CN102007829A - 太阳能电池组件连接盒 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种对太阳能电池组件的旁路二极管(1)、金属氧化物半导体场效应晶体管或者相应的功率半导体器件产生的热量有良好传导能力的连接盒。连接盒是一个外壳(2,3)构成，后者由基体(2)和安装在基体上的盖罩(3)组成。至少在基体(2)的一个侧壁上至少有一个承载室(5)，后者在远端从侧壁突出。至少在一个承载室(5)至少有一个包裹有绝缘护套(7)的电器件(1)，电器件和承载室(5)的内面以及盖罩(3)紧贴。盖罩(3)由铝挤压型材制成，带有散热片，突出于基体(2)的轮廓之外。连接盒可以用于旁路电流为16安培或者更大的太阳能电池组件。

Description

太阳能电池组件连接盒
技术领域
本发明是一种对太阳能电池组件的旁路二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管或者相应的功率半导体器件产生的热量有良好传导能力的连接盒。
背景技术
在太阳能设备的工作过程中，单个太阳能电池被乌云或者落叶遮住的可能性是不能避免的。如果没有保护措施，被遮蔽的太阳能电池由于齐纳效应会有很高的损耗功率，后者导致太阳能电池产生“热斑”，从而造成太阳能电池的损坏。
鉴于这个原因，在太阳能电池或者串联的太阳能电池往往并联电子元器件例如旁路二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管或者类似的功率半导体器件。在一个太阳能电池或者一个串联的太阳能电池组被遮盖的情况下，电子元器件起到旁路的作用，由此确保了没有被遮盖的太阳能电池产生的电流可以继续流通，从而避免了太阳能电池的损坏。
在有太阳能电池被遮盖时，并联的电子元器件必须可以承受较高的功率。如果没有足够的冷却，则较高的功率会导致电子元器件的发热，而发热会降低电子元器件的使用寿命。在极端情况下，热量会导致电子元器件即刻发生损坏。 
在通常情况下，电子元器件是安装在用于连接各个太阳能电池组件的连接盒中。多数情况下采用的连接盒是热传导能力很差的塑料连接盒（其中包括DE 203 11 184 U1, DE 11 2005 002 898 T5和EP 1 102 354 A2）。 
在DE 10 2004 010 658 A1中的建议是，用导热性比较好的有机硅树脂浇注连接盒，并建议采用涂覆耐气候树脂的金属板作为连接盒的盖子。但是，即使这样，散热能力仍然不足。此外还有一个问题是，发生损坏的电子元器件不能更换。
由于太阳能设备的应用越来越广泛，因此对连接盒的需求也越来越大。在对连接盒的质量要求越来越高的同时，由于根据再生能源法规定的太阳能发电的价格递减，生产连接盒的成本压力也越来越大。目前的发展趋势是采用功率越来越强的太阳能电池组件，反向电流可以高达8至16安培。但是，迄今为止，市面上常见的大多数连接盒仅仅适用于最大为8安培的反向电流。
因此，新近有了采用当今技术、使电气元器件的散热有改进的连接盒（其中包括DE 100 50 614 C1, WO 2006/117895 A1, US 7,288,717 B1和DE 10 2004 036 697 A1）。
在DE 10 2006 027 104 B3中描述的一种连接盒，其中的电气元器件通过压件例如弹簧夹将电子元器件固定在外壳中的几何形状相配的空隙中。在外壳和元器件之间有电绝缘材料，后者首选采用有热传导能力的硅橡胶。 
在DE 10 2005 022 226 A1中讲述了安装在外壳中的电子元器件（例如用于光伏组件的连接盒）的便于散热的布局，在该布局中，带有散热器的挡板压合在受热负荷作用的电子元器件上。散热器是一铝挤压型材，外壳的下部分是塑料压铸件。虽然散热只是通过位于盖子上的散热器实现，但是由于铝挤压型材的导热性比铸铝高，因此冷却作用也较好，因此在很大程度了弥补了不足。散热器或者外壳的铝挤压型材较好的冷却作用也被用于DE 102 49 436 A1和US 6,374,912 B1中。
这两种方案都改进了散热。元器件和外壳之间的电绝缘也得到了保证。但是前提是采用箱型外壳，电子元器件位于外壳侧壁的开口中，或者和外壳盖子压合。采用和箱型外壳不同的外壳，外壳的表面积和容积的比例得到提高，电子元器件在非箱型外壳中的散热要比在结构紧凑的箱型外壳中要好。
发明内容
本发明的任务是发明一种改善电器件散热的连接盒。 
根据发明，该任务已经由权利要求1的特征得到解决。发明的其他优点见权利要求2至11。
太阳能电池组件的连接盒包括一个外壳，后者由一个基体和一个安装于基体之上的罩盖组成。在连接盒的外壳中有电器件和电连接。按照发明，至少在基体的一个侧壁上至少有一个承载室，后者在远端从侧壁突出。至少在一个承载室中至少有一个有绝缘护套包裹的电器件，后者紧贴承载室的内侧和盖罩。
至少一个电器件是保护太阳能电池组件的电子元器件例如二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管或者功率半导体器件。在通常情况下，用于此目的的是旁路二极管或者旁路金属氧化物半导体场效应晶体管。
通过将电器件向外的转移，可以长期地实现改善元器件的冷却。此外，在太阳能电池组件工作期间，往往固定在太阳能电池组件背面的基体温度上升的程度降低，由此防止了太阳能电池组件的过度热负荷。
绝缘护套首选采用硅橡胶。其厚度常常在以毫米计的范围中，这足以实现耐高压的绝缘。此外，采用硅橡胶可以保证均匀的压力分布和良好的热结合能力。可以无需采用安装辅助工具例如夹子等。
罩盖由铝挤压型材构成，其上有多个散热片。由铝挤压型材制成的部件的导热性约为相应的铝压铸件的导热性的三倍。
有利的是，盖罩足够大而突出于基体轮廓的外面。盖罩的冷却作用由此得到提高，因为在盖罩突出的部分两侧有冷空气流过；此外，冷却空气的流体动力学特性会由于烟囱效应的形成而得到改善。超大的罩盖还对电缆沟和粘合点有机械保护作用。
在通常情况下，在连接盒中安装有三个或者四个电器件（旁路二极管或者旁路金属氧化物半导体场效应晶体管）。但是，发展趋势为功率更大的太阳能电池组件，今后可能需要在一个连接盒中安装更多的电器件，在根据发明的连接盒中就可以实现这一点。
 
