CN108173515A - 低温光伏接线盒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温光伏接线盒，它包外壳和金属基板，外壳的内部腔体通过第一密封部件至少分隔出一导电区，金属基板包括位于导电区内的导电部、位于导电区外的散热部，该散热部直接或通过散热通道与外界空气相接触，导电部包括依次层叠设置的导电层、第一绝缘导热层、第一金属散热层，上述的至少一个二极管、至少一个光伏电池和输出电缆直接或通过导电部件连接在导电层上，散热部包括与第一绝缘导热层相连接的第二绝缘导热层、与第一金属散热层相连接的第二金属散热层。本发明中接线盒，可以使二极管产生的热量通过延伸到导电区之外的金属基板结构快速传导，与接线盒外部空气直接进行交换，提高散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温光伏接线盒。
背景技术
光伏接线盒是太阳能电池产生的电力与外部线路连接，同时在光伏电池出现失配的情况下，起到旁路保护作用，确保不会由于差的电池片导致好的电池片输出也受阻(木桶效应)，具有盒体、二极管、电缆组成的连接器，其中盒体为主要部位，包括盒体、内部金属铜片、二极管、盒盖等，其中盒体和盒盖相连接共同构成接线盒的外壳。目前，市场上安装使用的光伏接线盒是通过接线盒的导电体和光伏电池串汇流带连接，实现电路连接将光伏组件的功率输出。将旁路保护用的二极管置于接线盒中，在发生热斑现象时，实现旁路保护功能，降低热斑对光伏组件的不可逆的破坏作用。同时，通过盒内覆盖在二极管上的导热硅胶，将二极管工作时发出的热量通过导热硅胶和塑料接线盒壳体和盒外空气进行热交换实现散热功能。但由于导热硅胶和塑料外壳的导热系数非常低(大约在0.3W/m.k)，使得二极管发出的热量和空气交换的效率非常低。旁路保护二极管长期工作在高温下。高温不仅使二极管的反向漏电流成指数级加大(每升高10度，漏电流增加一倍)，导致光伏组件的输出功率下降，同时，高温还严重影响到二极管PN结的可靠性(晶体硅PN结的电子禁带宽度决定了PN的结温)，因此，重新设计接线盒的散热结构，提高接线盒的散热能力，不但降低二极管的反向漏电电流，保证光伏组件的输出功率，同时也降低光伏接线盒中二极管正向导通时的工作温度，已经成为一个必选项。。
目前接线盒的设计是将接线盒的三个功能(电路连接、二极管旁路保护和二极管的散热)集中在一个有防水要求的密闭盒子中，使得散热和防水这一对矛盾需求不能得到很好的平衡。既影响二极管散热，降低二极管的可靠性，也增加了二极管的成本(需要额定电流更大和Vf更低的二极管)，同时由于接线盒内温度的提高，导致二极管的反向漏电流加大，影响组件的输出功率下降。因此，如何提高接线盒的散热能力，保持组件的输出功率，保证接线盒二极管的长期可靠性，已经成为光伏业的一个焦点。申请号为CN201210194532、CN201210040376、CN201210535785、CN201310140139、CN201310320796、CN201320204866等专利均通过一些结构上的改进来增强接线盒的散热功能，但上述专利都只涉及通过灌胶/增加空气流动通道来提高二极管的热交换能力来降低接线盒内二极管的温度。
目前市场上常用的光伏接线盒散热结构和上述专利中涉及到的接线盒结构，都是将接线盒的三个主要功能在一个空间区域内实现，并试图通过改善接线盒内的热交换能力来降低二极管的温度。但由于导热硅胶和塑料外壳的导热系数太小，使得二极管工作时产生的热量不能及时传导出去，二极管的工作温度非常高，严重影响了光伏组件的输出功率和长期使用可靠性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低温光伏接线盒，将接线盒的连接导电功能和散热功能分开解决散热和密封防水矛盾的方式，来彻底解决散热效率低的结构问题。
本发明提出的一种低温光伏接线盒，它包外壳和金属基板，金属基板上连接有至少一个二极管、至少一个光伏电池和输出电缆，外壳的内部腔体通过密封部件至少分隔出一导电区，金属基板包括位于导电区内的导电部、位于导电区外的散热部，该散热部直接或通过散热通道与外界空气相接触，导电部包括依次层叠设置的导电层、第一绝缘导热层、第一金属散热层，上述的至少一个二极管、至少一个光伏电池和输出电缆直接或通过导电部件连接在导电层上，散热部包括与第一绝缘导热层相连接的第二绝缘导热层、与第一金属散热层相连接的第二金属散热层。
