CN104508833B - 太阳能电池模块用二极管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单易于小型化、且温度不均一的情况少散热性优良的太阳能电池模块用二极管装置。对于本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置（20），不间隔如中间端子板那样的部件，而是分别将第一端子（22A）与第二端子（23B）以及第三端子（22B）与第二端子（23C）直接接合。根据这样的结构，就不会产生由于中间端子板等的间隔物而导致的散热性下降的情况。

Description

太阳能电池模块用二极管装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池模块（module）用二极管（diode）装置，具体是涉及一种使用在太阳能电池单元（cell）的旁路（bypass）电路中的太阳能电池模块用二极管装置的结构。

背景技术

太阳能电池模块由多个太阳能电池单元所构成。由于单个的太阳能电池单元的电动势小，因此通过串联连接多个太阳能电池单元来提高太阳能电池单元整体的电动势。

理想的情况是这些多个太阳能电池单元分别被相同光量的太阳光所入射。但是实际上，在多个太阳能电池单元中，当其中一部分的太阳能电池单元进入周围建筑物的影子时，反射的光量就会下降，造成电动势下降。一旦特定的太阳能电池单元的电动势下降，通过这个太阳能电池单元的电流量就会被限制，结果造成太阳能电池模块整体的发电量大幅度下降。因此，通常会在每个太阳能电池单元上分别并联连接二极管从而设置旁路电路。

例如，当把三个太阳能电池单元串联连接时，作为旁路电路，二极管被并联连接在各个太阳能电池单元上。使用旁路电路的太阳能电池模块用接线盒（box）如专利文献一中所公开的那样。

图5是显示专利文献一所公开的太阳能电池模块用接线盒的平面图。这个专利文献一公开了把多个半包覆二极管12收纳在筐体18中的太阳能电池模块用接线盒10。每个半包覆二极管12都具有引线（lead）端子14。各个半包覆二极管12的引线端子14与中间端子板16相连接，进一步，这个中间端子板16与电极17相连接。即、半包覆二极管12通过中间端子板16与电极17相连接。

在专利文献一所示的结构的太阳电池模块用接线盒10中的半包覆二极管12内，收纳有二极管晶片。一般地，二极管晶片与设置在半包覆二极管的外部的端子通过导线或中间端子板等相连接。在这样的半包覆二极管中，有一个二极管晶片被收纳在二极管的封装体内的情况，也有多个二极管晶片被收纳的情况。例如，当三个以上的二极管晶片被排列收纳在平面上时，根据各个二极管晶片与端子之间的连接方式的不同，在散热性上会产生差异。当在散热性上产生差异时，散热性差的二极管的就有可能会比其他的二极管更早地发生热老化。先行技术文献

专利文献

专利文献一日本特许公开2007-329319号公报

发明内容

本发明是鉴于上述课题而发明的，目的在于提供一种改善了散热性的太阳能电池模块用二极管装置。

为了解决上述课题，本发明的几种实施方式提供以下的太阳能电池模块用二极管装置。

即、本发明的太阳能电池模块用二极管装置，设置在多个太阳能电池单元串联连接而形成的太阳能电池模块中，且构成所述太阳能电池单元的旁路电路，其特征在于，具有：二极管元件，由包括阳极及阴极的二极管晶片、设置在所述阳极上的第一端子、和设置在所述阴极上的第二端子所构成；以及成型构件，收纳三个以上的所述二极管元件，其中，三个以上的所述二极管元件中，至少一个所述二极管元件的所述第一端子与另一个所述二极管元件的所述第二端子直接接合，所述二极管元件在一个平面上，被配置为相互之间距离略等。

在本发明的太阳能电池模块用二极管装置中，所述第二端子沿着所述一个平面被排列配置，在所述成型构件的外面，形成了与所述一个平面平行的第一平坦面，在该第一平坦面上，形成了第一散热部件。

在本发明的太阳能电池模块用二极管装置中，在所述成型构件的外面，形成了与所述第一平坦面隔着所述一个平面相对向的第二平坦面，在该第二平坦面上，进一步形成了第二散热部件。

