JP2007128972A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルへの良好な伝熱性を確保する。
【解決手段】対応する二つの端子板３０Ａ，３０Ｂ間には整流機能を有する本体部５１とそこから延出される接続片とからなる３つのバイパスダイオード５０が架橋されている。一方の端子板３０Ａ，３０Ｂには本体部５１が支持され、他方の端子板３０Ａ，３０Ｂには接続ピン５２の先端部が接続されている。バイパスダイオード５０のうちの一つは、残りのものと逆方向の極性をなし、端子板３０Ａ，３０Ｂのうちの一つはバイパスダイオード５０の本体部５１を支持せずかつケーブル９０にも接続されない補助中継端子とされる。両ケーブル接続端子のいずれにもバイパスダイオード５０の本体部５１が支持されるので、本体部５１で発生した熱をケーブル接続端子３０Ａからケーブル９０へと効率良く放熱させることが可能となる。
【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。

太陽光発電システムは家屋の屋根上の敷設され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であって、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。
端子ボックスとして、ボックス本体の底部を構成する基板上に一対の端子板が並設され、両端子板の一端に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が接続され、両端子板の他端に外部接続用のケーブルの端末が接続されているものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。そして、両端子板間には逆流短絡用のバイパスダイオードが架設されており、このバイパスダイオードはベアチップを間に挟んで二枚の導体片が相互に反対方向に延出してその延出端で対応する端子板に半田接続される構成である。
特許第３４９８９４５号公報

上記の場合、ベアチップで発生した熱は両導体片から両端子板へ伝熱され、さらにケーブルへと放熱されるようになっている。したがって、ケーブルに至るまでの伝熱経路が両導体片を経由する分だけ長くなって伝熱性が低下し易いという事情があった。そのため、ベアチップ側で熱がこもって整流機能に不具合をおこすおそれがあった。

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、ケーブルへの良好な伝熱性を確保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、内部に少なくとも三つの端子板が並列に収容されているボックス本体と、前記各端子板のうちの二つの端子板であって、太陽電池モジュールから起電力を取り出すためのケーブルが接続されたケーブル接続端子と、前記各端子板のうち、前記ケーブル接続端子を除いた残りの端子板によって構成される中継接続端子と、対応する二つの端子板のうちの一方の端子板に、ＰＮ接合に基づく整流機能を有する本体部が支持され、その本体部に接続された接続片が他方の端子板側へ延出して両端子板間を橋絡する少なくとも二つの逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記各整流素子のうちの少なくとも一つの整流素子を残りの整流素子とは逆方向の極性となし、かつ、前記中継接続端子のうちの一つの中継接続端子を前記整流素子の前記本体部を支持しない補助中継端子とすることにより、前記両ケーブル接続端子のいずれにも前記整流素子の前記本体部を支持す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、前記両ケーブル接続端子には、前記整流素子の前記本体部を圧入保持する接続孔が設けられ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、前記両ケーブル接続端子のそれぞれは、前記補助中継端子より総面積が大きく設定されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
各整流素子のうちの少なくとも一つの整流素子を残りの整流素子とは逆方向の極性となし、かつ、中継接続端子のうちの一つの中継接続端子を整流素子の本体部を支持しない補助中継端子とすることにより、両ケーブル接続端子のいずれにも整流素子の本体部を支持させているから、整流素子の本体部で発生した熱が両ケーブル接続端子にダイレクトに伝熱され、ケーブル接続端子からケーブルへと効率良く放熱させることが可能となる。

＜請求項２の発明＞
両ケーブル接続端子の接続孔に整流素子の本体部を圧入保持させているから、整流素子の本体部で発生した熱を半田層等を介することなくケーブル接続端子へより迅速に伝熱することが可能となる。
＜請求項３の発明＞
両ケーブル接続端子のそれぞれは補助中継端子より総面積が大きく設定されているから、ボックス本体内において両ケーブル接続端子の占有面積を大きく確保することが可能となり、ケーブル接続端子からの放熱性を高めることができる。

＜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。本実施形態の太陽電池モジュール用端子ボックスは、相互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の裏面側に取り付けられるものであって、箱形をなすボックス本体１０と、このボックス本体１０内に並列状態で配置された多数の端子板３０Ａ，３０Ｂと、隣接する端子板３０Ａ，３０Ｂ間に架橋された複数のバイパスダイオード５０（本発明の「逆負荷時バイパス用の整流素子」に相当する）とを備えている。

