JP2015008559A - 接続箱および太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】異常検出用の特別な回路を設けることなく出力電圧センサの異常を検出できる接続箱を提供することにより、接続箱の異常を容易に発見できる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール２をパワーコンディショナ３に接続するための接続箱４であって、昇圧回路４２と、昇圧回路４２の入力電圧センサ４４と、昇圧回路４２の出力電圧センサ４５と、昇圧回路４２の制御部４３とを有する昇圧ユニット４１を複数備えるものにおいて、各昇圧ユニット４１の制御部４３は、それぞれの出力電圧センサ４５の検出値と入力電圧が最大の昇圧ユニット４１の入力電圧とを比較して、その差が所定値以上であるときは当該昇圧ユニット４１の出力電圧センサ４５は異常であると判定し、ＬＥＤ４６を点灯動作させる。【選択図】図１

Description

この発明は接続箱および太陽光発電システムに関し、より詳細には、筐体内に複数の昇圧ユニットを備えた昇圧回路付きの接続箱と、当該接続箱を備えた太陽光発電システムに関する。

複数の太陽電池モジュールをパワーコンディショナ（系統連系インバータ装置）に接続する場合、各太陽電池モジュールとパワーコンディショナとの間には接続箱が備えられる（たとえば、特許文献１参照）。

この種の接続箱は、筐体内に昇圧回路を有する複数の昇圧ユニットを備えており、各太陽電池モジュールの出力がそれぞれ昇圧ユニットに接続されるようになっている。そして、出力電圧が最も高い太陽電池モジュールが接続された昇圧ユニット（つまり、入力電圧が最大の昇圧ユニット）は昇圧動作を行わない一方、その他の昇圧ユニットはそれぞれの出力電圧が上記最大の入力電圧と一致するように昇圧動作を行うように構成されており、複数の太陽電池モジュールの出力電圧が接続箱で揃えられてパワーコンディショナに入力されるようになっている。

ところで、このような構成の接続箱においては、上述した動作を行うために、各昇圧ユニットには、昇圧回路と、該昇圧回路の昇圧動作を制御する制御部と、昇圧回路への入力電圧を検出する入力電圧センサと、昇圧回路の出力電圧を検出する出力電圧センサとが備えられているが、回路の構成上、パワーコンディショナの運転がオン／オフいずれの場合であっても、太陽電池モジュールが発電していれば、各昇圧ユニットの出力電圧センサには電圧がかかってしまうため、オープン／ショート以外で出力電圧センサが異常な値を示す故障を検出することが困難であった。

特許第４４６８３７１号公報

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、異常検出用の特別な回路を設けることなく出力電圧センサの異常を検出できる接続箱を提供することにより、接続箱の異常を容易に発見できる太陽光発電システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の接続箱は、複数の太陽電池モジュールの出力をパワーコンディショナの入力端に接続するための接続箱であって、昇圧回路と、上記昇圧回路の入力電圧を検出する入力電圧センサと、上記昇圧回路の出力電圧を検出する出力電圧センサと、上記昇圧回路の制御部とを有する昇圧ユニットを複数備え、上記入力電圧センサで検出される入力電圧が最大となる昇圧ユニットの昇圧回路は昇圧動作を停止させる一方、その他の昇圧ユニットの昇圧回路はそれぞれの出力電圧を上記最大の入力電圧と一致させるように昇圧動作を行うように構成されたものにおいて、上記各昇圧ユニットの制御部は、それぞれの出力電圧センサの検出値と上記最大の入力電圧とを比較して、その差が所定値以上であるときは当該昇圧ユニットの出力電圧センサが異常であると判定する制御構成を備えていることを特徴とする。

この請求項１に記載の接続箱は、複数の太陽電池モジュールの接続に対応して複数の昇圧ユニットを備える接続箱では、各昇圧ユニットの出力電圧は、入力電圧が最も高い昇圧ユニットの入力電圧と一致するという特性を利用して、各昇圧ユニットの出力電圧センサに異常がないかを検出する。具体的には、各昇圧ユニットの制御部は、それぞれの出力電圧センサの検出値と入力電圧が最も高い昇圧ユニットの入力電圧とを比較し、両者の差が所定値以上であれば当該昇圧ユニットの出力電圧センサは異常であると判定する。したがって、この請求項１に記載の接続箱では、各昇圧ユニットの出力電圧センサの異常検出用として特別な回路を用いることなく、既存の昇圧ユニットの制御部のソフトウェアを変更するだけで出力電圧センサの異常を検出することができる。

