JP2006059990A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱特性を向上させる。
【解決手段】 基板１１上に複数の端子板３０が並設され、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。バイパスダイオード５０は、ベアチップダイオード５２とベアチップダイオード５２を挟み込む一対の導体片５１とからなる。基板１１上には、縦向き姿勢をとるバイパスダイオード５０を厚み方向に位置決め可能な位置決め部１９が突出して設けられている。金属製の放熱部材８０が位置決め部１９とバイパスダイオード５０とにまたがって弾性的に装着される。したがって、バイパスダイオード５０の発生する熱が放熱部材８０から効率良く放熱される。
【選択図】 図３

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ものである。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、基板上に並んで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二つの端子板と、両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。両導体片は、互いの重合領域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離れる方向へ延出しその延出途中で対応する端子板に半田付け等により接続されている。
特許第３４９８９４５号公報

上記の場合、ダイオード機能部が発生する熱は、一対の導体片を介して両端子板から放熱されるようになっている。しかし、これでは、ダイオード機能部が発生する熱を充分に放熱するのは困難なため、ダイオード機能部側に熱がこもって何らかの不具合を起こしかねないという懸念がある。

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、放熱特性を向上させ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、基板上に複数の端子板が並設されており、これら端子板が太陽電池モジュール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、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、金属製の放熱部材が前記整流素子との接触を可能に設けられ、前記放熱部材は、前記基板上に既設の構造物に対して取り付け状態に保持さ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、前記構造物は、前記整流素子を幅方向または厚み方向について位置決め可能に突出する位置決め部として機能し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、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むとともに前記二つの端子板のそれぞれに接続される一対の導体片とを備え、かつ、前記整流素子は、前記一対の導体片の板面を前記構造物の壁面に対向させた状態で縦置きに配置され、前記放熱部材は、前記整流素子と前記構造物とにまたがって装着されるバネ性を備えたクリップとして構成され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または請求項２に記載のものにおいて、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むとともに前記二つの端子板のそれぞれに接続される一対の導体片とを備え、かつ、前記整流素子は、前記一対の導体片の板面を前記端子板上に面当たりさせた状態で横置きに配置され、前記構造物は、前記整流素子を挟んだ両側に一対配置され、前記放熱部材は、前記一対の構造物間に嵌め入れられて前記整流素子上に当接するブロック部を備えているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
金属性の放熱部材が整流素子との接触を可能に設けられているから、整流素子で発生した熱が放熱部材から効率良く放熱される。しかも、放熱部材が基板上に既設の構造物に対して取り付け状態に保持されているから、放熱部材を保持するための保持部を別途確保する必要がなく、かかる構造物を有効利用することができる。

＜請求項２の発明＞
構造物が整流素子を幅方向または厚み方向について位置決め可能に突出する位置決め部として機能するから、整流素子の位置決めを正確に行うことができ、かつ、整流素子の取り付け作業性を向上させることができる。

＜請求項３の発明＞
放熱部材は、バネ性をもったクリップとして構成され、基板上の縦置きに配置された整流素子と既設の構造物とにまたがってワンタッチで簡単に装着される。

＜請求項４の発明＞
放熱部材は、横置きに配置された整流素子の両側に配置された一対の構造物間に嵌め入れられて整流素子と当接するブロック部を備えているから、整流素子との確実な接触を実現できる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１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、隣接する端子板３０間に架け渡される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）と、バイパスダイオード５０との接触を可能に設けられた放熱部材８０とを備える。

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には略方形状の開口１４が複数あいており、各開口１４に対応する端子板３０の先端部が臨んでいる。基板１１の各開口１４には太陽電池モジュール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、挿通された各リードは端子板３０の先端部に半田付けにより接続可能とされている。

基板１１の上面には、端子板３０に設けられた被係止孔３５に対して緊密に嵌め込み可能な係止突部２５が設けられている。係止突部２５は、平面視して略方形状に形成されている。基板１１において係止突部２５を挟んだ両側位置には、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、基板１１から上方へ垂直に立ち上げられたあと内側へ折り返した形態とされ、その折り返し端にて端子板３０の上面を基板１１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が基板１１上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が基板１１上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の上面両側部に当接させ、端子板３０を基板１１側へ押し付け固定するものである。

