JP5730700B2 - パワーコンディショナ装置および太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、パワーコンディショナ装置および太陽光発電システムに関する。

太陽光発電システムには、太陽電池のほか、太陽電池により発電された直流電力を交流電力に変換（ＤＣ／ＡＣ変換）するパワーコンディショナ装置が用いられる。このパワーコンディショナ装置は屋外に設置されることが想定されるが、その場合、装置内の機器を冷却するために装置内に吸気される冷却空気に含まれる粉塵が基板に付着し、ショート等により故障の原因となるおそれがある。

従来、冷却空気の流路について様々な形態のものが開示されている。例えば、特許文献１では、電子ユニット４の温度を制御するための冷却用の流路形成手段が開示されている。この流路形成手段は、電子ユニット４に設けられた仕切り板５１，６１と、ケース３に設けられ、仕切り板５１，６１と当接し、シール領域を形成する仕切り受け板５２，６２とを備えたものとして構成されている。このように、シール領域を設けることで、流路から冷却風が流出すること等を防止し、温度制御性能の低下を抑制する。

特開２００９−２００２３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷却用の流路手段を設けた場合においても、冷却風に含まれる粉塵が基板に付着することは避けられず、装置の故障を引き起こす問題は解決されない。特に、基板に挿入実装された電子部品の端子が半田付けされる面（以下、「はんだ面」という。）に粉塵が付着することにより、端子間のショート等が発生するおそれが高まるという問題がある。

そこで、本発明は、はんだ面などの所定の領域に冷却風が当たらない構造を有するパワーコンディショナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るパワーコンディショナ装置は、
電子部品が実装された実装面、および前記電子部品の端子が半田付けされたはんだ面を有する基板と、前記基板の両端部を挟むように対向して配置された吸気板および排気板とを備え、前記吸気板は、前記基板の前記実装面上に冷却風を通し、かつ前記基板の前記はんだ面に冷却風を通さない位置に設けられた吸気口を有し、前記排気板は、前記基板の前記実装面上を通った冷却風を排気する排気口を有することを特徴とする。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記基板とは別の基板をさらに備え、
前記別の基板は、その両端部が前記吸気板と前記排気板とに挟まれ、かつ、そのはんだ面が前記基板の前記はんだ面に対向するように設けられてもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記吸気板は、前記別の基板の前記実装面上に冷却風を通し、かつ前記別の基板の前記はんだ面に冷却風を通さない位置に設けられた吸気口を有し、
前記排気板は、前記別の基板の前記実装面上を通った冷却風を排気する排気口を有してもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記排気口の近傍に設けられ、前記基板の前記実装面上を通った冷却風を吸引排気するファンをさらに備えてもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記ファンは、前記別の基板の前記実装面上を通った冷却風を吸引排気してもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記吸気板と前記排気板は、平行に配置されていてもよい。

本発明の一態様に係るパワーコンディショナ装置は、
電子部品が実装された実装面、および前記電子部品の端子が半田付けされたはんだ面を有する基板と、前記基板の前記実装面に沿って設けられた、冷却風の流路となる冷却風流路部と、前記基板の両端部を挟むように対向して配置された吸気板および排気板とを備え、
前記冷却風流路部は、基部と、前記基部から延びる放熱フィンとを含む複数のヒートシンクを有するとともに、前記複数のヒートシンクの前記放熱フィン同士が向かい合うように組み合わせたものとして構成され、前記吸気板は、前記冷却風流路部の一端の開口に対向する位置に設けられた吸気口を有し、前記排気板は、前記冷却風流路部の他端の開口に対向する位置に設けられた排気口を有することを特徴とする。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記基板の前記実装面に実装され、かつ、前記冷却風流路部の外壁に接合された電子部品をさらに備えてもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記冷却風流路部に接合された電子部品と前記冷却風流路部との間には、放熱シートが介装されてもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記放熱シートは、絶縁性の材料からなり、前記冷却風流路部の外壁に接合された電子部品のリード部と、前記冷却風流路部とを絶縁してもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記基板とは別の基板をさらに備え、
前記別の基板は、その両端部が前記吸気板と前記排気板とに挟まれ、かつ、そのはんだ面が前記基板の前記はんだ面に対向するように設けられてもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記排気口の近傍に設けられ、前記基板の前記実装面上および前記冷却風流路部内を通った冷却風を吸引排気するファンをさらに備えてもよい。

前記パワーコンディショナ装置において、
前記吸気板は、前記基板の前記実装面上に冷却風を通し、かつ前記基板の前記はんだ面に冷却風を通さない位置に設けられた吸気口をさらに有し、
前記排気板は、前記基板の前記実装面上を通った冷却風を排気する排気口を有してもよい。

