JP2006147963A

JP2006147963A - 太陽電池パネル用端子ボックス

Info

Publication number: JP2006147963A
Application number: JP2004338281A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagai; 剛永井; Atsushi Ishida; 淳石田
Original assignee: Onamba Co Ltd
Current assignee: Onamba Co Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】少なくとも四つの端子板及びこれらの端子板の間にほぼ一直線上に並置された少なくとも三つのバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を効果的に抑える。
【解決手段】筐体、前記筐体内部に組み込まれた少なくとも四つの端子板、及びそれらの隣接する二つの端子板の間にそれぞれ接続された少なくとも三つのバイパスダイオードを含み、これらのバイパスダイオードがほぼ一直線上に並置されている太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、前記少なくとも三つのバイパスダイオードのうち両端にあるバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなった場合に後者のバイパスダイオードの熱が前者のバイパスダイオードに効果的に伝達され、バイパスダイオード間の温度の不均衡が是正されることを特徴とする太陽電池パネル用端子ボックス。
【選択図】図３

Description

本発明は筐体、前記筐体内部に組み込まれた少なくとも四つの端子板、及びそれらの隣接する二つの端子板の間にそれぞれ電気的に接続された少なくとも三つのバイパスダイオードを含み、これらのバイパスダイオードがほぼ一直線上に並置されている太陽電池パネル用端子ボックスに関する。特に本発明はかかる端子ボックスにおける両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を効果的に抑えることができる端子ボックスに関する。

太陽電池パネル用端子ボックスとしては、図１に示すように二つの端子板を含むものが従来一般的に知られている。図１はかかる従来の端子ボックスＢの蓋板を取り除いた内部の模式図である。図中、１は底板、２は底板開口、３は側壁、４は端子板、５は外部接続用ケーブル、６はバイパスダイオードである。

底板１は端子ボックスを太陽電池パネルに取り付けたときに太陽電池パネルに面する筺体の部分である。底板１はまた底板開口２を有していて、底板１を太陽電池パネルに取り付けたとき太陽電池パネルから出ているプラス電極とマイナス電極をこの底板開口２から筺体内部へ通すようになっている。

底板１の外周には側壁３が底板１の外周を取り囲むように立設されている。この側壁には底板１に対向するように底板１から間隔を置いて蓋板（図示せず）が設けられている。これらの底板、側壁及び蓋板は熱伝導率の低い樹脂製のモールド成形品である。

筺体内部には底板１の上に二つの端子板４が取り付けられている。これらの端子板は一端が外部接続用ケーブル５に接続され、他端が太陽電池パネルから出ているプラス電極又はマイナス電極（図示せず）にそれぞれ接続される。また、筺体内部にはバイパスダイオード６が組み込まれており、前記二つの端子板を相互に接続している。

しかしながら、端子板の数は二つに限られず、少なくとも三つの端子板を含む太陽電池パネル用端子ボックスも従来知られている。かかる少なくとも三つの端子板を含む端子ボックスは、電圧・電流の調節のために一つの太陽電池パネルが少なくとも二つのセルに区切られており、少なくとも二対のプラス電極とマイナス電極が一つの太陽電池パネルから取り出されるタイプの太陽電池パネルに使用されることを意図されるものである。この一例として、四つの端子板を含む端子ボックスの蓋板を取り除いた内部の模式図を図２に示す。図２中、図１と同一の符合は同一の部材を表す。図２の端子ボックスにおいては筐体内に四つの端子板４が配置されており、筐体の底板１に設けられた四つの底板開口２からそれぞれ引き出された三対のプラス電極とマイナス電極がこれらの端子板４に接続される。具体的には、両端の底板開口からは一つのプラス電極又はマイナス電極がそれぞれ引き出されて両端の端子板にそれぞれ接続され、両端より内側の二つの底板開口からは一つのプラス電極及び一つのマイナス電極がそれぞれ引き出されて両端より内側に位置する二つの端子板にそれぞれ接続される。また、図２の端子ボックスにおいては隣接する二つの端子板の間に一つずつ計三つのバイパスダイオード６が電気的に接続されている。