在本发明的太阳能电池模块用二极管装置中，三个以上的所述二极管元件被电串联连接。

发明效果

根据本发明的太阳能电池模块用二极管装置,将一个二极管元件的第一端子与另一个二极管元件的第二端子不通过间隔物直接接合起来。这样，因为不再通过难以顺利传播热的例如导线（lead wire）等间隔物来将二极管元件之间连接，所以能够谋求散热性的均一化，改善散热性。

附图说明

图1是显示本发明的实施方式一中的太阳能电池模块用二极管装置的平面图以及电路图；

图2是显示本发明的太阳能电池模块用二极管装置与太阳能电池模块的连接状态的说明图；

图3是显示本发明的实施方式二中的太阳能电池模块用二极管装置的平面图以及电路图；

图4是显示流向太阳能电池模块用二极管装置的电流与各个二极管元件的温度的关系的图表；以及

图5是显示以往的太阳能电池模块用接线盒的平面图。

具体实施方式

以下参照附图来对本发明的太阳能电池模块用二极管装置的实施方式进行说明。另外，本实施方式是为了更好地理解发明的主旨而具体地进行说明的，在没有特别指定的情况下，本发明不限于此。另外，以下的说明中使用的附图有的是为了使本发明的特征容易理解而方便地将主要部分扩大显示了，各构成要素的尺寸比例等与实际尺寸未必相同。

实施方式一

将本发明的太阳能电池模块用二极管装置的实施方式一显示在图1中。图1是显示本发明的实施方式一的太阳能电池模块用二极管装置的平面图以及电路图。图1（a）显示的是将太阳能电池模块用二极管装置的成型构件的一部分切断后的平面图，图1（b）是沿着厚度方向的平面图，图1（c）是显示设置在太阳能电池模块用二极管装置上的二极管元件的电连接的电路图。

本实施方式中的太阳能电池模块用二极管装置20包含被电串联连接的三个二极管元件24A、24B、24C，以及收纳这三个二极管元件24A、24B、24C的成型（mold）构件25。

二极管元件24A具有包括阳极（anode）21Aa和阴极（cathode）21Ab的二极管晶片（diode chip）21A，与阳极21Aa相连接的第一端子22A，以及与阴极21Ab相连接的第二端子23A。

同样地，二极管元件23B具有包括阳极21Ba和阴极21Bb的二极管晶片21B，与阳极21Ba相连接的第一端子22B，以及与阴极21Bb相连接的第二端子23B。

另外，同样地，二极管元件24C具有包括阳极21Ca和阴极21Cb的二极管晶片21C，与阳极21Ca相连接的第一端子22C，以及与阴极21Cb相连接的第二端子23C。

二极管晶片21A、21B、21C分别例如具有在平面图上看时呈四角形的板状的外形。二极管晶片21A、21B、21C的一面上分别形成了阳极21Aa、21Ba、21Ca，另外，在另一面上分别形成了阴极21Ab、21Bb、21Cb。在成型构件25的一个平面25F上，二极管晶片21A、21B、21C被配置为相互之间距离略等。本实施方式中，二极管晶片21A、21B、21C被配置为相互之间距离略等从而形成略三角形T。二极管晶片21A、21B、21C也可以例如是PN二极管、肖特基势垒二极管（schottkybarrier diode）等。

二极管元件24A的第一端子22A的一端22Aa与二极管晶片21A的阳极21Aa直接接合。另外，第一端子22A的另一端22Ab与二极管元件24B的第二端子23B直接接合。

二极管元件24B的第一端子22B的一端22Ba与二极管晶片21B的阳极21Ba直接接合。另外，第一端子22B的另一端22Bb与二极管元件24C的第二端子23C直接接合。

二极管元件24C的第一端子22C的一端22Ca与二极管晶片21C的阳极21Ca直接接合。另外，第一端子22C的另一端22Cb与内部端子（内引脚（inner lead））26直接接合。

作为这些第一端子22A、22B、22C与第二端子23B、23C及内部端子（内引脚）26直接接合的方法，例如可以举出使用焊料或导电性粘合剂等接合材料接合的方法、以及通过焊接接合的方法等等。

