JP3276815B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光をエネルギー源
として発電し、この発電電力を商用電源として供給する
太陽光発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】室内の空気調和を行う空気調和機（以下
「エアコン」と言う）は、冷媒と熱交換を行うことによ
り、例えば「暖房モード」、「冷房モード」、「ドライ
モード」等の種々の運転モードや設定温度応じて自動的
に運転モードを選択する「自動運転モード」等の各運転
モードで動作するようになっている。このようなエアコ
ンには、電源として太陽エネルギーを利用した、所謂ソ
ーラエアコンが開発されている（一例として、特開平６
−７４５２２号参照）。

【０００３】このソーラエアコンでは、ソーラパネルで
吸収した太陽光に応じて発生する電力を、エアコンの電
源として利用し、発電する電力が天候や時刻に左右され
るため、従来から用いている商用電源と併用し、太陽光
による発電量に応じて、太陽光による発電電力と商用電
源を用いた電力の使用配分を制御して、安定した空調運
転を確保できるようにしたものがある。

【０００４】ところで、上記構成のソーラエアコンで
は、太陽光による発電電力をソーラエアコンだけでしか
利用することができないため、ソーラエアコンの運転が
停止しているとき等、発電能力があるにもかかわらず、
この太陽光による電力を有効に利用できるものではなか
った。このため、ソーラエアコンで発電した電力を一般
の商用電源に供給しようとする提案が成されている。

【０００５】このようなソーラエアコンは、太陽光によ
って発電した電力を一旦商用電源として供給し、太陽光
によって発電した電力と合わせられた商用電源を用いる
ようにした電源供給システムが構成されたものであり、
これにより太陽光による発電電力を有効に利用すること
ができる。

【０００６】一般に、太陽光を電気エネルギーに変換す
るのにソーラパネルが用いられる。このソーラパネルは
直流電力を発生させるため、太陽光発電装置では、イン
バータ回路を設けて、ＰＭＷ理論に基づくスイッチング
素子のＯＮ／ＯＦＦによって直流を交流に変換して出力
するようにしている。この場合、商用の電灯電源と同じ
単相の２００Ｖの電圧を安定して出力するために４個の
スイッチング素子を一つの電源回路から出力されて駆動
電力を用いて別々に駆動して正弦波のハイサイド（例え
ば＋側の電圧波形）、ローサイド（例えば−側の電圧波
形）を別々に発生させて、位相の１８０度ずれた２つの
波形を出力するようにしている。

【０００７】また、太陽光発電装置では、商用電源と位
相、電圧、周波数が一致した交流電力を出力する必要が
あるため、商用電源の周波数、位相、電圧を検出し、こ
の検出結果に基づいて適切な交流電力を出力するように
制御すると共に、商用電源が停電したときには、電力の
供給を停止するように制御されている（単独運転の防
止）。

【０００８】ところで、太陽光発電装置では、ソーラパ
ネルによる発電が停止している夜間等でも適切な制御、
監視を行う必要があるため、電源部には、商用電源が供
給されるようになっている。これによって、装置の内部
が常に適切に作動して、装置内部の異常の有無等を監視
できるようにすると共に、常にスイッチング素子が動作
可能な状態にしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽光
発電装置を商用電源を用いて制御すると、停電等が生じ
たときに動作が停止してしまい太陽光発電装置の適切な
自己監視が不可能となってしまう。

【００１０】本発明は上記事実を考慮してなされたもの
であり、簡単な構成で商用電源の停電時にも適切な動
作、監視が可能であり、安定した交流電力を出力するこ
とができる太陽光発電装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
発電部のソーラパネルによって太陽光を集光して発生さ
せた直流電力を商用電源に応じた電圧及び周波数に変換
してエアコンへ出力しこのエアコンの運転電源を供給す
る太陽光発電装置であって、発電部と商用電源の接続点
との間に設けられ、供給されるスイッチング信号に応じ
て作動して発電部側の入力端と商用電源側の出力端との
間を交互に通電／遮断する少なくとも２個のスイッチン
グ素子によって直流電力を交流電力に変換するインバー
タ部と、発電部が発電状態のときに所定のスイッチング
信号を前記スイッチング素子に供給するインバータ制御
部と、インバータ部のスイッチング素子のそれぞれと並
列に前記入力端と前記出力端との間に設けられスイッチ
ング素子が非作動状態のときに出力端から入力端へ通電
する整流素子と、インバータ部の入力端に接続され直流
電力を所定の定電圧電力に変換して装置内部に電力を供
給する電源部と、を備え、発電部による発電が停止して
も商用電源をエアコン並びに電源部に供給させることを
特徴とする。

【００１２】この発明では、発電部で発電した直流電力
をインバータ部のスイッチング素子のスイッチング信号
に応じた通電／遮断（ＯＮ／ＯＦＦ）によって交流に変
換して出力する。このとき、２個のスイング素子を用い
ることにより商用電源の単相１００Ｖに相当する波形を
出力することができる。また、電源部は、インバータ部
の入力端に接続されているため、発電部で発電された電
力が供給される。

【００１３】一方、発電部での発電が停止した場合、イ
ンバータ部では、スイッチング素子が作動しないため出
力端から商用電源の電力が入力し、整流素子によって整
流された後に、入力端から電源部に供給される。

【００１４】これにより、電源部は、発電部が停止した
夜間等は商用電源が供給され、発電部が発電状態この発
電部で発電した電力が供給される。このため、商用電源
が停電しても、電源部には、電力が供給されるため、装
置の内部は適切に制御・監視が可能となる。また、蓄電
池や電源の切換等が不要であるため、構成が極めて簡単
となる。