本発明の請求項２に記載の接続箱は、請求項１に記載の接続箱において、上記各昇圧ユニットは、出力電圧センサが異常であると判定したときにその旨を報知する報知手段を備えていることを特徴とする。

この請求項２に記載の接続箱では、各昇圧ユニットに出力電圧センサの異常を報知する報知手段が備えられているので、出力電圧センサの異常が検出された昇圧ユニットを容易に判別・特定することができる。

本発明の請求項３に記載の太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムにおいて、上記各太陽電池モジュールをパワーコンディショナに接続するための接続箱として、請求項１または２に記載の接続箱を備えていることを特徴とする。

すなわち、この請求項３に記載の太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールをパワーコンディショナに接続するための接続箱に備えられる昇圧ユニットに出力電圧センサの異常を検出する機能が備えられているので、出力電圧センサの異常を容易に検出できる太陽光発電システムを提供することができる。

本発明によれば、既存の昇圧ユニットの制御部のソフトウェアを変更するだけで昇圧ユニットの出力電圧センサの異常を検出できるので、出力電圧センサの異常検出機能を備えた接続箱を安価に提供することができる。

また、各昇圧ユニットには、出力電圧センサの異常を報知する報知手段が備えられるので、出力電圧センサに異常がある昇圧ユニットを容易に判別・特定することができ、メンテナンス時などにおける故障特定を容易かつ迅速に行うことができる。

そして、本発明によれば、異常のある出力電圧センサに基づいた昇圧ユニットの制御（昇圧動作の制御）が解消されるので、太陽電池モジュールでの発電を無駄なく有効に利用できる太陽光発電システムを提供することができる。

本発明に係る接続箱を用いた太陽光発電システムの概略構成を示す回路ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る接続箱を用いた太陽光発電システム１の概略構成を示している。この太陽光発電システム１は、複数の太陽電池モジュール２と、これら太陽電池モジュール２で発電された電力を商用電源（たとえば、単相交流１００／２００Ｖ）などの電力系統Ｐに連系させるパワーコンディショナ３と、上記複数の太陽電池モジュール２の出力をパワーコンディショナ３に接続するための接続箱４とを主要部として構成されている。

太陽電池モジュール２は公知の太陽電池モジュール、すなわち、複数の太陽電池セルを所定枚配列してパッケージ化することによって構成されており、図示例では、４回路の太陽電池モジュール２ａ〜２ｄが備えられている。なお、この太陽電池モジュール２には、複数枚の太陽電池モジュールをグループ化した太陽電池ストリングも含まれる。

パワーコンディショナ３は、太陽電池モジュール２で発電された直流電力を電力系統Ｐに連系させるための系統連系インバータ装置であって、このパワーコンディショナ３の構成も公知である。すなわち、パワーコンディショナ３は、コンバータ回路部３１とインバータ回路部３２を主要部として備えており、太陽電池モジュール２で発電された直流電圧をコンバータ回路部３１で昇圧するとともに、インバータ回路部３２で電力系統Ｐに連系可能な交流電力に変換するように構成されている。

なお、図１において、３０はパワーコンディショナ３（具体的にはコンバータ回路部３１）の入力端子（入力端）を示しており、後述する接続箱４の出力がこの入力端子３０と接続されることによって、太陽電池モジュール２の出力が接続箱４を介してパワーコンディショナ３に入力されるようになっている。

接続箱４は、複数の太陽電池モジュール２の出力電圧を揃えてパワーコンディショナに入力するための装置であって、図示しない箱状の筐体内に複数の昇圧ユニット４１を収容することによって構成されている。すなわち、接続箱４内には、この接続箱４に接続する太陽電池モジュール２の回路数（図示例では、２ａ〜２ｄの４回路）と同数の昇圧ユニット４１（図示例では、４１ａ〜４１ｄの４回路）が備えられている。

各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄは、図１に示すように、いずれも同じ回路構成を備えている。具体的には、各昇圧回路４１ａ〜４１ｄは、それぞれ独立した電装基板（図示せず）上に配設されており、いずれも、昇圧回路４２と、この昇圧回路４２の昇圧動作を制御するマイコン（制御部）４３と、昇圧回路４２への入力電圧を検出する入力電圧センサ４４と、昇圧回路４２からの出力電圧を検出する出力電圧センサ４５と、出力電圧センサ４５の異常を報知する報知手段を構成するＬＥＤ４６とを備えている。

