JP2005310888A

JP2005310888A - 太陽電池モジュール用端子ボックス及び整流素子ユニット

Info

Publication number: JP2005310888A
Application number: JP2004122884A
Authority: JP
Inventors: Makoto Toukosono; 誠東小薗; Hiroyuki Yoshikawa; 裕之吉川
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04
Also published as: DE102005017836A1; US7723608B2; US20050230140A1; DE102005017836B4

Abstract

【課題】整流素子を容易に交換することができるようにする。
【解決手段】太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板３０と、この端子板３０に接続され得る外部接続用のケーブル９１と、隣り合う端子板３０間に架け渡されるバイパスダイオード５０と、バイパスダイオード５０に設けられてベアチップダイオードを挟み込む一対の導体板５１に接続される一対のリード片８０とを備える。リード片８０の水平部８３の先端が対応する端子板３０にボルト２４によって着脱可能に接続されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。

一般的に太陽光発電システムは、家屋の屋根上に敷設した太陽電池パネルからの直流電流をインバータ等を介して各電器製品に供給するようになっている。太陽電池パネルは複数の太陽電池モジュールにより構成され、各太陽電池モジュールの電極を端子ボックスを介して直列または並列接続した構造となっている。

従来の端子ボックスとしては、ボックス内に複数並設されて一端が太陽電池モジュールの裏面側から導出されたプラス電極及びマイナス電極に接続可能とされるとともに他端が外部接続用ケーブルに接続可能とされる端子板と、隣接する端子板間に架け渡されるベアチップダイオードとを備えたものが知られている（例えば、以下の特許文献１を参照）。ベアチップダイオードは、逆負荷時の逆電流を外部接続用ケーブルの一方から他方へ短絡するためのものであって、ダイオード機能部とこのダイオード機能部を挟み込みつつ同ダイオード機能部に接続される一対の導体片とからなり、各導体片は対応する端子板に半田付けにより接続されている。ここで、ベアチップダイオードは、パッケージタイプのダイオードに比べて、安価でかつボックス内における占有面積を小さく設定することができる等の利点を備えている。
特許第３４９８９４５号公報

ところで、落雷等に伴ないサージ電流が流れたときにその過大な電流によってベアチップダイオードが破損することがある。かかる場合に、ベアチップダイオードを交換しようとしても、上記態様においては、ベアチップダイオードの一対の導体片が端子板に対して半田接続されていることから、容易に交換することができないといった事情がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、整流素子を容易に交換することができるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、ボックス本体内に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、対応する二つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、前記整流素子本体を挟み込んで直接的に前記整流素子本体に接続されるか、あるいは前記整流素子本体を挟み込む一対の導体板を介して間接的に前記整流素子本体に接続される、一対のリード片とを備え、前記一対のリード片が前記二つの端子板の夫々に対して着脱可能に接続されるようになっている構成としたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記一対のリード片が対応する端子板に対してボルトによりねじ止めされるようになっているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記リード片のうち対応する端子板との接続領域を余して前記整流素子をケース内に封止状態で収容してなる整流素子ユニットが構成され、この整流素子ユニットが前記ボックス本体に対して取り外し可能に取り付けられるようになっているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、ボックス本体内に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得るとともに外部接続用のケーブルが接続され得る端子板のうち、対応する二つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子と、前記整流素子に設けられてチップ状の整流素子本体を挟み込んで直接的に前記整流素子本体に接続されるか、あるいは前記整流素子本体を挟み込む一対の導体板を介して間接的に前記整流素子本体に接続されて、前記二つの端子板の夫々に対して着脱可能に接続されるようになっている、一対のリード片と、前記リード片のうち対応する端子板との接続領域を余して前記整流素子をケース内に封止状態で収容するケースとを備え、前記ケースが前記ボックス本体内に取り外し可能に取り付けられるようになっている構成としたところに特徴を有する整流素子ユニットである。

請求項５の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記一対のリード片が対応する端子板に対してボルトによりねじ止めされるようになっているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
整流素子に設けられた一対のリード片が対応する二つの端子板の夫々に対して着脱可能に接続されるようになっているから、サージ電流等によって整流素子が破損したときに、破損した整流素子のリード片を端子板から取り外して別の新たな整流素子のリード片を端子板に取り付けることが可能となる。したがって、整流素子を容易に交換することができる。

