CN103022188A - 光伏接线盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光伏接线盒，其包括封装件及绝缘地固定封装件的盒体，其中，封装件包括含有多个相互电连接的晶体管管芯的封装本体，封装本体设有多个延伸在外的导电引脚；盒体包括对外密封的接线空间，多个导电引脚固定于接线空间中。采用这种封装件形式的光伏接线盒结构简单、稳定可靠。

Description

光伏接线盒

技术领域

本发明涉及光伏组件技术领域，尤其涉及光伏接线盒。

背景技术

太阳能是一种可再生资源。将太阳能转化为电能既能节约能源，缓解供电紧张问题，又能减少环境污染，因此，太阳能光伏技术越来越受到公众的关注和青睐。太阳能电池是由能产生光伏效应的材料，诸如硅、砷化镓、硒铟铜或其他材料等制成，从而利用光伏效应将光能转换成电能。目前由多片太阳能电池单元组合而成的光伏组件被大量投入使用，例如，光伏组件被应用于构建发电系统，或用于作为建筑物的幕墙或安装于建筑物的屋顶上等。

光伏接线盒则是用于实现光伏组件与外部电源组件的互联，从而将光伏组件的功率输出到外部。同时，光伏组件接线盒也是光伏组件做成系统的关键连接装置。目前针对光伏组件而设计的光伏接线盒种类繁多，虽然外型不同，但其结构主要可以分为以下四种：第一种是由标准结构二极管（D² PAK、TO220、R-6等封装）、钣金连接件、以及上下盒体四周打胶所构成；第二种是由标准结构二极管（D² PAK、TO220、R-6等封装）、钣金连接件、以及密封圈上盖所构成；第三种是由标准结构二极管（D² PAK、TO220、R-6等封装）、钣金连接件、以及整个盒体灌胶所构成；第四种是由标准结构二极管（D² PAK、TO220、R-6等封装）、钣金连接件、以及一体注塑盒体所构成。

然而，以上四种结构的光伏接线盒都有其相应的不足之处。第一种结构的光伏接线盒由于上下盒体靠卡扣来固定，辅以硅胶来防水，因此，其结构复杂，上下盒体的接缝处依然是湿漏电的薄弱点。而且，盒体长时间老化开裂后，光伏接线盒基本就失效了。第二种结构的光伏接线盒由于其IP等级依赖于密封圈，万一密封圈老化，或者尺寸公差有问题，则光伏接线盒就失效了。而且，一般这种结构的二极管和盒盖间有较大的空气层，散热较差。第三种结构的光伏接线盒由于整个盒体整体灌胶，因此，其可靠性非常好，但是硅胶用量非常大，成本高。第四种结构的光伏接线盒目前应用较为广泛，这种结构相较于以上结构来说，第四种结构的光伏接线盒的散热好、结构紧凑小巧、但是其对模具要求较高，良品率较难保证。而且，塑料盒体长时间使用老化后，光伏接线盒同样也会失效。

总之，上述结构的光伏接线盒的盒体材料通常为PPE、PA66、PC等热塑性材料，热塑性材料在高温下会变软，各项性能参数都会下降，在室外长时间的电流通断和温度循环下，容易老化开裂。由于光伏组件的质保一般为25年，作为光伏组件的一部分，光伏接线盒当然必须达到这一质量要求。所以如何提高光伏接线盒的可靠性，保证在25年的室外稳定工作是一个重要问题。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供光伏接线盒，其结构简单、可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供光伏接线盒，其包括：封装件，其包括含有多个相互电连接的晶体管管芯的封装本体，所述封装本体设有多个延伸在外的导电引脚；及盒体，其绝缘地固定所述封装件，并且其包括对外密封的接线空间，所述多个导电引脚固定于所述接线空间中。

本发明的光伏接线盒通过将多个晶体管管芯以及在光伏接线盒中容易出现故障的相关电路连接部分直接集成到独立的单个封装件中，封装件的封装本体对多个晶体管管芯及其相关的电路部分形成一个绝缘层，光伏接线盒的盒体是在封装本体基础上的一个附加绝缘层，盒体的部分损坏不会影响到封装件中内部电路的正常工作，因此，本发明的光伏接线盒起到双重绝缘的作用，具有较高的可靠性，并且，其结构简单。而且，导电引脚固定于对外密封的接线空间中，得到很好的保护，性能稳定可靠。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

一并阅读附图，参以下优选具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本发明，附图中同样的附图标记始终指代视图中同样的零件。其中：

图1是本发明一种具体实施方式的光伏接线盒的分解示意图;