このように、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄとして同じ構成の回路を用いることにより、本実施形態の接続箱４では、製造コストの低減化が図られている。なお、以下の説明において、これら昇圧ユニット４１の構成品を昇圧ユニットごとに特定する場合には、昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄと同様に符号の末尾にａ〜ｄを付すものとする。

ここで、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄの構成についてより詳細に説明する。昇圧回路４２は公知の昇圧チョッパ回路で構成される。マイコン４３はこの昇圧チョッパ回路のスイッチング素子（図示せず）を制御するように構成されており、このマイコン４３によって昇圧回路４２の昇圧動作（昇圧動作の停止を含む）が制御されるようになっている。また、このマイコン４３は、上記昇圧動作の制御と関連して、他の昇圧ユニット４１のマイコン４３と通信可能に構成されており、他の昇圧ユニット４１への入力電圧（他の昇圧ユニット４１の入力電圧センサ４４の検出値）を取得できるようになっている。

入力電圧センサ４４は、昇圧回路４２の前段に配置され、太陽電池モジュール２から昇圧回路４２に入力される電圧を検出し、その検出結果をマイコン４３に入力するように構成されている。また、出力電圧センサ４５は、昇圧回路４３の後段に配置され、昇圧回路４２からの出力電圧を検出し、その検出結果をマイコン４３に入力するように構成されている。そして、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄは、この出力電圧センサ４５の後段で結線され、１つの出力としてパワーコンディショナ３の入力端子３０に接続されるようになっている。

ＬＥＤ４６は、マイコン４３によって点灯制御が行われるようになっている。具体的には、このＬＥＤ４６は、後述するマイコン４３による出力電圧センサ４５の異常判定処理において、出力電圧センサ４５が異常であると判定されたときに所定の点灯動作を行うように構成されている。

次に、このように構成された接続箱４の動作について説明する。
この接続箱４は、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄのマイコン４３ａ〜４３ｄが他の昇圧ユニット４１のマイコン４３との通信により他の昇圧ユニット４１への入力電圧を監視し、入力電圧が最大となる昇圧ユニット４１ａ（ここでは、太陽電池モジュール２ａの出力電圧が最も高いと仮定する。以下の説明でも同様とする。）のマイコン４３ａは、その昇圧回路４２ａの昇圧動作を停止させて、入力電圧をそのまま出力する。

一方、その他の昇圧ユニット４１ｂ〜４１ｄのマイコン４３ｂ〜４３ｄは、それぞれ昇圧回路４２ｂ〜４２ｄの出力電圧を、上記昇圧ユニット４１ａ（すなわち、入力電圧が最大の昇圧ユニット）の入力電圧と一致させるように昇圧動作の制御を行う。すなわち、その他の昇圧ユニット４１ｂ〜４１ｄは、入力電圧が最大の昇圧ユニット４１ａの入力電圧に合わせてＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御される。

ここで、この昇圧動作に関して、本実施形態では、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄのマイコン４３ａ〜４３ｄがそれぞれ独自に昇圧動作を開始するか否かを判断するように構成した場合を示したが、昇圧動作の開始／停止の判断は、いずれか１つの昇圧ユニット４１のマイコン４３に判断させるように構成することも可能である。要は、入力電圧が最大の昇圧ユニット４１の昇圧動作は停止し、その他の昇圧ユニット４１は入力電圧が最大の昇圧ユニットの入力電圧に一致するように昇圧動作を行うように構成されていればよい。

次に、このように構成された各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄにおける出力電圧センサ４５の異常判定処理について説明する。

本実施形態に示す接続箱４では、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄのマイコン４３ａ〜４３ｄは、それぞれ以下のようにして、自身の昇圧ユニット４１に搭載された出力電圧センサ４５に異常がないかを判定する。

すなわち、上述したように、本実施形態に示す接続箱４では、入力電圧が最大の昇圧ユニット４１ａは昇圧動作を行わないため、当該昇圧ユニット４１ａでは入力電圧（最大入力電圧）＝出力電圧となる。また、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄの後段は、上述したように、１出力となるように結線されているため、各昇圧ユニット４１ｂ〜４１ｄの出力電圧は、いずれも出力電圧＝上記最大入力電圧となるはずである。