【００１５】請求項２に係る発明は、発電部のソーラパ
ネルによって太陽光を集光して発生させた直流電力を商
用電源に応じた電圧及び周波数に変換してエアコンへ出
力しこのエアコンの運転電源を供給する太陽光発電装置
であって、発電部と商用電源の接続点との間に設けら
れ、発電部側の入力端と商用電源側の出力端との間でブ
リッジ状に接続された４個のスイッチング素子がそれぞ
れに供給されるスイッチング信号に応じて作動して入力
端と出力端との間を交互に通電／遮断することによって
直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、発電部
が発電状態のときに所定のスイッチング信号を前記スイ
ッチング素子に供給するインバータ制御部と、インバー
タ部のスイッチング素子のそれぞれと並列に前記入力端
と前記出力端との間に設けられスイッチング素子が非作
動状態のときに出力端から入力端へ通電する整流素子
と、インバータ部の入力端に接続され直流電力を所定の
定電圧電力に変換して装置内部に電力を供給する電源部
と、を備え、発電部による発電が停止しても商用電源を
エアコン並びに電源部に供給させることを特徴とする。

【００１６】この発明では、スイッチング素子をブリッ
ジ状に接続しており、これによって、商用電源の単相２
００Ｖに相当する波形を出力できる。このとき、発電部
の発電が停止しても、商用電源の電力がそれぞれのスイ
ッチング素子と並列に設けられた整流素子によって整流
されて電源部に供給されるため、装置内部の適切な制御
が可能となる。

【００１７】なお、６個のスイッチング素子を用いて、
３相の交流電力を出力するときにも、それぞれのスイッ
チング素子に並列に整流素子を設けるようにすることが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の一形態を図
面を参照しながら説明する。図１には、本実施の形態に
係る太陽発電装置付空気調和機であるエアコン１０が示
されている。このエアコン１０は、室内ユニット１２と
室外ユニット１４を備えており、リモコンスイッチ４４
から送出される操作信号（例えば赤外線を用いた信号）
を室内ユニット１２によって受信し、この受信信号に応
じて温度、風量、風向が設定されると共にこの設定に基
づいた『暖房』、『冷房』、『除霜』、『ドライ』等の
各種運転モードによる空気調和運転及び停止を行うよう
になっている。

【００１９】また、このエアコン１０の室外ユニット１
４には、太陽光を吸収して電気エネルギーに変換するソ
ーラパネル１０２が接続されている。このソーラパネル
１０２によって発生された電気エネルギー（以下「発電
電力」と言う）は、室外ユニット１４に取り付けられた
商用電源供給ユニット（以下「ＳＯＬ１００」と言う）
に入力されるようになっており、このＳＯＬ１００とソ
ーラパネル１０２によって太陽光発電装置１１が構成さ
れている。

【００２０】このＳＯＬ１００は、エアコン１０の室内
ユニット１２、室外ユニット１４とは別に動作可能とな
っている。すなわち、エアコン１０の室内ユニット１
２、室外ユニット１４が停止中でもＳＯＬ１００は動作
し、夜間等のＳＯＬ１００が停止しているときでも、室
内ユニット１２、室外ユニット１４は、空気調和運転が
可能となっている。

【００２１】まず、エアコン１０の室内ユニット１２及
び室外ユニット１４について説明する。

【００２２】図２に示されるように、エアコン１０の室
内ユニット１２と室外ユニット１４との間には、冷媒を
循環させる太管の冷媒配管１５Ａと細管の冷媒配管１５
Ｂが設けられており、それぞれの一端が室内ユニット１
２内の熱交換器１６に接続さている。

【００２３】室外ユニット１４には、一方の冷媒配管１
５Ａの他端がバルブ１８に接続されている。このバルブ
１８は、マフラー２０Ａを介して四方弁２２に接続され
ている。また、四方弁２２には、アキュムレータ２４、
コンプレッサ２６及びマフラ２０Ｂが連結された管路の
両側が接続され、さらに、熱交換器２８の一方に接続さ
れている。また、熱交換器２８の他方には、キャピラリ
チューブ３０、ストレーナ３２、バルブ３４を介して冷
媒配管１５Ｂの他端が接続されている。また、マフラ３
０Ｂと四方弁２２の間と熱交換器２８とキャピラリチュ
ーブ３０の間は、電磁弁３６を介して接続されている。

【００２４】これによって、室内ユニット１２と室外ユ
ニット１４との間に密閉された冷媒循環路、即ち冷凍サ
イクルが形成されており、四方弁２２の切り換えと電磁
弁３６の開閉によって、運転モードが冷房モード、暖房
モード又は除霜（ドライ）モードに切り換えられる。な
お、図２には、それぞれの運転モードでの冷媒の流れを
示している。

【００２５】図３には、室内ユニット１２内の電気回路
の概略構成を示し、図４には、室外ユニット１４内の電
気回路の概略構成を示している。

【００２６】図３に示されるように、室内ユニット１２
には、電源基板３８、コントロール基板４０が設けられ
ている。電源基板３８には、エアコン１０の作動用の交
流電力が供給されるようになっており、室内ユニット１
２内の各種モータを駆動する電力を出力するモータ電源
４６、制御回路用の電力を出力する制御回路電源４８、
シリアル回路用の電力を出力するシリアル回路電源５０
が設けられている。

【００２７】コントロール基板４０は、シリアル回路５
２、各種モータを駆動する駆動回路５４及びシリアル回
路５２、駆動回路５４が接続されエアコン１０の作動を
制御するマイコン（マイクロコンピュータ）５６を備え
ており、駆動回路５４には、室内へ向けて調温された風
を吹き出すクロスフローファン（図示省略）を駆動する
ファンモータ４２（ＤＣブラシレスモータ）、室外ユニ
ット１４への電源回路の接点５８を開閉するパワーリレ
ー６０、風向を調節する上下フラップモータ６２が接続
されている。

【００２８】駆動回路５４は、モータ電源から供給され
る直流電圧をマイコン５６からの信号に応じて変え、フ
ァンモータ４２の回転数、即ち、クロスフローファンに
よって室内ユニット１２から吹き出す送風量を調節して
いる。例えば、ファンモータ４２への供給電圧を１２Ｖ
〜３６Ｖの範囲で２５６ステップで変化させることによ
り、送風量をきめ細かに調節することができるようにな
っている。このとき、マイコン５６は、上下フラップモ
ータ６２を必要に応じて制御して、室内ユニット１２か
らの風量と共に風向も制御している。