进一步地，散热部还包括另一金属散热层，该另一金属散热层与第二金属散热层分别位于第二绝缘导热层的相对的两侧，该另一金属散热层与导电层之间具有空隙，且密封部件设置在该空隙中。
进一步地，外壳的内部腔体还包括散热区，散热区与导电区之间至少通过密封部件相密封隔离，散热部设置在该散热区内，该散热区具有至少一个与外界空气相通的散热通道。
进一步地，外壳的内部腔体还包括密封区，密封部件包括第一密封部件，该密封区通过第一密封部件与导电区相隔，金属基板还包括位于导电部和散热部之间的密封部，该密封部包括层叠设置的第三绝缘导热层和第三金属散热层，第一绝缘导热层和第二绝缘导热层通过第三绝缘导热层相连接，第一金属散热层和第二金属散热层通过第三金属散热层相连接。
更进一步地，密封区设置在导电区与散热区之间，密封部件还包括第二密封部件，所述密封区通过该第二密封部件与散热区之间相隔。更进一步地，密封部与第一密封部件或/和第二密封部件之间具有密封套。
更进一步地，密封套套接在密封部外侧。
更进一步地，第一金属散热层、第二金属散热层、第三金属散热层中至少有一个为铝材质或铜材质。
进一步地，导电区内灌胶。
更进一步地，第一密封部件和第二密封部件分别为与外壳一体成型的隔板。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1.本发明中接线盒的壳体内部被分隔出导电区，金属基板具有特殊的结构设计，可以使二极管产生的热量通过延伸到导电区之外的金属基板结构(连成一体的金属散热层、绝缘导热层)快速传导到导电区外的散热区，与接线盒外部空气直接进行交换，提高散热效率，降低二极管的温度，保证接线盒的长期可靠性；
2.由于存在散热区域的特殊设计金属基板的散热能力，不必依靠目前常用的导热硅胶的接线盒散热结构，可以取消接线盒中二极管周围的灌封导热胶工艺，既可以缩小目前接线盒的体积，又降低接线盒组装成本和简化光伏组件生产工艺；
3.由于不需要在二极管安装区域施加导热硅胶，可以取消接线盒上盖，增加了接线盒的防水性能和增强了接线盒的安全性能；
4.导电区保证了接线盒的正常功能，金属基板的导电部与散热部之间通过密封部件(及密封区)防水隔离，既实现将二极管产生热量导出的功能，又保证连接导电区中金属基板的导电部和外界连接时的防水密封功能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明低温光伏接线盒的结构示意图；
图2为附图1中A-A向局部剖面结构示意图；
图3为金属基板的立体结构示意图。
其中：
1-外壳；11-导电区；12-散热区；13-密封区；14、第一密封部件；15、第二密封部件；
2-金属基板；21-导电部；21a-第一金属散热层；21b-第一绝缘导热层；21c-导电层；22-散热部；22a-第二金属散热层；22b-第二绝缘导热层；22c-加强散热层；23-密封部；23a-第三金属散热层；22b-第三绝缘导热层；24、凹陷；
3-密封套；
4-二极管；
5-光伏电池串；
6-输出电缆；
7-导电部件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参考附图1至附图2，一种低温光伏接线盒，它包外壳1和金属基板2。金属基板2上连接有至少一个二极管4、至少一个光伏电池5和输出电缆6，本实施例中的二极管4以三个为例。
外壳1内部的腔体通过密封部件至少分隔出一导电区11，金属基板2包括位于导电区11内的导电部21、位于导电区11外的散热部22，该散热部22直接或通过散热通道与外界空气相接触。若散热部22伸出所述外壳1，那么散热部22则与外界空气直接接触；若散热部22设置在外壳1内的散热区12内，那么散热部22则通过在外壳1上设置的散热通道与外界空气相接触，散热区12将在下文进行描述。
导电部21包括依次层叠设置的导电层21c、第一绝缘导热层21b、第一金属散热层21a，上述的至少一个二极管4、至少各一个光伏电池5和输出电缆6直接或通过导电部件7连接在导电层21c上。散热部22包括与第一绝缘导热层21b相连接的第二绝缘导热层22b、与第一金属散热层21a相连接的第二金属散热层22a。