ボックス本体１０は、合成樹脂製であ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材（ポッティング材）が導入され、上方から図示しないカバーが被せ付け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３０Ａ，３０Ｂがほぼ隙間なく横並びで載置された略矩形状の基板１１と、この基板１１の周縁から立ち上げられて周囲を取り囲む側板１２と、基板１１上の所定位置から立ち上げられて隣接する端子板３０Ａ，３０Ｂ間を区画する仕切壁１３とを備える。ボックス本体１０のうち、仕切壁１３によって区画された空間には、各端子板３０Ａ，３０Ｂに被着するようにして絶縁樹脂が充填されるようになっており、仕切壁１３の厚み分、絶縁樹脂の充填量が少なく済むようにしてある。

基板１１の一端には、幅方向の全幅に亘って開口部１５が開設されており、この開口部１５に各端子板３０Ａ，３０Ｂの先端部が臨んでいる。そして、基板１１の開口部１５には各太陽電池セル群と対応する図示しないリードが通され、通された各リードが対応する端子板３０Ａ，３０Ｂの先端部に半田付け等によって接続可能とされている。
基板１１の他端の幅方向両端部には、外部出力用のケーブル９０が載せられるケーブル載置部１６が軸方向に突出して形成されている。ケーブル載置部１６には、ケーブル９０が遊挿状態で貫通可能なケーブル通し孔（図示せず）を備えた筒部１７が軸方向に延設されている。

端子板３０Ａ，３０Ｂは、導電性の金属板材を切断等して帯状に形成され、基板１１の表面（上面）に沿って四つ並設されている。各端子板３０Ａ，３０Ｂのうち、並び方向の両端に位置する二つの端子板は、各太陽電池セル群から起電力を取り出すためのケーブル９０を圧着接続させたケーブル接続端子３０Ａとして構成されている。ケーブル９０の端末は被覆９１の剥離によって芯線９２が露出しており、この芯線９２に対しケーブル接続端子３０Ａの端部に形成された一対のバレル部３１がかしめ接続され、もしくは半田付けにより接続されるようになっている。ケーブル接続端子３０Ａの中間領域は、リードとの接続領域及びバレル部３１と比べて幅広に形成されており、ここにバイパスダイオード５０の本体部５１が支持されている。ケーブル接続端子３０Ａの中間領域にはバイパスダイオード５０の本体部５１を嵌め込んで接続するための接続孔３２が貫通して形成されている。この中間領域が幅広に形成されることで、バイパスダイオード５０の発熱時における放熱性が高められている。

各端子板３０Ａ，３０Ｂのうち、並び方向の中央部に位置する二つの端子板は、両ケーブル接続端子３０Ａ間に配された中継接続端子３０Ｂとして構成されている。このうち、一方の中継接続端子３０Ｒ（図示する右側の端子板３０Ｂ）にはバイパスダイオード５０の本体部５１が支持されており、他方の中継接続端子３０Ｌ（図示する左側の端子板３０Ｂ）には、本体部５１が支持されておらず、両側に位置する端子板（ケーブル接続端子３０Ａと一方の中継接続端子３０Ｒ）のそれぞれに支持された本体部５１から延出する接続ピン５２（本発明の「接続片」に相当する）の先端が接続されている。本体部５１が支持された一方の中継接続端子３０Ｒには、上記同様に、本体部５１を嵌め込んで接続するための接続孔３２が貫通して形成され、その中間領域が、放熱性の向上を図るべく他方の中継接続端子３０Ｌに比べて幅広に形成されている。他方の中継接続端子３０Ｌは、四つの端子板３０Ａ，３０Ｂの中でその総面積が最も小さく設定されており、ボックス本体１０内における他の端子板３０Ａ，３０Ｒの占有面積が高められている。

また、一方の中継接続端子３０Ｒの中間領域は他方の中継接続端子３０Ｌ側へ迫り出して形成されており、これに伴って他方の中継接続端子３０Ｌの中間領域はリードとの接続領域との間に幅方向に位置ずれして段付き状をなしている。なお、各端子板３０Ａ，３０Ｂ間は仕切壁１３によって隔てられているが、一方の中継接続端子３０Ｒと他方の中継接続端子３０Ｌとの間に配された仕切壁１３は一方の中継接続端子３０Ｒの迫り出し部分に沿って屈曲して形成されている。また、仕切壁１３にはバイパスダイオード５０の接続ピン５２が通過する切欠部１８が形成されており、接続ピン５２との干渉を回避できるようになっている。