＜請求項２及び請求項５の発明＞
一対のリード片が対応する端子板に対してボルトによりねじ止めされるようになっているから、整流素子を交換するに際し、ボルトをねじ回すだけの簡単な作業を行うだけで済む。また、ねじ止めによってリード片と端子板との接続が確実となる。

＜請求項３及び請求項４の発明＞
リード片のうち端子板との接続領域を余して整流素子を封止状態で収容するケースを備えた整流素子ユニットが構成され、この整流素子ユニットがボックス内に組み付けられるようになっているから、整流素子ユニットとして一体的に取り扱うことができてボックス本体への組み付け性が良好となる。

本発明の実施形態を図１ないし図５によって説明する。本実施形態にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスは、表面に直列接続された多数の太陽電池セルを配した太陽電池モジュール（図示せず）の裏面側に取り付けられるものであって、ボックス本体１０と、ボックス本体１０内に並設された多数の端子板３０と、逆流用のバイパスダイオード５０（本発明の整流素子に相当する）とを備えて構成される。また、バイパスダイオード５０はケース７１内に収容されることで整流素子ユニット７０として構成され、この整流素子ユニット７０がボックス本体１０に対して取り外し可能に取り付けられるようになっている。

ボックス本体１０は、合成樹脂材により上面開放の箱型に形成されており、端子板３０等の組み付けが完了したあと上方からカバー（図示せず）が被せられるようになっている。詳しくはボックス本体１０は、図１に示すように、略矩形状の基板１１と、この基板１１の外縁部から立ち上げられて周囲を取り囲む側板１２とを備える。側板１２の一端には太陽電池モジュール側への取付け部１３が外部側方に突出して設けられている。基板１１の一端には略矩形状の開口部１４があいており、この開口部１４にはその裏面側から太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極に接続されたリード９０が挿通されるようになっている。

また、基板１１には開口部１４の縁部に沿って堤壁１５が立ち上げられ、この堤壁１５の両端部に一対の位置決め壁１６が側方へ張り出して設けられている。各位置決め壁１６は略コの字に形成されて互いの開口を対向状に配してなる。そして、基板１１には開口部１４上を横切って浮いた状態で端子台２０が組み付けられ、この端子台２０の両端部が位置決め壁１６の夫々に位置決めされた状態で嵌合されるようになっている。

端子台２０は、合成樹脂材によって細長い角棒状に形成され、その両端部には固定用ねじ２１が螺着可能とされる。また、端子台２０の上面には長さ方向に一定間隔をあけて複数の隔壁２２が立ち上げられている。隣り合う隔壁２２によって区画された部分は端子収容凹部２３とされ、各端子収容凹部２３の底面に端子板３０が金属製のボルト２４によりねじ止めされている。

端子板３０は、夫々同形同大とされ、図１及び図３に示すように、ボルト２４を通すための通し孔３０Ｇを有して端子収容凹部２３の底面に沿って載置された素子側及びケーブル側接続部３０Ａ、３０Ｂと、その一端から端子台２０の立壁面に沿って垂下された連繋部３０Ｅと、この連繋部３０Ｅの垂下端から拡幅されて開口部１４の開口面に沿いつつ端子台２０から離れる方向へ延出して配された電池側接続部３０Ｆとからなる。端子板３０の電池側接続部３０Ｆには開口部１４の裏面側から挿通された各リード９０が半田付け等により電気的に接続されている。堤壁１５内には絶縁樹脂Ｒが充填され、この絶縁樹脂Ｒによってリード９０と電池側接続部３０Ｆとの接続部分が封止されるようになっている。

端子台２０の両端部に位置する二つの端子収容凹部２３には、一方からケーブル側接続部３０Ｂが差し入れられるとともに他方から外部接続用のケーブル９１の先端が差し入れられ、ここに螺着されるボルト２４によってケーブル９１とケーブル側接続部３０Ｂとが電気的に接続されるようになっている。側板１２の左右二箇所及び他端側二箇所にはケーブル挿通孔１７が設けられ、このうち二つのケーブル挿通孔１７にケーブル９１が通され、残りの二つのケーブル挿通孔１７にめくらブッシュ１８が嵌着されて該ケーブル挿通孔１７が閉止されている。なお、ケーブル９１の延出端にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。