一方、各昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄの各マイコン４３ａ〜４３ｄは、上述した昇圧動作の制御と関連して、最大入力電圧を把握している。

各マイコン４３ａ〜４３ｄは、このような既知の情報を用いて出力電圧センサ４５の異常を判定する。すなわち、各マイコン４３ａ〜４３ｄは、それぞれの出力電圧センサ４５の検出値と上記最大入力電圧とを比較し、その差があらかじめ設定した所定値以上であれば、当該昇圧ユニット４１の出力電圧センサ４５は異常であると判定する。一方、両者の差が上記所定値未満であれば出力電圧センサ４５は正常と判定する。

そして、この判定の結果、出力電圧センサ４５に異常があると判定したマイコン４３は、当該マイコン４３が点灯制御を行うＬＥＤ４６に所定の点灯動作（たとえば、ＬＥＤ４６の点灯継続）を行わせて、出力電圧センサ４５に異常がある旨を報知する。すなわち、上述したように、本実施形態では、昇圧ユニット４１は、それぞれ独立した電装基板上に配設されていることから、出力電圧センサ４５に異常がある昇圧ユニット４１の電装基板上にあるＬＥＤ４６のみが点灯動作を行うことになり、出力電圧センサ４５に異常がある昇圧ユニット４１を容易に判別・特定できるようになる。

このように、本発明に係る接続箱４を備えた太陽光発電システム１では、従来の接続箱に備えられる昇圧ユニット４１のハード構成は改変せず、昇圧ユニット４１のマイコン４３のソフトウェアのみを変更することにより、出力電圧センサ４５の異常の有無を判定できるようにしている。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、接続箱４に４回路の昇圧ユニット４１ａ〜４１ｄを備えさせた場合を示したが、接続箱４には複数の昇圧ユニット４１が備えられていればよく、たとえば、３回路や５回路の昇圧ユニットが備えられる構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、出力電圧センサ４５の異常を報知する報知手段として、ＬＥＤ４６を用いた場合を示したが、異常を報知可能な装置であればＬＥＤ以外の報知手段（たとえば、液晶表示器やブザーのような音響発生装置など）を用いることも可能である。

さらに、上述した実施形態では、出力電圧センサ４５の異常を報知する報知手段を各昇圧ユニット４１の電装基板上に配置した場合を示したが、報知手段は昇圧ユニット４１の電装基板とは独立して（たとえば、筐体の表面など）に配置するように構成することも可能である。

１ 太陽光発電システム
２，２ａ〜２ｄ 太陽電池モジュール
３ パワーコンディショナ
３１ コンバータ回路部
３２ インバータ回路部
４１，４１ａ〜４１ｄ 昇圧ユニット
４２，４２ａ〜４２ｄ 昇圧回路
４３，４３ａ〜４３ｄ マイコン（制御部）
４４，４４ａ〜４４ｄ 入力電圧センサ
４５，４５ａ〜４５ｄ 出力電圧センサ
Ｐ 電力系統

Claims (3)

1. 複数の太陽電池モジュールの出力をパワーコンディショナの入力端に接続するための接続箱であって、
   昇圧回路と、前記昇圧回路の入力電圧を検出する入力電圧センサと、前記昇圧回路の出力電圧を検出する出力電圧センサと、前記昇圧回路の制御部とを有する昇圧ユニットを複数備え、
   前記入力電圧センサで検出される入力電圧が最大となる昇圧ユニットの昇圧回路は昇圧動作を停止させる一方、その他の昇圧ユニットの昇圧回路はそれぞれの出力電圧を前記最大の入力電圧と一致させるように昇圧動作を行うように構成されたものにおいて、
   前記各昇圧ユニットの制御部は、それぞれの出力電圧センサの検出値と前記最大の入力電圧とを比較して、その差が所定値以上であるときは当該昇圧ユニットの出力電圧センサが異常であると判定する制御構成を備えていることを特徴とする接続箱。
2. 前記各昇圧ユニットは、出力電圧センサが異常であると判定したときにその旨を報知する報知手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の接続箱。
3. 複数の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電システムにおいて、
   前記各太陽電池モジュールをパワーコンディショナに接続するための接続箱として、請求項１または２に記載の接続箱を備えていることを特徴とする太陽光発電システム。

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