これらのバイパスダイオードは太陽電池パネルの起電力が低下した時に逆方向電圧の印加による電流を一方の外部接続用ケーブルから他方の外部接続用ケーブルへ短絡させるためのものである。太陽電池パネルにおいては様々な理由によりパネルの起電力が低下することがある。例えば、石などの重量物の衝突により太陽電池パネルを構成するセルの一部が破損したり、建物の影や降雪等の影響により太陽電池パネルを構成するセルの一部への太陽光の入射が遮られた場合、その太陽電池パネルでの起電力が低下してしまう。この場合、正常に発電している他の太陽電池パネルで発生した電圧が起電力が低下した太陽電池パネルに逆方向電圧という形で印加されることになる。これは太陽電池パネル全体の発電量を低下させるのみならず、起電力が低下した太陽電池パネルでの異常発熱現象（ホットスポット）の発生をもたらす。バイパスダイオードはかかる発電量の低下及び異常発熱現象の発生を防止するために設けられるものであり、逆方向電圧の印加時の電流を一方の接続用ケーブルから他方の接続用ケーブルへ短絡させ、起電力が低下した太陽電池パネルをバイパスさせる役割を果たす。

ところで、バイパスダイオードが上述の役割を果たす際、ダイオードの順方向へ大電流が流れるため、バイパスダイオードは激しく発熱し、ダイオードの適正な使用温度を超えてしまうことがある。ダイオードがその適正な使用温度を超えるとダイオードとして機能しなくなる（熱暴走）のみならず、ダイオード及び周辺回路が破壊される恐れがある。また、たとえダイオード及び周辺回路が破壊されなかったとしても、このような熱暴走が繰り返されるとダイオードの寿命が著しく短くなる。従って、バイパスダイオードの動作時に発生する熱がバイパスダイオードの適正な使用温度を超えないように熱の発生をできる限り抑えることは、太陽電池パネル用端子ボックスにおける普遍的な課題である。

加えて、図２に示すような少なくとも四つの端子板の間に少なくとも三つのバイパスダイオードがほぼ一直線上に並置された端子ボックスにおいては、両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなるという新たな問題が生じうる。即ち、かかる端子ボックスにおいては、バイパスダイオードは（ｉ）右端、（ｉｉ）左端、及び（ｉｉｉ）両端より内側の計３ヶ所に存在する。このうち、放熱環境の点から見ると、最も放熱環境が不良であるのは両端より内側の（ｉｉｉ）の位置のバイパスダイオードである。即ち（ｉ）及び（ｉｉ）の位置のバイパスダイオードについては片隣にしかバイパスダイオードが存在せず、残りの片隣は端子ボックスの壁に面するため、これらの位置のバイパスダイオードで発生した熱は片隣の端子ボックスの壁を介して外部大気へと放熱されることができる。しかし、両端より内側の（ｉｉｉ）の位置のバイパスダイオードは（ｉ）や（ｉｉ）の位置のバイパスダイオードとは異なり、両隣をバイパスダイオード（ｉ）及び（ｉｉ）に挟まれているので、（ｉｉｉ）の位置のバイパスダイオードで発生した熱は端子ボックスの壁を介して外部大気へと放熱されることができない。従って、このように四つの端子板を含む端子ボックスにおいては、ほぼ一直線上に並置された三つのバイパスダイオードの放熱環境は同一でなく、両端より内側に位置するバイパスダイオードが最も放熱環境に劣るため、たとえその他の条件が同一であっても両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度が両端に位置するバイパスダイオードの温度より高くなることが想定される。さらに五つ以上の端子板及びこれらの端子板の間にほぼ一直線上に並置された四つ以上のバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいても同様のことがあてはまり、両端に位置するバイパスダイオードが最も放熱環境に優れ、両端より内側に位置する二つ以上のバイパスダイオードの放熱環境はこれらより劣る。従ってたとえその他の条件が同一であっても、両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなることが想定される。
特開２００１−１３５８４７号公報

本発明はかかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は少なくとも四つの端子板及びこれらの端子板の間にほぼ一直線上に並置された少なくとも三つのバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて生じうる、両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を効果的に抑えることにある。

本発明者はかかる課題を解決すべく、両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を抑える効果的な手段について鋭意研究した結果、筐体内の全てのバイパスダイオードを熱的な連通状態に置くことにより両端より内側に位置するバイパスダイオードで発生した熱を両端に位置するバイパスダイオードに伝達させて両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を抑制することを想起し、遂に本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、筐体、前記筐体内部に組み込まれた少なくとも四つの端子板、及びそれらの隣接する二つの端子板の間にそれぞれ電気的に接続された少なくとも三つのバイパスダイオードを含み、これらのバイパスダイオードがほぼ一直線上に並置されている太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、筐体内の全てのバイパスダイオードが熱的な連通状態にあり、かくして前記少なくとも三つのバイパスダイオードのうち両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなった場合に後者のバイパスダイオードの熱が前者のバイパスダイオードに効果的に伝達され、これによりバイパスダイオード間の温度の不均衡が是正されることを特徴とする太陽電池パネル用端子ボックスが提供される。

