JP2005209971A - 入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造の工程と工程の間に品質チェックが出来る工程区切りが設けられる製品構造で，ダイオードが放熱良好で耐久性に富む，入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールの構造と製法。
【解決手段】隔壁で区切られた複数のゾーンを有する絶縁枠体に端子接続手段を設けた複数の放熱板を，絶縁間隔を設けて該枠体に固着し該間隔を跨ぐようにダイオード完成品の電極を接続して絶縁物を充填，太陽電池のリード線を端子接続手段に接続した後に接続部を充填する。
【選択図】 図１。

Description

本発明は，太陽電池モジュール用の出力部構造に関し，複数の太陽電池モジュールの出力導体を接続する工事が確実に容易に出来るようにした入出力端子付きバイパスダイオードモジュールに関する。

従来，太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールを，所望の電圧を得るために直列接続して設置する工事現場において，工数を減らして工事時間が短縮でき，しかも信頼性が確保できる接続端子ボックスの具現化が望まれていた。しかも，各モジュールにバイパス用又は逆流防止用にダイオードを接続するのであるが，ボックスの薄型構造と電気的信頼性確保の為に種々の技術開発が行われて来た。従来の「太陽電池モジュール用出力端子ボックス」についての技術を開示した特許文献１がある。

「特開平５ー３４３７２４」公報。「発明の名称：太陽電池モジュール用出力端子ボックス」の（段落０００７）に「太陽電池モジュールの出力低下やセルの破壊の問題を改善するためにバイパスダイオードを備えた太陽電池モジュールが先行技術において知られている。」と記述されている。

（段落００１８）に「太陽電池モジュール用端子ボックスは，その端子ボックスの筐体内に設けられた中継端子支持板と，支持板上に設けられたペレット状のバイパスダイオードおよびペレット状の逆流防止ダイオードのうち少なくとも一方を備え，」と記述されている。（段落００２０）に「バイパスダイオードを結線する工程が図解されており，図１（Ｄ）は図１（Ｃ）中の線１Ｄ−１Ｄに沿った断面図である。」と記述されていて，この図１（Ｄ）に示された断面図を，この書類（本発明）の図３に示した，「絶縁中継支持板に載置されるペレット状のバイパスダイオード４ａが導電性の中継端子接続部分１３ａ上に半田付けされて，リード線２５の一端がバイパスダイオード４ａ上に接続されていて，この中継端子接続部分１３ａが中継端子支持板の上に設けられていて，この接続構造体は端子ボックスの筐体に収容することが出来る」と記述されているが，小型で薄いペレット状のダイオードチップが導電物に半田付けされている。

入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールは，屋外で長期間に亘って過酷な気象条件下に曝される環境条件で品質が信頼できること。該モジュールに内蔵される半導体素子の耐久性が保証できる構造を創作することがこの発明の目的である。

入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールの外部接続の構造は，過酷な作業環境条件で作業品質が信頼できること。電気接続及び電気絶縁が保証できる構造を創作することもこの発明の目的である。

ダイオードの放熱が容易に達成できること，ダイオードを堅牢に取り付けることがこの技術の必要欠くべからざる条件であるが前記のペレット状ダイオードは脆弱な薄い半導体ペレットであるから振動や衝撃に弱く破断しやすい。このような性能不安要素を払拭する技術で，品質が保証できるプロセスで製造できること。この為，製造の工程と工程の間に品質チェックができる「工程の区切り」が設定できるような製品構造で実現し，コンパクトな製品であり，取り付け結線工事が容易な構造で安価に提供することが課題であった。温度・湿度変化に対し耐久性・信頼性が長期に亘って確保出来るようにするために，製品の構造と製造法がシステマティックに組み込まれて形成されることが課題である。

請求項１に関しては，上記課題を解決するために，製造の工程と工程の間に品質チェックができる「工程の区切り」が設定できるような製品構造を実現して，太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン，ダイオード放熱板ゾーン，出力ケーブル用端子ゾーンの各ゾーンが隔壁で区切られた構造体を形成，製造工程の区切り毎に特性試験で完成度をチェックできる製造方法とした。

