JP2009117401A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】落雷のサージからダイオード１３を守る。
【解決手段】太陽光発電システムの太陽電池パネル（太陽電池モジュール）Ｍを並列又は直列に接続する端子ボックスＢであり、太陽電池モジュールＭの電極ａが接続される複数の端子板１２を並列に配設し、その隣り合う各端子板１２、１２間に逆流防止用ショットキーダイオード１３を設ける。その複数の端子板１２の両端のものに、それぞれ外部接続用ケーブルＰを接続するとともに、その両ケーブルＰ、Ｐの端子板１２への接続部の間にサージキラー１８を設ける。この両ケーブルＰ、Ｐの間に、落雷によるサージが侵入すれば、サージキラー１８によりそのサージを吸収する。このため、確実に、そのサージを吸収してダイオード１３が守られる。
【選択図】図２

Description

この発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽光発電システムを構成する太陽電池モジュールを相互に接続する際に使用する端子ボックスに関するものである。

太陽光発電システムは、図５に示すように、家屋の屋根に太陽電池パネル（太陽電池モジュール）Ｍを配設し、そのモジュールＭから接続箱Ｑ、インバータＲ、分配盤Ｓを介して各種電気機器Ｅに電力供給する。太陽電池モジュールＭは全てが面一となるように配置され、端子ボックスＢを介して直列又は並列に接続する。端子ボックスＢはシール材による水密性を維持してモジュールＭの裏面に接着固定される。

この太陽光発電システムにおいて、今日、太陽電池モジュールＭの性能の向上、集電効率の面から、一つの端子ボックスＢに複数の太陽電池モジュールＭを接続する態様のものがある（特許文献１参照）。

その従来の端子ボックスＢとして、例えば図６に示すものがある。この端子ボックスＢは、上面開口の樹脂製四角形状ボックス本体１内に、太陽電池モジュールＭのプラス電極ａ及びマイナス電極ａが接続される２対の端子板２を複数（同図では４枚の端子板２）並列に配設している。その各電極ａ、ａは透孔１ａを通して端子板２の中程に半田付け４される。隣り合う各端子板２間には上下にそれぞれ逆流防止用（バイパス）ダイオード３が設けられ、その端子板２等の表全面に高熱伝導性樹脂からなる放熱シート５が被せられている。

ボックス本体１下側（図６（ａ）下側）両端には２本の外部接続用ケーブルＰが接続され、このケーブルＰは、その導体を並列する両端の端子板２にそれぞれ圧着又は溶着等することにより接続されて、ケーブルロック７によりボックス本体１に固定されている。
ボックス本体１の上面開口にはＰＰＥ樹脂製のカバー６を防水リング（図示せず）を介し嵌着して防水性とする。ボックス本体１の裏面はシボ加工し、その裏面の接着テープでもって端子ボックスＢを太陽電池モジュールＭの裏面に固定する。

この端子ボックスＢは、モジュールＭの裏面などにシール材による水密性を維持して接着固定により取付け、各端子ボックスＢのケーブルＰを隣の端子ボックスＢのケーブルＰに適宜に接続する。その接続態様を適宜に選択することにより、各端子ボックスＢは直列又は並列に接続する（特許文献１ 段落００２１〜同００２６、図１（ａ）〜図１（ｆ）参照）。
国際公開公報 ＷＯ ２００５／１１７１４１ Ａ１

ところで、今日の太陽光発電システムの普及につれ、その耐久性・信頼性に高いものが要求されるようになっており、端子ボックスＢも例外ではない。その端子ボックスＢの耐久性・信頼性の要求として、例えば、７５度の周囲温度において、出力電流の１．２５倍の負荷を１時間かけても、ダイオード３の温度上昇値がそのジャンクション温度（保証使用温度）を超えない条件がある。
また、端子ボックスＢは、屋外に設置されるため、耐久性・信頼性の面から、落雷によるサージに耐え得るものである必要がある。

上記ダイオード３の温度上昇の条件を満たすためには、ダイオード３にジャンクション温度の高いものを使用すれば良いが、そのようなものは高価となる。このため、従来では、そのダイオード３が接続される端子板２に、放熱板やヒートトランス板を設けて、放熱したり、発熱を均一化して各ダイオード３の温度上昇を抑えたりしたものがある（特許文献１ 請求の範囲（４）、（５）等、図４（ａ）〜図４（ｅ）、図６（ａ）〜図６（ｃ）、図１２等参照）。