另外，本发明中所说的直接接合是指不在第一端子第22A、22B、22C与第二端子23A、23B、23C及内部端子26之间设置中间端子板或导线等其他部件（间隔物），而使用焊料或导电性粘合剂等的接合材料接合、或是通过焊接直接接合的接合形态。

第一端子22A、22B、22C分别例如由细长的矩形金属板所构成。另外，第二端子23A、23B、23C分别例如由比阴极21Ab、21Bb、21Cb更大且平面图为多角形的金属板所构成。这种构成第一端子22A、22B、22C和第二端子23A、23B、23C等的金属板优选例如Cu、Al、Zn、Ag、Ni、Au、或包含它们的合金等的导电性强的金属。

第二端子23A、23B、23C及内部端子26沿着成型构件25中的收纳二极管元件24A、24B、24C的内部空间的一个平面（内面的其中一面）25F被排列配置。本实施方式中，平面25F在平面图上看呈略四角形。

第二端子23A是平面图为多角形的金属板，一部分的边靠近平面图为略四角形的一个平面25F的第一边25a的一部分，其他边中的一部分的边靠近一个平面25F的中央部。

第二端子23B是略矩形的金属板，从一个平面25F的第一边25a的一部分扩展至与第一边25a相连的整个第二边25b以及与第二边25b相连的第三边25c的一部分。

第二端子23C是多角形的金属板，扩展至将一个平面25F的第三边25c的一部分与第一边25a的一部分连接。

内部端子26是略矩形的金属板，从一个平面25F的第三边25c的一部分扩展至与第三边25c相连的整个第四边25d以及第一边25a的一部分。

这些第二端子23A、23B、23C、内部端子26被形成为互相电独立、且互相不接触。

第二端子23A、23B、23C及内部端子26的靠近第一边25a的部位分别与外部端子（外引脚（outer lead））27A、27B、27C、27D直接接合。外部端子27A、27B、27C、27D由向着远离成型构件25的方向互相平行地延伸的细长金属板所构成。外部端子27A、27B、27C、27D的大部分，即除了与第二端子23A、23B、23C及内部端子26分别接合的部位以外，都向成型构件25的外部露出。太阳能电池模块用二极管装置20通过这些外部端子27A、27B、27C、27D与太阳能电池模块30（参考图2）电连接。另外，对于太阳能电池模块用二极管装置20与太阳能电池模块30的电连接形态的例子，在后面进行描述。

外部端子27A、27B、27C、27D可以由Cu、Al、Zn、Ag、Ni、Au、或含有它们的合金等的导电性强的金属所构成。另外，作为第二端子23A、23B、23C及内部端子26与外部端子27A、27B、27C、27D的直接接合的方法，例如可以举出使用焊料或导电性粘合剂等的接合材料进行接合的方法、通过焊接接合的方法等等。

成型构件25起到在内部收纳三个二极管元件24A、24B、24C的收纳盒（case）的作用。成型构件25的外形形状例如是板状的长方体。在成型构件的外面形成了与一个平面25F平行的第一平坦面25P1。然后，在这个第一平坦面25P1上形成了第一散热部件28。另外，在成型构件25的外面，形成了与第一平坦面25P1隔着一个平面25F相对向的第二平坦面25P2。而且，在这个第二平坦面25P2上设有第二散热部件29。

第一散热部件28和第二散热部件29等例如可以是形成为相对于第一平坦面25P1和第二平坦面25P2等向垂直方向延伸的多个散热片（fin）等表面积大的形状的部件。第一散热部件28和第二散热部件29等可以由热传导性优良的金属，例如Cu、Al、或含有它们的合金等构成。作为在成型构件25的外面安装第一散热部件28和第二散热部件29等的方法，可以举出例如螺丝固定、使用热传导性优良的粘合剂粘合等。

如图1（c）所示，二极管元件24A、二极管元件24B、二极管元件24C被串联连接。二极管元件24A的一端与外部端子27B相连接。二极管元件24A的另一端与二极管元件24B的一端之间连接有外部端子27A。二极管元件24B的另一端与二极管元件24C的一端之间连接有外部端子27C。而且，二极管元件24C的另一端与外部端子27D相连接。