附图说明
在下例中对根据发明的连接盒较为详细地阐述，其中：
图1： 打开的连接盒的俯视图，
图2： 打开的带有塑料盖的连接盒的透视图，
图3： 闭合的连接盒的透视图。
其中，附图标记说明：
1 旁路二极管 / 电器件
2 基体
3 罩盖
4 螺钉
5 承载室100
6  散热片
7 绝缘护套
8  无纺布复合材料膜
具体实施方式
连接盒由用铝压铸件制成的基体 (2) 构成，在三个侧壁分别有阳台形状的承载室 (5) 从远端突出。电器件，在此为旁路二极管 (1) 包裹有用导热硅橡胶制成的绝缘护套 (7) ，和承载室的内面以及罩盖 (3) 紧贴。三个承载室 (5) 带有散热器片 (6)。 
从图2可以看出，承载室 (5) 的底部高出基体的底部，这一方面是由于二极管 (1) 的形状所致，另一方面也可以改善对二极管 (1) 的冷却作用。
绝缘护套 (7) 的厚度约为1毫米，这可以防止旁路二极管发生过压损坏。护套同时也起到热传导膜的作用。
从图3可以看出，带有散热器、用四个螺钉 (4) 固定在基底 (2) 的铝挤压型材制成的罩盖 (3) 将三个承载室 (5) 完全盖住，在多个部位明显地突出于基体 (2) 的轮廓之外。在突出部分，盖罩作为双侧散热器而发挥作用。由于出现的烟囱效应，在盖罩 (3) 的空气流动特性得到改善。由于冷却功能得到改善，连接盒可以用于旁路电流为16安培或者更大的设备中。必要时，可以在其他的承载室中安装四个或者更多的旁路二极管。
为了确保连接盒的足够压力均匀，在盖罩 (3) 采用了对水密封，而空气可以透过的无纺布复合材料膜 (8)。

Claims (11)

1.带有外壳 (2, 3) 的太阳能电池组件连接盒，外壳由基体 (2) 和安装在其上的盖罩 (3) 构成，在外壳中有电器件 (1) 和电连接，其特征是：在基体 (2) 的至少一个侧壁有至少一个在远端突出于侧壁的承载室 (5)，至少有一个有绝缘护套 (7) 包裹的电器件 (1)，至少有一个有绝缘护套 (7) 包裹的电器件 (1) 位于承载室 (5) 中，并且和承载室 (5) 的内壁以及盖子 (3) 固定贴合。
2.据权利要求1的连接盒，其特征是：在至少一个侧壁至少有一个带有散热片 (6) 的承载室 (5)。
3.根据权利要求1或者2的连接盒，其特征是：罩盖 (3) 用铝材料制成，表面有加大的结构例如散热片，用于改善散热。
4.根据要求3的连接盒，其特征是：罩盖 (3) 为挤压成形。
5.根据要求1至4的连接盒，其特征是：罩盖 (3) 突出于基体 (2) 的轮廓之外。
6.根据要求1至5中的一项要求的连接盒，其特征是：至少一个电器件 (1) 是电子元器件。
7.根据要求6的连接盒，其特征是：电子元器件是功率半导体器件。
8.根据要求7的连接盒，其特征是：功率半导体器件是一金属氧化物半导体场效应晶体管或者二极管。
9.根据要求8的连接盒，其特征是：二极管是一旁路二极管，或者金属氧化物半导体场效应晶体管是一旁路金属氧化物半导体场效应晶体管。
10.根据要求1至9中的一项要求的连接盒，其特征是：绝缘护套 (7) 由有良好导热性能的材料制成。
11.根据要求10的连接盒，其特征是：有良好导热性能的材料是硅橡胶。
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