電気絶縁性のボックス枠体に対して，端部近傍に端子接続手段が形成された複数の放熱板が絶縁間隔を保って固着またはインサート成型で取り付けられて，該放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状にダイオードの電極を接続する工程，ダイオードが接続されたダイオード放熱板ゾーンに絶縁物を充填して製品中間体を完成させる工程，該製品中間体の特性試験をする工程，太陽電池モジュールパネル裏面に該製品中間体を固着する工程，太陽電池モジュールリード線を該放熱板のモジュールリード線用端子ゾーン内の端子接続手段に接続して，この段階で性能試験した後に，該接続部位を覆うように絶縁物を充填する工程，出力ケーブル用端子ゾーン内の端子接続手段に出力ケーブルを接続する工程，この工程の後に性能試験をしてから防水処理工程を具備することを特徴とした，入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールの製造方法とした。

請求項２に関しては，太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン，ダイオード放熱板ゾーン，出力ケーブル用端子ゾーンの各ゾーンが隔壁で区切られた絶縁性ボックス枠体に，該放熱板の端部近傍に端子接続手段が形成された複数の放熱板が，絶縁間隔を保って取り付けられて，各放熱板の略中央部にダイオードのアノード電極とカソード電極が該絶縁間隔を跨ぐ形状に導電・機械的接続され，ダイオード放熱板ゾーンに絶縁物を充填したものを製品中間体として，この製品中間体が太陽電池モジュールパネル裏面に固着され，太陽電池モジュールリード線が該放熱板のモジュールリード線用端子ゾーン内の端子接続手段に接続されて後，該接続部位に絶縁物が充填される等の防湿処理をし，出力ケーブル用端子ゾーン内の端子接続手段に出力ケーブルが接続され，その後に防湿処理される構造を特徴とした，入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールとした。

請求項３に関しては，太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン，ダイオード放熱板ゾーン，出力ケーブル用端子ゾーンの各ゾーンが隔壁で区切られた絶縁性ボックス枠体に，
絶縁間隔を保って複数の放熱板が取り付けられて，該放熱板の両端近傍に端子接続手段が形成され，該放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状にダイオードの電極が接続され，ダイオード放熱板ゾーンに絶縁物を充填した製品中間体が，太陽電池モジュールパネル裏面に，少なくとも該放熱板の略中央部には，熱伝導性の電気絶縁板を介して固着された構造を特徴とした，請求項２記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールとした。

請求項４に関しては，放熱板の両端近傍に形成される端子接続手段が，モジュールのリード線が半田付け可能な金属片で形成された端子板である，請求項２および３記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールとした。

請求項５に関しては，放熱板の両端近傍に形成される端子接続手段が，入出力端子が挿入接続できる構造を有するリセプタクル端子である，請求項２および３記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールとした。

請求項６に関しては，放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状に接続されるダイオードが，半導体チップに電極が接続されてチップ部位が樹脂モールドされたダイオード完成品である，請求項２，３及び４記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールとした。

太陽電池モジュールパネル裏面にこの製品が固着され，太陽電池モジュールパネルがダイオードの放熱フィンとして作用するのでダイオード温度上昇値を抑える効果がある。
接続されるダイオードは，半導体チップ部位が樹脂モールドされた完成品であるから，この段階で耐熱耐湿信頼性が確認され，保証される構成になっている。これを組み付けて更に充填樹脂がモールドされて二重防湿の構成にしたので，既存品に比べて長期の信頼性が確保できる製品となった。さらに半導体チップには力が掛からない外部接続端子の引き出し構造としたので，設置の際のケーブル接続工事が容易な構成になったので工事完成度が向上し総合的な製品完成度が高まる。

本発明による実施の形態を図１に示して説明する。図１（イ），（ハ）は平面図，（ロ），（ニ）はこれの側面の断面図を示す。ボックス枠体１は例えばエポキシ系樹脂など絶縁体で形成され，太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン２，ダイオード放熱板ゾーン３，出力ケーブル用端子ゾーン４の各ゾーンが隔壁１２で区切られて，端部近傍に端子接続手段６及び７が形成された，例えば厚み３ミリメートル銅板である放熱板９がインサート成形又は接着材で該隔壁１２に固着される。複数の放熱板９が，絶縁間隔１０を保って取り付けられて，各放熱板の略中央部にダイオード完成品８のアノード電極とカソード電極が該絶縁間隔１０を跨ぐ形状に半田付けされてダイオードが電気的に直列に接続され，ダイオード放熱板ゾーン３にエポキシ樹脂などの絶縁物を充填した製品中間体が，電気特性試験や温度・湿度環境試験で品質・信頼性が確認される。製品中間体となって製造工程の区切りとなる。ボックス枠体１は，ダイオード放熱板ゾーン３を除いて，太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン２の底部１１，出力ケーブル用端子ゾーン４の底部１１にリブ５が形成されていて，リブ５はリード線が端子に接続されて後に該接続部を充填封止するときの防湿信頼性を確保するために役立つ他に，充填材の必要量を節約するのに役立つ。端子ゾーン２及び４の底部又は枠体側面には太陽電池モジュールのリード線や外部配線のケーブルが導入できる寸法の貫通孔を設けることも有効である。