图2是显示本发明的太阳能电池模块用二极管装置与太阳能电池模块连接时的电连接的说明图。太阳能电池模块30例如由三个太阳能电池单元31A、31B、31C电串联连接而构成。各个太阳能电池单元31A、31B、31C通过太阳光的入射各自进行光电转换。太阳能电池单元31A、31B、31C各自的输出电压例如是0.5V左右。通过串联连接这些太阳能电池31A、31B、31C而获得的太阳能电池模块30的输出电压例如是1.5V左右。

太阳能电池模块用二极管装置20构成太阳能电池模块30的旁路电路。例如，太阳能电池模块30的一个端子与二极管元件24A的阳极端子相连接。二极管元件24A的阴极端子与二极管元件24B的阳极端子相连接。二极管元件24B的阴极端子与二极管元件24C的阳极端子相连接。二极管元件24C的阴极端子与太阳能电池模块30的另一个端子相连接。

另外，二极管元件24A的阴极端子和二极管元件24B的阳极端子的连接点与太阳能电池单元31A和太阳能电池单元31B的连接点相连接。二极管元件24B的阴极端子和二极管元件24C的阳极端子的连接点与太阳能电池单元31B和太阳能电池单元31C的连接点相连接。

例如，在只有太阳能电池单元31B在背阴处因而太阳光照射不到的情况下、或在由于不良状况因而太阳能电池单元31B无法进行光电转换的情况下等，从太阳能电池单元31A输出的电流就会经由构成旁路电路的二极管元件24B，被输入太阳能电池单元31C。这样，即使太阳能电池模块30的任意一个太阳能电池单元产生了不良状况，也可以通过与该产生了不良状况等的太阳能电池单元并联连接的二极管元件来使得电流绕行，从而输出电力。

另外，例如在多个太阳能电池模块30被串联连接的结构中，即使是在特定的太阳能电池模块30的太阳能电池单元31A、31B、31C都不进行光电转换的情况下，也可以使用串联连接的所有二极管元件24A、24B、24C来构成这个特定的太阳能电池模块30的旁路电路。这样，即使多个太阳能电池模块30被串联连接，也可以绕过某个产生了不良状况的太阳能电池模块30，而输出通过其他太阳能电池模块30的光电转换所获得的电力。

对图1中显示的太阳能电池模块用二极管装置的作用进行说明。

根据本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置20，将第一端子22A与第二端子22B以及第一端子22B与第二端子23C直接接合。这样，与对于二极管元件的接合通过导线等难以传播热的间隔物连接的结构相比较，能够使热容易传播从而提高散热性。另外，在连接二极管元件的导线或中间端子板等的形状、配置方式、长度在二极管元件之间不统一的情况下，散热性就会不均一，而根据本实施方式，由于不需要间隔物，因而不会有由间隔物所导致的温度差异，所以能够谋求温度的均一化。

另外，在本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置20中，对于第一端子22A与第二端子23B以及第一端子22B与第二端子23C的接合，由于不间隔中间端子板这样的部件，因此不需要配置像这种中间端子板那样面积比较大的金属板的空间（space），所以能够实现太阳能电池模块用二极管装置20的小型化。进一步，在本实施方式中，由于串联地接合二极管元件24A、24B、24C，将它们用成型构件25覆盖从而形成一个芯片，因此能够实现太阳能电池模块用二极管装置20的小型轻量化。

进一步，在本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置20中，将第一端子22A与第二端子23B以及第一端子22B与第二端子23C直接接合，因而没有必要间隔像中间端子板那样的部件，所以能够减少接合点。从而能够大幅度地减少锡焊、或熔接等的工序数量，并且由于不再需要间隔物，因此能够实现制造成本的降低。

进一步，如本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置20，通过在成型构件25的一个平面25F上将二极管晶片21A、21B、21C配置为相互之间距离略等，例如使得二极管晶片21A、21B、21C形成为相互之间距离略等的略三角形T，从而使得在相邻的二极管晶片21A、21B、21C之间，热的传播均匀，因此能够进一步有效地降低二极管晶片21A、21B、21C的热的不均匀。

在本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置20中，在成型构件25的外面形成了第一平坦面25P1。通过形成这样的第一平坦面25P1，在这个第一平坦面25P1上设置散热片等的第一散热部件28就会变得容易。

