JP2007036036A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 バイパスダイオードの装着作業性に優れる端子ボックスを提供する。
【解決手段】 端子ボックスは、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１８との間を電気的に中継する複数の端子板３０を基板１１上に備える。逆負荷時バイパス用のバイパスダイオード５０は、対応する二つの端子板３０間に直接的にまたは導体板３５を介して間接的に接続される。バイパスダイオード５０は、全体として扁平形状をなし、厚み方向の両端面が電極面５１として露出するとともに側面５２が樹脂でモールド被覆されている。板厚方向で対向する対向部４０の対向面４１間にバイパスダイオード５０を差し込むことにより、両対向面４１と電極面５１とを電気的に接続させる。
【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。

従来の端子ボックスとして、基板上に並設されて一端側が太陽電池モジュールの裏面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側が外部接続用の出力ケーブルに接続される二枚の端子板と、両端子板間に架橋される整流素子としての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半田付けによって接続される一対の導体板とからなる。一対の導体板は、互いに逆方向に延出されて、その延出端側で対応する端子板に半田付けにより接続されている。
特許第３４９８９４５号公報

ところで、上記した一対の導体板と端子板とを接続する際には、両導体板を位置決めして動かないように支持した状態で半田溶接を施す必要があり、作業が煩わしく面倒であるという事情がある。
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、整流素子を接続する際の作業性に優れる太陽電池モジュール用端子ボックスを提供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、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する複数の端子板が基板上に並設され、対応する二つの端子板間に直接的にまたは導体板を介して間接的に逆負荷時バイパス用の整流素子が接続される太陽電池のモジュール用端子ボックスであって、前記整流素子は、全体として扁平形状をなし、厚み方向の両端面が電極面として露出するとともに側面が樹脂でモールド被覆されており、前記端子板または前記導体板が板厚方向で対向する対向部を有し、両対向部の対向面間に前記整流素子を差し込むことにより、前記両対向面と前記電極面とを電気的に接続させ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、前記対向部は、前記基板に対して起立状態で配され、前記整流素子を前記対向部の対向面間に差し込む際には、前記整流素子を、前記電極面が前記基板に対して起立方向に向いた縦向き姿勢とするところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記対向部は、前記基板の厚み方向に重なるように配され、前記整流素子を前記対向部の対向面間に差し込む際には、前記整流素子を、前記電極面が前記基板に対向する横向き姿勢とするところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
請求項１に記載の発明によれば、端子板または導体板が板厚方向で対向する対向部を有し、この両対向部の対向面間に整流素子を差し込むことで、両対向面と電極面とを電気的に接続させる構成としたから、整流素子をワンタッチで装着させることが可能となり、作業性に優れている。

＜請求項２の発明＞
請求項２に記載の発明によれば、対向部は基板に対して起立状態で配され、整流素子が縦向き姿勢で対向部の対向面間に差し込まれるから、基板における対向部周辺に部品が配されていてもそれら部品と干渉することなく整流素子の接続作業を行うことができる。

＜請求項３の発明＞
請求項３に記載の発明によれば、対向部が基板の厚み方向に重なるように配され、整流素子が横向き姿勢で対向部の対向面間に差し込まれるから、縦方向に嵩張ることがなく、縦方向のスペースを有効利用できる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図３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、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、このボックス本体１０内に並設された複数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に接続された複数のバイパスダイオード５０（本発明の「整流素子」に相当する）とを備えている。

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周囲を取り囲む側板１２と、基板１１の所定位置から立ち上げられて端子板３０間を区画する仕切り壁１３とを備える。

基板１１には略全幅に亘って開口部１４が開設されており、この開口部１４に各端子板３０の先端部が臨んでいる。そして、基板１１の開口部１４には各太陽電池セル群と対応するリード２０が通され、通された各リード２０が対応する端子板３０Ａ，３０Ｃの先端部に半田付け等により接続される。

基板１１の上面には各端子板３０毎に対応して端子板３０の位置決め孔３１と係合可能な位置決め突部１５が突設されている。位置決め突部１５の両端外方には撓み可能な一対の係止片１６が突出して設けられており、端子板３０の装着過程では係止片１６が端子板３０の両側縁部と係合して開き変形し、端子板３０が正規に組み付けられるに伴ない係止片１６が復元して端子板３０の両側縁部を上方から押し付け、端子板３０の浮き上がりを規制するようになっている。