导电区11实现接线盒和光伏电池5的连接以及接线盒电路输出功能，实现旁路保护电路的功能，同时将在连接导电区中二极管4产生的热量通过特殊设计的金属基板2导出。导电层21c作为二极管4连接以及和导电体连接的电路功能层。导电层21c通过导电体连接二极管4、光伏电池5和接线盒的输出电缆6。二极管4产生的热量通过第一绝缘导热层21b传导到第一金属散热层21a，第一金属散热层21a将热量传导到导电区11外的散热部22的第二金属散热层22a，通过特殊设计的结构和空气直接交换热能，达到快速降低二极管4温度的目的，保障二极管4长期工作在低温状态。
在一种更为优选的实施方案中，散热部22还包括另一金属散热层22c，该另一金属散热层22c与第二金属散热层22a分别位于第二绝缘导热层22b的相对的两侧，该另一金属散热层22c与导电层21c之间具有空隙，上述的密封部件设置在该空隙中，即另一金属散热层22c与导电层21c之间不接触，不会有电流漏出，保证了安全性。在该更为优选的实施例中，散热部22为三层结构，另一金属散热层22c为金属材质，优选为与导电层21c同种材质，以便于制造。通过在散热部设置三层的散热结构，进一步加强了散热部的散热能力。
在一种更为优选的实施方案中，外壳1内部的腔体还包括散热区12，散热区12与密封区13之间至少通过上述的密封部件相密封隔离，上述的散热部22即设置在该散热区12内。该散热区12具有至少一个与外界空气相通的散热通道(附图中未画出)。本实施例中，散热区12的接线盒外壳1结构上至少保留两个以上和接线盒外空气直接交换的散热通道，形成和接线盒外部的热循环通路。
散热区12使位于其内金属基板2的边缘被包在接线盒盒体结构内，使金属基板2的任何边缘不直接暴露在空气中，以保证其安全性。
在一种更为优选的实施方案中，外壳1内部的腔体还包括密封区13，上述的密封部件包括第一密封部件14，该密封区13通过第一密封部件14与导电区11相隔。金属基板2还包括位于导电部21和散热部22之间的密封部23，该密封部23包括层叠设置的第三绝缘导热层23b和第三金属散热层23a，第一绝缘导热层21b和第二绝缘导热层22b通过第三绝缘导热层23b相连接，第一金属散热层21a和第二金属散热层22a通过第三金属散热层23a相连接。密封部23与第一密封部件14之间具有密封套3，保证导电区11与密封区13之间的密封性，防止有水气从第一密封部件与密封部23之间漏出。
密封区13主要是通过密封的方式保证接线盒外部水不会通过特殊设计的金属基板2和接线盒连接固定缝隙进入到接线盒内的导电区11内，保证导电区11的电路连接部分满足安全规范。在这个区域内的金属基板2结构，只保留第三绝缘导热层23b和第三金属散热层23a的二层结构。
当接线盒外壳1内设置有散热区12时，则密封区13设置在导电区11与散热区12之间，上述的密封部件还包括第二密封部件15，密封区13通过该第二密封部件15与散热区12之间相隔。
密封部23与第二密封部件15之间具有密封套3，保证密封区13与散热区12之间的密封性，防止有水气从第二密封部件15与密封部23之间漏出。本实施例中，密封部23与第二密封部件15之间以及第一密封部件14与密封部23之间为同一个密封套3，该密封套3套接在密封部23外侧。优选地，如附图1和附图2所示，密封部23的宽度窄于导电部21和散热部22的宽度，使金属基板2的两侧边在密封部23处均形成凹陷24，密封套3位于该凹陷24处，该凹陷24的设置更便于密封套3的固定，防止密封套3上下滑动。附图3所示的金属基板2未设置凹陷机构。
在一种更为优选的实施方案中，第一金属散热层21a、第二金属散热层22a、第三金属散热层23a中至少有一个为铝材质或铜材质，本实施例中均采用铝材质。第一绝缘导热层21b、第二绝缘导热层22b、第三绝缘导热层23b采用陶瓷高聚物。导电层21c、另一金属散热层22c为敷铜层。为了便于生产制作，优选地，在金属基板2的实际制作过程中，第一金属散热层21a、第二金属散热层22a、第三金属散热层23a为一体的金属板，如铝板或铜板，第一绝缘导热层21b、第二绝缘导热层22b、第三绝缘导热层23b为同时制作在所述金属板上的一个整体绝缘导热层，导电层21c和另一金属散热层22c同时制作在绝缘导热层上的敷铜层。本实施例中的金属基板为铝基板，上述的铝板、绝缘导热层、敷铜层通过压合而成，如附图3所示。
