、太陽光パネル側に使用する開閉器は定格電圧の高いものへ変更しなければならない。
【０００７】
特許文献１（特開2011-129385号公報）には「アーク駆動力を高めることができる回路遮断器」として、「一対の脚部１７a、１７aを有するＵ字状の磁性体１７を固定接触子１の固定接点１aを取り囲むように配置し、かつ前記脚部１７a、１７aを前記接点間に発生したアーク５の両側に位置させるとともに、前記磁性体１７の脚部１７a、１７aに永久磁石１８を配置する」ことが開示されている。この先行技術文献によれば、アーク駆動力を高めることが可能となるが、開閉器が高コストとなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、太陽電池モジュールからの直流電力を変換して交流電力を生成する電力変換装置と、該太陽電池モジュールと前記電力変換装置とを接続する直流用開閉器と、を備え、前記直流用開閉器の配線はＰＮＰの順であることを特徴とするパワーコンディショナを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、コストを上げずに高い直流電圧まで運転が可能なパワーコンディショナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】パワーコンディショナの動作波形の説明図
【図２】本発明に係るパワーコンディショナの構成図
【図３】本発明に係るパワーコンディショナの開閉器接点部の説明図
【図４】従来のパワーコンディショナの直流側開閉器の接続状態の説明図
【図５】従来のパワーコンディショナの直流側開閉器内部の説明図
【図６】本発明に係るパワーコンディショナの直流側開閉器の接続状態の説明図
【図７】本発明に係るパワーコンディショナの開閉器内部の説明図
【図８】本発明に係るパワーコンディショナの内部配置図
【図９】本発明に係る第一の実施例における直流側開閉器周辺の配置図
【図１０】本発明に係る第二の実施例における直流側開閉器周辺の配置図
【図１１】本発明に係る第三の実施例における直流側開閉器周辺の配置図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、本発明に係るパワーコンディショナの構成図である。
【００１２】
一般的にパワーコンディショナ５は、太陽電池の出力を受けてこれを所定の交流に変換するインバータ８を備え、インバータ８の出力を変圧器６により系統電圧に変換し、電力系統４と接続される。パワーコンディショナ５は図1に示すように、太陽光パネル（太陽電池モジュール）１０の出力電圧1をインバータ８にて交流電圧2に変換し、出力している。太陽光パネル１０の出力電圧1は直流であるが、インバータ８で交流に変換し、変圧器６で系統電圧と同じ電圧3に変換する。
【００１３】
パワーコンディショナ５は、図2に示すようにインバータ８、フィルタ回路７、９、制御回路、昇圧回路を構成する変圧回路６、開閉器１３、１２、電磁接触器１１で構成される。
【００１４】
太陽光パネル10にて出力される電圧をインバータ8で高調波電圧を含む交流に変換し、交流リアクトル7、フィルタコンデンサ9からなるフィルタ回路にて高調波成分を除去し、変圧器6で系統4と同じ電圧へ変換する。系統と同じ電圧をパワーコンディショナ5で出力することにより売電が可能となる。太陽光パネル１０は日射により出力が増減し、夜間は出力しない。太陽光パネル１０の出力が低下した場合、電磁接触器11を解放し系統とインバータ８を切り離すことで運転を停止する。さらにパワーコンディショナ５が事故などの異常状態となった場合は、交流側開閉器１２、直流側開閉器１３を開放し、機器の保護を行う。直流側開閉器１３は直流電圧が日射により増減するが、直流電圧が最大となったとしても、安全に遮断する必要がある。直流開閉器は図4に示すように接続し、使用される。
【００１５】
パワーコンディショナ５に異常が発生し、太陽光パネル１０とパワーコンディショナ５を切り離そうとする場合、直流側開閉器１３を解放することになる。
【００１６】