基板１１の上面には、端子板の位置決めを行うための位置決め壁２１が設けられている。位置決め壁１８は、対応する端子板３０の幅方向に沿って延出して形成され、その根元には端子板３０の後端部を嵌め込み可能な受け溝（図示せず）が設けられている。端子板３０は、基板１１への装着時に斜め姿勢をとりつつその後端部を受け溝の奥面に当て止めさせ、かかる状態からその前端部を傾倒させることで、その傾倒動作に伴ない位置決め突部１５を位置決め孔３１に嵌め込むような構成とされる。

側板１２には左右一対の切り欠き部１７が設けられ、ここに上方から外部接続用の出力ケーブル１８が嵌め込まれ、さらにケーブル押さえ部材１９が嵌着されて出力ケーブル１８が固定されるとともに、ケーブル押さえ部材１９と側板１２とが一体に連なるようになっている。仕切り壁１３は端子板３０の外縁に沿うような態様で区画されており、この仕切り壁１３の案内によって端子板３０が位置決めされた状態で組み付けられる。また、仕切り壁１３によって区画された内側空間の端子板３０上に絶縁樹脂が充填され、絶縁樹脂の使用量が少なく済むようにしてある。

端子板３０は、導電性金属板材を切断等して短冊状に形成され、基板１１に横並びで六つ設けられている。基板１１の幅方向両側部には、対応する外部接続用のケーブル１８が接続されるケーブル用端子板３０Ａが配されている。ケーブル用端子板３０Ａは他の端子板３０Ｂ，３０Ｃと比較して長さ方向に短く形成されている。ケーブル１８の端末は導体が露出してケーブル用端子板３０Ａの後端部に載せられており、そこがねじ２５によってねじ止めされるようになっている。ねじ２５の先端は基板１１に設けられたねじ孔（図示せず）にねじ込まれており、これにより、ケーブル用端子板３０Ａがケーブル１８と接続されるとともに基板１１に固定されるようになっている。

基板１１の幅方向の略中央部には、ケーブル１８とは未接続の端子板３０Ｂ，３０Ｃが四つ配されている。この端子板３０Ｂ，３０Ｃは、長さ寸法の相違する二種の端子板３０Ｂ，３０Ｃからなり、このうち短寸に形成された二つの端子板３０Ｂ（以下、短寸の端子板３０Ｂという）がケーブル用端子板３０Ａに隣接して設けられ、残りの二つの端子板３０Ｃ（以下、長寸の端子板３０Ｃという）が基板１１の略中央部に設けられている。短寸の端子板３０Ｂは、太陽電池モジュール側との接点を備えておらず、その先端回りが仕切り壁１３に取り囲まれている。隣接する短寸の端子板３０Ｂと長寸の端子板３０Ｃは、それぞれの後端部においてジャンパーピン３２によって導通可能に架け渡されている。

また、各端子板３０の幅方向の両側縁には、付設部３３が側方へ張り出して設けられている。互いに隣接する付設部３３には、端子板３０の板厚方向で対向して、その間にバイパスダイオード５０を差し込み可能とされた対向部４０が備えられている。詳しくは、対向部４０は、左端のケーブル用端子板３０Ａと一つの短寸の端子板３０Ｂとの間、及び二つの長寸の端子板３０Ｃ間、及び右端のケーブル用端子板３０Ａと一つの短寸の端子板３０Ｂとの間に、それぞれ配置されていている。また、両対向部４０は、付設部３３の先端を略直角に折り曲げて起立状態とすることにより、基板１１の表面に対して略直角でかつ相互に略平行に配されている。さらに、両対向部４０の離間距離は、自然状態においてはバイパスダイオード５０の厚みよりも小さく設定されている。