両ケーブル接続端子３０Ａ及び一方の中継接続端子３０Ｒに支持された３つのバイパスダイオード５０の本体部５１は、各端子板３０Ａ，３０Ｂの並び方向に沿った一直線上の位置から位置ずれして配されている。そして、中継接続端子３０Ｂには、各バイパスダイオード５０の放熱領域を複数に分割するための断熱部３５，３６，３７が形成されている。この断熱部３５，３６，３７は、中継接続端子３０Ｂの一側縁に開口して幅方向に延出するスリット状の空気層からなり、一方の中継接続端子３０Ｒに二つ形成され、他方の中継接続端子３０Ｌに一つ形成されている。具体的には、一方の中継接続端子３０Ｒには、開口部１５側に近い位置において、右側縁に開口して左側縁の近傍位置に達する深さの第１断熱層３５が切り込み形成されているとともに、この第１断熱層３５とバイパスダイオード５０を挟んだ位置において、左側縁に開口して右側縁の近傍位置に達する深さの第２断熱層３６が切り込み形成されている。また、他方の中継接続端子３０Ｌには、そこに載置接続された両接続ピン５２の先端間において右側縁に開口して幅方向略中央部に達する深さの第３断熱層３７が切り込み形成されている。バイパスダイオード５０で発生した熱は、この断熱層３５，３６，３７を廻り込む間に、対応する端子板３０Ａ，３０Ｂから基板１１へ効率良く放熱されるようになっている。

バイパスダイオード５０は、大まかには扁平な円柱形をなす本体部５１と、本体部５１の一端面の略中央から導出される折り曲げ可能な接続ピン５２とから構成されている。本体部５１は、Ｐ側領域（アノード側領域）とＮ側領域（カソード側領域）とからなる図示しないチップダイオードの側方を金属製の円筒材５５で包囲してなり、チップダイオードの底部（アノード側領域またはカソード側領域のいずれかの領域）が円筒材５５の底部と接触して両者の導通がとられる一方、この底部を除いた円筒材５５とチップダイオードとの間に絶縁樹脂が導入され、全体として小型にパッケージ化されている。本体部５１の側周面（筒材の側周面）には、図示しない鋸歯状の凹凸が軸方向に多数形成されており、この凹凸が端子板３０Ａ，３０Ｂの接続孔３２の孔縁に食い込むことにより、バイパスダイオード５０が対応する端子板３０Ａ，３０Ｒに対し回り止め状態で容易かつ確実に支持されるようになっている。

また、バイパスダイオード５０の接続ピン５２は、その根元が本体部５１内に埋め込まれた状態でチップダイオードの天面（カソード側領域またはアノード側領域のいずれかの領域）に電気的に接続されている。具体的には接続ピン５２は、本体部５１が支持された端子板３０Ａ，３０Ｒと隣接する端子板３０Ｂとを架け渡すように配されており、チップダイオードの天面上で屈曲して隣接する端子板３０Ｂ側へ向けて略水平に延びたあと下方へ屈曲し、その下端からさらに屈曲して隣接する端子板３０Ｂの上面に沿って延出し、その先端部に抵抗溶接または半田溶接が施されてこの隣接する端子板３０Ｂに接続されている。

さて、本実施形態においては、既述した通り、両ケーブル接続端子３０Ａにバイパスダイオード５０の本体部５１が一つずつ支持され、一方の中継接続端子３０Ｒにバイパスダイオード５０の本体部５１が一つ支持されているが、このうち、一つのバイパスダイオード５０が残り二つのバイパスダイオード５０とそのＰ側（アノード側）及びＮ側（カソード側）の極性を逆転して形成されている。詳しくは、左側に配されたケーブル接続端子３０Ａと他方の中継接続端子３０Ｌとを橋絡するバイパスダイオード５０の接続ピン５２は、そのケーブル接続端子３０Ａに支持された本体部５１のＮ側（カソード側）から延出してＮ極性を帯びている。そして、右側に配されたケーブル接続端子３０Ａと一方の中継接続端子３０Ｒとを橋絡するバイパスダイオード５０の接続ピン５２は、そのケーブル接続端子３０Ａに支持された本体部５１のＰ側（アノード側）から延出してＰ極性を帯びているとともに、一方の中継接続端子３０Ｒと他方の中継接続端子３０Ｌとを橋絡するバイパスダイオード５０の接続ピン５２は、一方の中継接続端子３０Ｒに支持された本体部５１のＰ側（アノード側）から延出してＰ極性を帯びている。したがって、他方の中継接続端子３０Ｌを両接続ピン５２の先端が接続される補助中継端子として用いることにより、バイパスダイオード５０を直列接続させて、両ケーブル接続端子３０Ａのいずれにもバイパスダイオード５０の本体部５１を支持させることが可能となっている。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。まず、両ケーブル接続端子３０Ａ及び一方の中継接続端子３０Ｒの各接続孔３２に、バイパスダイオード５０の本体部５１を圧入装着するとともに、隣接する端子板３０Ｂ（他方の中継接続端子３０Ｌ及び一方の中継接続端子３０Ｒ）に接続ピン５２の先端を載せて抵抗溶接または半田溶接等により接続する。

