JP2012231645A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部の温度や外気の温度に合わせて送風機の送風量を変化させることで、発熱部の効率的な冷却を図りつつ、消費電力や騒音を抑制することのできるパワーコンディショナを得ること。
【解決手段】パワーコンディショナ１００は、壁面に取り付けられて、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路を備えるパワーコンディショナであって、直交変換回路を内部に収容する本体と、本体の内部に設けられて発熱する発熱部と、本体の外部の気温を検知する外気温検知部と、発熱部の温度を検知する発熱部温度検知部と、本体の内部で発熱部周辺の空気を流動させて発熱部を冷却する送風ファンと、外気温検知部に検知された外部の気温と、発熱部温度検知部に検知された発熱部の温度とに基づいて、送風ファンによる送風量を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽光発電システムに用いられ、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナに関する。

従来、太陽光発電システムに用いられ、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナが用いられている。パワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換するために直交変換回路を備えている。直交変換回路には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やリアクトルなどのパワー素子が設けられる。パワー素子は、パワーコンディショナの稼働中に発熱する。

パワー素子は、発熱によって高温になりすぎると破壊されてしまうおそれがある。そのため、例えば特許文献１には、送風ファンを用いてパワー素子の周辺の空気を流動させて、パワー素子の冷却を図る技術が開示されている。

特開２００４−３５７４７４号公報

しかしながら、上記従来技術によれば、パワー素子の温度や外気の温度に関わらず送風ファンを運転することで、無駄に電力を消費したり、騒音が発生したりしてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱部の温度や外気の温度に合わせて送風機の送風量を変化させることで、発熱部の効率的な冷却を図りつつ、消費電力や騒音を抑制することのできるパワーコンディショナを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、壁面に取り付けられて、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路を備えるパワーコンディショナであって、直交変換回路を内部に収容する本体と、本体の内部に設けられて発熱する発熱部と、本体の外部の気温を検知する外気温検知部と、発熱部の温度を検知する発熱部温度検知部と、本体の内部で発熱部周辺の空気を流動させて発熱部を冷却する送風ファンと、外気温検知部に検知された外部の気温と、発熱部温度検知部に検知された発熱部の温度とに基づいて、送風ファンによる送風量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、発熱部の温度や外気の温度に合わせて送風機の送風量を変化させることで、発熱部の効率的な冷却を図りつつ、消費電力や騒音を抑制することのできるパワーコンディショナを得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナの外観斜視図である。 図２は、パワーコンディショナが備える直交変換回路を示す図である。 図３は、パワーコンディショナの内部構成を模式的に示した図である。 図４は、制御回路と送風ファンとサーミスタとの接続例を示す図である。 図５は、パワー素子の温度と外部の気温の時間的推移を示す図である。 図６は、図５に示す温度の推移における送風ファンの運転状態を示す図である。 図７は、パワー素子の温度と外部の気温の時間的推移を他の例として示す図である。 図８は、図７に示す温度の推移における送風ファンの運転状態を示す図である。 図９は、パワー素子の温度と外部の気温の時間的推移をさらに他の例として示す図である。 図１０は、図９に示す温度の推移における送風ファンの運転状態を示す図である。 図１１は、図９，１０に示すように送風ファンの風量を制御する場合の手順を説明するフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態にかかるパワーコンディショナを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナの外観斜視図である。図２は、パワーコンディショナが備える直交変換回路を示す図である。図３は、パワーコンディショナの内部構成を模式的に示した図である。図４は、制御回路と送風ファンとサーミスタとの接続例を示す図である。

パワーコンディショナ１００は、本体１、直交変換回路３、外気温検知用サーミスタ（外気温検知部）７、発熱部温度検知サーミスタ（発熱部温度検知部）８、送風ファン９、制御回路１０を備えて構成される。

本体１は、パワーコンディショナ１００の外郭を構成する。本体１には、内部に外気を取り込むための取り入れ口１ａと、内部の空気を外部に吐き出すための吐き出し口１ｂとが形成されている。本実施の形態では、本体１の側面と底面とに２つの取り入れ口１ａが形成され、本体１の側面に１つの吐き出し口１ｂが形成されている。

直交変換回路３は、本体１の内部に収容される。直交変換回路３は、昇圧部４、インバータ部５、フィルタ部６を有する。図２に示すように、太陽光発電用のパワーコンディショナ１００は、太陽電池５０の発電電圧を昇圧部４で昇圧し、インバータ部５で交流に変換し、フィルタ部６で波形を整えて商用系統に出力する。

図３に示すように、直交変換回路３の一部には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やリアクトルなどのパワー素子（発熱部）２が用いられる。パワー素子２は、パワーコンディショナ１００の稼働中に発熱し、高温になりすぎると破壊されてしまう場合がある。