しかし、このように、放熱性等を向上しても、落雷によるサージに対しては、何の防御も行っていないため、そのサージに対しての信頼性は低い。

また、放熱量の低いダイオード３を使用すれば、上記放熱等の手段を採用する必要がなくなり、その放熱量の低いダイオード３として、Ｖ_Ｆ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｖｏｌｔａｇｅ）：１（ｖ）以下のショットキー（バリヤ）ダイオードがある。
しかし、このダイオード３は、耐圧がせいぜい１００Ｖであるため、落雷のサージを受ければ破損し易い。

この発明は、上記の実情の下、落雷のサージから上記ダイオード３を守ることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスにサージキラーを設けることとしたのである。
サージキラーは、リレーや電磁接触器（ＭＣ）等から発生するサージを吸収するものであって、落雷のサージも十分に吸収し得る構成のものとし得る。
このため、太陽電池モジュール用端子ボックスにサージキラー（サージアブソーバ）を設ければ、万が一、太陽光発電システムの近傍に落雷があって、その落雷のよる誘起サージが端子ボックスに侵入しても、そのサージキラーによりそのサージは吸収されて、端子ボックス、特に、逆流防止用ダイオードの損傷を招くことはない。

この発明の構成としては、ボックス本体内に、太陽電池モジュールの電極が接続される複数の端子板を並列に配設し、その隣り合う各端子板間に逆流防止用ダイオードを設けるとともに、そのダイオードを設けた両端子板にはそれぞれ外部接続用ケーブルを接続した太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、その両外部接続用ケーブルの間に落雷によるサージを吸収するサージキラーを設けた構成を採用することができる。
この構成では、両外部接続用ケーブルの間にサージキラーがあり、落雷による誘起サージはそのケーブルから端子ボックス内に侵入するため、その侵入口でサージキラーによりそのサージを吸収することとなる。このため、確実に、そのサージを吸収してダイオードが守られる。

上記ダイオードとしては、周知のものを適宜に選択すれば良いが、低発熱性の点から、Ｖ_Ｆ：１（２５℃、以下同じ）以下、より好ましくは０．５以下のショットキー（バリア）ダイオードが好ましい。このとき、そのショットキーダイオードは、上記のように、耐圧性が低いため、サージキラーを設けることは特に有益である。

また、上記「そのダイオードを設けた両端子板にはそれぞれ外部接続用ケーブルを接続した」態様は、端子板及びダイオードを介していても、その両端子板にそれぞれ外部接続用ケーブルが接続されている意味である。
このため、そのダイオードを設けた両端子板にそれぞれ外部接続用ケーブルを接続した種々の態様に応じて、サージキラーの取付態様が異なり、例えば、一のダイオードが接続された両端子間、ダイオードの所要数が接続された回路の両端子間等と適宜に選択する（図３、図４参照）。

この発明は、以上のように、サージキラーにより、落雷による誘起サージを吸収するようにしたので、ダイオードが守られ、端子ボックスの信頼性が向上する。特に、そのダイオードがＶ_Ｆ：１以下のショットキーダイオードの場合に有効である。

一実施例を図１ａ〜図１ｄ及び図２（ａ）〜（ｃ）に示し、この実施例は、上面開口のポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）樹脂又はポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂製四角形状ボックス本体１１内に、太陽電池モジュールＭのプラス電極ａ又はマイナス電極ａが接続される５枚の端子板１２を並列に配設している。その各電極ａ、ａはボックス本体１１の透孔１１ａを通して端子板１２の一端部に半田付けされる。その電極ａの端子板１２の接続個所には予め予備半田１４が設けられている。端子板１２の並列数は、接続する太陽電池モジュールＭの数に応じて適宜に設定する。例えば、２枚、３枚、４枚、６枚・・等とする（図３参照）。

隣り合う各端子板１２、１２間にはそれぞれ逆流防止用のＶ_Ｆ：０．５、耐圧：６０ｖのショットキーダイオード１３が設けられている。
このダイオード１３は、図２（ａ）に示すように、２つのダイオード素子１３ａを並列し、その両ダイオード素子１３ａ、１３ａの一端にそれぞれ脚（端子）１３ｂを設けると共に、両ダイオード素子１３ａ、１３ａの他端を接続してその接続端から一本の脚１３ｃを設けたものである。
その対の脚１３ｂが隣り合う端子板１２の一方に接続され、一の脚１３ｃが他の端子板１３に接続されている。このため、このダイオード１３の接続態様は、上記図６（ａ）で示した両端子板２、２の両端部に２脚のダイオード３を接続した態様と同一の回路となる。ダイオード３の両端子板２、２間の数は、１個又は３個以上と任意である。

ボックス本体１１下側（図１ａ、図２（ａ）下側）両端には２本の外部接続用ケーブルＰが接続され、このケーブルＰは、その導体を並列する両端の端子板１２、１２にそれぞれ圧着又は溶着等することにより接続されて、ケーブルロック１７によりボックス本体１１に固定されている（特許文献１明細書段落００２９、図４（ａ）等参照）。