また、端子板３０の中央部に位置する四つの端子収容凹部２３には、一方から素子側接続部３０Ａが差し入れられるとともに他方から整流素子ユニット７０側から延びるリード片８０の先端が差し入れられ、ここに螺挿されるボルト２４によってリード片８０と素子側接続部３０Ａとが電気的に接続されるようになっている。また、図２に示すように、隣り合う端子板３０のうち対となる端子板３０間にはジャンパーピン３１が差し渡されており、このジャンパーピン３１によって各端子板３０が互いに導通可能とされている。電池側接続部３０Ｆの両端部にはジャンパーピン３１の先端を通して接続をとるための係合孔３２が形成されている。

整流素子ユニット７０は、横並びで配された二つのバイパスダイオード５０と、各バイパスダイオード５０に対応して設けられたリード片８０と、各バイパスダイオード５０を封止状態で収容するケース７１とからなる。かかる整流素子ユニット７０は、基板１１の一端側に設けられた堤壁１５と対向するようにして基板１１の他端側に組み付け可能とされている。

ケース７１は、合成樹脂材により上面開放の箱型に形成され、基板１１の他端側に突設されたコーナー受け部１９に四角を位置決めされた状態で、基板１１に載置保持されるようになっている。詳しくはケース７１は、図２ないし図４に示すように、略矩形状の底板７２と、底板７２の外縁から立ち上げられて周囲を区画する周板７３とからなり、周板７３の立ち上げ寸法は側板１２の立ち上げ寸法の概ね三分の一程度で浅底とされている。ケース７１の底板７２には複数のリード片８０が互いに僅かな隙間をあけて敷設されており、底板７２において該隙間と対応する位置にはリード片８０を位置決め支持するための係止部７４が突設されている。

また、ケース７１には絶縁樹脂Ｒが充填され、この絶縁樹脂Ｒによってリード片８０とバイパスダイオード５０との接続部分が封止されるようになっている。本実施形態の場合、堤壁１５内に絶縁樹脂Ｒが充填される他はこのケース７１内に絶縁樹脂Ｒが充填されるのみであり、つまり、ボックス本体１０内に絶縁樹脂Ｒを受け入れるための堤壁１５やケース７１等からなる受け構造を局地的に設けることにより、従来と違ってボックス本体１０内の全体に絶縁樹脂Ｒを充填しなくて済むようになっているから、絶縁樹脂Ｒの使用量を低減できて原料コストの高騰を抑えることができる。

バイパスダイオード５０は、メサ型のベアチップダイオード（本発明の整流素子本体に相当する）と一対の導体板５１とからなり、各導体板５１はベアチップダイオードを板厚方向に挟み込むようにしてこのベアチップダイオードに半田接続されている。一対の導体板５１は、ベアチップダイオードのＮ形領域と接続可能なＮ側導体板５１Ａと、ベアチップダイオードのＰ形領域と接続可能なＰ側導体板５１Ｂとにより構成され、これらがベアチップダイオードとの接点部分から互いに反対方向に延出して設けられている。Ｐ側導体板５１Ｂの延び方向途中部分は所定形状に肉抜きされており、この肉抜きによって複数条の細帯片５２が形成されている。Ｐ側導体板５１Ｂは細帯片５２によってリード片８０との溶接時に生じる応力が吸収されるようになっている。