图2是图1所示的封装件的俯视图；

图3是图2所示的封装件在移除封装本体之后的示意图；

图4是图3所示的封装件的内部电路示意图；

图5是本发明一种具体实施方式的光伏接线盒的立体示意图，其显示了光伏接线盒的顶面结构；

图6是图5所示的光伏接线盒的另一立体示意图，其显示了光伏接线盒的底面结构；以及

图7是图6所示的光伏接线盒的部分立体剖视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1和图5显示了本发明一种具体实施方式的光伏接线盒100的结构示意图。现参照图1和图5所示，本发明的光伏接线盒100包括封装件1、以及绝缘地固定封装件1的盒体2。

如图2至图4所示，封装件1，包括含有多个相互电连接的晶体管管芯11的封装本体13，所述封装本体13设有多个延伸在外的导电引脚12。这里，需要说明，晶体管管芯11与晶体管的区别，通常所说的晶体管是已对晶体管管芯11进行封装后的成品；而晶体管管芯11指的是未被封装的管芯。这里，封装件1相当于将数个晶体管管芯11封装成一体件，可做为一体的标准件。

由于晶体管管芯11被密封地封装在绝缘的封装本体13中，所以晶体管管芯11可以得到很好的保护。

如图1至图5所示，盒体2包括对外密封的接线空间20，多个导电引脚12固定于接线空间20中。通过将导电引脚12集中到对外密封的接线空间20中，可以有效地保护导电部分，维持光伏接线盒100的性能稳定。封装本体13靠近晶体管管芯11的部分位于接线空间20外，有利于散热。

本发明的光伏接线盒100通过将多个晶体管管芯11以及在光伏接线盒100中容易出现故障的相关电路连接部分直接集成到独立的单个封装件1中，封装件1的封装本体13对多个晶体管管芯11及其相关的电路部分形成一个绝缘层，光伏接线盒100的盒体2是在封装本体13基础上的一个附加绝缘层，盒体2的部分损坏不会影响到封装件1中内部电路的正常工作，因此，本发明的光伏接线盒100起到双重绝缘的作用，具有较高的可靠性，并且，其结构简单。而且，晶体管管芯11经过几十年的发展工艺，对晶体管管芯11的封装很容易实现，因此，本发明的光伏接线盒100结构简单，容易生产。

如图1所示，在本发明的一种具体实施方式中，盒体2包括座体3及盖体4，封装件1固定在座体3与盖体4之间。盖体4用超声波或者通过卡扣固定在座体3上。如图1和图5所示，盖体4上设置有窗口40，窗口40与接线空间20相连通。

在本发明的一种具体实施方式中，通过盖体4上的窗口40在接线空间20中填充电绝缘的密封介质，例如硅胶，密封介质将端部引脚122及中间引脚121相对于外部环境密封，从而有效保证了光伏接线盒100的绝缘问题。本发明并不限于在接线空间20中填充密封介质，也可以通过带有密封圈的密封盖之类的结构来密封接线空间20，从而同样可以实现端部引脚122及中间引脚121相对于外部环境的密封。

优选地，本发明的盒体2的材料包括热塑性塑料，而封装件1的封装本体13由导热系数比热塑性塑料大的热固性塑料，例如环氧树脂等形成。热固性塑料在一次成型后在高温下基本不会变软，性能参数不会有大的变化，因此，采用热固性塑料的封装本体13对内部的多个晶体管管芯11及其相关的电路部分形成一个良好的绝缘保护层的作用，盒体2的热塑性材料是对该热固性塑料的绝缘保护层起到附加的绝缘保护作用，因此，即使采用热塑性材料的盒体2有部分破坏也不会影响到封装件1内部电路的正常工作。另外，封装晶体管管芯11的封装本体13材料的导热系数可以达到1.8W/m℃，而盒体2的热塑性塑料的导热系数一般为0.2-0.3 W/m℃，双组份的灌封胶也只有0.3 W/m℃左右。所以，使用这种结构的光伏接线盒100，可以在一定程度上提高晶体管管芯11的散热性能。

如图1至图5所示，本发明的光伏接线盒100还包括固定在盒体2上的电缆线5，多个导电引脚12包括用于连接至光伏组件（未图示）的汇流条的多个中间引脚121以及电连接电缆线5的两个端部引脚122。

光伏接线盒100采用这种封装件1的结构方式，在光伏接线盒100的生产过程中，仅需要先将电缆线5焊接到封装件1的两个端部引脚122上，然后将连接有电缆线5的封装件1放置于座体3中，最后将盖体4固定在座体3上。这样，本发明的光伏接线盒100的生产就简单完成了，省去了原来的钣金件安装焊接、测试等环节。在光伏组件的生产中，将光伏接线盒100粘接到光伏组件的背板上，将光伏组件的正负汇流条和光伏接线盒100的中间引脚121焊接好，然后，通过盖体4上的窗口40在光伏接线盒100的接线空间20中灌入硅胶即可。因此，本发明的光伏接线盒100的组装方式简单、应用简便。

