JP2006013145A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱特性を良好にする。
【解決手段】 基板１１上に複数の端子板３０が並設され、これら端子板３０が太陽電池パネル９０からのプラス電極及びマイナス電極と両電極に対応する外部接続用のケーブル６０との間を電気的に中継しており、かつ、対応する二つの端子板３０間にバイパスダイオード５０が架け渡されている。端子板３０には、バイパスダイオード５０の載置面をその周りの面よりも下位とした段差部３８が形成されている。バイパスダイオード５０で発生した熱を段差部３８から太陽電池パネル９０側へ放熱することができる。
【選択図】 図２

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。

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構成とされる。太陽電池パネルは複数の太陽電池モジュールからなり、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、基板上に隣接して配されて一端が太陽電池モジュールの裏面側から引き出されたプラス電極及びマイナス電極に接続されるとともに他端が外部接続用ケーブルに接続される端子板と、この端子板間に架け渡されるバイパス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）。バイパスダイオードは、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、チップ状のダイオード機能部とこのダイオード機能部を挟み込むようにして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る。各導体片は、互いの重合部間にダイオード機能部との接点部を有し、この接点部から互いに反対方向へ延出しその延出端側で対応する端子板に半田付け等により接続されている。ここで、バイパスダイオードと太陽電池モジュールとの間には、基板と空気層（接点部以外の部位の場合はこれに加えて端子板）とが介在している。
特許第３４９８９４５号公報

ところで、上記の場合は、ダイオード機能部で発生した熱が熱伝導率の低い基板や空気層を介して太陽電池モジュール側に放熱されていたため、放熱特性があまり良くなかった。そのため、ダイオード機能部側に熱がこもってダイオード機能部のバイパス機能が不具合を起こす懸念もあった。

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、放熱特性を良好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、ボックス本体の基板上に複数の端子板が並設され、これら端子板が太陽電池モジュールからのプラス電極及びマイナス電極と両電極に対応する外部接続用のケーブルとの間を電気的に中継しており、かつ、対応する二つの端子板間に逆負荷時バイパス用の整流素子が架け渡されている太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記整流素子が架け渡されている部分の裏面側には、前記太陽電池モジュール側に近づくことにより、前記整流素子の発熱を前記太陽電池モジュール側に伝える伝熱手段が設けられ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、前記伝熱手段は、前記端子板における前記整流素子の載置面をその周りの面よりも下位とした段差部によってなるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記段差部の裏面は、前記太陽電池モジュール側と直接接触しているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記伝熱手段は、前記基板に設けられた除肉部に収容され、少なくとも前記基板を構成する樹脂よりも熱伝導率の高い伝熱性部材によってなるところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記基板の除肉部は、同基板を厚み方向に貫通して形成された開口部として構成されているところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記基板の除肉部は、同基板の裏面側に凹み形成された凹所として構成され、この凹所に収容される前記伝熱性部材が前記太陽電池モジュールに対する接着材として機能するところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項４ないし請求項６に記載のものにおいて、前記伝熱性部材は、合成樹脂に金属紛または金属塊を混入することによって形成されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
整流素子が架け渡されている部分の裏面側に、太陽電池モジュール側に近づくことにより、整流素子の発熱を太陽電池モジュール側（太陽電池パネル側）に伝える伝熱手段が設けられているから、整流素子で発生した熱を太陽電池モジュール側に効率良く放熱することができる。

＜請求項２の発明＞
伝熱手段が端子板における整流素子の載置面をその周りの面よりも下位とした段差部によってなるから、整流素子の発熱を端子板の段差部を介して太陽電池モジュール側に伝熱することが可能となる。

＜請求項３の発明＞
段差部の裏面が太陽電池モジュール側と直接接触しているから、整流素子で発生した熱を段差部から太陽電池モジュール側へ迅速に放熱することが可能となる。

＜請求項４の発明＞
伝熱手段が基板の除肉部に収容された少なくとも基板を構成する樹脂よりも熱伝導率の高い伝熱性部材によってなるから、整流素子の発熱を基板に設けられた伝熱性部材を介して太陽電池モジュール側に伝熱することが可能となる。

＜請求項５の発明＞
基板の除肉部が同基板を厚み方向に貫通して形成された開口部として構成され、この開口部への伝熱性部材の収容により、整流素子で発生した熱を伝熱性部材から太陽電池モジュール側へ迅速に放熱することが可能となる。

＜請求項６の発明＞
基板の除肉部が同基板の裏面側に凹み形成された凹所として構成され、この凹所に収容された伝熱性部材が太陽電池モジュールに対する接着材として機能するから、接着材が凹所に入り込むことにより、太陽電池モジュールに対する接着強度が高められる。また、伝熱性部材が接着材としての機能を兼ね備えるから、伝熱性部材と接着材とを別々に用意しなくて済む。