本発明の一態様に係る太陽光発電システムは、
本発明によるパワーコンディショナ装置に直流電力を供給する太陽電池と、
前記パワーコンディショナ装置から供給される交流電力を変圧する変圧装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明の第１の態様に係るパワーコンディショナ装置は、電子部品が実装された実装面と、電子部品の端子が半田付けされたはんだ面とを有する基板と、この基板の両端部を挟むように対向して配置された吸気板および排気板とを備える。そして、吸気板は、基板の実装面上に冷却風を通すが、基板のはんだ面には冷却風を通さない位置に設けられた吸気口を有し、また、排気板は、基板の実装面上を通った冷却風を排気する排気口を有する。このような構成により、吸気口から流入した冷却風は、基板の実装面上を通って排気口から流出し、はんだ面に当たることはない。このため、パワーコンディショナ装置内に吸気される空気に含まれる粉塵が基板のはんだ面に付着することを防止することができる。その結果、パワーコンディショナ装置の性能低下や故障を防止することができる。

本発明の第２の態様に係るパワーコンディショナ装置は、第１の態様と同様の基板、及び、この基板の両端部を挟むように対向して配置された吸気板および排気板を備え、さらに、基板の実装面に沿って設けられた冷却風の流路となる冷却風流路部を備える。吸気板は、冷却風流路部の一端の開口に対向して設けられた吸気口を有し、排気板は冷却風流路部の他端の開口に対向して設けられた排気口を有する。これにより、吸気板の吸気口から流入した冷却風は、冷却風流路部の開口に流入し、冷却風流路部の内部の流路を通った後、排気板の排気口から外部に流出する。この冷却風流路部は、基部と、この基部から延びる放熱フィンとを有する複数のヒートシンクを有し、これら複数のヒートシンクの放熱フィン同士が向かい合うように組み合わせたものとして構成されている。冷却風流路部を通る冷却風が放熱フィンから熱を吸収することにより、冷却風流路部がその外壁から熱を吸収して基板に実装された電子部品の発熱を抑制する冷却作用が増大する。

このように、本発明の第２の態様によれば、基板上の電子部品を効率的に冷却できるとともに、基板のはんだ面だけでなく実装面にも冷却風を当てることなく、基板上の電子部品を冷却することができる。このため、冷却風に含まれる粉塵が基板のはんだ面および実装面に付着することが防止され、パワーコンディショナ装置の性能低下や故障を防止することができる。

本発明の実施形態に係るパワーコンディショナ装置のＤ／Ｄ部の斜視図である。 吸気板を取り外した状態における、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナ装置のＤ／Ｄ部の斜視図である。 パワーコンディショナ装置の筐体、および該筐体の中に設置されたＤ／Ｄ部およびファンの側面図である。 （ａ）は電子部品および冷却風流路部が実装された基板の上面図であり、（ｂ）は当該基板の右側面図であり、（ｃ）は当該基板の下側面図である。 太陽光発電システムの概略的な構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。

（太陽光発電システム）
まず、図５を用いて、パワーコンディショナ装置を含む太陽光発電システムの構成について説明する。図５に示すように、太陽光発電システム５００は、パワーコンディショナ装置１００と、このパワーコンディショナ装置１００に直流電力（例えばＤＣ２００〜５００Ｖ）を供給する太陽電池２００とを備える。パワーコンディショナ装置１００は、太陽電池２００から供給された直流電圧を三相交流（例えば２００Ｖ）に変換して出力する。この交流電力は、パワーコンディショナ装置１００の出力端と接続された変圧装置３００により高圧（例えば６６００Ｖ）に変圧されて商用配電網に供給される。

（パワーコンディショナ装置）
次に、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナ装置について説明する。

図１は、本実施形態に係るパワーコンディショナ装置１００のＤ／Ｄ部１の斜視図を示している。図２は、吸気板４０を取り外した状態のＤ／Ｄ部１の斜視図を示している。図３は、パワーコンディショナ装置１００の筐体２の中に設置されたＤ／Ｄ部１およびファン７０の側面図を示している。なお、図１〜図３においては、後述の放熱シート１７、パワーＭＯＳＦＥＴ１８およびダイオード１９は図示していない。

Ｄ／Ｄ部１は、入力した直流電圧をＤＣ−ＡＣコンバータで交流電圧に変換し、変換された交流電圧を所定の交流電圧に変圧する機能を有する。図１に示すように、Ｄ／Ｄ部１は、ＤＣ−ＡＣコンバータを含む基板１０と、交流電圧を所定の電圧に変圧するためのトランスを含む基板２０と、吸気口となる開口部が設けられた吸気板４０と、排気口となる開口部が設けられた排気板５０と、冷却風の流路となる冷却風流路部６０と、を備えている。