参照图2至图4，在本发明的一种具体实施方式中，多个中间引脚121位于两个端部引脚122之间，并且，两个端部引脚122分别与多个中间引脚121中位于端部的一个电连接。然而，本发明的中间引脚121与端部引脚122并不限于以上的分别独立设置，在本发明的另一种具体实施方式中，两个端部引脚122与其分别电连接的两个中间引脚121可以合二为一设置，即用于电连接光伏组件的汇流条的其中两个中间引脚121可以同时充当电连接电缆线5的两个端部引脚122，从而可以省去独立设置的端部引脚122，以减少引脚12的设置数量。

在优选的具体实施方式中，多个晶体管管芯11电性串联在两个端部引脚122之间。在本发明的一种具体实施方式中，晶体管管芯11为二极管。优选地，晶体管管芯11为肖特基二极管。如图3和图4所示，例如，将三个二极管芯片焊接在四块大面积的铜片上，铜片按照光伏组件的汇流条的出线尺寸引出六个引脚12，其中，1、2、3、4引脚作为用于焊接到光伏组件的汇流条的中间引脚121，+和-引脚作为用于焊接到正负极电缆线5的端部引脚122。以上所示的晶体管管芯11和引脚12的具体实施方式仅仅作为举例，其不作为对本发明的限制。实际上，本发明的封装件1的晶体管管芯11和引脚12的数量取决于光伏组件的需要而定，也可是两个晶体管管芯11，三个中间引脚，或者是四个以上的晶体管管芯11，更多个中间引脚。本发明的晶体管管芯11并不限于二极管，本发明的晶体管管芯11也可以采用金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor，MOSFET）或者其他可以起到旁路作用的晶体管管芯11。采用MOSFET，可以增加铜衬底的面积，从而提高晶体管管芯11的散热性能。

对于光伏接线盒100来说，其核心就是封装本体13内几个相互串联的晶体管管芯11，然后将晶体管管芯11的针脚引出，一方面通过中间引脚121将晶体管管芯11的正负针脚引出分别和光伏组件的正负汇流条串并联，另一方面通过端部引脚122用电缆线5引出封装件1的正负极。因此，本发明的光伏接线盒100的结构较为简单。

如图1结合参照图6所示，在一种具体实施方式中，座体3包括一体形成的支架部31及收容部32，支架部31具有用于固定到光伏组件的安装平面310，封装件1的封装本体13固定于收容部32中。收容部32与安装平面310之间留有空隙（未标号）。在一种优选的具体实施方式中，收容部32设置有连通到空隙的开口321，封装本体13的靠近晶体管管芯11的部位(即如图6及图7所示的封装本体13的向安装平面突出的部件)暴露在开口321中。由于空隙中占据空气，所以发热部位能够通过散热比较快的对流方式传导热量。在一种优选的具体实施方式中，支架部31设置有多个散热孔311，多个散热孔311将空隙与外界连通。空隙中受热后的空气可以通过散热孔311流到环境大气中，通过空气的流动把热量带走，提高晶体管管芯11的散热性能。

参照图7所示，在一种优选的具体实施方式中，收容部32的对应封装本体13的周边的部位设置有密封槽322，在密封槽322中填充例如硅胶之类的密封介质而将封装本体13的周边密封于座体3，从而可以有效防止盒体2的座体3积水，进一步提高光伏接线盒100的质量。

如图1所示，在一种优选的具体实施方式中，在座体3的收容部32上设置有定位凸柱324，在封装件1的封装本体13上设置有定位孔134，定位凸柱324收容在定位孔134内，从而将封装本体13定位在座体3上。

如图1所示，在一种优选的具体实施方式中，座体3还包括位于接线空间20中的多个支撑块34，每一个引脚12分别支撑在一个支撑块34上。支撑块34对引脚12起到较好的支撑和定位作用。因而，在焊接引脚12时及焊接完成后向接线空间20注入绝缘介质时，不容易使焊接引脚12变形或者损坏。

如图6所示，支架部31的安装平面310设置有容胶槽313，支架部31通过涂敷于容胶槽313内的粘结剂粘接到光伏组件上，从而将光伏接线盒100粘接到光伏组件上。优选地，容胶槽313设置在支架部31的周边以及支架部31的位于收容部32与接线空间20之间的部位。