放熱板９の端部近傍に形成される端子接続手段６，７は，入出力端子が挿入接続できる構造を有するリセプタクル端子６，７であり，これは電流が大きい場合や接続箇所の接触抵抗を極端に小さくする時は，出力ケーブルの圧着端子がネジ止め可能なネジ穴構造を有するネジ端子台とすることが好適である。生産規模が大きい量産の場合には半田付け用の板金端子とすることが好適である。６はモジュールリード線用端子で７は出力ケーブル用端子である。

ダイオード完成品８はダイオードの半導体チップが金属板に固着され，金属板がアノード電極の外部導体であり，二本のピンにカソードが並列接続されている外部導体である。外部導体以外の部位は電気絶縁物で覆われていて内部のダイオードチップの耐湿度信頼性が確認されている。耐湿度信頼性が確認されているダイオード完成品８が放熱板９に電気接続されていて通電中にチップが発熱するが，その温度上昇値を低く抑えるようにダイオード放熱板ゾーン３の底部１１は，（少なくとも放熱板９が接する部位だけは）熱抵抗が小さくなるように厚さを薄く，例えば１ｍｍ以下に薄板部位１６を形成するか，または，図１（ニ）に示したように放熱板９が接する底部１１の部位をくり貫いた形状に形成して，熱伝導性に優れた熱伝導性絶縁シート（サーマルシート）１３を放熱板９に接着して水の浸入を防ぎ，熱伝導を確保している。この部位の外側に太陽電池モジュールのパネルが貼り付けられて該パネルを熱放出のヒートシンクの作用をさせている。該ダイオードは，バイパス電流が大きいとき通電による発熱量を出来るだけ低い熱抵抗で電気絶縁することでダイオードのＰＮ接合部温度を，規定値以下に抑えることが重要でありダイオードチップ部位の熱をダイオードのリード線だけが移送する従来の構造に比べて，チップ部位が樹脂モールドされて空気より伝熱効果が優れた本発明の構造によれば熱放散効果が優れている。

本発明による実施例の製造方法を図２に示した製造工程図よって説明する。放熱板９に端子接続手段６，７を設ける工程，該放熱板９をインサート成型によって固着された絶縁性のボックス枠体１を形成する工程，ボックス枠体は二つの端子ゾーン２，４の中間にダイオード放熱板ゾーン３が設けられた形状に形成される。次に半導体チップが絶縁モールドされたダイオード８のアノード電極１４およびカソード電極１５が金属の放熱板９に絶縁間隔１０を跨ぐようにして半田付けによって接続される工程，前記枠体１のダイオード８が半田付けされた放熱板ゾーン３にエポキシ樹脂などの絶縁物を充填する工程，以上の工程を経て製品中間体Ａが完成する。

以上のような製品構造と製造工程は，この製品中間体が耐湿度・耐振動など信頼性試験が出来る状態にあるので，ここで「工程に区切り」が設定できる。製品中間体の特性試験工程を経て長期の耐温度変化・耐湿環境に耐えることを保証することが出来る。

次に太陽電池パネルの裏面（日陰になる面）に上記の製品中間体を接着やネジ止めなどの方法で固着して後，端子ゾーンの端子接続手段６，に太陽電池モジュールリード線を接続して（製品中間体Ｂの）特性試験を経て接続部位に防湿の絶縁物を充填する。

もう一方の端子ゾーン４の端子接続手段７に，直列に接続された太陽電池の全モジュールの出力ケーブルを接続して（製品中間体Ｃの）特性試験を経て接続部位に防湿の絶縁物を充填する。

このようにして製品中間体を得る毎に工程の区切りが設けられて試験工程で品質の確認が出来るから，最終工程によって試験結果が不良になっていた従来に比べて工程のロスがなくなるから総合コストが安価になる。