外気温検知用サーミスタ７は、本体１の外部の気温を検知する。図３に示すように、外気温検知用サーミスタ７は、本体１の取り入れ口１ａの近傍に設けられる。取り入れ口１ａの近傍に外気温検知用サーミスタ７を設けることで、本体１に取り込まれる空気の温度を検知することができる。検知された外気の気温に関する情報は制御回路１０に送られる。

発熱部温度検知サーミスタ８は、発熱部としてのパワー素子２の温度を検知する。例えば、パワー素子２に直接接触するように設けられて、パワー素子２の温度を検知する。検知されたパワー素子２の温度に関する情報は制御回路１０に送られる。

送風ファン９は、本体１の内部に設けられて、直交変換回路３（パワー素子２）の周囲の空気を流動させる。具体的には、本体１の取り入れ口１ａから外気を取り入れて吐き出し口１ｂから吐き出させる。

直交変換回路３の周囲の空気を流動させることで、パワー素子２からの放熱効率の向上を図ることができ、熱源部としてのパワー素子２を冷却することができる。なお、パワー素子２の温度よりも外部の気温が低いほうが放熱効率が高まり、パワー素子２を冷却する効果も高まる。

送風ファン９は、制御回路１０に制御されることで、送風量が小風量となる弱運転と、送風量が大風量となる強運転と、停止状態とに切替えられる。直交変換回路３の周囲の空気がより多く流動する強運転のほうが、弱運転よりもパワー素子２を冷却する効果が高くなる。

制御回路１０は、本体１の内部に設けられる。制御回路１０は、外気温検知用サーミスタ７に検知された外部の気温と、発熱部温度検知サーミスタ８に検知されたパワー素子２の温度とに基づいて、送風ファン９の運転を制御する。以下、制御回路１０による送風ファン９の制御について、より具体的に説明する。

図５は、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０の時間的推移を示す図である。図６は、図５に示す温度の推移における送風ファンの運転状態を示す図である。図５に示す例では、パワー素子２の温度ｔ１が時間の経過とともに上昇している。しかし、外部の気温ｔ０が比較的高い温度で推移しているため、最初はパワー素子２の温度ｔ１のほうが外部の気温ｔ０よりも低く、時間の経過にしたがってパワー素子２の温度ｔ１のほうが外部の気温ｔ０よりも高くなる。このような温度の推移は、比較的温度の高い夏期に見られることが多い。

そして、制御回路１０は、外部の気温ｔ０よりもパワー素子２の温度ｔ１のほうが低い場合（図６に示すＡ領域）には、送風ファン９に小風量での運転をさせるか、または送風ファン９の運転を停止させる。

Ａ領域では、パワー素子２の温度ｔ１が低いので、パワー素子２の冷却の必要性が低い。また、外部の気温ｔ０よりもパワー素子２の温度ｔ１のほうが低いので、外気による冷却の効率が低い。そのため、送風ファン９に小風量での運転をさせるか、または送風ファン９の運転を停止させることで、パワー素子２の冷却よりも消費電力や騒音の抑制を優先させている。

制御回路１０は、外部の気温ｔ０よりもパワー素子２の温度ｔ１のほうが高い場合（図６に示すＢ領域）には、送風ファン９に大風量での運転をさせる。Ｂ領域では、パワー素子２の温度ｔ１が高いので、パワー素子２を冷却する必要性が高い。また、外部の気温ｔ０よりもパワー素子２の温度ｔ１のほうが高いので、外気による冷却の効率も高くなる。そのため、送風ファン９に大風量での運転をさせて、パワー素子２の効率的な冷却を図っている。

図７は、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０の時間的推移を他の例として示す図である。図８は、図７に示す温度の推移における送風ファンの運転状態を示す図である。図７に示す例では、パワー素子２の温度ｔ１が時間の経過とともに上昇している。しかし、外部の気温ｔ０が比較的低い温度で推移しているため、常にパワー素子２の温度ｔ１のほうが外部の気温ｔ０よりも高くなる。このような温度の推移は、比較的温度の低い冬期に見られることが多い。

そして、制御回路１０は、外部の気温ｔ０とパワー素子２の温度ｔ１との差が、予め定められた閾値ｘ以下である場合（図８に示すＣ領域）には、送風ファン９に小風量での運転をさせるか、または送風ファン９の運転を停止させる。

Ｃ領域では、パワー素子２の温度ｔ１が低いので、パワー素子２の冷却の必要性が低い。また、外部の気温ｔ０がパワー素子２の温度ｔ１よりも低いものの、外部の気温ｔ０とパワー素子２の温度ｔ１との差が小さいため、外気による冷却の効率が低い。そのため、送風ファン９に小風量での運転をさせるか、または送風ファン９の運転を停止させることで、パワー素子２の冷却よりも消費電力や騒音の抑制を優先させている。