本発明の一つの具体的な実施態様においては、バイパスダイオードの熱的な連通状態は、これらのバイパスダイオードを共通の熱伝達部材の上に密着して配置することによって実現される。

本発明の一つの好ましい実施態様においては、熱的な連通状態にあるバイパスダイオードは二つの熱伝達部材の間に挟持される。本発明の更に好ましい実施態様においては、熱伝達部材のバイパスダイオードを挟持する部分は他の部分に比べてバイパスダイオードの方に向けて突出している。

本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは、筐体内の全てのバイパスダイオードが熱的な連通状態にあることを特徴とする。かかる状態を実現するための構造としては様々なものが考えられるが、例えば図３に示すような構造を挙げることができる。

図３は本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの三つの実施態様を示すものである。図３（ａ）は最も基本的な実施態様であり、筐体内の三つのバイパスダイオードが共通の熱伝達部材の上に密着して配置された態様である。図３（ｂ）及び（ｃ）は図３（ａ）の応用的実施態様であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の実施態様においてバイパスダイオードの上にも熱伝達部材が設けられ、バイパスダイオードが二つの熱伝達部材の間に挟持された態様であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の実施態様において熱伝達部材のバイパスダイオードを挟持する部分が他の部分に比べてバイパスダイオードの方に向けて突出している態様である。以下、それぞれの実施態様について部分拡大図を用いてさらに説明する。

図４は図３（ａ）のバイパスダイオード、熱伝達部材と及び端子板の配置を示す部分拡大図である。図４中、符号４は端子板であり、６はバイパスダイオード、７は熱伝達部材、８はダイオードのリード足である。なお、図４においては説明を容易とするため本発明の太陽電池パネル用端子ボックスを構成する他の部品は描かれておらず、熱伝達部材・端子板の寸法やバイパスダイオードの配置も実際のものとは若干異なる。図４では筐体内の三つのバイパスダイオードは全て、平坦なプレート状の共通の熱伝達部材７の同一面上に密着して配置されており、これにより三つのバイパスダイオードは熱的な連通状態にある。図４に示す実施態様においては、バイパスダイオードと熱伝達部材との間の密着はバイパスダイオードを平坦なプレート状の熱伝達部材の上に配置してネジ止めすることによって実現されている。しかし、バイパスダイオードと熱伝達部材との間の密着を実現する手段はこれに限定されるものではなく、バイパスダイオードと熱伝達部材の間のスムーズな熱伝達が確保される限り、接着剤を用いてバイパスダイオードを熱伝達部材に貼り付ける等のいかなる他の手段も採用することができる。

本発明においては熱伝達部材７の素材は熱伝導性に優れた材料であればいかなるものからなることもできるが、例えばアルミニウム、銅、ステンレス等の金属からなることができる。熱伝達部材は端子板等との意図せぬ短絡を防止すべく電気的には絶縁性であることが望ましい。これは例えば元来絶縁性である材料（アルマイトなど）から熱伝達部材を形成することによって実現することができる。また、非絶縁性材料の後処理、例えば熱伝達部材に絶縁フィルムを貼り付けるか又は絶縁塗料を塗布することによって熱伝達部材の絶縁性を実現することもできる。なお、この場合はバイパスダイオードを熱伝達部材に密着させるために使用するネジや接着剤も絶縁性のもの（例えば樹脂製のネジや熱伝導率の低い接着剤）を用いることが望ましい。

次に、図２及び４を用いて本発明の端子ボックスにおける両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を抑制する作用機構を説明する。図２に示された四つの端子板及びこれらの端子板の間にほぼ一直線上に並置された三つのバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいては、これらの三つのバイパスダイオードの放熱環境は上述の通り同一ではなく、両端の（ｉ）及び（ｉｉ）の位置のバイパスダイオードに比べて両端より内側の（ｉｉｉ）の位置のバイパスダイオードの方が放熱環境が劣る。これは、（ｉ）及び（ｉｉ）の位置のバイパスダイオードで発生した熱は片隣の端子ボックスの壁を介して外部大気へと放熱されることができるのに対し、両隣を他のバイパスダイオードで挟まれた（ｉｉｉ）の位置のバイパスダイオードで発生した熱は端子ボックスの壁を介して外部大気へと放熱されることができないためである。従って、かかる端子ボックスにおいてはたとえその他の条件が同一であっても両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなることが想定される。