＜請求項７の発明＞
伝熱性部材が合成樹脂材に金属紛または金属塊を混入することによって形成されているから、金属紛または金属塊の混入量を適宜変更することで伝熱性部材の熱伝導率の調整が可能となる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１及び図２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を配した太陽電池モジュール（以下、太陽電池パネル９０という）の裏面側（受光面と反対側の面）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内に配された多数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に架け渡される、電流の逆流を防止するため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。

ボックス本体１０は、合成樹脂材によって上面開放の箱型に形成されており、その内部に絶縁樹脂が充填され、かつ、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、複数の端子板３０が横並びで載置された略矩形状の基板１１と、基板１１の周縁部から立ち上げられて四方を取り囲む側板１２と、基板１１上の所定位置から立ち上げられて隣り合う端子板３０間を区画する仕切壁１３とを備える。基板１１には略方形状のリード挿通口１４が複数あいており、各リード挿通口１４に対応する端子板３０の先端部が臨んでいる。そして、リード挿通口１４には太陽電池パネル９０のプラス電極及びマイナス電極の両電極に接続されたリード（図示せず）が挿通され、挿通されたリードは対応する端子板３０の先端部に半田付けにより接続されるようになっている。端子板３０の先端部には、幅方向に長孔状の仮保持孔３４が設けられており、この仮保持孔３４にリードの端末が上方から挿通可能とされている。

基板１１の上面において端子板３０が載置される載置面は、図２に示すように、周囲よりも一段高くなった端子台１５として構成されている。端子台１５は、基板１１の底上げに伴ない形成されるものであり、対応する基板１１の裏面側には凹所１６が形成されている。端子台１５には位置決め突部７９が突出して形成されている。この位置決め突部７９は端子板３０とバイパスダイオード５０とを貫通することで両者を位置決め保持している。また、端子台１５には、バイパスダイオード５０との対応位置に貫通口７８が形成されているが、これについては後に詳述する。

端子台１５の上面には、端子板３０に設けられた被係止孔３５に緊密に嵌め込み可能な係止突部１９が設けられている。係止突部１９は、平面視して略方形状をなし、その先端周縁部がテーパ状に切り欠かれている。基板１１において係止突部１９を挟んだ両側二位置には、撓み可能な一対の係止片１７が突出して形成されている。各係止片１７は、端子台１５の両端外方における基板１１の上面から上方へ垂直に立ち上げられたあと内側へ折り返された形態とされ、その折り返し端にて端子板３０の上面を端子台１５側へ押さえ付けるようになっている。かかる係止片１７は、端子板３０が端子台１５に載せられる過程で対応する端子板３０の両側部の夫々と摺接して弾性的に拡開変形され、端子板３０が端子台１５に載せられるに伴ない復元してその折り返し端を端子板３０の上面両側部に押し付け状態で当接させるものである。

また、側板１２の一端側（図１に示す下側）の両側部には切り欠き２０が設けられ、ここに上方から外部出力用のケーブル６０が嵌め込まれ、さらにその上方からケーブル押さえ部材６５が嵌着されてケーブル６０が固定されるようになっている。仕切壁１３は、端子板３０の外縁形状に沿うように区画形成され、仕切壁１３内の端子板３０上にシリコン樹脂等の絶縁樹脂が充填されるようになっている。つまり、仕切壁１３は、絶縁樹脂の樹脂流れを塞き止め、ボックス本体１０内の全体に絶縁樹脂を充填しないことで絶縁樹脂の節約に寄与している。

端子板３０は、導電性金属板により一端から他端にかけて長く延びた帯状に形成されている。基板１１の両側部に配された端子板３０には対応する外部接続用のケーブル６０が接続されている。ケーブル６０の端末は被覆６１の剥離によって芯線６２が露出しており、この芯線６２に対して端子板３０の端部に形成されたバレル部３１がかしめ付けられることにより、ケーブル６０と端子板３０とが接続されるようになっている。なお、ケーブル６０の端末にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。

そして、隣り合う端子板３０（基板１１の両側部に配された端子板３０を除く）同士は、その一端部にて連繋部３２を介して一体に連なっている。このうち一方の端子板３０は太陽電池パネル９０側との接点を備えておらず、他方の端子板３０より短寸に形成されてその先端周りが仕切壁１３に取り囲まれている。この一方の端子板３０が迂回して配されている分だけバイパスダイオード５０が発生する熱の放熱効果が高められている。端子板３０の両側縁には付設部３３が側方へ張り出して設けられ、付設部３３の先端縁が隣り合う端子板３０間で対向状に配されている。
また、隣り合う端子板３０間にはバイパスダイオード５０が架け渡されている。図示する場合には、三つのバイパスダイオード５０が端子板３０を横切って所定のピッチで直列状に並んでいる。