【００２９】また、マイコン５６には、ＬＥＤ等によっ
てエアコン１０の作動状態、運転モードを表示すると共
にリモコンスイッチ４４との送受信回路が設けられた表
示基板６８、フロアセンサ及び光センサが設けられたセ
ンサ基板７０、自己診断スイッチ、自己診断ＬＥＤと共
に運転切換スイッチが設けられたスイッチ基板７２、室
温を検出する室温センサ７４及び熱交換器１６内の冷媒
コイルの温度を検出する熱交換器温度センサ７６が接続
されている。

【００３０】図４に示されるように、室外ユニット１４
には、整流回路７８とコントロール基板８０が設けられ
ており、ターミナル８２Ａ〜８２Ｃがそれぞれ室内ユニ
ット１２のターミナル８４Ａ〜８４Ｃ（図３参照）に通
信線８３Ａと電源線８３Ｂ（図１参照）によって接続さ
れ、電力の供給を受けると共に、室内ユニット１２との
間でマイコン５６からの制御信号に応じたシリアル信号
の送受信が行われ、コンプレッサ２６へ供給する交流電
力の周波数（例えば１８Ｈｚ〜１５０Ｈｚの間）の制
御、各機器の動作制御を行うようになっている。

【００３１】このコントロール基板８０には、シリアル
回路８６が設けられており、室内ユニット１２のシリア
ル回路５２との間でシリアル信号の送受を行うようにな
っている。また、コントロール基板８０には、ノイズを
除去する複数のノイズフィルタ８８Ａ、８８Ｂ、８８
Ｃ、コンプレッサ２６を駆動するインバータ回路９０へ
電力を供給するスイッチング電源９２及びマイコン９４
が設けられている。

【００３２】エアコン１０では、インバータ回路９０か
ら出力するコンプレッサ２６を駆動する周波数を可変す
ることにより、コンプレッサ２６の回転数を変化させ
て、冷暖房能力を調節するようになっている。

【００３３】また、コントロール基板８０には、室外ユ
ニット１４内の四方弁２２、電磁弁３６が接続されてお
り、四方弁２２の切り換え及び電磁弁３６の開閉をして
運転モードの切り換えを行うようになっている。また、
コントロール基板８０には、熱交換器２８のファンモー
タ９６及びファンモータコンデンサ９６Ａが接続されて
おり、コントロール基板８０のマイコン９４には、外気
温度を検出する外気温度サーミスタ９８Ａ、熱交換器２
８内の冷媒コイルの温度を検出するコイル温度サーミス
タ９８Ｂ、コンプレッサ２６の温度を検出するコンプレ
ッササーミスタ９８Ｃが接続されており、ファンモータ
９６の作動、コンプレッサ２６の運転状態及び外気温度
の検出を行いながら、コンプレッサ２６を駆動するよう
になっている。

【００３４】ところで、図５に示されるように、太陽光
発電装置１１のＳＯＬ１００内には、インバータ回路１
０４、マイクロコンピュータ（以下「マイコン１０６」
と言う）によって構成されており、ソーラパネル１０２
で発電された電力がインバータ回路１０４へ供給される
ようになっている。また、このＳＯＬ１００には、ソー
ラパネル１０２の発電状態を検出するための発電電流検
出部１１０及び発電電圧検出部１１２と商用電源との系
列的接続を判断するための系列停電検出部１１４及び系
列電源検出部１１６を備えており、これらには、スイッ
チング電源１０８から動作用の電力が供給されるように
なっている。

【００３５】太陽光を吸収するソーラパネル１０２は、
複数のモジュールを枠にセットし、建物の屋根等の太陽
光に照らされる場所に設置されるようになっている。こ
のソーラパネル１０２で太陽光を変換して得られた発電
電力は、インバータ回路１０４に供給される。すなわ
ち、ソーラパネル１０２では、複数のモジュールによっ
て所定電圧の直流電力を発生しており、この直流電力が
インバータ回路１０４へ供給される。

【００３６】インバータ回路１０４では、マイコン１０
６から供給されるスイッチング信号に応じてこの直流電
力を、商用電源と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０
Ｈｚ）の交流（このインバータ回路１０４の出力は、例
えばノコギリ状波）に変換する役目を有している。この
インバータ回路１０４で交流に変換された電力は、トラ
ンス１１８を介して商用電源へ供給される。このとき、
インバータ回路１０４から出力された交流電力は、トラ
ンス１１６を通過することにより、直流成分の削除を行
っている。

【００３７】また、トランス１１８と商用電源の接続点
には、解列コンダクタ１２０が設けられており、太陽光
発電装置１１又は商用電源の何れかに異常が発生したと
きに、この解列コンダクタ１２０によってＳＯＬ１００
と商用電源を切り離すようになっている。

【００３８】ここで、まず、インバータ回路１０４の動
作の概略を図６から図９を参照しながら説明する。

【００３９】マイコン１０６はは、ＰＷＭ理論に基づく
疑似正弦波信号を得るためのスイッチング信号を生成す
る。このマイコン１０６で生成されたスイッチング信号
は、インバータ回路１０４へ出力される。

【００４０】図６に示されるように、インバータ回路１
０４には、４個のスイッチング素子Ｘａ、Ｘｂ、Ｙａ、
Ｙｂと、それぞれのスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂを駆動
するスイッチング用アンプ１２２、１２４、１２６、１
２８が設けられている。４個のスイッチング素子Ｘａ〜
Ｙｂとしては、パワートランジスタ、パワーＦＥＴ、Ｉ
ＧＢＴ等を用いることができ、これらのスイッチング素
子Ｘａ、Ｙｂは、ソーラパネル１０２と交流電源との間
をブリッジ状に接続されている。また、それぞれのスイ
ッチング素子Ｘａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂには、並列にフラ
イホイールダイオード（以下「ダイオード１３０」と言
う）が接続されていおり、スイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂ
が比作動状態にダイオード１３０がブリッジ状に接続さ
れた状態となるようにされている。

【００４１】マイコン１０６によって発生されたスイッ
チング信号は、それぞれのスイッチング用アンプ１２２
〜１２８に入力される。また、これらのスイッチング用
アンプ１２２〜１２８には、スイッチング電源１０８か
ら電源が供給されるようになっており、スイッチング信
号に応じてスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂへ供給して、そ
れぞれのスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂを駆動する所謂３
電源方式を用いている。

