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公開番号2025095065
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023210847
出願日2023-12-14
発明の名称コンセント給電装置
出願人神崎産業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250619BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】太陽電池の発電電力をコンセントに給電することによって電力系統と連系可能な、電力損失の少ない簡易かつコンパクトなコンセント給電装置を提供する。
【解決手段】太陽電池20の発電電力を変換する電力変換部1と、系統電圧と同じ周波数及び位相をもつ正弦波電圧に変換するインバータ部2と、コンセント30に差し込み可能なプラグ9と、制御部3と、を備え、制御部3は、系統電圧を全波整流する系統電圧検知部5と、太陽電池20の電圧を検知する発電電圧検知部6と、変調波信号を出力する変調波生成部4と、高周波の搬送波信号と変調波信号とを入力されPWM信号を出力するPWM信号生成部7と、を有し、第1の半導体素子12は系統電圧検知部5の出力電圧によって制御され、第2の半導体素子13は発電電圧検知部6の出力電圧によって制御され、電流路抵抗は増減する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
太陽電池（20）の発電電力を、系統電源（40）に接続されたコンセント（30）に給電するためのコンセント給電装置（10）であって、
太陽電池（20）の発電電力を変換するために、変圧器（T）と、前記変圧器（T）の一次コイル（N1）をスイッチング制御するスイッチング素子（S）とを具備する電力変換部（1）と、
前記電力変換部（1）の出力電圧を、系統電圧と同じ周波数及び位相をもつ正弦波電圧に変換するインバータ部（2）と、
前記インバータ部（2）の出力端子であり、前記コンセント（30）に差し込み可能なプラグ（9）と、
前記スイッチング素子（S）を制御するＰＷＭ信号を生成する制御部（3）と、を備え、
前記制御部（3）は、
前記プラグ（9）を介して取得した系統電圧を全波整流する系統電圧検知部（5）と、
前記太陽電池（20）の出力端子間に直列接続された定電圧素子（Z）と抵抗要素（R1）とを含み、前記抵抗要素（R1）に流れる電流の大きさに応じた大きさの電圧を出力する発電電圧検知部（6）と、
各々の電流路が直列接続されその両端に一定電圧が印加される第１の半導体素子（12）と第２の半導体素子（13）とを具備し、前記第１の半導体素子（12）と前記第２の半導体素子（13）との接続点（A）の電位を変調波信号として出力する変調波生成部（4）と、
高周波の搬送波信号と、前記変調波生成部（4）からの前記変調波信号とを入力され前記ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部（7）と、を有し、
前記第１の半導体素子（12）は前記系統電圧検知部（5）の出力電圧によって制御され、
前記第２の半導体素子（13）の電流路の交流インピーダンスは、前記発電電圧検知部（6）の出力電圧の大きさに応じて変動することを特徴とするコンセント給電装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記太陽電池（20）の出力電圧が増大又は減少すると、前記発電電圧検知部（6）の出力電圧が増大又は減少し、前記第２の半導体素子（13）の電流路の交流インピーダンスが増大又は減少し、前記ＰＷＭ信号のパルス幅が拡大又は縮小し、前記電力変換部（1）の取り込む電流が増大又は減少することを特徴とする請求項１に記載のコンセント給電装置。
【請求項３】
前記定電圧素子（Z）の定電圧（Vz）を、前記太陽電池（20）のＩ－Ｖ特性曲線における制御対象範囲である肩部分の最小値の電圧に設定することを特徴とする請求項１に記載のコンセント給電装置。
【請求項４】
前記電力変換部（1）の前記変圧器（T）が、前記一次コイル（N1）のスイッチング制御に対しフォワード方式で出力するように構成された第１の二次コイル（N21）とフライバック方式で出力するように構成された第２の二次コイル（N22）とを具備し、
前記一次コイル（N1）と前記第１の二次コイル（N21）は疎結合であることを特徴とする請求項１に記載のコンセント給電装置。