如图1和图2所示，优选地，封装件1的封装本体13设置有破坏其外形对称性的切角131，封装件1的该切角131可以起到标识封装件1的正负极性的作用，也可以通过与收容部32的结构配合防止反向安装，确保组装时将封装件1以预定的方向装入座体3的收容部32中。

本发明的光伏接线盒100通过将多个晶体管管芯11及其相关的电路部分集成到独立的单个封装件1中，因此，可以大大减少光伏接线盒100设计的难度，接线盒厂家所需做的仅是将晶体管管芯11的正负极和电缆线5连起来，并且，给封装晶体管管芯11的封装件1外加一个小巧的盒体2即可。原来钣金件和晶体管管芯11的焊接、测试、绝缘工作将由晶体管管芯厂家的自动流水线来代替。这样光伏接线盒100的结构可以做得非常简单、小巧，从而可以大大降低光伏接线盒100的成本。而且，光伏接线盒100中封装晶体管管芯11的封装件1将来甚至可以标准化，从而可以减少晶体管管芯11和光伏组件不匹配的现象，提高光伏组件的整体质量水平。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (18)

1. 光伏接线盒，其特征在于，其包括：

封装件，其包括含有多个相互电连接的晶体管管芯的封装本体，所述封装本体设有多个延伸在外的导电引脚；及

盒体，其绝缘地固定所述封装件，并且其包括对外密封的接线空间，所述多个导电引脚固定于所述接线空间中。

2. 如权利要求1所述的光伏接线盒，其特征在于，所述封装本体靠近所述晶体管管芯的部分位于所述接线空间外。

3. 如权利要求1所述的光伏接线盒，其特征在于，还包括固定在所述盒体上的电缆线，所述多个导电引脚包括电连接光伏组件的汇流条的多个中间引脚以及电连接所述电缆线的两个端部引脚。

4. 如权利要求3所述的光伏接线盒，其特征在于，所述多个中间引脚位于所述两个端部引脚之间，并且，所述两个端部引脚分别与所述多个中间引脚中的一个电连接。

5. 如权利要求4所述的光伏接线盒，其特征在于，所述多个晶体管管芯电性串联在所述两个端部引脚之间。

6. 如权利要求1所述的光伏接线盒，其特征在于，所述接线空间中填充电绝缘的密封介质，所述密封介质将所述端部引脚及所述中间引脚相对于外部环境密封。

7. 如权利要求1所述的光伏接线盒，其特征在于，所述盒体包括座体及盖体，所述封装件固定在所述座体与所述盖体之间。

8. 如权利要求7所述的光伏接线盒，其中，所述座体包括一体形成的支架部及收容部，所述支架部具有用于固定到所述光伏组件的安装平面，所述封装件的所述封装本体固定于所述收容部中，所述收容部与所述安装平面之间留有空隙。

9. 如权利要求8所述的光伏接线盒，其中，所述收容部设置有连通到所述空隙的开口，所述封装本体的靠近所述晶体管管芯的部位暴露在所述开口中。

10. 如权利要求9所述的光伏接线盒，其中，所述支架部设置有多个散热孔，所述多个散热孔将所述空隙与外界连通。

11. 如权利要求8所述的光伏接线盒，其中，所述收容部的对应所述封装本体的周边的部位设置有密封槽，在所述密封槽中填充密封介质而将所述封装本体的周边密封于所述座体。

12. 如权利要求8所述的光伏接线盒，其中，所述收容部上设置有定位凸柱，所述封装本体上设置有定位孔，所述定位凸柱收容在所述定位孔内。

13. 如权利要求8所述的光伏接线盒，其中，所述支架部的所述安装平面设置有容胶槽，所述支架部通过涂敷于所述容胶槽内的粘结剂粘接到所述光伏组件上，所述容胶槽设置在所述支架部的周边以及所述支架部的位于所述收容部与所述接线空间之间的部位。

14. 如权利要求8所述的光伏接线盒，其中，所述座体还包括位于所述接线空间中的多个支撑块，每一个所述引脚分别支撑在一个所述支撑块上。

15. 如权利要求7所述的光伏接线盒，其中，所述盖体上设置有窗口，所述窗口与所述接线空间相连通。

16. 如权利要求1所述的光伏接线盒，其中，所述封装件的封装本体设置有破坏其外形对称性的切角。

17. 如权利要求1至16中任一项所述的光伏接线盒，其中，所述盒体的材料包括热塑性塑料，所述封装件的封装本体由导热系数比所述热塑性塑料大的热固性塑料形成。

18. 如权利要求1至16中任一项所述的光伏接线盒，其中，所述晶体管管芯从由二极管和金属氧化物半导体场效应晶体管等所组成的组中选择。

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