【００４２】したがって、インバータ回路１０４では、
それぞれのスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂが所定のスイッ
チング信号に応じて駆動されることにより、ソーラパネ
ル１０２から入力された電力（例えば直流の２００Ｖ）
に応じた単相の疑似正弦波を出力するようになってい
る。この疑似正弦波は、トランス１１８を通過すること
により直流成分が除去されて商用電源へ供給される。

【００４３】また、インバータ回路１０４には平滑コン
デンサ１３２が設けられており、この平滑コンデンサ１
３２の両端がそれぞれスイッチング電源１０８に接続さ
れており、このスイッチング電源１０８にソーラパネル
１０２で発電した電力が供給されるようになっている。
また、ソーラパネル１０２の発電が停止したときには、
商用電源の交流電力がスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂと並
列に接続されたダイオード１３０で整流されて平滑コン
デンサ１３２で平滑化されてスイッチング電源１０８へ
供給される、所謂、交流・直流両用の２電源方式となっ
ている。

【００４４】図７には、マイコン１０６がスイッチング
信号を生成する際の原理図をスイッチング素子Ｘａ、Ｘ
ｂのスイッチング信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）Ｓｘ1 、Ｓ
ｘ2を例に示している。なお、スイッチング素子Ｘｂの
スイッチング信号Ｓｘ2 は、スイッチング素子Ｘａのス
イッチング信号Ｓｘ1 を反転したものである。すなわ
ち、スイッチング素子Ｘａのスイッチング信号Ｓｘ1
は、搬送波Ｃ0 （例えば三角波、階段状の三角波、正弦
波など）に対して変調波Ｍ0 （例えば正弦波、階段状の
正弦波など）が、変調波Ｍ0 ＞搬送波Ｃ0 のときにＯＮ
となる信号としてときに、スイッチング素子Ｘｂのスイ
ッチング信号Ｓｘ2 は、変調波Ｍ0 ＜搬送波Ｃ0 のとき
にＯＮとなるようにしている。これは一例を示すもので
あり、これに限定するものではない。

【００４５】また、スイッチング素子Ｙａのスイッチン
グ信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）Ｓｙ1は、変調波Ｍ0 の位
相角を１８０度進めたとき、変調波Ｍ0 が搬送波Ｃ0 に
対してＭ0 ＞Ｃ0 のときにＯＮとなる信号である。すな
わち、スイッチング素子Ｙａのスイッチング信号Ｓｙ1
はスイッチング信号Ｓｘ2 と、スイッチング素子Ｙｂの
スイッチング信号Ｓｙ2 はスイッチング信号Ｓｘ1 とそ
れぞれ同じタイミングでＯＮ／ＯＦＦする信号となって
いる。

【００４６】このようなスイッチング信号Ｓｘ1 〜Ｓｙ
2 を用いることにより、スイッチング素子Ｘａ、Ｘｂの
出力と、スイッチング素子Ｙａ、Ｙｂの出力の位相を１
８０度ずらした疑似正弦波を生成することができる。

【００４７】変調波Ｍ0 の周期は、インバータ回路１０
４から出力される周波数ｆ、すなわち商用電源の周波数
（５０Ｈｚ又は６０ｚ）と同じであり、この変調波Ｍ0
の周期を変えることによってインバータ回路１０４が出
力する疑似正弦波の周波数ｆを変えることができる。ま
た、搬送波Ｃ0 の周期を短くすれば、疑似正弦波の１周
期におけるＯＮ／ＯＦＦ回数が増えて疑似正弦波の分解
能が増加し好ましい。なお、図７では、説明のために搬
送波Ｃ0 に対して変調波Ｍ0 の周波数を高くしている
（周期を短くして示している）。

【００４８】図８（Ａ）から図８（Ｄ）には、変調波Ｍ
0 とこの変調波Ｍ0 に対して振幅を変化させた変調波Ｍ
1 、Ｍ2 （図８（Ａ）参照）に対するスイッチング信号
Ｓｘ1 （図８（Ｂ）参照）、Ｓｘ0 （図８（Ｃ）参
照）、Ｓｘ2 （図８（Ｄ）参照）を示している。なお、
それぞれのスイッチング信号Ｓｘ0 〜Ｓｘ2 は、変調波
Ｍ＞搬送波Ｃ0 のときにＯＮする信号としている。

【００４９】このように、変調波Ｍ0 より振幅を大きく
した変調波Ｍ1 では、スイッチング信号Ｓ1 のＯＮ時
間、ＯＦＦ時間がそれぞれ変調波Ｍ0 に対するスイッチ
ング信号Ｓ0 と比較して部分的い長くなる。これによ
り、疑似正弦波Ｓ1 の疑似電圧（トランス１１８に印加
したときにコイルの両端に生じる電圧）が高くなる。ま
た、変調波Ｍ0 より振幅を小さくした変調波Ｍ2 では、
部分的に長かったＯＮ時間及びＯＦＦ時間がそれぞれ短
くなる。これにより、疑似正弦波Ｓ2 の疑似電圧を低く
することができる。すなわち、変調波の振幅を変えて最
大ＯＮ時間と、最小ＯＮ時間との差を変えることによ
り、疑似電圧を変化させることができる。

【００５０】図９には、マイコン１０６に構成されるス
イッチング信号発生部１３４を示す機能ブロック図であ
る。このスイッチング信号発生部１３４は、正弦波を生
成するためのｓｉｎデータを記憶する記憶部１３６、正
弦波コントロール部１３８、１６ｂｉｔのＵＰ／ＤＯＷ
Ｎカウンタ１４０、分配器１４２、比較器１４４、１４
６及び反転器１４８を備えている。

【００５１】ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１４０は、入力さ
れるクロック信号に同期してカウント値を加算し、カウ
ント値がＦＦＦＦＨに達するとカウント値の減算する。
このようにしてカウント値が０Ｈに達すると、再度加算
を始め、以降、カウント値の加算と減算を繰り返す。こ
れにより、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１４０の出力は、三
角波状に変化し、搬送波Ｃ0 として比較器１４４、１４
６のそれぞれに入力される。