在一种更为优选的实施方案中，导电区11内灌胶。
本实施例中的第一密封部件和第二密封部件分别为与外壳1一体成型的隔板。
工作原理：
相较现有技术中的散热通路(二极管原晶-二极管外壳-导热胶-塑料接线盒外壳-空气)，本申请中的接线盒的二极管散热通路为：二极管原晶-二极管外壳-金属导热片(金属散热层21a,22a,23a和另一金属散热层22c)-空气，可见，在导热过程中减少了导热胶和塑料接线盒外壳两个过程，极大地提高了导热效率，降低了二极管工作时消耗能量带来的高温，提高了二极管长期可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低温光伏接线盒，它包外壳和金属基板，所述金属基板上连接有至少一个二极管、至少一个光伏电池和输出电缆，其特征在于：所述外壳的内部腔体通过密封部件至少分隔出一导电区，所述的金属基板包括位于所述导电区内的导电部、位于所述导电区外的散热部，该散热部直接或通过散热通道与外界空气相接触，所述的导电部包括依次层叠设置的导电层、第一绝缘导热层、第一金属散热层，所述的至少一个二极管、至少一个光伏电池和输出电缆直接或通过导电部件连接在所述导电层上，所述的散热部包括与所述第一绝缘导热层相连接的第二绝缘导热层、与所述第一金属散热层相连接的第二金属散热层。
2.根据权利要求1所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的散热部还包括另一金属散热层，该另一金属散热层与第二金属散热层分别位于第二绝缘导热层的相对的两侧，所述另一金属散热层与导电层之间具有空隙，且所述密封部件设置在该空隙中。
3.根据权利要求1所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述外壳的内部腔体还包括散热区，散热区与导电区之间至少通过所述密封部件相密封隔离，所述的散热部设置在该散热区内，该散热区具有至少一个与外界空气相通的散热通道。
4.根据权利要求1或3所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述外壳的内部腔体还包括密封区，所述密封部件包括第一密封部件，该密封区通过所述第一密封部件与所述导电区相隔，所述的金属基板还包括位于所述导电部和散热部之间的密封部，该密封部包括层叠设置的第三绝缘导热层和第三金属散热层，所述的第一绝缘导热层和第二绝缘导热层通过所述第三绝缘导热层相连接，所述的第一金属散热层和第二金属散热层通过所述第三金属散热层相连接。
5.根据权利要求4所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的密封区设置在导电区与散热区之间，所述的密封部件还包括第二密封部件，所述密封区通过该第二密封部件与散热区之间相隔。
6.根据权利要求5所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的密封部与第一密封部件或/和第二密封部件之间具有密封套。
7.根据权利要求6所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的密封套套接在密封部外侧。
8.根据权利要求4所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的第一金属散热层、第二金属散热层、第三金属散热层中至少有一个为铝材质或铜材质。
9.根据权利要求1所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的导电区内灌胶。
10.根据权利要求5所述的低温光伏接线盒，其特征在于：所述的第一密封部件和第二密封部件分别为与外壳一体成型的隔板。
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