これに対し、図４に示すような本発明の端子ボックスにおいては筐体内の全てのバイパスダイオードは例えば共通の熱伝達部材７を介して熱的な連通状態にあるため、たとえ両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなる事態が生じたとしても、両端より内側に位置するバイパスダイオードの熱はバイパスダイオードに密着された熱伝達部材を介して両端のバイパスダイオードに効果的に伝達されるので、両端より内側のバイパスダイオードの発熱は効果的に抑制される。従って、本発明の端子ボックスにおいては、両端より内側に位置するバイパスダイオードの熱暴走やダイオード及び周辺回路の破壊が防止される。

図５は図３（ｂ）の部分拡大図であり、図４に示す三つのバイパスダイオードが同一面上に配置された実施態様において、バイパスダイオード６の上に更に別の熱伝達部材７′が密着して配置され、バイパスダイオード６が二つの熱伝達部材７，７′の間に挟持されているものである。このようにバイパスダイオードを二つの熱伝達部材の間に挟持させることにより、三つのバイパスダイオードの熱的な連通状態を一層良好にすることができる。つまりこの実施態様によれば、両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなった場合に両端より内側に位置するバイパスダイオードの熱を二つの熱伝達部材を介して両端のバイパスダイオードに一層効果的に伝達させることができ、両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱の抑制を一層迅速に行うことができる。

図６は図３（ｃ）の部分拡大図であり、図５に示す実施態様において、二つの熱伝達部材７，７′のバイパスダイオードを挟持する部分が他の部分に比べてバイパスダイオードの方に向けて突出しており、バイパスダイオードが二つの熱伝達部材の突出部分９の間に挟持されているものである。このようにプレート状熱伝達部材のうち、バイパスダイオードとの熱伝達に必要な部分であるバイパスダイオードを挟持する部分を他の部分に比べてバイパスダイオードの方に向けて突出させることにより、熱伝達部材の他の部分は突出部分と比較して相対的に薄い厚さにすることができるので、熱伝達部材の総体積を減少させることができ、熱伝達部材の製造コストを低下させることができる。

なお、本発明の端子ボックスで用いるバイパスダイオードは図１〜６に示したパッケージタイプのダイオードに限られるものではなく、図７に示すようにベアーチップダイオードであることもできる。ベアーチップダイオードとは、重畳部域を有する接合部から互いに反対方向に延びた金属製の薄板状の細長い二つの導体片６′及び前記重畳部域全体にわたって配置されたダイオード機能部６″を有するダイオードのことであり（図７に示した三つのベアーチップダイオードのうち、左端のベアーチップダイオードに付した符号を参照）、パッケージタイプのダイオードと比較して厚さが薄く放熱性に優れる等の利点を有するため、太陽電池パネル用端子ボックスにおいて近年多用されるようになってきているダイオードである。ただし、バイパスダイオードとしてベアーチップダイオードを用いた場合は、ベアーチップダイオードの厚さはかなり薄いため、図７に示すようなプレート状の平坦な熱伝達部材ではベアーチップダイオードのみならずベアーチップダイオードに隣接して配置されている端子板にも接触して意図せぬ短絡や熱伝達を招く恐れがある。しかし、この場合であっても、図８及びその拡大図である図９に示すようにベアーチップダイオードのダイオード機能部を挟持する部分のみの熱伝達部材を突出させる構成にしておけば、端子板の上に位置する熱伝達部材の厚さを薄くできるので、熱伝達部材と端子板との無用な接触を確実に回避することができる。