这样，可以把被成型构件25收纳的二极管元件24A、24B、24C产生的热通过第一散热部件28高效率地排放到外部。从而能够降低二极管元件24A、24B、24C的热的不均匀，抑制特定的二极管元件，例如仅有被夹在二极管元件24A与二极管元件24C之间的二极管元件24B变为高温，而比二极管元件24A、24C更早地热老化这样的情况。

进一步，由于在成型构件25的外面，形成与第一平坦面25P1相对向的第二平坦面25P2，因此在这个第二平坦面25P2上设置散热片等第二散热部件29的工作也变得容易。通过在成型构件25的第二平面25P2上形成第二散热部件29，使得将二极管元件24A、24B、24C产生的热更高效地排放到外部成为可能。对于第一散热部件和第二散热部件29，既可以设置其中任一个，也可以两个都设置。

另外，在本实施方式中，将二极管元件的数量设定为了三个，但本发明不以此为限，只要是将三个以上任意数量的二极管元件直接连接这样的结构就可以。

另外，在本实施方式中，一端与二极管晶片的阳极直接接合的第一端子由细长的金属板构成。但是，第一端子不限于细长的金属板。例如，作为第一端子，也可以由热传导性优良的金属细线等接合线（bonding wire）构成。作为热传导性优良的金属细线的具体例子，可以举出铜线、铝线（aluminum wire）、不锈钢丝（stainless wire）等。通过将二极管晶片21A、21B、21C配置为相互之间距离略等来使得热的传播均匀，从而在第一端子为金属细线的情况下也能够确保充分的散热性。

另外，对于本发明的太阳能电池模块用二极管装置，仅对多个二极管元件通过电桥（bridge）配线而被连接的二极管装置的连接形态进行改变就可以制造，因此使用这种电桥配线的二极管装置的基本设计而仅对连接形态进行改变，也可以制造本发明的太阳能电池模块用二极管装置。这样，就能够以低成本制造出串联配线的太阳能电池模块用二极管装置和电桥配线的二极管装置。

实施方式二

其次，对于本发明的太阳能电池模块用二极管装置的实施方式二进行说明。图3显示的是实施方式二的太阳能电池模块用二极管装置的平面图及电路图。图3（a）显示的是将本发明涉及的太阳能电池模块用二极管装置的成型构件的一部分切断后的平面图，图3（b）显示的是二极管的电连接的电路图。对与图1所示的实施方式一相同的结构给予相同的符号，并省略其详细的说明。

实施方式二的太阳能电池模块用二极管装置40包含被电串联连接的三个二极管元件对44A、44B、44C，以及收纳这三个二极管元件对44A、44B、44C的成型构件25。

二极管元件对44A的二极管元件44A1与二极管元件44A2，二极管元件对44B的二极管元件44B1与二极管元件44B2，以及二极管元件对44C的二极管元件44C1与二极管元件44C2分别并联连接。即、形成为一对相互并联连接的二极管组三组串联连接的形态。

二极管元件44A1由二极管晶片41A1，第一端子42A1及第二端子43A构成。二极管元件44A2由二极管晶片41A2，第一端子42A2及第二端子43A构成。第二端子43A由二极管元件44A1和二极管元件44A2共享。

二极管元件44B1由二极管晶片41B1，第一端子42B1及第二端子43B构成。二极管元件44B2由二极管晶片41B2，第一端子42B2及第二端子43B构成。第二端子43B由二极管元件44B1和二极管元件44B2共享。

二极管元件44C1由二极管晶片41C1，第一端子42C1及第二端子43C构成。二极管元件44C2由二极管晶片41C2，第一端子42C2及第二端子43C构成.。第二端子43C由二极管元件44C1和二极管元件44C2共享。

第二端子43A上连接有两个二极管晶片41A1、41A2，第二端子43B上连接有两个二极管晶片41B1、41B2，第二端子43C上连接有两个二极管晶片41C1、41C2。

在成型构件25的内部空间的其中一个平面25F上，与二极管晶片41A1、41A2的阴极相连接的第二端子43A，与二极管晶片41B1、41B2的阴极相连接的第二端子43B，与二极管晶片41C1、41C2的阴极相连接的第二端子43C，以及内部端子26被排列配置。

