特集

太陽光発電用高機能・高効率
パワーコンディショナ

New Power Conditioner for Large-Scale Solar Power Systems

高野＊知宏

Tomohiro Takano

長谷部孝弥

松川Takaya Hasebe

満Mitsuru Matsukawa

国内における再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度（FIT）も導入から3年以上経ち、特に高価であった太陽光発電の調達価格は一段落しつつある。しかしながら、依然世界各地では様々な太陽光発電システムが導入されており、さらなる高機能化、コストダウンが要求されている。当社は国内向けに100～660kW単機容量をSOLARPACKシリーズとしてラインナップし、大規模太陽光システム（メガソーラー）の導入に貢献してきた。今後の顧客ニーズを満たすため、さらなる高効率化、機能改善、保守性の向上をめざし
SOLARPACKシリーズの新型機種であるスマートパワコンの開発を行った。
It has been three years since the Feed-in Tariff (FIT) for renewable energy was introduced in Japan. While a reasonable
number of solar power generation systems have started operation in Japan, functional improvement and cost reduction are
still required for solar power plants overseas. We have provided 100 to 660 kW solar inverters for domestic use, contributing
to the installation of megawatt-class solar power generators. Drawing on the expertise, we have developed a new solar
inverter to meet the needs of overseas customers.
キーワード：メガソーラー、3レベルインバータ、熱交換器

1.

緒

言

表1

将来の化石エネルギー枯渇、CO2 の増加による地球温暖化の問題を解決する方法として再生可能エネルギーの実用化が行われ、特に近年は太陽光発電の導入が急速に進んだ。その一方、再生エネルギーの急速普及に伴い余剰電力の発生や、配電系統の電圧上昇や不要解列が懸念されてい項目

発電停止を防ぐFRT機能※1などの高機能化も求められるよ

うになり、当社ではSOLARPACKシリーズでこれらの対様

660kW / 660kVA

入力回路数

2,6,12,16回路

直流
入力

定格電圧

DC550V

入力範囲

DC0～1000V

MPPT追従範囲

DC460～850V

相げるだけではなく、配電網の需要と供給のバランスにあわ上昇時に無効電力を注入する電圧上昇抑制機能、瞬低時の仕出力容量る。太陽光発電用パワーコンディショナには発電効率を上せて発電を抑制する出力制御機能への対応や、配電網電圧

スマートパワコン製品仕様数

定格電圧，周波数

交流
出力

力率

電流歪率
効率（定格出力時）

300V, 50/60Hz
0.95以上
総合5%以下、各次3%以下

最大効率

98.7%
自励式電圧型るための機能追加が求められつつも、発電に使用される顧スイッチング方式

高周波PWM方式

出力制御方式

出力電流制御形

絶縁方式

商用周波絶縁方式

連系保護

過電圧（OVR），不足電圧（UVR），周波数上昇（OFR），周波数低下（UFR），単独運転検出（受動的，能動的）

FRT機能

JEAC9701-2012準拠

プトを大幅に見直し、新たにスマートパワコンと銘打った系統安定化機能製品を開発したのでここに紹介する。

力率一定制御機能，電圧上昇抑制機能

出力制御機能あり

通信方式

RS-485，MODBUS

冷却方式

冷却ファン，熱交換器 併用ハイブリッド方式立性）などが高まるようになっており、提供メーカーとしては無視できない。
こういったニーズに応えるため、いままでの設計コンセ

2.

スマートパワコンの製品仕様

表1に今回開発したスマートパワコンDC1000V/660
kW器の仕様、図1に内部構成図、写真1に外観を示す。
DC入力電圧範囲はDC0～1000V、定格出力可能なMPPT

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太陽光発電用高機能・高効率パワーコンディショナ

その他

定格出力／力率1.0設定時
定格電流比

97.8%（JISC8961）

主回路方式

イズ障害など電磁波による周辺への影響回避（電磁環境両考三相3線策技術を開発してきた。しかしながら、電力系統を保護す客のニーズは発電・メンテナンスコストの低減、ラジオノ備

実力値／力率1.0／DC460V時
3レベルインバータ方式

設置場所

屋外

外形寸法

W3580 × D1650 × H1950

連系トランスは含まず3350kg

連系トランスは含まず

質量

重耐塩，塵害対応

範 囲 をDC460～850Vと し、DC入 力 を2,6,12,16回 路方式入力のラインナップを用意した。また、SOLARPACKシ
リーズで顧客からご好評いただいている、

AC側波形回路構成+Vc/2インバータ①DC集電機能内蔵

AC

Vc 0

３レベル

0－Vc/2②制御電源の外部供給が不要+Vc/2③屋外盤の別途購入が不要

Vc

２レベル

④EMC ※2 フィルタ標準搭載

AC

0－Vc/2といった特徴を継承している。

図2 インバータの波形比較

太陽電池~DC1000V

３レベルインバータ(330kW x 2台）
Ｘ

LCﾌｨﾙﾀ

EMC

EMCﾌｨﾙﾀ通信機器

ﾌｨﾙﾀ連系
トランス 系統Ｘ

98.598.0

制御
電源

コント
ローラ

効率(%)
99.097.5

スマートパワコン
660kW品

熱交換器①50Hz_550Vdc_効率②60Hz_550Vdc_効率

97.096.5

図1

内部構成図

96.095.595.0

出力電力
（Ｗ）
0100k200k

図3300k

400k

500k

600k 660k

効率特性（DC550V時）

次に、盤内の冷却装置をエアコンから熱交換器に変更したので開発の要点を説明する。熱交換器は、パワーコン
ディショナ筐体内・外の温度差を利用して熱交換素子とファンにより筐体外へ熱を排出する。エアコンがコンプレッサとファンにより冷却を行うのに対し、熱交換器はファンの写真1

外観み動作するため消費電力を低減することができる。
しかしながら、熱交換器を採用する課題として、エアコンと異なり筐体内発熱部をピンポイントで冷却できないた

3.