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（図示せず）と一対の導体片５１とからなり、両導体片５１は互いの重合領域間にベアチップダイオードを挟み込むことでベアチップダイオードと電気的に接続されている。そして、両導体片５１は、互いの重合領域から離れる方向に延び、その延出端側にて対応する端子板３０に半田溶接、抵抗溶接、もしくは超音波溶接等して接続されている。

さて、端子板３０は、バイパスダイオード５０の導体片５１が接合された載置面がその周囲の面よりも低い位置に至るように一段下がった形態の段差部３８を備えている。段差部３８は、図２に示すように、端子台１５の貫通口７８との対応位置にて略コの字に曲げ形成され、端子台１５の貫通口７８に嵌入することで、段差部３８の裏面がパネルの裏面側に接触するようになっている。図示する太陽電池パネル９０は、太陽電池を包み込むＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）等の透光性樹脂部９１の裏面側に接着層９２が積層された構造であり、したがって、段差部３８の裏面は接着層９２に接触することとなる。なお、本発明において「太陽電池モジュール側」とは、接着層９２をも含めた概念である。

次に、本実施形態の製造方法及び作用効果を説明する。まず、端子板３０のバレル部３１をケーブル６０の端末にて露出された芯線６２にかしめ付けて端子板３０とケーブル６０とをかしめ接続する。続いて、上方から端子板３０を基板１１の端子台１５に載せる。端子板３０を端子台１５に載せる過程で、係止突部１９を端子板３０の被係止孔３５に嵌め込むとともに係止片１７を端子板３０との当接によって弾性的に拡開変形させ、その後、係止突部１９を被係止孔３５に遊動規制した状態で緊密に嵌め込むとともに、係止片１７の復元によって端子板３０をその浮き上がりを規制した状態で端子台１５に押し付け固定する。

そして、基板１１の両側部に配される端子板３０に関しては、上方からケーブル押さえ部材６５をケーブル６０に覆い被せつつ取り付け、ケーブル６０を基板１１に押し付け固定する。これにより、端子板３０は、図２に示すように、端子台１５上に密接状態で略水平に載置される。また、端子板３０を基板１１に載せると、端子板３０の段差部３８が基板１１の貫通口７８に上方から進入し、さらに、段差部３８の裏面が貫通口７８を通過して太陽電池パネル９０の裏面側に露出する。 続いて、バイパスダイオード５０を隣り合う端子板３０間に架け渡すようにして載せ、バイパスダイオード５０の両導体片５１と端子板３０とが重なり合う部分に、半田溶接、抵抗溶接、もしくは超音波溶接を施し、両導体片５１と端子板３０とを接続する。

次いで、シリコン系の接着材を基板１１の底面に塗布し、その状態で基板１１を太陽電池パネル９０の透光性樹脂部９１の裏面側に貼付けて接着層９２を形成する。そして、太陽電池パネル９０の両電極に接続されたリードを基板１１のリード挿通口１４を通してボックス本体１０内に引き込み、かかるリードを端子板３０の先端部に半田接続する。また、この状態で貫通口７８から太陽電池パネル９０側に臨む段差部３８の裏面は太陽電池パネル９０の裏面側に直接接触した状態となる。

これにより、バイパスダイオード５０（詳しくはベアチップダイオード）で発生した熱を段差部３８から太陽電池パネル９０側に伝熱することが可能となり、しかも、段差部３８の裏面が太陽電池パネル９０の裏面側に直接接触していることから、太陽電池パネル９０側へ迅速に放熱することが可能となる。したがって、従来の放熱経路に加え、太陽電池パネル９０側への放熱経路が加わることになるから、放熱効率が良好となる。

＜実施形態２＞
図３は、本発明の実施形態２を示す。実施形態２では、実施形態１と同様に、バイパスダイオード５０が架け渡されている部分の裏面側に、太陽電池パネル９０側に近づくことで、バイパスダイオード５０の発熱を太陽電池パネル９０側に伝える伝熱手段が設けられているが、その形態が実施形態１とは異なっている。その他は実施形態１とほぼ同様であるので、同じ構造部位には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

実施形態２では、端子板３０に構造上の変更を加えることなく、基板１１にその表裏を貫通する開口部７７が形成され、この開口部７７に、基板１１を構成する合成樹脂材（本実施形態の場合、変性ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）または変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル））よりも熱伝導率の高い伝熱性部材７６が収容されている。開口部７７は、端子板３０の裏面のうちバイパスダイオード５０と対応する位置に臨み、バイパスダイオード５０の発熱が太陽電池パネル９０側に迅速に伝わるように設定されている。