この両ケーブルＰ、Ｐの端子板１２への接続部の間にはサージキラー１８がその脚（リード線）１８ａを介して設けられている。このサージキラー１８のサージ吸収性能は、この端子ボックスＢへのサージ負荷による適宜な実験によってそのサージを有効に吸収するものを適宜に選定する。
ケーブルＰの他端にはそれぞれ雄コネクタ２１又は雌コネクタ２２が設けられ、これらの雌又は雄コネクタ２１、２２は、隣の端子ボックスＢの雄又は雌コネクタ２１、２２に接続される。

ボックス本体１１の上面開口にはＰＰＯ樹脂又はＰＰＥ樹脂製のカバー１６を防水リング（図示せず）を介し嵌着して防水性とする。ボックス本体１１内にはシリコン樹脂などを適宜に充填する。ボックス本体１１の裏面は適宜にシボ加工し、その裏面の接着テープ１５でもって端子ボックスＢを太陽電池モジュールＭの裏面に固定する。

この実施例の端子ボックスＢは、モジュールＭの裏面などにシール材による水密性を維持して接着固定により取付け、各端子ボックスＢのケーブルＰを隣の端子ボックスＢの雌又は雄コネクタ２１、２２に適宜に接続する。その接続態様を適宜に選択することにより、各端子ボックスＢは直列又は並列に接続する。

その取付状態において、ケーブルＰ、Ｐの間に、落雷による誘起サージが侵入すれば、サージキラー１８によりそのサージを吸収する。このため、確実に、そのサージを吸収してダイオード１３が守られる。
このサージ吸収作用は、ある端子ボックスＢにその接続ケーブルＰからサージが侵入した場合は、その端子ボックスＢ内のダイオード１３が守られ、一方、サージがモジュールＭから電極ａを介してある端子ボックスＢに侵入した場合には、その端子ボックスＢ内のダイオード１３が破壊される恐れはあるが、サージキラー１８によって、ケーブルＰを介して他の端子ボックスＢにそのサージが侵入することは阻止されて、その端子ボックスＢ内のダイオード１３は守られる。

上記実施例では、サージキラー１８を両端の端子板１２、１２の間に設けたが、例えば、図３に示すように、一のダイオード１３の両端子間、図４に示すように、ダイオード１３の所要数が接続された回路の両端子間に設けて、外部接続用ケーブルＰ、Pの間にサージキラー１８を設けた構成とすることができる。
また、ダイオード１３は、リード脚１３ａのないものでも採用でき、端子板１２との接続も、図示の半田付けに限らず、上記特許文献１に記載の嵌め込みによる等の公知の種々の態様を適宜に選択し得ることは勿論である。

一実施例の一部省略正面図 同一部省略下面図 同一部省略右側面図 同一部省略背面図 同実施例を示し、（ａ）はカバーを外した一部省略正面図、（ｂ）は切断右側面図、（ｃ）は切断下面図 他の実施例の概略図 他の実施例の概略図 太陽光発電システムの概略図 従来例を示し、（ａ）はカバーの一部を外した一部省略正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図

符号の説明

１、１１ ボックス本体
２、１２ 端子板
３、１３ 逆流防止用ダイオード
１３ａ ダイオード素子
１３ｂ、１３ｃ ダイオードのリード脚
１８ サージキラー
１８ａ サージキラーのリード脚
ａ 太陽電池モジュールの電極
Ｂ 端子ボックス
Ｍ 太陽電池モジュール
Ｐ 外部接続用ケーブル

Claims (3)

1. ボックス本体（１１）内に、太陽電池モジュール（Ｍ）の電極（ａ）が接続される複数の端子板（１２）を並列に配設し、その隣り合う各端子板（１２）間に逆流防止用ダイオード（１３）を設けるとともに、そのダイオード（１３）を設けた両端子板（１２、１２）にはそれぞれ外部接続用ケーブル（Ｐ、P)を接続した太陽電池モジュール用端子ボックス（Ｂ）において、
   上記両外部接続用ケーブル（Ｐ、Ｐ）の間に落雷によるサージを吸収するサージキラー（１８）を設け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. 上記逆流防止用ダイオード（１３）が、Ｖ_Ｆ：１以下のショットキーダイオードであ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. 上記サージキラー（１８）を上記一の逆流防止用ダイオード（１３）の接続された両端子間、又は上記逆流防止用ダイオード（１３）の所要数が接続された回路の両端子間に設けて上記外部接続用ケーブル（Ｐ、Ｐ）の間に設けたことを特徴とする請求項１又は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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