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画成され、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、導電性金属板によって一端から他端にかけて延出する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（上記基板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は太陽電池モジュール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特性が高まるようになっている。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が各端子板３０の並び方向に横切って配置されている。
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５２（本発明の整流素子本体に相当）と一対の導体片５１とからなる。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５２を挟み込むことでベアチップダイオード５２と電気的に接続され、かつ、この重合領域から離れる方向に延びて対応する端子板３０に半田付け等により接続されている。
そして、バイパスダイオード５０は、図２に示すように、両導体片５１の板面方向が端子板３０の板面方向に対して略直角となるよう縦置きに配置されている。基板１１には、隣り合う端子板３０間の空きスペースでかつバイパスダイオード５０を挟んだ両側位置に、一対（全部で三対）の位置決め部１９が突出して設けられている。位置決め部１９は、縦置きされた両導体片５１と少し隙間をあけて略平行に配置され、バイパスダイオード５０を取り付ける際に、バイパスダイオード５０を誘い込んで正規の取り付け位置へと誘導するよう機能する。

さて、放熱部材８０は、金属材を曲げ加工することで一体成形され、図４に示すように、連結部８１と連結部８１の両端から突出する左右夫々の両脚部８２，８３とからなり、全体として略門型をなしている。このうち第一の脚部８２は、連結部８１の一端から略直角をなす方向にほぼ真っ直ぐ延出して形成され、第二の脚部８３は、連結部８１の他端から略直角をなす方向より僅かに内側へ傾斜したあと折り線部８８を介して外側へ傾斜してその先端側が拡開して形成されている。

放熱部材８０は、両脚部８２，８３の弾性撓みが可能とされるバネ性を備えたクリップとして構成され、位置決め部１９とバイパスダイオード５０とにまたがって装着可能とされている。詳しくは放熱部材８０は、その取り付け過程では、第二の脚部８３が一対の位置決め部１９のうちの一方の位置決め部１９Ｂと干渉して外側に開き変形するとともに、第一の脚部８２が他方の位置決め部１９Ａと対向する導体片５１の板面と摺動するようになっており、正規に取り付けられると、第二の脚部８３の内側面が一方の位置決め部１９Ｂの外側面に掛け止めされた状態で、第一の脚部８２の内側面が前記導体片５１の板面と面当り状態で緊密に弾性接触するようになっている。また、正規の取り付け位置では、図３に示すように、他方の位置決め部１９Ａと対向する導体片５１との間の隙間が第一の脚部８２によって緊密に埋められるようになっている。

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上に載せる。端子板３０を基板１１上に載せる過程で、基板１１上の係止突部２５を端子板３０の被係止孔３５に嵌め込むとともに基板１１上の係止片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２５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基板１１側へ押し付け固定する。そして、基板１１の両側部に配された端子板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上に固定する。

続いて、バイパスダイオード５０を縦向きの姿勢として隣り合う端子板３０間に架け渡すようにして載せる。このとき、バイパスダイオード５０を位置決め部１９に沿って端子板３０へ向けて下降させる。バイパスダイオード５０を正規の取り付け位置に至らしめたら、両導体片５１と端子板３０との接続部分に対し、半田溶接等を施して両者を電気的に接続させる。

次いで、放熱部材８０を位置決め部１９とバイパスダイオード５０との間に渡し架けるようにしてバイパスダイオード５０上に被せ付ける。これにより、放熱部材８０は、位置決め部１９に対し取り付け状態に保持されるとともにバイパスダイオード５０に対して弾性的に接触される。

その後、ボックス本体１０を太陽電池モジュールの裏面側に接着もしくはボルトで固着する。取り付けの過程で太陽電池モジュールの両電極に接続されたリードを基板１１の開口１４を通してボックス本体１０内に引き込み、このリードを端子板３０の先端部に半田接続する。そして、シリコン樹脂等の絶縁樹脂をボックス本体１０内に充填固化し、さらにカバーを被せてボックス本体１０を封止する。

以上のように本実施形態によれば、金属性の放熱部材８０がバイパスダイオード５０との接触を可能に設けられているから、ベアチップダイオード５２で発生した熱が放熱部材８０から効率良く放熱される。しかも、放熱部材８０が基板１１上に既設の位置決め部１９に対して取り付け状態に保持されているから、放熱部材８０を保持するための保持部を別途確保する必要がなく、位置決め部１９の有効利用を図れる。また、かかる位置決め部１９がバイパスダイオード５０を厚み方向について位置決め可能としてあるから、バイパスダイオード５０の位置決めを正確に行うことができ、かつ、バイパスダイオード５０の取り付け作業性を向上させることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図６及び図７によって説明する。実施形態２では、バイパスダイオード５０の取り付け姿勢と放熱部材８０Ａの形態とが実施形態１と異なるものの、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合を付し、重複する説明は省略する。