基板１０および基板２０は、両端部（上下２つの端部１０ｅ，２０ｅ）が吸気板４０と排気板５０とに挟まれていており、互いのはんだ面が対向するように背中合わせに配置されている。

即ち、基板１０および基板２０は、スペーサ（図示せず）を介して、所定の間隔で平行に設けられている。なお、図３に示すように、基板１０と基板２０の間には、絶縁性のシートである絶縁板３０が挿入されている。

図２に示すように、基板２０の実装面には、コンデンサ等の電子部品２１、および交流電圧を変圧するためのトランス２２が実装されている。

吸気板４０および排気板５０は、図１に示すように、基板１０の両端部（２つの端部１０ｅ）を挟むように対向して平行に配置されている。

吸気板４０は、図１に示すように、吸気口４１及び４２を有する。吸気口４１は、外部からの冷却風を冷却風流路部６０に流すために、冷却風流路部６０の一端の開口に対向する位置に設けられている。吸気口４２は、冷却風を基板１０の実装面上に通し且つ基板１０のはんだ面には通さない位置に設けられている。即ち、吸気口４２は、吸気板４０が基板１０に固定された状態において基板１０の実装面側（図１では左下側）に設けられる。

排気板５０は、図２に示すように、排気口５１及び５２を有する。排気口５１は、冷却風流路部６０を通った空気を外部に排出するために、冷却風流路部６０の他端の開口に対向する位置に設けられている。排気口５２は基板１０の実装面上を通った冷却風を外部に排出する。

上記のように吸気口４１，４２および排気口５１，５２を構成することで、基板１０のはんだ面に冷却風が当たらず、従って冷却風に含まれる粉塵等が基板１０のはんだ面に付着することが防止される。また、吸気口４１は、冷却風が後述の放熱フィン６１ｂ、６２ｂに当たるように設けられることにより、放熱フィンから効率良く熱を放出させることができる。

図１および図２に示すように、吸気板４０は、基板２０の実装面上に冷却風を通し、かつ基板２０のはんだ面には冷却風を通さない位置に設けられた吸気口４３を有してもよい。この吸気口は、図１に示すように、吸気板４０が基板２０に固定された状態において基板２０の実装面側（図１では右上側）に設けられる。排気板５０は、基板２０の実装面上を通った冷却風を外部に排気する排気口５３を有してもよい。これにより、基板２０のはんだ面に冷却風を当てることなく、基板２０の実装面上の電子部品２１およびトランス２２についても冷却することができる。

上述したところから理解されるように、吸気板４０の吸気口４１，４２および４３は、吸気板４０が基板１０，２０に固定された状態において、基板１０の上側の端部１０ｅと、基板２０の上側の端部２０ｅとで挟まれた領域には設けられない。よって、基板１０と基板２０とで挟まれた領域には気流は発生しない。なお、図１及び図２からわかるように、排気口５１，５２及び５３は、吸気口４１，４２及び４３と対向する位置にそれぞれ設けられることが好ましい。

ここで、図３を用いて、パワーコンディショナ装置１００内を流れる冷却風について説明する。図３に示すように、Ｄ／Ｄ部１を冷却する冷却風は筐体２に設けられた吸気口３を介して筐体２内に入り、吸気板４０の吸気口を通って基板１０，２０の実装面上および冷却風流路部６０内を流れて電子部品等を冷却した後、排気板５０の排気口を通ってＤ／Ｄ部１から排気される。

図３に示すように、Ｄ／Ｄ部１の下方には、Ｄ／Ｄ部１から排出された冷却風を吸引排気するためのファン７０が設けられている。これにより、より効果的にＤ／Ｄ部１を冷却することができる。このように、ファン７０は、排気口５１の近傍に設けられ、基板１０の実装面上および冷却風流路部６０内を通った冷却風を吸引排気する。また、ファン７０は、基板１０だけでなく、基板２０の実装面上を通った冷却風も吸引排気するように構成してもよい。

次に、基板１０の実装状態について、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて詳細に説明する。図４（ａ）は基板１０の上面図であり、（ｂ）は基板１０の右側面図であり、（ｃ）は基板１０の下側面図を示している。なお、図４（ａ）では、放熱シート１７は図示していない。

