JP2006216871A - 太陽電池パネル用端子ボックス - Google Patents

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【課題】
バイパスダイオードから発生する熱を太陽電池パネルの方に逃がすために好適な太陽電池パネル用端子ボックスの構成を提供する。
【解決手段】
筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子板、及び前記複数の端子板を相互に接続する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、太陽電池パネル用端子ボックスが太陽電池パネルに取付けられた場合にバイパスダイオードの底面が太陽電池パネルと接触するような構造を有し、これにより前記バイパスダイオードの動作時に発生する熱が太陽電池パネルの方に直接伝達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

本発明は複数の太陽電池パネルを相互に電気的に接続するための太陽電池パネル用端子ボックスに関する。特に本発明は端子ボックス内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を太陽電池パネルに効率良く放熱させることによって、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる太陽電池パネル用端子ボックスに関する。
太陽電池パネルは発電量を増大するため日当たりの良い家屋の屋根等に多数配置されるものである。個々の太陽電池パネルＰはその裏面に図１に示す通り端子ボックスＢが取り付けられており、外部接続用ケーブル５を介して隣接する太陽電池パネルＰの端子ボックスＢ同士を電気的に接続して使用する。
次に、かかる端子ボックスＢの内部の従来例を図２に示す。図２は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は電極用底板開口、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はまた電極用の底板開口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１対の端子板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１対の端子板を相互に接続している。
こ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発生した熱を効率良く放熱させる必要がある。
太陽電池パネル用端子ボックス内に組み込まれたバイパスダイオードから発生した熱を放熱させる技術としては、端子ボックス表面から周辺大気への放熱や、端子板・外部接続用ケーブルを通した周辺大気への放熱といったバイパスダイオード表面と周辺大気との温度差を利用した技術が従来適用されている。しかし、かかる放熱技術はそれほど効率的ではなく、現状として実使用環境を考慮したときに全ての環境中でバイパスダイオードの温度をダイオードの適正な使用温度内に抑えることは極めて困難である。
この問題に関して、出願人は最近、バイパスダイオードから発生する熱を周辺大気ではなく太陽電池パネルの方に逃がすことにより効率良く放熱させる技術を提案した（特許文献１）。この技術は、端子ボックスの筐体の底板をアルミニウム等の高熱伝導材料から形成させ、この底板の上にバイパスダイオードを密着して配置させることにより、バイパスダイオードの発生する熱を底板を介して太陽電池パネルの方に効果的に伝達させるというものである。
しかし、これ以外の方法でもバイパスダイオードから発生する熱を太陽電池パネルの方に逃がすことができれば一層有利である。
特許第３６００６１５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、その目的はバイパスダイオードから発生する熱を太陽電池パネルの方に逃がすための別の構成を提供することである。
本発明者は上記課題を解消するためにバイパスダイオードから発生する熱を太陽電池パネルの方に逃がすための構成について鋭意研究した結果、バイパスダイオードの底面を太陽電池パネルと接触させることにより、バイパスダイオードから発生する熱を太陽電池パネルに直接伝達する構成を想起し、遂に本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子板、及び前記複数の端子板を相互に接続する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、太陽電池パネル用端子ボックスが太陽電池パネルに取付けられた場合にバイパスダイオードの底面が太陽電池パネルと接触するような構造を有し、これにより前記バイパスダイオードの動作時に発生する熱が太陽電池パネルの方に直接伝達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である。本発明の好ましい態様によれば、バイパスダイオードの底面を太陽電池パネルと接触させるための開口が筐体の底板に設けられている。
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば、端子ボックス内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を太陽電池パネルの方に効率良く放熱させることができるため、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。また、結果として太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を低く抑えることができる。しかも、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば余分な電力を消費したり端子ボックスを大型化させたりすることなくこれらの効果を奏することができる。さらに、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば筐体の底板にバイパスダイオード用の開口が設けられるため、筐体を製造するのに必要な樹脂の量が少なくて済み、端子ボックスの製造コストを下げることができる。
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは太陽電池パネル用端子ボックスが太陽電池パネルに取付けられた場合にバイパスダイオードの底面が太陽電池パネルと接触するような構造を有することを特徴とする。かかる構造としては様々なものが考えられるが、例えば図３〜５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一例を、蓋板を取り除いた状態で斜め上方から見た立体図であり、図４は図３の端子ボックスを斜め下方から見た立体図、図５は図３の端子ボックスを下方から見た平面図である。図中、１は底板、２は電極用の底板開口、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、７はバイパスダイオード用の底板開口である。
図３〜５に示す端子ボックスでは筐体内部に４枚の端子板４が組込まれており、これらの端子板が三つのバイパスダイオード６によって相互に接続されている。しかし、本発明においては端子板及びバイパスダイオードの個数はこれに限定されるものではなく、図２に示したような２枚の端子板及び一つのバイパスダイオードを有するものや、５枚以上の端子板及び四つ以上のバイパスダイオードを有するものも本発明の端子ボックスに含まれる。