【請求項５】
前記電力変換部（1）は、系統電圧を全波整流した脈流と同じ周波数及び位相をもつ脈流を出力することを特徴とする請求項４に記載のコンセント給電装置。
【請求項６】
前記インバータ部（2）は、前記電力変換部（1）の出力する脈流を１つおきに反転させて正弦波に変換することを特徴とする請求項５に記載のコンセント給電装置。
【請求項７】
前記インバータ部（2）は、直列接続された上側の第１スイッチ素子（Q1）と下側の第２スイッチ素子（Q2）とを具備する第１レグと、直列接続された上側の第３スイッチ（Q3）と下側の第４スイッチ素子（Q4）とを具備する第２レグと、を備え、前記第１及び第２レグの各接続点が前記インバータ部（2）の出力端子であり、
連続する脈流毎に、前記第１及び第４スイッチ素子（Q1, Q4）がオンかつ前記第２及び第３スイッチ素子（Q2, Q3）がオフである期間と、前記第１及び第４スイッチ素子（Q1, Q4）がオフかつ前記第２及び第３スイッチ素子（Q2, Q3）がオンである期間を繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のコンセント給電装置。
【請求項８】
前記第１～第４スイッチ（Q1～Q4）のオンオフ制御は、前記電力変換部（1）の出力する脈流を電源として用いて行われることを特徴とする請求項７に記載のコンセント給電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の発電電力を変換するパワーコンディショナに関し、特に商用系統電源のコンセントに給電する装置に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
住宅等に設置された太陽電池から得られた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知られている。一般的にパワーコンディショナは、屋内の分電盤に接続される。分電盤には、商用電力系統からの交流電力も入力される。分電盤は、照明器具や壁等のコンセント（「ソケット」とも云う）に交流電力を供給し、また太陽電池からの余剰電力があれば商用電力系統へ戻したりする。
【０００３】
特許文献１～３には、太陽電池から得られた直流電力を交流電力に変換する装置であって、装置の出力端子である交流プラグを住宅内の専用交流コンセントに差し込んで商用電力系統に連系する装置が開示されている。専用交流コンセントに供給された電力は、分電盤を介して一般的なコンセントへ供給されたり、又は商用電力系統へ送電されたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００２－９８７２０号公報
特開２００４－３５０３５９号公報
特開２００７－１６６８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、太陽電池から得られた電力を分電盤を介さずに直接、一般的なコンセントに給電することによって商用電力系統と連系する装置は、ほとんど実用化されていない。
太陽電池のパワーコンディショナは、単独運転防止機構を備える必要がある。単独運転の検出のために系統に対して無効電力を出力する方法があるが、系統の位相や周波数が変化したり電力損失を生じたりして系統に悪影響を及ぼす。
【０００６】
太陽電池のパワーコンディショナでは、最大電力追従制御いわゆるＭＰＰＴ制御が周知である。ＭＰＰＴ制御は、例えば山登り法のようにチョッパ部への入力電流を段階的に変えて入力電力の増減を確認して最大電力点を見つける方法であり、ＣＰＵと所定のプログラムを必要とする。ＭＰＰＴ制御は、試行錯誤を繰り返すため電力損失を生じる。
ＤＣ－ＡＣ電力変換を行うチョッパ部を絶縁型スイッチング電源で構成する場合、安価なフライバック方式がよく採用されるが、フライバック方式は変圧器のコアが大きくなり、大出力化が困難であるという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、太陽電池の発電電力を一般的なコンセントに直接給電することによって電力系統と連系可能であり、電力損失の少ない簡易かつコンパクトなコンセント給電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の符号は後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。
【０００９】