基板１０の実装面１０Ａには、挿入実装型のコンデンサ等の電子部品１１、基板１０に対して垂直に取り付けられたドライブ基板１２、冷却風流路部６０、パワーＭＯＳＦＥＴ１８、およびダイオード１９が実装されている。一方、基板１０のはんだ面１０Ｂにおいて、電子部品１１、パワーＭＯＳＦＥＴ１８およびダイオード１９の端子が半田付けされている。

図４（ａ）に示すように、２つの冷却風流路部６０が、実装面１０Ａに沿って、上側の端部１０ｅから下側の端部１０ｅへの方向に設けられている。この冷却風流路部６０は、ヒートシンク６１およびヒートシンク６２を組み合わせることで冷却風用のダクトとして構成されたものであり、吸気口４１から吸気されて排気口５１から排気される冷却風の流路となる。

冷却風流路部６０を構成するヒートシンク６１（６２）は、基部６１ａ（６２ａ）と、この基部６１ａ（６２ａ）から延びる複数の放熱フィン６１ｂ（６２ｂ）とを含む。これらのヒートシンク６１および６２は、図４（ｃ）に示すように、筒状の絶縁支持体（絶縁ブッシュ）１３を介してネジ１４により基板１０に固定される。ネジ１４は、基板１０のはんだ面１０Ｂ側から挿入され、絶縁性の材料からなる絶縁支持体１３の孔を通ってヒートシンク６１（６２）に形成されたネジ穴に螺合する。

図４（ａ）および（ｃ）に示すように、冷却風流路部６０は、２つのヒートシンク６１および６２の放熱フィン６１ｂおよび６２ｂ同士が向かい合うように組み合わせたものとして構成されている。これにより、基部６１ａ，６２ａおよび放熱フィン６１ｂ、６２ｂで囲われた風洞Ｓが、冷却風流路部６０の内部に複数形成される。この風洞Ｓに冷却風を流すことで、冷却風を放熱フィン６１ｂ、６２ｂに効率良く当てることができる。

なお、図４（ａ）および（ｃ）では、放熱フィン６１ｂおよび６２ｂの間に隙間が空いているが、好ましくは、隙間が生じないように、放熱フィン６１ｂおよび６２ｂを当接させたり、テープや接着剤等で隙間を塞ぐことが好ましい。また、冷却風流路部６０は、２個に限らず３個以上のヒートシンクを組み合わせて構成してもよい。

ここで、冷却風流路部６０による、基板１０の実装面に実装された部材（電子部品１１、ドライブ基板１２、パワーＭＯＳＦＥＴ１８およびダイオード１９等）の冷却について説明する。吸気口４１を通って冷却風流路部６０の一端から冷却風流路部６０の内部に入った冷却風は、風洞Ｓを流れて放熱フィン６１ｂ、６２ｂの熱を吸収した後、冷却風流路部６０の他端から排気口５１を通って外部に排気される。これにより、冷却風流路部６０の周囲が冷却され、基板１０の実装面１０Ａ上の部材を冷却される。このように、冷却風流路部６０により、冷却する部材に直接冷却風を当てることなく、当該部材を冷却することができる。

また、冷却風流路部６０の外壁に電子部品を接合させて、熱除去効率を高めてもよい。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、冷却風流路部６０の側壁（ヒートシンク６１，６２の基部６１ａ，６２ａ）には、パワーＭＯＳＦＥＴ１８およびダイオード１９といった電子部品が接合されている。このパワーＭＯＳＦＥＴ１８およびダイオード１９は、ネジ１５により冷却風流路部６０に固定されている。このように、基板１０の実装面１０Ａに実装され、かつ、冷却風流路部６０の外壁に接合された電子部品を備えることにより、その電子部品を効果的に冷却することができる。

なお、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、冷却風流路部６０に接合されたパワーＭＯＳＦＥＴ１８と冷却風流路部６０との間には、放熱シート１７が介装されていることが好ましい。これにより、冷却風流路部６０の外壁に接合された電子部品の熱を、さらに効果的に除熱することができる。

また、放熱シート１７は、例えばシリコーンなどの絶縁性で且つ熱伝導性の良い材料からなり、冷却風流路部６０の外壁に接合されたパワーＭＯＳＦＥＴ１８のリード部と、冷却風流路部６０とを絶縁するものであることが好ましい。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴ１８のリード部と、導電性のヒートシンク６１（６２）との間でショートすることを防止することができる。