【００５２】正弦波コントロール部１３８は、周波数
ｆ、電圧ｖ（振幅）データに応じて正弦波を出力する。
この正弦波データは、記憶部１３６に例えば０Ｈ〜ＦＦ
ＦＦＨに１サイクル分が分割されて記憶されており、正
弦波コントロール部１３８では、周波数ｆに応じて順に
正弦波データを読み出し、電圧ｖに応じて振幅を補正し
て出力する。分配器１４２は、正弦波コントロール部１
３８から出力された正弦波の位相角を１８０度ずらして
それぞれの比較器１４４、１４６へ変調波Ｍ0 として出
力するようになっている。

【００５３】比較器１４４、１４８は、それぞれに入力
される搬送波（三角波）Ｃ0 と変調波Ｍ0 （周波数ｆの
正弦波）を比較し、比較結果に応じてＯＮ／ＯＦＦ信号
をスイッチング信号ＳＸ1 、Ｓｙ1 として出力する。ま
た、それぞれの反転器１４８は、比較器１４４、１４６
の出力を反転させて、スイッチング信号Ｓｘ2 、Ｓｙ2
として出力するようになっている。

【００５４】なお、このように出力したスイッチング信
号による各スイッチング素子Ｘａ〜ＹｂのＯＮ／ＯＦＦ
に遅れ時間が大きいときには（特にＯＮ→ＯＦＦへの遅
れ）スイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂへスイッチング信号Ｓ
ｘ1 〜Ｓｙ2 を供給する回路（例えばスイッチング用ア
ンプ１２２〜１２８）内に遅延回路（信号がＯＦＦ→Ｏ
Ｎに変わった際、この変化を所定時間遅らせる回路）を
挿入すればよい。また、比較器１４４、１４６に供給す
る変調波Ｍ0 、搬送波Ｃ0 をＤ／Ａ変換し、アナログ電
圧レベルを比較して出力するようにしてもよい。さら
に、上記記載は、スイッチング信号Ｓｘ1 〜Ｓｙ2 の生
成の一例を示すものであり、これに限定するものではな
く、種々の構成で発生させたスイッチング信号を用いる
ことができる。

【００５５】図１０には、スイッチング電源１０８の一
例が示されている。このスイッチング電源１０８のスイ
ッチングトランス１３４には、各出力端にダイオードＤ
１〜Ｄ１０、コンデンサＣ１〜Ｃ１０、平滑コンデンサ
Ｃ１５〜Ｃ３５及び３端子レギュレータＳＲ１〜ＳＲ１
０によって構成される整流回路が設けられている。整流
回路１５２Ａ〜１５２Ｅの出力は、マイコン１０６、発
電電流検出部１１０、発電電流検出部１１２、系列停電
検出部１１４、系列電源検出部１１６に供給されるよう
になっている。

【００５６】このスイッチング電源１０８には、ターミ
ナル１５４Ａ、１５４Ｂの間にインバータ回路１０４か
ら直流電力が供給される（図６参照）。このインバータ
回路１０４から供給された直流電力は、インバータ回路
１５６で交流に変換されてスイッチングトランス１５０
へ供給される。このとき、前記した如く、インバータ回
路１０４は、ソーラパネル１０２が停電してもスイッチ
ング電源１０８に直流電力を供給できるようになってい
る。これによって、夜間等のソーラパネル１０２の発電
が停止しているときでも、ＳＯＬ１００内の各構成部品
が適切に作動できるようにしている。

【００５７】一方、整流回路１５８Ａ、１５８Ｂ、１５
８Ｃは、インバータ回路１０４のスイッチング用アンプ
１２２〜１２８に接続されており、これらの整流回路１
５８Ａ〜１５８Ｃからスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂへ駆
動電力が供給されるようになっている。すなわち、図６
に示されるように、単相電力のハイサイドの出力用のス
イッチング素子Ｘａ、Ｙａには、スイッチング電源１０
８の整流回路１５８Ａ、１５８Ｂから出力された駆動電
力がスイッチング用アンプ１２２、１２６を介して供給
され、また、単相電力のローサイドの出力用のスイッチ
ング素子Ｘｂ、Ｙｂには、スイッチング電源１０８の整
流部１５８Ｃからスイッチング用アンプ１２４、１２８
を介して駆動電力が供給されるようになっている。

【００５８】このように単相の交流電力（この場合、単
相２００Ｖの交流電力）を出力するスイッチング素子Ｘ
ａ〜Ｙｂのそれぞれに異なる整流回路１５８Ａ〜１５８
Ｃから駆動電力を供給しているため、スイッチング素子
Ｘａ〜Ｙｂの出力が大きくても、個々の整流回路１５８
Ａ〜１５８Ｃの負担が小さくてすみ、それぞれのスイッ
チング素子Ｘａ〜Ｙｂを安定した状態で動作させること
ができる。なお、図１０に示されるスイッチング電源１
０８を構成する３端子レギュレータＳＲ１〜ＳＲ１０、
抵抗Ｒ１〜Ｒ７、コンデンサＣ１〜Ｃ１４、平滑コンデ
ンサＣ１５〜Ｃ３７、ダイオードＤ１〜Ｄ１３、ＩＣ１
等は、設計によって定められるものでよい。

【００５９】一方、系列電源検出部１１６では、商用電
源とＳＯＬ１００の出力の電圧、周波数及び位相を一致
させるために、商用電源の電圧、周波数と共に位相を一
致させるために、商用電源の交流の瞬時値が「０」とな
るタイミングを検出する（以下「ゼロクロス検出」とい
う）。ここで、系列電源検出部１１６でのゼロクロス検
出の一例を図１１（Ａ）から図１１（Ｃ）を参照しなが
ら説明する。