図３は、本発明に係るパワーコンディショナの開閉器接点部の説明図である。通常では図３（ａ）に示すように固定接点14と可動接点15が接触し、導通を確保する。異常時には直流側開閉器を解放し、太陽光パネルとパワーコンディショナを切り離すが、その場合は図３（ｂ）で示すように固定接点14と可動接点15が離れる。その際は電流の慣性のため、アーク17が発生する。アーク17を消弧グリッド16へ導き、アーク17を継続するのに必要な電圧を太陽光パネルが発生している電圧以上に高めることで、アーク17を維持することができず消弧し、開閉器により太陽光パネルとパワーコンディショナが切り離される。したがって直流電圧が高くなるほど、消弧は困難になる。一般的には図4に示すような配線をし、接点を３重に通すなどをしているが、直流電圧が高くなることでさらに遮断が困難となる。その場合は消弧装置内の消弧グリッド16の枚数を増加するなどし、アークの維持を困難にすることになるが、機器の大型化、高コストにつながる。
【００１７】
以上のように、本願では、直流側開閉器への配線を変更することで消弧能力を拡大させることができる。図６は、本発明に係るパワーコンディショナの直流側開閉器の接続状態の説明図である。パワーコンディショナ内の直流側開閉器は通常では図6のように配線する。隣り合う極同士でアーク17の電流方向が同じか逆向きとなり、図5に示すようにアーク間にローレンツ力が働く。同じ方向同士では斥力18が働き、アーク間は遠ざかり、反対同士では引力19が働き、近づきあう。このようなアーク間に働くローレンツ力により、アーク17が消弧グリッド16へ誘導できず、アーク電圧が高くならないため消弧できない事態となる。またアーク間に引力が働いた場合は、周囲の絶物間の距離が近づくため、耐久性が劣り、規定の動作回数を満足できない事態となる。
【００１８】
図７は本発明に係るパワーコンディショナの開閉器内部の説明図である。隣り合う極同士では電流方向が逆向きとなり、アーク間にはともに引力19が働くが、反対側でも引力が働くため、バランスが取れ、アーク17間の距離は一定となる。アーク17と周囲の絶縁物も近づくことがなく、耐久性を脅かすこともなくなる。
【００１９】
以上のように本発明では、開閉器の配線方法を変更することで、直流電圧を上げることができる。
【実施例１】
【００２０】
実施例１について図を用いて説明する。
【００２１】
図8、９は、本発明に係る第一の実施例におけるパワーコンディショナ内部の直流側開閉器１３周辺の配置図である。図8は全体図、図9は直流開閉器周辺の配線部分のみを示している。
【００２２】
パワーコンディショナ内にはインバータ8、交流側開閉器12、直流側開閉器13が納められている。直流側開閉器１３の下側には太陽光パネルからの入力を受ける端子が設けられている。Ｐ側入力端子を直流側開閉器の右側下部にあるＴ相二次端子20に接続し、右側上部のＴ相一次端子21と左側下部にあるＲ相二次端子22をケーブルで接続する。さらに左側上部のＲ相一次端子23とインバータＰ端子を接続する。Ｎ側入力端子を中間下部にあるＳ相二次端子24と接続し、中間上部にあるＳ相一次端子25とインバータのＮ端子を接続する。
【００２３】
このように接続することで、太陽光パネルのＰ側から出力される電流が、直流側開閉器のＴ相端子を上側に流れ、さらにケーブルで接続されることによりＲ相も上側に流れる。一方、太陽光パネルのＮ側と接続されたＳ相は下側に電流が流れる。直流側開閉器内の電流は左からみると、上側、下側、上側と交互に流れる。アーク発生時に、アーク間には引力同士が働き、バランスが取れた状態となり、一部の絶縁物等を損傷することなく、直流電流を遮断することが可能となる。
【００２４】
したがって、通常の低圧で使用される開閉器を使用したとしても、高い直流電圧で稼働可能なパワーコンディショナを提供可能となる。
【００２５】
実施例では３極の開閉器を使用した例を示したが、当然４極のものを使用しても問題ない。
【実施例２】
【００２６】
第２の実施例について図を用いて説明する。
【００２７】
図１０は、本発明に係る第二の実施例における直流側開閉器周辺の配置図である。
【００２８】
Ｎ側端子をＴ相二次端子に接続し、右側上部のＴ相一次端子と左側下部にあるＲ相二次端子をケーブルで接続する。さらに左側上部のＲ相一次端子とインバータＮ端子を接続する。Ｐ側入力端子を中間下部にあるＳ相二次端子と接続し、中間上部にあるＳ相一次端子とインバータのＰ端子を接続する。このように接続することで、太陽光パネルのＰ側から出力される電流が、Ｓ相を上側に流れる。一方、太陽光パネルのＮ側と接続されたＲ相を下側に流れ、そのままケーブルで接続されＴ相を下側に流れる。