高効率化

太陽電池の電圧を系統へ潮流するためにインバータを用

め局部発熱により部品が破損しないように注意しなければならない点がある。当社では盤内ファン循環経路の入念な設計と検証を行った。また、図4に示すように3レベルイいるが、スマートパワコンでは3レベルインバータを採用した。図2に通常の2レベルインバータとの変換時の波形の相違を示す。図2の通り3レベルインバータは2レベル

スマートパワコン

インバータに対しスイッチング時の電圧波高値が半分にな機器からの排熱器ることで、スイッチング損失とスイッチング時のノイズを低減することができる。また、インバータのスイッチング前面波形を平滑して正弦波に変換するためにLCフィルタが必

熱交換器

熱交換器で内部発熱分を放出要となるが、3レベルインバータではこのLCフィルタのリアクトルを通過するリプル電流※3 が低減するために鉄損による発熱を大幅に抑えることができる。これらの効果によ

外気
ファンり、装置運転範囲における最大効率は98.7％（DC460Vインバータヒートシンクを外気で冷却時）を得られ、現行品より0.3％向上した。図3に装置効率カーブを示す。

図4

ハイブリッド方式による冷却2017 年 1 月・S E I テクニカルレビュー・第 190 号

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ンバータ部の損失（熱）を外気で強制風冷する空間を分離可能となった。システム提供メーカーとして各種データのして作り、そこで排熱するようにし（ハイブリッド冷却方蓄積を行っている。

式）、熱交換器容量の低減を図った。ハイブリッド冷却方式は当社現行品でもすでに採用されており、今までの経験が活かせている。以上の冷却装置の変更により、新製品ではエアコンを使用した当社現行品に対し、補機の消費電力を60％低減（フル冷却時）することができた。

4.

保守性の向上スマートパワコンでは高効率化だけではなく、以下のように保守性向上，メンテナンス費用低減をはかっている。
①扱いやすさ：現行品に対し筐体高さを2/3程度に抑えることで、定期点検時の目視確認や、メンテナンス部品の交換を行いやすくした。
②長寿命部品の採用： 現行品ではファン設計寿命が5年と短く、エアコンの交換費用が高くなることから顧客の写真2 フィールド実証設備外観負担が重かったが、スマートパワコンでは長寿命ファン採用により寿命を10年とし、かつエアコンレスとしたことでメンテナンス費用を削減することができた。
③遠 隔監視機能の強化： 図5に社内検証中の画面を示

6.

結言す。当社が遠隔監視を行うメリットとして、スマート新たに開発したパワーコンディショナの仕様と特徴につパワコンの内部データをモニタリングできる機構を備いて紹介を行った。今後、太陽光パワーコンディショナとえていることにある。これにより発電や故障情報のみしてのラインナップの充実のほか、電力安定化の適用技術ならずスマートパワコンの内部情報もあわせて分析す開発を行っていく所存である。

ることにより、寿命の推測や故障発生時の迅速な対応が行えるようになる。
用 語 集 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー※1

FRT

Fault Ride Throughの略。電力系統に大量の再生可能エネルギーなどが接続された場合には系統擾乱により系統解列が発生し電力品質に多大な影響を与える可能性がある。
FRT機能は系統擾乱時にもパワーコンディショナの運転を継続し電力品質を維持するために役立てるもの。
※2

EMC

Electro Magnetic Compatibilityの略。電磁環境両立性とも呼ばれる。パワーコンディショナが運転する際のスイッチングノイズ（電磁波）などで他機器の動作を阻害する電磁妨害を生じないこと、またパワーコンディショナ自図5

遠隔モニタリング画面身の動作が阻害されない電磁感受性を持つこと。
※3

5.

フィールド実証設備の構築

リプル電流

パワーコンディショナはインバータが出力する矩形波の電圧をLCフィルタで正弦波に平滑処理した上で、系統に連

当 社 で は 長 期 検 証 を 行 う 目 的 で、 自 社 前 橋 製 作 所 の系する。LCフィルタのリアクトルには原理上、矩形波周波550kW実証システムにスマートパワコンを適用し、運用を数のリプル電流が発生する。通常、リプル電流は高周波で開始した。写真2に設備の風景を示す。この設備により、従あるため他機器の動作を障害したり、部品や配線材の損失来の工場試験に加え、太陽電池と組み合わせた長期検証が増大につながる場合がある。

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・SOLARPACK およびスマートパワコンは日新電機㈱の登録商標です。

参 考 文 献（1）「太陽光発電用パワーコンディショナの効率測定方法」
、日本工業規格、JISC8961（2） 山田真也、小林猛 他、「メガソーラー用パワーコンディショナの開発」、
日新電機技報 Vol.54（通巻 132 号）、p.47-52（2009年）（3） 小 林猛、長瀬只雄、「100kW パワーコンディショナの海外認証取得」、
日新電機技報 Vol.56 No.2（通巻137号）、p.43-48（2011年）（4） 松 川満、「大容量パワーコンディショナの複数台連系について」、電気設備学会学会誌4月号、p.284-288（2011年）（5） 小 林猛、松川満、「大容量太陽光パワーコンディショナの開発」、SEIテ
クニカルレビュー第182号、p.22-26（2013年）

執筆

高野者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
知 宏＊ ：日新電機㈱主査

新エネルギー事業部

長谷部孝弥：日新電機㈱主幹

松川：日新電機㈱ 新エネルギー事業部部長
技術士（電気・電子部門）

満新エネルギー事業部----------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

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