伝熱性部材７６は、金属紛または金属塊を合成樹脂材に混入することで形成されるものである。詳しくは、金属紛としては、銅紛末、アルミニウム紛末、もしくはセラミック紛末等が例示され、金属塊としては、銀もしくは銅等が例示され、合成樹脂材としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリエート、もしくはポリテトラフルオロエチレン等が例示されるが、特にこれらに限定されるわけでもない。

実施形態２によれば、バイパスダイオード５０で発生する熱を基板１１の厚み範囲に収容された伝熱性部材７６から太陽電池パネル９０側へ迅速に放熱することが可能となる。また、金属紛等の配合割合を変更することで熱伝導率の調整が可能となる。

＜実施形態３＞
図４は、本発明の実施形態３を示す。実施形態３では、端子板３０間に架け渡されたバイパスダイオード５０自体が太陽電池パネル９０側に接触している点で上記実施形態と異なる。
すなわち、実施形態３では、バイパスダイオード５０の導体片５１が端子板３０の側縁から太陽電池パネル９０の裏面にかけてバネ性をもって湾曲形成されており、その最下点にベアチップダイオードとの接点部５５を位置させ、そこで太陽電池パネル９０側と接触している。

実施形態３によれば、バイパスダイオード５０で発生する熱を太陽電池パネル９０側へダイレクトに放熱することが可能となる。また、導体片５１が太陽電池パネル９０との接触に伴ない撓み変形され、この撓み変形によって端子板３０と太陽電池パネル９０との間の寸法誤差が吸収される。

＜実施形態４＞
図５は、本発明の実施形態４を示し、基板１１の裏面を示している。実施形態４では、基板１１の裏面に伝熱手段を設けた点で上記実施形態と異なる。
すなわち、実施形態４では、基板１１の裏面に多数の凹所７５が設けられ、ここに充填される接着材が伝熱性部材７６（実施形態２で既述）としての役割を担っている。図示する凹所７５は、基板１１の裏面を互いに平行でかつ斜めに走る複数条の溝７５Ａからなる。各溝７５Ａの延出方向の両端は、基板１１の周縁部７４によって閉じられており、これにより、接着材が各溝７５Ａから流れ出るのを阻止している。

実施形態４によれば、基板１１の裏面に伝熱性部材７６としての接着材を塗布する際に、かかる接着材が溝７５Ａ内に入り込むようになっているから、基板１１の裏面が平坦な場合と比べて、太陽電池パネル９０側に対する接着強度が高められる。また、伝熱性部材７６が接着材としての機能を兼ね備えるから、伝熱性部材７６と接着材とを別々に用意しなくて済む。

＜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）実施形態２では、伝熱性部材がパネル側に接触するように構成されていたが、本発明においては、伝熱性部材がパネル側に近づくように構成されていればよく、伝熱性部材を収容する開口部が基板の表裏いずれか一方面のみに開口するものであっても構わない。要は、基板に除肉部が形成されていればよい。
（２）実施形態４では、凹所が基板の裏面に形成された複数条の溝によって構成されていたが、本発明においては、凹所が、例えば、基板の裏面に点在する凹球面によって構成されていてもよい。
（３）本発明においては、バイパスダイオードは、パッケージタイプのダイオードであっても構わない。

本発明の実施形態１にかかるボックス本体の平面図 パネルに取り付けられたボックス本体の側断面図 実施形態２の図２相当図 実施形態３の要部拡大縦断面図 実施形態４の底面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
１２…側板
１５…端子台
３０…端子板
３８…段差部
５０…バイパスダイオード（整流素子）
６０…ケーブル
９０…太陽電池パネル（太陽電池モジュール）

Claims (7)

1. ボックス本体の基板上に複数の端子板が並設され、これら端子板が太陽電池モジュールからのプラス電極及びマイナス電極と両電極に対応する外部接続用のケーブルとの間を電気的に中継しており、かつ、対応する二つの端子板間に逆負荷時バイパス用の整流素子が架け渡されている太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、
   前記整流素子が架け渡されている部分の裏面側には、前記太陽電池モジュール側に近づくことにより、前記整流素子の発熱を前記太陽電池モジュール側に伝える伝熱手段が設けられ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。
2. 前記伝熱手段は、前記端子板における前記整流素子の載置面をその周りの面よりも下位とした段差部によってな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。
3. 前記段差部の裏面は、前記太陽電池モジュール側と直接接触していることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記伝熱手段は、前記基板に設けられた除肉部に収容され、少なくとも前記基板を構成する樹脂よりも熱伝導率の高い伝熱性部材によってな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。
5. 前記基板の除肉部は、同基板を厚み方向に貫通して形成された開口部として構成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記基板の除肉部は、同基板の裏面側に凹み形成された凹所として構成され、この凹所に収容される前記伝熱性部材が前記太陽電池モジュールに対する接着材として機能することを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
7. 前記伝熱性部材は、合成樹脂に金属紛または金属塊を混入することによって形成されていることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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