另外，二极管晶片41A1、41A2，41B1、41B2，41C1、41C2各自的阳极分别与第一端子42A1、42A2，42B1、42B2，42C1、42C2各自的一端相连接。

而且，二极管元件对44A的第一端子42A1、42A2各自的另一端与二极管元件对44B的第二端子43B直接接合。二极管元件对44B的第一端子42B1、42B2各自的另一端与二极管元件对44C的第二端子43C直接接合。另外，二极管元件对44C的第一端子42C1、42C2各自的另一端与内部端子直接接合。

根据本实施方式的太阳能电池模块用二极管装置40，因为是将两个二极管元件并联连接的二极管元件对多个串联连接的结构，所以即使单个的二极管晶片的容量小，作为整体时也能够保持高度的耐压。

另外，即使是在四个以上的二极管元件被配置在成型构件的一个平面上的情况下，也最好将各个二极管元件之间设定为同等距离。例如，当二极管元件为四个时，在相当于正四角形的各个顶点的位置上配置二极管元件。另外，例如，当二极管元件为五个时，在相当于正五角形的各个顶点的位置上配置二极管元件。

实施例

其次，对向图1所示的本发明的太阳能电池模块用二极管装置通入电流，从而测定各个二极管元件的温度变化的例子进行说明。

本实施例中，在测定时，使用图1所示的太阳能电池模块用二极管装置20，向三个二极管元件24A、24B、24C分别通入电流。使得电流2安、5安、7安、9安、10安、12安地阶段性地变化。温度测定是从成型构件25的外面一侧进行的。将这样获得的测定结果在图4中显示。

在图4的图表中，横轴是电流值，纵轴是引线温度。施加后D1是指向二极管元件24A通入了电流后的状态。施加后D2是指向二极管元件24A通入了电流后的状态，以及向二极管元件24B通入了电流后的状态。施加后D3是指向二极管元件24A、24B通入了电流后的状态，以及向二极管元件24C通入了电流后的状态。

这里，在万一太阳能电池模块用二极管装置20的散热性没有保持良好的情况下，在同一电流值下，随着被施加电流的二极管元件的数量增加，热会在内部充满，温度会越来越高。即、认为二极管元件为一个的时候与二极管元件为多个的时候的温度差会随着电流值的增大而扩大。

但是，图4所示的图表显示：即使增大电流值，二极管元件为一个的时候与二极管元件为多个的时候的温度差还是大体上相同，因此散热被顺利地进行。根据这样的结果可以确定：太阳能电池模块用二极管装置20的散热性被改善，确保了高度的散热性。

符号的说明

20…太阳能电池模块用二极管装置，21A、21B、21C…二极管晶片，22A、22B、22C…第一端子，23A、23B、23C…第二端子，24A、24B、24C…二极管元件，25…成型构件。

Claims (4)

1.一种太阳能电池模块用二极管装置，设置在由多个太阳能电池单元串联连接而形成的太阳能电池模块中，且构成所述太阳能电池单元的旁路电路，其特征在于，具有：

二极管元件，由包括阳极及阴极的二极管晶片、设置在所述阳极上的第一端子、和设置在所述阴极上的第二端子所构成；以及

成型构件，收纳三个以上的所述二极管元件，

其中，三个以上的所述二极管元件中，至少一个所述二极管元件的所述第一端子与另一个所述二极管元件的所述第二端子直接接合，

所述二极管元件在一个平面上，被配置为相互之间距离相等，

所述第一端子和所述第二端子均为金属板，

所述直接结合为采用接合材料结合以及焊接结合中的任意一种结合形态。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块用二极管装置，其特征在于：

其中，所述第二端子沿着所述一个平面被排列配置，在所述成型构件的外面，形成了与所述一个平面平行的第一平坦面，在该第一平坦面上，形成了第一散热部件。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块用二极管装置，其特征在于：

其中，在所述成型构件的外面，形成了与所述第一平坦面隔着所述一个平面相对向的第二平坦面，在该第二平坦面上，进一步形成了第二散热部件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池模块用二极管装置，其特征在于：

其中，三个以上的所述二极管元件被电串联连接。