バイパスダイオード５０は、全体として扁平形状、詳しくは円盤形状をなし、厚み方向の両端面（図３に示す上下面）が電極面５１として露出しており、電極面５１を除いた部分つまり側面５２はシリコンなどの樹脂でモールド被覆されている。詳しくは、バイパスダイオード５０は、上側に位置するＰ側電極５１Ｂと、下側に位置するＮ側電極５１Ａと、両電極５１Ａ，５１Ｂ間に挟まれて内部封止されたチップ状のダイオード部５３と、側面５２を被覆する樹脂部５４とからなり、ダイオード部５３に対する接触面積は、Ｎ側電極５１ＡのほうがＰ側電極５１Ｂよりも大きくなっている。なお、バイパスダイオード５０の構造説明において上下方向については、図３を基準としている。

かかるバイパスダイオード５０は、樹脂部５４を含んでいる点でベアチップダイオードとは異なり、また、両端が電極面５１として露出されている点でパッケージダイオードとも異なっている。そして、このバイパスダイオード５０は、市販品として入手可能なものを用いることができる。

図１及び図２に示す右側に位置する対向部４０には、バイパスダイオード５０の両電極５１Ａ，５１ＢのうちのＮ側電極５１Ａ（カソード側）が当接可能とされ、左側に位置する対向部４０にはＰ側電極５１Ｂ（アノード側）が当接可能とされている。ここで、バイパスダイオード５０のＮ側電極５１Ａに当接する対向部４０をＮ側対向部４０Ａとし、バイパスダイオード５０のＰ側電極５１Ｂに当接する対向部４０をＰ側対向部４０Ｂとすると、本実施形態の場合にはＮ側対向部４０ＡがＰ側対向部４０Ｂよりも幅広に形成されており、これによってバイパスダイオード５０が発熱したときに、Ｎ側対向部４０Ａからの良好な放熱性が担保されている。

次に、本実施形態の製造方法及び作用を説明する。まず、付設部３３の先端部を折り曲げ加工して対向部４０を形成する。次に、各端子板３０を基板１１上に載置させ、対応する対向部４０を対向位置させる。このとき、基板１１上に突設された位置決め突部１５を端子板３０の位置決め孔３１に挿通することにより、端子板３０を位置決めし、さらに係止片１６の弾性的な係止によって端子板３０の浮き上がりを規制している。

そして、ケーブル用端子板３０Ａにねじ２５を螺挿してねじ止めを行う。続いて、ケーブル用端子板３０Ａにケーブル押さえ部材１９を取り付けるとともに、ケーブル１８を基板１１上に固定する。この場合に、ケーブル１８とは未接続の短寸の端子板３０Ｂおよび長寸の端子板３０Ｃについては、その後端部を位置決め壁２１の受け溝（図示せず）に嵌入させ、さらに所定の端子板３０Ｂ，３０Ｃ間にはジャンパーピン３２を架け渡して半田付けする。

次いで、バイパスダイオード５０の電極面５１を基板１１の表面に対し直角方向に向け、さらに対向部４０のＮ側対向部４０ＡにＮ側電極５１Ａを当接させ、かつ対向部４０のＰ側対向部４０ＢにＰ側電極５１Ｂを当接させるようにして両対向部４０の対向面４１間にバイパスダイオード５０を摺動させつつ差し込む。バイパスダイオード５０の差し込み動作に伴って、対向部４０が拡開変形し、その対向部４０の弾性復元力によってパスダイオード５０が両対向面４１間に弾性的に挟み付けられる。

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材、両面テープ、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電極に接続されたリード２０を基板１１の開口部１４を通してボックス本体１０内に引き込み、該リード２０を端子板３０Ａ，３０Ｃの先端部に半田接続する。それからシリコン樹脂等の絶縁樹脂をボックス本体１０内における仕切り壁１３の内側空間に充填し、さらにカバーを被せて蓋締めをする。絶縁樹脂により、ボックス本体１０内が気密に封止される。

本実施形態によれば、両対向部４０の対向面４１間にバイパスダイオード５０を差し込むことで、バイパスダイオード５０をワンタッチで簡単に装着できる。したがって、バイパスダイオード５０を端子板３０に接続する際の作業性に優れている。