実施形態２のバイパスダイオード５０は、一対の導体片５１の板面を対応する端子板３０の板面に面当りさせた状態で横置きに配置されている。
また、放熱部材８０Ａは、アルミニウム等の金属材によって全体として塊状に形成され、直立方体形状をなすブロック部８５とブロック部８５の上端から両側方へ張り出して位置決め部１９との取り付けが可能とされた一対の取付部８６とからなる。ブロック部８５の下面は、ベアチップダイオード５２上に覆い被さるように配置された導体片５１と面当りするフラットな当接面となっている。一対の取付部８６は、位置決め部１９の先端を挿通可能な取付孔８７を有し、ここに挿通係合される位置決め部１９に放熱部材８０Ａが弾性的に保持されるようになっている。位置決め部１９は、先端鉤状に形成され、放熱部材８０Ａが装着される過程では、取付孔８７の孔壁との干渉によって撓み変形され、放熱部材８０Ａが正規に取り付けられると、取付部８６の上面の孔周りに引掛け状態で係止可能とされる。

かかる放熱部材８０Ａを取り付けるには、ブロック部８５を一対の位置決め部１９間に嵌め入れるようにして基板１１へ向けて下降させるようにする。放熱部材８０Ａが正規の取り付け位置に至ると、ブロック部８５の当接面がバイパスダイオード５０の導体片５１に押し付け状態で当接するとともに、取付部８６が位置決め部１９に弾性的に係止され、もって放熱部材８０Ａが抜け止めされた状態で保持される。これにより、放熱部材８０Ａは、バイパスダイオード５０との確実な接触を実現できるとともに、ブロック部８５を通しての放熱により放熱特性がより良好となる。

＜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）本発明においては、端子板の一部を曲げ起こして縦置き状態のバイパスダイオードの導体片と対面させることにより、端子板の板面と導体片の板面とを面当り状態で接続する構成であっても構わない。
（２）本発明においては、基板上に既設の構造物（ボックス本体を構成する構造物）のうち位置決め部以外の構造物を利用して放熱部材を取り付け保持する構成であっても構わない。
（３）本発明においては、ベアチップダイオードを樹脂封止によりパッケージ化したパッケージダイオードにも適用することができる。

本発明の実施形態１において、ボックス本体の内部構造を示す平面図 放熱部材を装着する前のボックス本体の断面図 ボックス本体の断面図 放熱部材を装着する前の状態を示す要部拡大斜視図 放熱部材を装着した状態を示す要部拡大斜視図 実施形態２において放熱部材を装着する前のボックス本体の断面図 ボックス本体の断面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
１９…位置決め部
３０…端子板
５０…バイパスダイオード（整流素子）
５１…導体片
６０…ケーブル
８０，８０Ａ…放熱部材

Claims (4)

1. 基板上に複数の端子板が並設されており、これら端子板が太陽電池モジュール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、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、
   金属製の放熱部材が前記整流素子との接触を可能に設けられ、
   前記放熱部材は、前記基板上に既設の構造物に対して取り付け状態に保持さ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. 前記構造物は、前記整流素子を幅方向または厚み方向について位置決め可能に突出する位置決め部として機能し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。
3. 前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むとともに前記二つの端子板のそれぞれに接続される一対の導体片とを備え、かつ、
   前記整流素子は、前記一対の導体片の板面を前記構造物の壁面に対向させた状態で縦置きに配置され、
   前記放熱部材は、前記整流素子と前記構造物とにまたがって装着されるバネ性を備えたクリップとして構成され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。
4. 前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むとともに前記二つの端子板のそれぞれに接続される一対の導体片とを備え、かつ、
   前記整流素子は、前記一対の導体片の板面を前記端子板上に面当たりさせた状態で横置きに配置され、
   前記構造物は、前記整流素子を挟んだ両側に一対配置され、
   前記放熱部材は、前記一対の構造物間に嵌め入れられて前記整流素子上に当接するブロック部を備え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。

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