【００２９】
このような接続をすることで直流側開閉器内を上側、下側、上側と交互に流れる。
アーク発生時に、アーク間には引力同士が働き、バランスが取れた状態となり、一部の絶縁物等を損傷することなく、直流電流を遮断することが可能となる。
したがって、通常の低圧で使用される開閉器を使用したとしても、高い直流電圧で稼働可能なパワーコンディショナを提供可能となる。
【実施例３】
【００３０】
第３の実施例について図を用いて説明する。
【００３１】
図１１は、本発明に係る第三の実施例における直流側開閉器周辺の配置図である。
【００３２】
Ｐ側入力端子をＳ相二次端子に接続し、Ｓ相一次端子とＴ相一次端子を接続する。さらにＴ相二次端子をインバータＰ端子と接続する。Ｎ側入力端子をＲ相二次端子に接続しＲ相一次端子とインバータＰ端子を接続する。
【００３３】
このように接続することで、太陽光パネルのＰ側から出力される電流が、直流側開閉器のＳ相端子を上側に流れ、Ｔ相は下側に流れる。一方、太陽光パネルのＮ側と接続されたＲ相は下側に電流が流れる。直流側開閉器内の電流は左からみると、上側、下側、上側と交互に流れる。アーク発生時に、アーク間には引力同士が働き、バランスが取れた状態となり、一部の絶縁物等を損傷することなく、直流電流を遮断することが可能となる。
【００３４】
したがって、通常の低圧で使用される開閉器を使用したとしても、高い直流電圧で稼働可能なパワーコンディショナを提供可能となる。
【００３５】
実施例では３極の開閉器を使用した例を示したが、当然４極のものを使用しても問題ない。
【００３６】
以上のように、本願では、直流側開閉器への配線を変更することで消弧能力を拡大させることができる。パワーコンディショナ内の直流側開閉器は通常では図6のように配線する。隣り合う極同士でアーク17の電流方向が同じか逆向きとなり、図5に示すようにアーク間にローレンツ力が働く。同じ方向同士では斥力18が働き、アーク間は遠ざかり、反対同士では引力19が働き、近づきあう。このようなアーク間に働くローレンツ力により、アーク17が消弧グリッド16へ誘導できず、アーク電圧が高くならないため消弧できない事態となる。またアーク間に引力が働いた場合は、周囲の絶物間の距離が近づくため、耐久性が劣り、規定の動作回数を満足できない事態となる。
【００３７】
本発明では図7のように配線する。隣り合う極同士では電流方向が逆向きとなり、アーク間にはともに引力19が働くが、反対側でも引力が働くため、バランスが取れ、アーク17間の距離は一定となる。アーク17と周囲の絶縁物も近づくことがなく、耐久性を脅かすこともなくなる。
【００３８】
以上のように本発明では、開閉器の配線方法を変更することで、直流電圧を上げることができる。
【符号の説明】
【００３９】
1  太陽光パネルの出力電圧（ＤＣ）
2  インバータ出力電圧（ＡＣ）
3  系統電圧（ＡＣ）
4  系統
5  パワーコンディショナ
6  変圧器
7  交流リアクトル
8  インバータ
9  フィルタコンデンサ
10  太陽光パネル
11  電磁接触器
12  交流開閉器
13  直流開閉器
14  固定接点
15  稼働接点
16  消弧グリッド
17  アーク
18  アーク間に発生するローレンツ力（斥力）
19  アーク間に発生するローレンツ力（引力）
20  Ｔ相二次端子
21  Ｔ相一次端子
22  Ｒ相二次端子
23  Ｒ相一次端子
24  Ｓ相二次端子
25  Ｓ相一次端子
26  ケーブル
【図１】
2016086493.tif 000003
【図２】
2016086493.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016086493.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2016086493.tif 000009
【図８】
2016086493.tif 000010
【図９】
2016086493.tif 000011
【図１０】
2016086493.tif 000012
【図１１】
2016086493.tif 000013