［１］本発明の態様は、太陽電池（20）の発電電力を、系統電源（40）に接続されたコンセント（30）に給電するためのコンセント給電装置（10）であって、
太陽電池（20）の発電電力を変換するために、変圧器（T）と、前記変圧器（T）の一次コイル（N1）をスイッチング制御するスイッチング素子（S）とを具備する電力変換部（1）と、
前記電力変換部（1）の出力電圧を、系統電圧と同じ周波数及び位相をもつ正弦波電圧に変換するインバータ部（2）と、
前記インバータ部（2）の出力端子であり、前記コンセント（30）に差し込み可能なプラグ（9）と、
前記スイッチング素子（S）を制御するＰＷＭ信号を生成する制御部（3）と、を備え、
前記制御部（3）は、
前記プラグ（9）を介して取得した系統電圧を全波整流する系統電圧検知部（5）と、
前記太陽電池（20）の出力端子間に直列接続された定電圧素子（Z）と抵抗要素（R1）とを含み、前記抵抗要素（R1）に流れる電流の大きさに応じた大きさの電圧を出力する発電電圧検知部（6）と、
各々の電流路が直列接続されその両端に一定電圧が印加される第１の半導体素子（12）と第２の半導体素子（13）とを具備し、前記第１の半導体素子（12）と前記第２の半導体素子（13）との接続点（A）の電位を変調波信号として出力する変調波生成部（4）と、
高周波の搬送波信号と、前記変調波生成部（4）からの前記変調波信号とを入力され前記ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部（7）と、を有し、
前記第１の半導体素子（12）は前記系統電圧検知部（5）の出力電圧によって制御され、
前記第２の半導体素子（13）の電流路の交流インピーダンスは、前記発電電圧検知部（6）の出力電圧の大きさに応じて変動することを特徴とする。
［２］上記態様において、前記太陽電池（20）の出力電圧が増大又は減少すると、前記発電電圧検知部（6）の出力電圧が増大又は減少し、前記第２の半導体素子（13）の電流路の交流インピーダンスが増大又は減少し、前記ＰＷＭ信号のパルス幅が拡大又は縮小し、前記電力変換部（1）の取り込む電流が増大又は減少することを特徴とする。
［３］上記態様において、前記定電圧素子（Z）の定電圧（Vz）を、前記太陽電池（20）のＩ－Ｖ特性曲線における制御対象範囲である肩部分の最小値の電圧に設定することを特徴とする。
［４］上記態様において、前記電力変換部（1）の前記変圧器（T）が、前記一次コイル（N1）のスイッチング制御に対しフォワード方式で出力するように構成された第１の二次コイル（N21）とフライバック方式で出力するように構成された第２の二次コイル（N22）とを具備し、
前記一次コイル（N1）と前記第１の二次コイル（N21）は疎結合であることを特徴とする。
［５］上記態様において、前記電力変換部（1）は、系統電圧を全波整流した脈流と同じ周波数及び位相をもつ脈流を出力することを特徴とする。
［６］上記態様において、前記インバータ部（2）は、前記電力変換部（1）の出力する脈流を１つおきに反転させて正弦波に変換することを特徴とする。
［７］上記態様において、前記インバータ部（2）は、直列接続された上側の第１スイッチ素子（Q1）と下側の第２スイッチ素子（Q2）とを具備する第１レグと、直列接続された上側の第３スイッチ（Q3）と下側の第４スイッチ素子（Q4）とを具備する第２レグと、を備え、前記第１及び第２レグの各接続点が前記インバータ部（2）の出力端子であり、
連続する脈流毎に、前記第１及び第４スイッチ素子（Q1, Q4）がオンかつ前記第２及び第３スイッチ素子（Q2, Q3）がオフである期間と、前記第１及び第４スイッチ素子（Q1, Q4）がオフかつ前記第２及び第３スイッチ素子（Q2, Q3）がオンである期間を繰り返すように構成されていることを特徴とする。
［８］上記態様において、前記第１～第４スイッチ（Q1～Q4）のオンオフ制御は、前記電力変換部（1）の出力する脈流を電源として用いて行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、太陽電池の発電電力を一般的なコンセントに直接給電することによって電力系統と連系可能であり、電力損失の少ない簡易かつコンパクトなコンセント給電装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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