制御回路１０は、外部の気温ｔ０とパワー素子２の温度ｔ１との差が、予め定められた閾値ｘよりも大きい場合（図８に示すＤ領域）には、送風ファン９に大風量での運転をさせる。Ｄ領域では、パワー素子２の温度ｔ１が高いので、パワー素子２を冷却する必要性が高い。また、外部の気温ｔ０がパワー素子２の温度ｔ１よりも低く、外部の気温ｔ０とパワー素子２の温度ｔ１との差が大きいため、外気による冷却の効率も高くなる。そのため、送風ファン９に大風量での運転をさせて、パワー素子２の効率的な冷却を図っている。

図９は、パワー素子の温度ｔ１と外部の気温ｔ０の時間的推移をさらに他の例として示す図である。図１０は、図９に示す温度の推移における送風ファンの運転状態を示す図である。図９，図１０では、図６，図８で示した制御を組み合わせて送風ファン９を制御する。

より具体的には、パワー素子２の温度ｔ１が外部の気温ｔ０よりも高い場合であっても、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０との差が閾値ｘ以下である場合（図１０に示す領域Ｅ）には、制御回路１０は、送風ファン９に小風量での運転をさせるか、または送風ファン９の運転を停止させる。すなわち、外部の気温ｔ０とパワー素子２の温度ｔ１との差が小さく、外気による冷却の効率が低い場合には、消費電力や騒音の抑制を優先させた制御を行っている。

なお、例えばパワー素子２の温度ｔ１がパワー素子破壊温度上限値に所定値以上近づいた場合には、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０との差に関わらず送風ファン９を大風量で運転させるように構成してもよい。パワー素子２の温度ｔ１がパワー素子破壊温度上限値に所定値以上近づいた場合には、冷却の効率よりもパワー素子２を冷却することを最優先に送風ファン９を制御して、パワー素子２の破壊防止を図ることができる。

図１１は、図９，１０に示すように送風ファンの風量を制御する場合の手順を説明するフローチャートである。まず、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０とを比較し（ステップＳ１）、パワー素子２の温度ｔ１が外部の気温ｔ０よりも低い場合には（ステップＳ２，Ｎｏ）、送風ファン９を小風量で運転させるか、運転を停止させる（ステップＳ３）。

パワー素子２の温度ｔ１が外部の気温ｔ０よりも高い場合には（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０との差と閾値ｘとを比較する（ステップＳ４）。

パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０との差が閾値ｘ以下であれば（ステップＳ５，Ｎｏ）、送風ファン９を小風量で運転させるか、運転を停止させる（ステップＳ６）。パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０との差が閾値ｘよりも大きければ（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、送風ファン９を大風量で運転させる（ステップＳ７）。

以上説明したように、パワーコンディショナ１００では、パワー素子２の温度ｔ１と外部の気温ｔ０とに基づいて、送風ファン９の送風量を制御することで、発熱部の効率的な冷却を図りつつ、消費電力や騒音の抑制を図ることができる。

なお、パワーコンディショナ１００に、夏期と冬期を設定するスイッチ（図示せず）を設けてもよい。この場合、ユーザーに設定された夏期、冬期の設定に基づいて、制御回路１０は、図６に示す制御を行うか、図８に示す制御を行うかを決定するように構成すればよい。

以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナは、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナに有用であり、特にパワー素子などの発熱部を備えるパワーコンディショナに適している。

１ 本体
１ａ 取り入れ口
１ｂ 吐き出し口
２ パワー素子（発熱部）
３ 直交変換回路
４ 昇圧部
５ インバータ部
６ フィルタ部
７ 外気温検知用サーミスタ（外気温検知部）
８ 発熱部温度検知サーミスタ（発熱部温度検知部）
９ 送風ファン
１０ 制御回路
５０ 太陽電池
１００ パワーコンディショナ

Claims (3)

1. 壁面に取り付けられて、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換回路を備えるパワーコンディショナであって、
   前記直交変換回路を内部に収容する本体と、
   前記本体の内部に設けられて発熱する発熱部と、
   前記本体の外部の気温を検知する外気温検知部と、
   前記発熱部の温度を検知する発熱部温度検知部と、
   前記本体の内部で前記発熱部周辺の空気を流動させて前記発熱部を冷却する送風ファンと、
   前記外気温検知部に検知された外部の気温と、前記発熱部温度検知部に検知された前記発熱部の温度とに基づいて、前記送風ファンによる送風量を制御する制御部と、を備えることを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記制御部は、前記外部の気温が前記発熱部の温度よりも高い場合に小風量で前記送風ファンを運転させ、前記外部の気温が前記発熱部の温度よりも低い場合に大風量で前記送風ファンを運転させることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記制御部は、前記外部の気温が前記発熱部の温度よりも低い場合であって、前記外部の気温と前記発熱部の温度との差が予め定められた閾値よりも大きい場合に大風量で前記送風ファンを運転させることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナ。

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