リード片８０は、Ｐ側導体板５１Ｂ及びＮ側導体板５１Ａの夫々と接続可能な一対の導電性金属板によって構成され、導体板５１の延び方向と略直交する方向に延出して形成されている。詳しくはリード片８０は、ケース７１の底板７２の上面に沿って配されて対応する導体板５１に半田溶接、抵抗溶接、もしくは超音波溶接等により電気的に接続された幅広の接点部８１と、この接点部８１の一端から幅狭となって周板７３の内側面に沿って立ち上げられた垂直部８２と、この垂直部８２の上端からケース７１外方へ略水平に延出してその延出端が対応する端子収容凹部２３に臨む水平部８３とからなる。
水平部８３と垂直部８２とは全長に亘ってほぼ同幅をもって構成され、水平部８３と端子板３０の素子側接続部３０Ａとは接続時において平面視すると同一直線上に並んで配される。垂直部８２の上端は、ケース７１の周板７３の上端よりも高い位置でかつ端子収容凹部２３の底面より僅かに高い位置にある。そして、水平部８３の延出端は、一端側に向けて略Ｕの字に切欠かれ、このＵの字の内側にボルト２４を嵌挿して対応する端子板３０の素子側接続部３０Ａに接続可能とされる。また、水平部８３にはほぼ全長に亘って絶縁チューブ８４が被覆されている。

次に、本実施形態の製造方法及び作用効果について説明する。まず、図２に示すように、端子台２０の両端部を位置決め壁１６に嵌め込んだあと、該端子台２０を固定用ねじ２１を介して基板１１に固定する。そして、端子板３０の素子側及びケーブル側接続部３０Ａ、３０Ｂを対応する端子収容凹部２３の底面に載せるとともに、対となる端子板３０の夫々をジャンパーピン３１で導通可能に連結する。続いて、側方からケーブル９１の先端をケーブル挿通孔１７に通してボックス本体１０内に進入させ、ケーブル９１の先端を対応する端子収容凹部２３において待受けされた端子板３０のケーブル側接続部３０Ｂ上に重ね合わせ、そこに上からボルト２４を螺挿し、ボルト２４の頭部でケーブル９１の先端とケーブル側接続部３０Ｂとを端子台２０上に押し付けて接続する。なお、ケーブル９１はケーブル挿通孔１７との間に介挿されたケーブルクランプ９４によって液密状に保持される。

それから、ボックス本体１０を太陽電池モジュールの裏面側に取付け部１３を介して両面テープで接着もしくはボルト２４で固着する。取り付けの過程で太陽電池モジュールの電極に接続されたリード９０を開口部１４を通してボックス本体１０内に引き込み、該リード９０を端子板３０の電池側接続部３０Ｆに半田接続する。その後、シリコン樹脂等の絶縁樹脂Ｒを堤壁１５内に充填し、電池側接続部３０Ｆとリード９０との接続部分を気密に封止する。

一方、整流素子ユニット７０を製造するには、まずリード片８０の接点部８１をケース７１の底面に位置決めしつつ敷設するとともにバイパスダイオード５０の導体板５１を接点部８１に超音波溶接等して接続する。この状態でシリコン樹脂等の絶縁樹脂Ｒをケース７１内に充填し、接点部８１と導体板５１との接続部分を気密に封止する。これにより、整流素子ユニット７０が完成される。

整流素子ユニット７０を基板１１に組み付けるには、図４から図５にかけて示すように、整流素子ユニット７０においてケース７１から突き出たリード片８０の水平部８３の先端を対応する端子収容凹部２３において待受けされた端子板３０の素子側接続部３０Ａ上に重ね合わせ、さらにＯリング９９を間に挟んで上からボルト２４を螺挿し、ボルト２４の頭部で水平部８３の先端と素子側接続部３０Ａとを端子台２０上に押し付けて接続する。この間、ケース７１の四角を基板１１のコーナー受け部１９の内側に嵌め込み、整流素子ユニット７０の全体を位置決めした状態で基板１１上に組み付ける。なお、堤壁１５内及びケース７１内への絶縁樹脂Ｒの充填は、整流素子ユニット７０の組み付けが完了したあとから行っても構わない。その後、ボックス本体１０には上方からカバーが被せられてシールがとられる。

こうして本実施形態は使用に供されることになるが、使用中にサージ電流が流れたり何らかの外力を受けたりしてバイパスダイオード５０が破損することがあり、かかる場合に、破損したバイパスダイオード５０を正常に作動する別の新たなバイパスダイオード５０と交換する必要がある。交換するには、カバーを開けてリード片８０と端子板３０の素子側接続部３０Ａとの接続に使われていたボルト２４を緩めて外し、整流素子ユニット７０を持ち上げて基板１１から離脱させ、続いて、別の新たなバイパスダイオード５０が収容された整流素子ユニット７０を上記した手順で基板１１に組み付けるようにする。