【００６０】図１１（Ａ）には、商用電源の交流電圧の
瞬時値がゼロとなる点を検出するゼロクロス検出回路１
６０が示されている。このゼロクロス検出回路１６０
は、比較器１６２とフォトカプラー１６４と設計によっ
て定まる抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３によって構成される簡単な
ものであり、比較器１６２に商用電源が入力されると、
瞬時値の変化をフォトカプラー１６４を介してマイコン
１０６へ出力するようになっている。

【００６１】マイコン１０６では、このゼロクロス検出
回路１６０の出力をＡ／Ｄ変換する。これにより、図１
１（Ｂ）に示されるように、商用電源の瞬時値がゼロと
なるゼロクロス点Ｐ0 を検出することができる。

【００６２】マイコン１０６では、商用電源のゼロクロ
ス点Ｐ0 を検出すると、マイコン１０６内やインバータ
回路１０４内の回路の時定数によって生じる遅れｔ0
（図１１（Ｃ）参照）を考慮して、インバータ回路１０
４へスイッチング信号Ｓｘ1 〜Ｓｙ2 を出力するように
している。これにより、図１１（Ｃ）に示されるように
商用電源の波形Ａ0 に対して位相が一致した正弦波Ｓ0
を出力できるようにしている。

【００６３】一方、商用電源が停電したときには、商用
電源の回路の高調波のレベルが増加することが知られて
おり、商用電源の周波数に対する３次高調波のレベルが
最も大きくなる。ここで、ＳＯＬ１００の系列停電検出
部１１４では、この商用電源の回路の３次高調波を検出
して、マイコン１０６へ出力するようになっている。マ
イコン１０６では、この３次高調波のレベルが予め設定
した値（しきい値）を越えたときに商用電源に停電が生
じたと判断して、解列コンダクタ１２０を作動させ、Ｓ
ＯＬ１００を商用電源から切り離し、ＳＯＬ１００の内
部の部品、特にインバータ回路１０４のスイッチング素
子Ｘａ〜Ｙｂのオーバーロード等から保護するようにし
ている。

【００６４】図１２及び図１３には、系列停電検出部１
１４に設ける高調波検出回路１６６の一例を示してい
る。

【００６５】３次高調波検出回路１６６には、複数のロ
ーパスフィルタとハイパスフィルタによってフィルタ回
路１６８が構成されており商用電源の周波数に対する３
次高調波（例えば１５０Ｈｚ）を含む１４０〜１８０Ｈ
ｚのみの周波数を通過させるようになっている。図１３
に示されるように、このフィルタ回路１６８の出力はイ
ンターフェース回路１７０に供給される。このインター
フェース回路１７０では、フィルタ回路１６８の出力レ
ベル（３次高調波のレベル）を検出し、この３次高調波
のレベルに対応した周期のＯＮ／ＯＦＦ信号をフォトカ
プラー１７２に供給する。このフォトカプラー１７２の
ＯＮ／ＯＦＦ出力は、抵抗とコンデンサで平滑化された
後、系列停電検出部１１４の出力としてマイコン１０６
に供給されるようになっており、マイコン１０６では、
この系列停電検出部１１４の出力電圧レベルに基づいて
商用電源に停電が生じているかを判断するようになって
いる。

【００６６】また、ソーラパネル１０２とインバータ回
路１０４の間に設けられている発電電流検出部１１０
（ホール素子を用いたカレントランス）と発電電圧検出
部１１２は、それぞれソーラパネル１０２で発電されて
インバータ回路１０４へ供給される電流及び電圧を検出
してマイコン１０６へ出力するようになっている。

【００６７】マイコン１０６は、この発電電流検出部１
１０及び発電電圧検出部１１２の検出結果から、ソーラ
パネル１０２が発電状態であるか否か及び発電電力を算
出すると共に、この発電電力が最大となるような電圧が
得られるようにスイッチング信号をインバータ回路１０
４へ出力し、インバータ回路１０４からの出力電圧が商
用電源の電圧より僅かに高く略一致するようにしてい
る。

【００６８】すなわち、図１４に示されるように、マイ
コン１０６の内部には、スイッチング信号発生部１３４
と共に、商用電源の周波数を検出してインバータ回路１
０４から出力する周波数ｆを設定する周波数検出部１８
０、商用電源の電圧を検出する電圧検出部１８２、ソー
ラパネル１０２から入力される電流、電圧を検出する入
力電流検出部１８４、入力電圧検出部１６８及び商用電
源のゼロクロス点Ｐ0を検出するゼロクロス検出部１８
８、電圧検出部１８２と入力電流検出部１８４と入力電
圧検出部１８６の検出結果からインバータ回路１０４が
出力する電圧ｖを設定する電圧設定部１９０、ゼロクロ
ス検出部１８８の検出結果からインバータ回路１０４が
出力する波形のゼロクロス点を設定するゼロクロス設定
部１９２、商用電源の停電か否かを判定する停電判定部
１９４が構成され、これらがＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、
タイマー等によって構成された主制御部によって制御さ
れている。

【００６９】これによって、マイコン１０６は、ＳＯＬ
１００から商用電源へ供給する電力の周波数、電圧、位
相を一致させると共に、商用電源に不具合が生じたと
き、ＳＯＬ１００の保護を行うようになっている。

【００７０】また、マイコン１０６では、インバータ回
路１０４への入力及びインバータ回路１０４からの出力
を測定し、周波数、電流、電圧がそれぞれ所定範囲を越
えたときに、インバータ回路１０４を停止（スイッチン
グ素子Ｘａ〜Ｙｂの停止：ゲートブロック）を行うよう
になっている。

【００７１】また、このＳＯＬ１００のマイコン１０６
内には、シリアル回路（図示省略）が設けられており、
このシリアル回路に接続された通信線１２０が、室外ユ
ニット１４のターミナル８２Ｃに接続されている（１本
は接地）。これにより、マイコン１０６は、この通信線
１２０、８３Ｃを介して室内ユニット１２のマイコン５
６に接続されており、室内ユニット１２のマイコン５６
へソーラパネル１０２の発電状態、ＳＯＬ１００の運転
状態等のＳＯＬ１００及びソーラパネル１０２の運転情
報を出力している。