図３〜５からわかるように、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは筐体の底板１の中央部にバイパスダイオードの底面を太陽電池パネルと接触させるための開口７が設けられており、その開口７に三つのバイパスダイオード６が収容されている。図４から理解できる通り、開口７にバイパスダイオード６が収容された状態でバイパスダイオード６の底面は筐体の底板１の底面と同じ水準にある。従って、この状態で端子ボックスを太陽電池パネルに取付けると、バイパスダイオードの底面は太陽電池パネルと接触する。この状態ではバイパスダイオード６の動作時に発生する熱は底板を介してではなく、直接太陽電池パネルの方に伝達される。従って、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては、バイパスダイオードの動作時に発生する熱は直接太陽電池パネルの方に広範囲に効率的に伝達され、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。
発熱物体からの放熱は一般に発熱物体表面と放熱先との温度差が大きいほど効率的に行われる。太陽電池パネル用端子ボックスに組み込まれるバイパスダイオードの場合、発熱物体であるバイパスダイオードの動作時の表面温度は１４０℃以上になる。一方、通常の使用環境下においてバイパスダイオード周辺の大気温度は４０℃前後であり、太陽電池パネルの表面温度は８０℃前後である。従って、放熱先としてはバイパスダイオード表面との温度差が大きいバイパスダイオード周辺の大気を選択する方が効率的であると従来考えられていた。これに対し、本発明者は放熱先として太陽電池パネルを選択する方がバイパスダイオード表面との温度差が小さいにもかかわらず結果として効率的に放熱が行われることを意外にも見出した。この理由はバイパスダイオードから太陽電池パネルに熱が移動する速度の方がバイパスダイオードから周辺大気に熱が移動する速度よりも大きいためであると考えられる。また、太陽電池パネルの表面積は極めて大きいのでバイパスダイオードから太陽電池パネルに伝達された熱がそこから大気へ効率的に伝達されるためであると考えられる。
バイパスダイオード用の底板開口７の大きさは、バイパスダイオード６の底面が筐体の底板１の底面と同じ水準になるようにバイパスダイオードを収容できる大きさであればよく、つまりバイパスダイオード６の底面の大きさより大きければよい。なお、図３〜５に示す実施態様では底板開口７の大きさは三つのバイパスダイオードを収容するのに十分な大きさとなっているが、様々な種類、大きさのバイパスダイオードに対して一つの筐体で対応することができるよう、底板開口７の大きさをこれより顕著に大きくすることもできる。また、図３〜５に示す実施態様では底板開口７は太陽電池パネルからの電極を筐体内部へ通すための底板開口２とは別に設けられているが、二つの底板開口を一つにまとめてもよい。また、底板開口７の数は図３〜５に示すように複数の（図３〜５では三つの）バイパスダイオードに対して一つの底板開口７を設けてもよいし、バイパスダイオードごとに一つの底板開口を設けてもよい。要は、バイパスダイオードと太陽電池パネルの間に筐体の底板が存在せず、バイパスダイオードの底面が太陽電池パネルと直接接触するような構造であればよい。
本発明の端子ボックスの太陽電池パネルへの取付けは常法に従い、端子ボックスの裏面、即ち筐体の底板の底面及びバイパスダイオードの底面に接着剤を塗布して太陽電池パネルの裏面の所定の取付け位置に接着することにより行えばよい。接着に用いる接着剤は従来使用されているものでよいが、熱伝導性に優れた接着剤を用いることがバイパスダイオードの底面から太陽電池パネルの方への熱伝達を円滑に行うために好ましい。
また、太陽電池パネルの裏面の端子ボックス取付け位置の近くに不規則な凹凸形状がある場合は、バイパスダイオードの底面と太陽電池パネルの裏面との間に熱伝導率の良いスポンジ・ジェル・両面テープ等の高分子材料からなる柔軟なシート・粘性物質を適用することによりバイパスダイオードの底面から太陽電池パネルの方への熱伝達を安定させることができる。
さらに、表面全体がエポキシ樹脂でコートされたタイプのバッケージダイオードを用いる場合は完全に絶縁性であるため、そのまま太陽電池パネルに接着すればよいが、バイパスダイオードとしてベアーチップダイオードや底面がエポキシ樹脂でコートされていないタイプのパッケージダイオードといった非絶縁性のダイオードを用いる場合は、太陽電池パネルとの電気的接触を回避するため、バイパスダイオードの底面に予め雲母製の絶縁シートやフッ素系の絶縁テープを貼り付けておくことが好ましい。
以上説明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、バイパスダイオードの動作時に発生する熱を太陽電池パネルの方に直接伝達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によれば、端子ボックス内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を太陽電池パネルの方に効率良く放熱させることができるため、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。また、結果として太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を低く抑えることができる。しかも、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば余分な電力を消費したり端子ボックスを大型化させたりすることなくこれらの効果を奏することができる。さらに、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば筐体の底板にバイパスダイオード用の開口が設けられるため、筐体を製造するのに必要な樹脂の量が少なくて済み、端子ボックスの製造コストを下げることができる。
太陽電池パネルの裏面を示す模式図である。 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一例の立体図である。 本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一例の立体図である。 本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一例の平面図である。
符号の説明
Ｐ 太陽電池パネル
Ｂ 端子ボックス
１ 底板
２ 電極用底板開口
３ 側壁
４ 端子板
５ 外部接続用ケーブル
６ バイパスダイオード
７ バイパスダイオード用底板開口

Claims (2)

  1. 筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子板、及び前記複数の端子板を相互に接続する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、太陽電池パネル用端子ボックスが太陽電池パネルに取付けられた場合にバイパスダイオードの底面が太陽電池パネルと接触するような構造を有し、これにより前記バイパスダイオードの動作時に発生する熱が太陽電池パネルの方に直接伝達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。
  2. バイパスダイオードの底面を太陽電池パネルと接触させるための開口が筐体の底板に設けられてい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。
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