また、上述の実施形態では、吸気口４１と吸気口４２の両方を設けたが、冷却風流路部６０による冷却で十分な場合には、吸気口４２を設けなくともよい。その他、冷却風流路部６０を設けない実施形態であって、吸気口４２を設け、吸気口４１を設けない実施形態も想定可能である。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１ Ｄ／Ｄ部
２ 筐体
３ 吸気口
１０ 基板
１０Ａ 実装面
１０Ｂ はんだ面
１０ｅ 端部
１１ 電子部品
１２ ドライブ基板
１３ 絶縁支持体
１４，１５ ネジ
１７ 放熱シート
１８ パワーＭＯＳＦＥＴ
１９ ダイオード
２０ 基板
２０ｅ 端部
２１ 電子部品
２２ トランス
３０ 絶縁板
４０ 吸気板
４１，４２，４３ 吸気口
５０ 排気板
５１，５２，５３ 排気口
６０ 冷却風流路部
６１，６２ ヒートシンク
６１ａ，６２ａ 基部
６１ｂ，６２ｂ 放熱フィン
７０ ファン
１００ パワーコンディショナ装置
２００ 太陽電池
３００ 変圧装置
５００ 太陽光発電システム
Ｓ 風洞

Claims (9)

1. 電子部品が実装された実装面、および前記電子部品の端子が半田付けされたはんだ面を有する、第１の基板と、
   電子部品が実装された実装面、および前記電子部品の端子が半田付けされたはんだ面を有し、前記はんだ面が前記第１の基板のはんだ面に対向するように設けられた第２の基板と、
   前記第１および第２の基板の両端部を挟むように対向して配置された、吸気板および排気板と、を備え、
   前記吸気板は、
   前記第１の基板の実装面上に冷却風を通し、かつ前記第１の基板のはんだ面に冷却風を通さない位置に設けられた第１の吸気口と、
   前記第２の基板の実装面上に冷却風を通し、かつ前記第２の基板のはんだ面に冷却風を通さない位置に設けられた第２の吸気口と、を有し、
   前記排気板は、
   前記第１の基板の実装面上を通った冷却風を排気する第１の排気口と、
   前記第２の基板の実装面上を通った冷却風を排気する第２の排気口と、を有する
   ことを特徴とするパワーコンディショナ装置。
2. 前記第１および第２の排気口の近傍に設けられ、前記第１および第２の基板の実装面上を通った冷却風を吸引排気するファンをさらに備え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装置。
3. 前記吸気板と前記排気板は、平行に配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のパワーコンディショナ装置。
4. 電子部品が実装された実装面、および前記電子部品の端子が半田付けされたはんだ面を有する、第１の基板と、
   前記第１の基板の実装面に沿って設けられた、冷却風の流路となる冷却風流路部と、
   電子部品が実装された実装面、および前記電子部品の端子が半田付けされたはんだ面を有し、前記はんだ面が前記第１の基板のはんだ面に対向するように設けられた第２の基板と、
   前記第１および第２の基板の両端部を挟むように対向して配置された、吸気板および排気板と、
   を備え、
   前記冷却風流路部は、基部と、前記基部から延びる放熱フィンとを含む複数のヒートシンクを有するとともに、前記複数のヒートシンクの前記放熱フィン同士が向かい合うように組み合わせたものとして構成され、
   前記吸気板は、
   前記冷却風流路部の一端の開口に対向する位置に設けられた第１の吸気口と、
   前記第２の基板の実装面上に冷却風を通し、かつ前記第２の基板のはんだ面に冷却風を通さない位置に設けられた第２の吸気口と、を有し、
   前記排気板は、
   前記冷却風流路部の他端の開口に対向する位置に設けられた第１の排気口と、
   前記第２の基板の実装面上を通った冷却風を排気する第２の排気口と、を有する、
   ことを特徴とするパワーコンディショナ装置。
5. 前記第１の基板の実装面に実装され、かつ、前記冷却風流路部の外壁に接合された電子部品をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のパワーコンディショナ装置。
6. 前記冷却風流路部に接合された電子部品と前記冷却風流路部との間には、放熱シートが介装されていることを特徴とする請求項５に記載のパワーコンディショナ装置。
7. 前記放熱シートは、絶縁性の材料からなり、前記冷却風流路部の外壁に接合された電子部品のリード部と、前記冷却風流路部とを絶縁することを特徴とする請求項６に記載のパワーコンディショナ装置。
8. 前記第１および第２の排気口の近傍に設けられ、前記第１および第２の基板の実装面上および前記冷却風流路部内を通った冷却風を吸引排気するファンをさらに備えることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のパワーコンディショナ装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のパワーコンディショナ装置と、
   前記パワーコンディショナ装置に直流電力を供給する太陽電池と、
   前記パワーコンディショナ装置から供給される交流電力を変圧する変圧装置と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電システム。

Images