また、本発明の端子ボックスにおいては、隣接する二つの端子板の間のバイパスダイオードの電気的接続は図１〜９に示したような直列に限られるものではなく、二つ又はそれ以上のバイパスダイオードを並列に接続することもできる。このようなバイパスダイオードの並列接続は個々のバイパスダイオードに流れる電流量を減少させる目的で行なわれるものである。たとえば同一の抵抗値を有する二つのバイパスダイオードを隣接する二つの端子板間に並列に接続すると、個々のバイパスダイオードに流れる電流量は理論的には１／２に減少する。
この実施態様においては、隣接する二つの端子板の間に並列に接続された二つ又はそれ以上のバイパスダイオードを便宜上一つのバイパスダイオードとみなして請求項１の文言「これらのバイパスダイオードがほぼ一直線上に並置されている」、「両端に位置するバイパスダイオード」及び「両端より内側に位置するバイパスダイオード」を解釈するものとする。
四つの端子板を含み、隣接する二つの端子板の間に二つずつ計六つのバイパスダイオードが並列に接続された場合の実施態様を図１０に示す。図１０は図３と同様、端子ボックスの蓋板を取り除いた内部の模式図であり、図１０（ａ）はバッケージタイプのダイオードが縦配置されたもの、図１０（ｂ）は同じくパッケージタイプのダイオードが横配置されたものであり、これらは図３（ｂ）の実施態様においてバイパスダイオードを直列から二つずつの並列に変えたものに相当する。図１０（ｃ）はダイオードとしてベアーチップダイオードを用いたものであり、図８及び９の実施態様においてバイパスダイオードを直列から二つずつの並列に変えたものに相当する。

以上説明した本発明の実施態様においては本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの典型例を述べたが、これらは発明の理解のための例示にすぎず、筐体内のバイパスダイオードの位置の相違に起因する放熱環境の優劣から生じる筐体内のバイパスダイオード間の温度の不均衡を、筐体内の全てのバイパスダイオードを熱的な連通状態にもたらすことにより是正するという技術思想が存在する限り、本発明の特許請求の範囲に記載の太陽電池パネル用端子ボックスに対するいかなる公知の技術の組合せ、変更、修正、追加も本発明の範ちゅうに属するものである。

本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは上述のように構成されているので、少なくとも四つの端子板及びこれらの端子板の間にほぼ一直線上に並置された少なくとも三つのバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて生じうる、両端より内側に位置するバイパスダイオードの発熱を効果的に抑えることができる。特に、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては、両端より内側に位置する発熱したバイパスダイオードの熱を外部大気に逃すことによって抑えるのではなく、両端のバイパスダイオードに伝達することによって抑えるので、太陽電池パネル用端子ボックスにおいて従来バイパスダイオードの放熱のために用いられてきた放熱板を用いる必要がないか又は従来より小さい大きさの放熱板を設けるだけでよく、太陽電池パネル用端子ボックスの製造コストを低減することができ、端子ボックスの体積も減少させることができる。

二つの端子板を含む従来の端子ボックスの蓋板を取り除いた内部の模式図である。四つの端子板を含む従来の端子ボックスの蓋板を取り除いた内部の模式図である。本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの三つの実施態様の蓋板を取り除いた内部の模式図である。図３（ａ）の太陽電池パネル用端子ボックスの部分拡大図である。図３（ｂ）の太陽電池パネル用端子ボックスの部分拡大図である。図３（ｃ）の太陽電池パネル用端子ボックスの部分拡大図である。本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの応用的実施態様の部分拡大図である。本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの応用的実施態様の蓋板を取り除いた内部の模式図である。図８の太陽電池パネル用端子ボックスの部分拡大図である。本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの応用的実施態様の蓋板を取り除いた内部の模式図である。

Claims

筐体、前記筐体内部に組み込まれた少なくとも四つの端子板、及びそれらの隣接する二つの端子板の間にそれぞれ電気的に接続された少なくとも三つのバイパスダイオードを含み、これらのバイパスダイオードがほぼ一直線上に並置されている太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、筐体内の全てのバイパスダイオードが熱的な連通状態にあり、かくして前記少なくとも三つのバイパスダイオードのうち両端に位置するバイパスダイオードの温度に比べて両端より内側に位置するバイパスダイオードの温度の方が高くなった場合に後者のバイパスダイオードの熱が前者のバイパスダイオードに効果的に伝達され、これによりバイパスダイオード間の温度の不均衡が是正されることを特徴とする太陽電池パネル用端子ボックス。
バイパスダイオードの熱的な連通状態が、これらのバイパスダイオードを共通の熱伝達部材の上に密着して配置することによって実現されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
バイパスダイオードが二つの熱伝達部材の間に挟持されることを特徴とする請求項２記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
熱伝達部材のバイパスダイオードを挟持する部分が他の部分に比べてバイパスダイオードの方に向けて突出していることを特徴とする請求項３記載の太陽電池パネル用端子ボックス。