ダイオードの半導体チップは脆弱な薄い半導体ペレットであるから振動や衝撃に弱く破断しやすい。このような性能不安要素を払拭するために，ダイオードは半導体チップの部分が絶縁物でモールドされ外部接続用のダイオ−ド電極部分に掛かった力が直接に半導体チップに伝わらない構成のダイオードを金属放熱板に固着する構成としたので，ケーブル接続作業の際に端子ボックスの端子に掛かる力が半導体チップに影響を与えないので，太陽電池リード線や出力ケーブルの接続工事が容易である。製造の工程と工程の間に品質チェックができる「工程の区切り」が設定できるような製品構造で実現し，取り付け配線工事が容易な構造で高信頼性を確保して提供することが出来たので，産業上の貢献度が高い。

本発明による一実施形態の構造図 本発明によるの一実施形態の製造工程図 従来の装置の構造図

符号の説明

１ ボックス枠体
２ 端子ゾーン（モジュールリード線用）
３ ダイオード放熱板ゾーン
４ 端子ゾーン（出力ケーブル用）
５ リブ
６ 端子接続手段（モジュールリード線用端子）
７ 端子接続手段（出力ケーブル用端子）
８ ダイオード完成品
９ 放熱板
１０ 絶縁間隔
１１ 底部
１２ 隔壁
１３ 熱伝導性絶縁シート（サーマルシート）
１４ アノード電極
１５ カソード電極
１６ 薄板部位

Claims (6)

1. 太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン，ダイオード放熱板ゾーン，出力ケーブル用端子ゾーンの各ゾーンが隔壁で区切られた絶縁性ボックス枠体に対して，両端近傍に端子接続手段が形成された複数の放熱板が絶縁間隔を保って固着またはインサート成型で取り付けられて，該放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状にダイオードの電極を接続する工程，ダイオードが接続されたダイオード放熱板ゾーンに絶縁物を充填して製品中間体を完成させる工程，該製品中間体の特性試験をする工程，太陽電池モジュールパネル裏面に該製品中間体を固着する工程，太陽電池モジュールリード線を該放熱板のモジュールリード線用端子ゾーン内の端子接続手段に接続して該接続部位を覆う部位に絶縁物を充填する工程，出力ケーブル用端子ゾーン内の端子接続手段に出力ケーブルを接続する工程を有することを特徴とした，入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュールの製造方法。
2. 太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン，ダイオード放熱板ゾーン，出力ケーブル用端子ゾーンの各ゾーンが隔壁で区切られた絶縁性ボックス枠体に，絶縁間隔を保って複数の放熱板が取り付けられて，該放熱板の両端近傍に端子接続手段が形成され，該放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状にダイオードの電極が接続され，ダイオード放熱板ゾーンに絶縁物を充填した製品中間体が，太陽電池モジュールパネル裏面に固着され，モジュールリード線が該放熱板のモジュールリード線用端子ゾーン内の端子接続手段に接続され，該接続部位に絶縁物が充填され，出力ケーブル用端子ゾーン内の端子接続手段に出力ケーブルが接続される構造を特徴とした，入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュール。
3. 太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン，ダイオード放熱板ゾーン，出力ケーブル用端子ゾーンの各ゾーンが隔壁で区切られた絶縁性ボックス枠体に，絶縁間隔を保って複数の放熱板が取り付けられて，該放熱板の両端近傍に端子接続手段が形成され，該放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状にダイオードの電極が接続され，ダイオード放熱板ゾーンに絶縁物を充填した製品中間体が，太陽電池モジュールパネル裏面に，少なくとも該放熱板の略中央部には，熱伝導性の電気絶縁薄板を介して固着された構造を特徴とした，請求項２記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュール。
4. 放熱板の端部近傍に形成される端子接続手段が，半田付け可能な金属片で形成された端子板である，請求項２および３記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュール。
5. 放熱板の端部近傍に形成される端子接続手段が，入出力端子が挿入接続できる端子構造を有するリセプタクル端子である，請求項２および３記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュール。
6. 放熱板の略中央部に絶縁間隔を跨ぐ形状に接続されるダイオードが，半導体チップに電極が接続されてチップ部位が樹脂モールドされたダイオードである，請求項２，３及び４記載の入出力端子付き太陽電池バイパスダイオードモジュール。
   
   

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