【００７２】次に本実施の形態の作用を、先ず、エアコ
ン１０の室内ユニット１２と室外ユニット１４とによっ
て行う室内の空気調和運転について説明する。

【００７３】エアコン１０では、運転停止状態でリモコ
ンスイッチ４４が操作され運転モード、温度、風量、風
向等の設定がなされると、設定された運転条件に応じた
コードに変換されてリモコンスイッチ４４から室内ユニ
ット１２に送信される。室内ユニット１２では、リモコ
ンスイッチ４４から送られたコードを解析し、この解析
結果に基づいて運転条件の設定を行い、設定した運転条
件に基づいて室外ユニット１４を作動させて室内の空気
調和運転を開始する。

【００７４】その後、リモコンスイッチ４４からの操作
信号が受信されると、受信した操作信号のコードを解析
し、解析された内容に基づいて運転条件の変更を行う。
このようにしてエアコン１０は、室内ユニット１２と室
外ユニット１４によってリモコンスイッチ４４の操作に
基づいて運転を行い、所望の空気調和状態に維持する。

【００７５】次に、太陽光発電装置１１の作動について
説明する。

【００７６】太陽光発電装置１０では、ソーラパネル１
０２に太陽光が照射されると、この太陽光を電気エネル
ギーに変換して、商用電源供給ユニットＳＯＬ１００へ
送出する。ＳＯＬ１００では、このソーラパネル１００
からの発電電力がインバータ回路１０４に入力される。

【００７７】一方、ＳＯＬ１００のマイコン１０６は、
ソーラパネル１０２の発電電力（電流、電圧）を検出す
ると共に、商用電源の電圧、周波数、ゼロクロス点Ｐ0
を検出し、この検出結果に基づいてスイッチング信号Ｓ
ｘ1 〜Ｓｙ2 をインバータ回路１０４へ出力する。ま
た、インバータ回路１０４には、スイッチング電源１０
８からスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂを駆動する電力が供
給される。

【００７８】インバータ回路１０４では、スイッチング
電源１０８から供給された駆動電力によってスイッチン
グ信号Ｓｘ1 〜Ｓｙ2 に基づいてスイッチング素子Ｘａ
〜ＹＢを駆動し、ソーラパネル１０２から供給された直
流を交流に変換して出力する。このとき、スイッチング
電源１０８からは、ハイサイドの波形を出力するスイッ
チング素子Ｘａ、Ｙａへそれぞれ別に電力を供給すると
共に、これらのハイサイドの波形を出力するスイッチン
グ素子Ｘａ、Ｙｂとは別に、ローサイドの波形を出力す
るスイッチング素子Ｘｂ、Ｙｂに電力を供給するように
している。

【００７９】このため、各スイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂ
に安定した電力を供給でき、インバータ回路１０４から
ソーラパネル１０２で発電した電力に応じた安定した交
流電力が出力される。このインバータ回路１０４の出力
は、トランス１１８を介して正弦波となって商用電源へ
供給される。

【００８０】インバータ回路１０４には、ソーラパネル
１０２の出力、商用電源の周波数、電圧、位相に応じて
スイッチング信号Ｓｘ1 〜Ｓｙ2 がマイコン１０６から
入力されるため、このインバータ回路１０４から出力さ
れる電力は、電圧、周波数が商用電源と一致し、また位
相のズレが生じることがなく、適切な電力として商用電
源に供給される。

【００８１】特に、インバータ回路１０４の出力と商用
電源との間に位相のズレが生じると、スイッチング回路
１０４のスイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂに大電流が流れて
破損する恐れがあるが、商用電源の波形のゼロクロス点
Ｐ0 を正確に検出し、この検出結果に応じて、スイッチ
ング素子Ｘａ〜Ｙｂを駆動するために、インバータ回路
１０４の出力と商用電源との位相を正確に一致させるこ
とができる。

【００８２】一方、マイコン１０６では、発電電流検出
部１１０、発電電圧検出部１１２、系列停電検出部１１
４、系列電源検出部１１６等の検出結果からソーラパネ
ル１０２の発電状態、装置内部の異常、商用電源の変化
を常に監視して制御しており、ソーラパネル１０２の発
電電力が低下したり、商用電源の電圧、周波数、インバ
ータ回路１０４の出力電力、出力周波数等に異常が生じ
ると、インバータ回路１０４を停止するか（スイッチン
グ素子のゲートブロック）、解列コンダクタ１２０を作
動させて商用電源から切り離すなどして、ＳＯＬ１００
の内部の部品の保護を図っている。また、、マイコン１
０６では、系列停電検出部１１４の検出結果から商用電
源が停電したと判断したときには、解列コンダクタ１２
０を作動させて、太陽光発電装置１１の単独運転を防止
している。

【００８３】さらに、マイコン１０６では、発電電流検
出部１１０、発電電圧検出部１１２、系列電源検出部１
１６等で検出する多数のパタメータに基づいて、インバ
ータ回路１０４の出力を制御しており、こによって、Ｓ
ＯＬ１００の内部の構成を簡略化でると共にコンパクト
にでき、ＳＯＬ１００の設置スペースを小さくでき、エ
アコン１０の室外ユニット１４に一体で設けることがで
きるようになっている。

【００８４】ところで、太陽光発電装置１１の内部のマ
イコン１０６や各種検出部に電力を供給しているスイッ
チング電源１０８には、ソーラパネル１０２が発電中で
あれば、商用電源が停電状態にあってもこのソーラパネ
ル１０２からの電力が供給され、ＳＯＬ１００内のマイ
コン１０６、各検出部は正常に動作する。

【００８５】ここで、ソーラパネル１０２の発電電力が
低下したり発電が停止した状態となると、マイコン１０
６からインバータ回路１０４へのスイッチング信号の出
力が停止し、各スイッチング素子Ｘａ〜Ｙｂが非作動状
態となる。この状態となると、インバータ回路１０４へ
商用電源から交流の電力が入力される。この商用電源か
らの交流電力は、ブリッジ状に接続されたダイオード１
３０によって整流されて、平滑コンデンサ１３２によっ
て平滑されて、スイッチング電源１０８に流れ込む。