このように本実施形態によれば、サージ電流等によってバイパスダイオード５０が破損したときに、破損したバイパスダイオード５０のリード片８０を端子板３０から取り外して別の新たなバイパスダイオード５０のリード片８０を端子板３０に取り付けることが可能であるから、従来よりも容易に交換することができる。
この場合に、リード片８０が対応する端子板３０に対してボルト２４によりねじ止めされるようになっているから、バイパスダイオード５０を交換するに際し、ボルト２４を螺挿するだけの簡単な作業を行うだけで済む。また、ねじ止めによってリード片８０と端子板３０との電気的な接続が確実となる。

さらに、水平部８３を余してバイパスダイオード５０を封止状態で収容するケース７１を備えた整流素子ユニット７０としてモジュール化されることにより、リード片８０と導体板５１との接続部分のみを効率良く封止でき、かつ、整流素子ユニット７０として一体的に取り扱うことができるので、ボックス本体１０への組み付け性が良好となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、リード片が導体板を介してベアチップダイオードと電気的に接続されていたが、本発明においては、リード片が導体板を介さずして直接的にベアチップダイオードを挟み込むような態様であっても構わない。
（２）上記実施形態では、二つのバイパスダイオードがケース内に収容されていたが、本発明においては、一つのバイパスダイオードがケース内に収容されるものでもよく、また、三つ以上多数のバイパスダイオードがケース内に収容されるものでもよい。

（３）上記実施形態では、ケースが樹脂封止されていたが、本発明においては、例えば、ケースが蓋締めにより封止されても構わない。
（４）上記実施形態では、バイパスダイオードがケース内に収容されて整流素子ユニットとしてモジュール化されていたが、本発明においては、バイパスダイオードがケース内に収容されない態様であってもよい。

本発明の実施形態にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスの平面図封止前の整流素子ユニットとボックス本体との分解平面図封止前の各部位の分解断面図整流素子ユニットとボックス本体との分解断面図断面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
２０…端子台
２３…端子収容凹部
２４…ボルト
３０…端子板
３０Ａ…素子側接続部
３０Ｂ…ケーブル側接続部
５０…バイパスダイオード（整流素子）
５１…導体板
７０…整流素子ユニット
７１…ケース
８０…リード片
８３…水平部
９０…リード
９１…ケーブル

Claims

ボックス本体内に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、対応する二つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、
前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、
前記整流素子本体を挟み込んで直接的に前記整流素子本体に接続されるか、
あるいは前記整流素子本体を挟み込む一対の導体板を介して間接的に前記整流素子本体に接続される、
一対のリード片とを備え、
前記一対のリード片が前記二つの端子板の夫々に対して着脱可能に接続されるようになっていることを特徴とする太陽電池モジュール用端子ボックス。
前記一対のリード片が対応する端子板に対してボルトによりねじ止めされるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
前記リード片のうち対応する端子板との接続領域を余して前記整流素子をケース内に封止状態で収容してなる整流素子ユニットが構成され、この整流素子ユニットが前記ボックス本体に対して取り外し可能に取り付けられるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
ボックス本体内に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得るとともに外部接続用のケーブルが接続され得る端子板のうち、対応する二つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子と、
前記整流素子に設けられてチップ状の整流素子本体を挟み込んで直接的に前記整流素子本体に接続されるか、
あるいは前記整流素子本体を挟み込む一対の導体板を介して間接的に前記整流素子本体に接続されて、前記二つの端子板の夫々に対して着脱可能に接続されるようになっている、
一対のリード片と、
前記リード片のうち対応する端子板との接続領域を余して前記整流素子をケース内に封止状態で収容するケースとを備え、
前記ケースが前記ボックス本体内に取り外し可能に取り付けられるようになっていることを特徴とする整流素子ユニット。
前記一対のリード片が対応する端子板に対してボルトによりねじ止めされるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の整流素子ユニット。