また、バイパスダイオード５０の電極面５１を基板１１の表面に対して縦方向詳しくは垂直方向に向けて、該バイパスダイオード５０を両対向部４０の対向面４１間に縦向き姿勢で差し込むようにしたから、対向部４０の周辺に部品等が配されていてもそれら部品等と干渉することなくバイパスダイオード５０を容易に接続することができる。

さらに、本実施形態におけるバイパスダイオード５０は、ダイオード部５３の側面５２が樹脂で覆われているから、従来におけるベアチップ状のダイオードと違って、外部からの衝撃を回避するための保護手段（例えば、特許第３４９８９４５号公報の図１における符号５６Ｂ）を別途設ける必要がない。加えて、本実施形態におけるバイパスダイオード５０は、パッケージダイオードのように大きな場所をとることもない。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４および図５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が端子板３０に導体板３５を介して間接的に接続されるという点で実施形態１と相違している。

また、実施形態２では、実施形態１と違って、ケーブル用端子板３０Ａにねじ挿通孔が設けられておらず、基板１１にはねじ孔が設けられていない。そして、ケーブル用端子板３０Ａは、実施形態１のものよりも前後方向に長く形成され、その後端に設けられたバレル部２４がケーブル１８の端末導体にかしめ付けられている。さらに、ケーブル１８に未接続の端子板３０Ｂ，３０Ｃは、図４に示すように、短寸の端子板３０Ｂと長寸の端子板３０Ｃが隣接して配されているが、その後端部にて連繋部３４を介して一体に連なっており、ジャンパーピン３２は設けられていない。

上記した導体板３５は、金属板材を曲げ加工して形成され、端子板３０よりも薄肉とされている。詳しくは、導体板３５は、平坦な形状を有する端子板３０の付設部３３を横切って端子板３０の上面に載せられる接続部３６と、その一端から略直角に起立する対向部４０とからなり、両対向部４０の対向面間に実施形態１と同じ形態のバイパスダイオード５０が弾性的に差し込み可能とされている。また、導体板３５は、実施形態１の対向部４０と同様、図４における右側に位置するものがＮ側対向部４０Ａとされ、左側に位置するものがＰ側対向部４０Ｂとされており、Ｎ側対向部４０ＡがＰ側対向部４０Ｂよりも大きく形成されている。

導体板３５が接続される各端子板３０の付設部３３の略中央部には、切り起こしにより接続突起３７が形成されている。この接続突起３７は、導体板３５の接続部３６に形成された接続孔３６Ａに貫通され、さらに根元部分に半田が施されることにより、導体板３５を端子板３０の上面に接続可能としている。また、端子板３０には接続突起３７の切り起こしに伴って肉抜き部３８が開口して形成され、この肉抜き部３８によって半田熱が周囲に拡散するのが防止されるようになっている。

本実施形態によれば、端子板３０よりも板薄の導体板３５に曲げ加工を施すことで対向部４０が設けられるから、対向部４０の撓み変形動作が円滑となってバイパスダイオード５０の差し込み動作をよりスムーズに行うことができる。また、対向部４０が端子板３０とは別体に形成されるから、対向部４０を設置する際の設定の自由度を高めることができる。

＜実施形態３＞
図６および図７は本発明の実施形態３を示す。本実施形態では基板１１の上面に段差２６が設けられている点、及びバイパスダイオード５０の差し込み方向が横方向に設定されている点で、実施形態１及び実施形態２とは大きく異なっている。

基板１１には段差２６が設けられており、この段差２６を介することで、基板１１の上面が図７に示す左側から右側にかけて一段落ちた構造となっている。そして、この一段落ちた面には端子板３０が載せられるようになっており、載せられた端子板３０の端面が段差２６に突き当てられるようになっている。