【００８６】このため、スイッチング電源１０８は、ソ
ーラパネル１０２の発電が停止しても、マイコン１０６
や各検出部に所定の電力を供給することができ、太陽光
発電装置１１の内部が適切に制御される。

【００８７】このように、各スイッチング素子Ｘａ〜Ｘ
ｂと並列に整流用のダイオード１３０を設け、スイッチ
ング素子Ｘａ〜Ｘｂの作動が停止したときに、商用電源
の交流電力がインバータ回路１０４へ供給されるように
すれば、ソーラパネル１０２の発電が停止しても、スイ
ッチング電源１０８へ電力を供給することができ、常に
太陽光発電装置１１の内部が適切に制御・監視された状
態とすることができる。

【００８８】なお、本実施の形態では、スイッチング素
子Ｘａ〜Ｙｂをブリッジ状に配置して、単相の交流電力
を出力するインバータ回路１０４を用いて説明したが、
６個のスイッチング素子を用いて３相の交流電力を出力
するインバータ回路に適用してもよい。

【００８９】

【００９０】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の太陽光発電
装置では、スイッチング素子と並列に整流素子を配置す
る簡単な構成で、発電部の発電が停止したときにも、商
用電源をエアコン並びに電源部に供給することができ
る。これによって、太陽光発電装置の内部が適切に制御
・監視される。また、本発明では、複数の電源回路から
スイッチング素子に駆動用の電力を供給するようにして
いるため、個々の電源回路の容量が小さくてすみ、か
つ、発電電力に応じた安定した交流電力を出力すること
ができる優れた効果を有する。

【００９１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に適用したエアコンの構成を示す
概略図である。

【図２】本実施の形態に適用したエアコンの冷媒管路の
概略図である。

【図３】室内ユニットの電気回路の概略構成図である。

【図４】室外ユニットの電気回路の概略構成図である。

【図５】ソーラパネルが接続された商用電源供給ユニッ
ト（ＳＯＬ）の概略構成を示すブロック図である。

【図６】本実施の形態に適用したインバータ回路の概略
を示す回路図である。

【図７】搬送波に対する変調波からのスイッチング信号
を出力の一例を示す線図である。

【図８】（Ａ）は変調波の振幅を変化させた例を示す線
図、（Ｂ）から（Ｄ）のそれぞれは変調波の振幅を変化
させたときのスイッチング信号の変化の一例を示す線図
である。

【図９】スイッチング信号発生部の概略を示す機能ブロ
ック図である。

【図１０】本実施の形態に適用したスイッチング電源の
概略を示す回路図である。

【図１１】（Ａ）はゼロクロス検出の概略示す回路図、
（Ｂ）はマイコンで検出するゼロクロス点を示す線図、
（Ｃ）は商用電源の波形とＳＯＬから出力する波形を示
す線図である。

【図１２】本実施の形態の系列停電検出回路に設けるフ
ィルタ回路の概略を示す回路図である。

【図１３】本実施の形態の系列停電検出回路に設けるイ
ンターフェース回路の概略を示す回路図である。

【図１４】本実施の形態に適用したマイコンの内部機能
を示す機能ブロック図である。

【符号の説明】

１０ エアコン １１ 太陽光発電装置 １２ 室内ユニット（空気調和運転部） １４ 室外ユニット（空気調和運転部） １００ 商用電源供給ユニットＳＯＬ １０２ ソーラパネル（発電部） １０４ インバータ回路 １０６ マイコン（インバータ制御部） １０８ スイッチング電源（電源部） １３０ ダイオード（整流素子） １５８Ａ、１５８Ｂ、１５８Ｃ 整流回路（電源回
路） Ｘａ、Ｘｂ、Ｙａ、Ｙｂ スイッチング素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−11830（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 3/38 H02M 7/48

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電部のソーラパネルによって太陽光を集
   光して発生させた直流電力を商用電源に応じた電圧及び
   周波数に変換してエアコンへ出力しこのエアコンの運転
   電源を供給する太陽光発電装置であって、 前記発電部と商用電源の接続点との間に設けられ、供給
   されるスイッチング信号に応じて作動して発電部側の入
   力端と商用電源側の出力端との間を交互に通電／遮断す
   る少なくとも２個のスイッチング素子によって直流電力
   を交流電力に変換するインバータ部と、 前記発電部が発電状態のときに所定のスイッチング信号
   を前記スイッチング素子に供給するインバータ制御部
   と、 前記インバータ部のスイッチング素子のそれぞれと並列
   に前記入力端と前記出力端との間に設けられスイッチン
   グ素子が非作動状態のときに出力端から入力端へ通電す
   る整流素子と、 前記インバータ部の入力端に接続され直流電力を所定の
   定電圧電力に変換して装置内部に電力を供給する電源部
   と、を備え、 前記発電部による発電が停止しても前記商用電源を前記
   エアコン並びに前記電源部に供給させることを 特徴とす
   る太陽光発電装置。
2. 【請求項２】 発電部のソーラパネルによって太陽光を
   集光して発生させた直流電力を商用電源に応じた電圧及
   び周波数に変換してエアコンへ出力しこのエアコンの運
   転電源を供給する太陽光発電装置であって、 前記発電部と商用電源の接続点との間に設けられ、発電
   部側の入力端と商用電源側の出力端との間でブリッジ状
   に接続された４個のスイッチング素子がそれぞれに供給
   されるスイッチング信号に応じて作動して入力端と出力
   端との間を交互に通電／遮断することによって直流電力
   を交流電力に変換するインバータ部と、 前記発電部が発電状態のときに所定のスイッチング信号
   を前記スイッチング素子に供給するインバータ制御部
   と、 前記インバータ部のスイッチング素子のそれぞれと並列
   に前記入力端と前記出力端との間に設けられスイッチン
   グ素子が非作動状態のときに出力端から入力端へ通電す
   る整流素子と、 前記インバータ部の入力端に接続され直流電力を所定の
   定電圧電力に変換して装置内部に電力を供給する電源部
   と、を備え、 前記発電部による発電が停止しても前記商用電源を前記
   エアコン並びに前記電源部に供給させることを 特徴とす
   る太陽光発電装置。