続いて、ケーブル載置部１６における筒部１７のケーブル通し孔に外部出力用のケーブル９０を差し入れ、ケーブル接続端子３０Ａのバレル部３１上に、筒部１７を通過してボックス本体１０内に臨むケーブル接続端子３０Ａの芯線９２を載せ、このケーブル９０の芯線９２にケーブル接続端子３０Ａのバレル部３１をかしめ接続もしくは半田接続する。

その後、太陽電池モジュールに対してボックス本体１０の基板１１を、接着材、両面テープ、またはボルトにより固定する。取り付けの過程でボックス本体１０内に太陽電池モジュールの電極に接続されたリードを基板１１の開口部１５から引き込み、対応する端子板３０Ａ，３０Ｂの先端部にリードの先端を半田接続する。次いで、ボックス本体１０内にシリコン樹脂等の絶縁樹脂を充填し、バイパスダイオード５０、端子板３０Ａ，３０Ｂ、リード、及びケーブル９０との接続部分を気密に封止する。最後に、カバーを被せ付け、ボックス本体１０の上面開口部を閉止することにより、組み付け作業を完了する。

以上のように本実施形態によれば、３つのバイパスダイオード５０のうちの一つのバイパスダイオード５０を残りのバイパスダイオード５０とは逆方向の極性となし、かつ、他方の中継接続端子３０Ｌをバイパスダイオード５０の本体部５１を支持しない補助中継端子とすることにより、両ケーブル接続端子３０Ａのいずれにもバイパスダイオード５０の本体部５１を支持させるようにしたから、バイパスダイオード５０の本体部５１で発生した熱が両ケーブル接続端子３０Ａにダイレクトかつ速やかに伝熱され、ケーブル接続端子３０Ａからケーブル９０（詳しくはケーブル９０の芯線９２）へと効率良く放熱させることが可能となる。

また、両ケーブル接続端子３０Ａの接続孔３２にバイパスダイオード５０の本体部５１を圧入保持させているから、バイパスダイオード５０の本体部５１で発生した熱を半田層等を介することなくケーブル接続端子３０Ａへより迅速に伝熱することが可能となる。
さらに、両ケーブル接続端子３０Ａのそれぞれは少なくとも他方の中継接続端子３０Ｌより総面積が大きく設定されているから、ボックス本体１０内において両ケーブル接続端子３０Ａの占有面積を大きく確保することが可能となり、ケーブル接続端子３０Ａからの放熱性を高めることができる。

＜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）本発明によれば、バイパスダイオードは、周知のパッケージダイオードを用いてもよく、また、ベアチップと導体片とからなるベアチップダイオードを用いてもよい。この場合、ＰＮ接合に基づく整流機能を有する本体部が両ケーブル接続端子に載せられる等して支持されていればよい。
（２）本発明によれば、中継接続端子は一つの補助中継端子のみで構成されていてもよい。また、一つの補助中継端子とバイパスダイオードの本体部を支持する２つ以上の中継接続端子とから構成されていてもよい。

実施形態１の太陽電池モジュール用端子ボックスのボックス本体内の平面図 その断面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
１３…仕切壁
３０Ａ…ケーブル接続端子
３０Ｂ…中継接続端子
３０Ｌ…他方の中継接続端子（補助中継端子）
５０…バイパスダイオード（整流素子）
５１…本体部
５２…接続ピン（接続片）
９０…ケーブル

Claims (3)

1. 内部に少なくとも三つの端子板が並列に収容されているボックス本体と、
   前記各端子板のうちの二つの端子板であって、太陽電池モジュールから起電力を取り出すためのケーブルが接続されたケーブル接続端子と、
   前記各端子板のうち、前記ケーブル接続端子を除いた残りの端子板によって構成される中継接続端子と、
   対応する二つの端子板のうちの一方の端子板に、ＰＮ接合に基づく整流機能を有する本体部が支持され、その本体部に接続された接続片が他方の端子板側へ延出して両端子板間を橋絡する少なくとも二つの逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、
   前記各整流素子のうちの少なくとも一つの整流素子を残りの整流素子とは逆方向の極性となし、かつ、前記中継接続端子のうちの一つの中継接続端子を前記整流素子の前記本体部を支持しない補助中継端子とすることにより、前記両ケーブル接続端子のいずれにも前記整流素子の前記本体部を支持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. 前記両ケーブル接続端子には、前記整流素子の前記本体部を圧入保持する接続孔が設けられ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. 前記両ケーブル接続端子のそれぞれは、前記補助中継端子より総面積が大きく設定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。

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