隣り合う端子板３０間には端子板３０よりも板薄の導体板３５Ａが架け渡されている。図示する場合、三つの導体板３５Ａが各端子板３０を横切って直列に配されている。
導体板３５Ａは、図７に示すように、全体として直線状に真直ぐ延びる形態とされ、その一端部が段差２６を介して高い位置に配された端子板３０に接続され、その他端部が低い位置に配された端子板３０側へ延出している。低い位置に配された端子板３０の上面には別の導体板３５Ｂが載せられ、導体板３５Ａの他端部が別の導体板３５Ｂの上方に覆い被さるようにして配される。そして、両導体板３５Ａ，３５Ｂの対向面間に、実施形態１と同じ形態のバイパスダイオード５０が横向きの姿勢で弾性的に差し込み可能とされている。この場合に、導体板３５Ａの他端部はバイパスダイオード５０の外縁に沿って円弧状をなしている。
ここで、導体板３５Ａの他端部と別の導体板３５Ｂの一端部とにより本発明の対向部４０が構成され、さらに、バイパスダイオード５０のＰ側電極５１Ｂと接する導体板３５Ａの対向部４０がＰ側対向部４０Ｂとされ、バイパスダイオード５０のＮ側電極５１Ｂと接する導体板３５Ｂの対向部４０がＮ側対向部４０Ａとされている。Ｎ側対向部４０Ａの全体が端子板３０に載置接続されることにより、Ｎ側対向部４０Ａから効率良く放熱されるようになっている。

本実施形態によれば、バイパスダイオード５０を、電極面５１を基板１１と直交する方向に向けた横向きの姿勢となし、この状態からバイパスダイオード５０を両導体板３５Ａ，３５Ｂにおける対向部４０の対向面４１間に差し込むようにしたので、基板１１と直交する方向つまり高さ方向（縦方向）に嵩張ることがなく、高さ方向（縦方向）のスペースの有効利用を図ることができる。

＜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）本実施形態においては、対向部を形成するものとして平板状をなすものを備えたが両対向面の少なくとも一方に内向きに曲げ加工を施すことでスイッチ状の接点部を形成したものを備えていてもよい。
（２）上記実施形態３においては、基板上に段差を設けたが、基板上に段差を設けず複数の端子板を同じ高さで載置してもよい。
（３）上記実施形態１および実施形態２においては、対向部として基板の表面に垂直なものを設けたが、対向部は、バイパスダイオードを縦方向から差し込み可能な対向面を有していれば基板の表面に対して正確に垂直に配されていなくてもよい。
（４）上記実施形態３においては右側の端子板の上に接続された導体板と、左側の端子板に接続された導体板とを対向部として設けたが、右側の対向部に、導体板を設けなくてもよい。
（５）本発明においては、短寸の端子板と長寸の端子板はジャンパーピンで架け渡されているものと連結部でつながっているものを相互に変更して用いてもよいし、長さが揃った端子板を備えてもよい。
（６）対向部の先端には、誘い込み用のラッパ形状をなす案内部を設けてもよい。
（７）本発明においては、必要に応じて、対向部４０とバイパスダイオード５０との間に半田付けを行ってもよい。

実施形態１のボックス本体の平面図 その要部の断面図 バイパスダイオードの断面図 実施形態２のボックス本体の平面図 その要部の断面図 実施形態３のボックス本体の平面図 その要部の断面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
３０…端子板
３３…付設部
３５…導体板
４０…対向部
４０Ａ…Ｎ側対向部
４０Ｂ…Ｐ側対向部
４１…対向面
５０…バイパスダイオード（整流素子）
５１…電極面
５３…ダイオード部

Claims (3)

1. 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する複数の端子板が基板上に並設され、対応する二つの端子板間に直接的にまたは導体板を介して間接的に逆負荷時バイパス用の整流素子が接続される太陽電池のモジュール用端子ボックスであって、
   前記整流素子は、全体として扁平形状をなし、厚み方向の両端面が電極面として露出するとともに側面が樹脂でモールド被覆されており、
   前記端子板または前記導体板が板厚方向で対向する対向部を有し、両対向部の対向面間に前記整流素子を差し込むことにより、前記両対向面と前記電極面とを電気的に接続させる構成とした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. 前記対向部は、前記基板に対して起立状態で配され、前記整流素子を前記対向部の対向面間に差し込む際には、前記整流素子を、前記電極面が前記基板に対して起立方向に向いた縦向き姿勢とす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. 前記対向部は、前記基板の厚み方向に重なるように配され、前記整流素子を前記対向部の対向面間に差し込む際には、前記整流素子を、前記電極面が前記基板に対向する横向き姿勢とす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。

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