JP2009246054A - 中間端子板に複数のバイパスダイオードを載置した太陽電池モジュール用端子ボックス及び端子ボックス付太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】端子板にダイオードを載置する組み込み作業を短縮化でき、また、正極端子板と負極端子板の面積を小さくできる端子ボックスを得る。
【解決手段】ボックス筐体３９内に負極端子板３１、中間端子板３３と正極端子板３５が配設されていて、中間端子板３３上にフレームＰ極ダイオード１０１のフレーム板が接触して載置され、さらにフレームＮ極ダイオード２０１のフレーム板が接触して載置されている。フレームＰ極ダイオードはフレーム板がダイオードのアノードと導通している。フレームＮ極ダイオードはフレーム板がダイオードのカソードと導通している。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールと電気出力を取り出す外部接続ケーブルを中継する端子ボックス、及び太陽電池モジュールと端子ボックスの接続物に関するものである。

従来の太陽電池モジュール用端子ボックスは、筐体内に配置されるバイパスダイオードの放熱を促進するために、リードフレームを具備するダイオードを用い、当該リードフレームと端子板を接触させている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−３２９３１３号公報

従来の端子ボックスは、負極端子板を除くすべての端子板にダイオードを載置している。このため、一の端子板にダイオードを載置する作業工程、次の端子板にダイオードを載置する作業工程が必要となり、組み立て工程に時間がかかるという問題点があった。また、ダイオードが載置される端子板を、載置に十分な平面大きさにする必要があった。

そこで、本発明は、組み立て作業を短縮化できる端子ボックスを得ることを課題とする。また、本発明は、正極端子板を小さくした端子ボックスを得ることを課題とする。

さらに、本発明は上記と同様な端子ボックス付太陽電池モジュールを得ることを課題とする。

本発明のその他の課題は、本発明の説明により明らかになる。

以下に課題を解決する手段を説明する。理解を容易にするために、本発明の実施態様に対応する符号を付けて説明するが、本発明は当該実施態様に限定されるものではない。

本発明の一の態様にかかる端子ボックスは、
ボックス筐体と
前記ボックス筐体内に配設され、太陽電池モジュールの出力電線が各々接続される、負極端子板、中間端子板、正極端子板、
前記負極端子板と前記正極端子板にそれぞれ接続されて、前記ボックス筐体外に引き出された２本の外部接続ケーブル、
前記正極端子板と前記中間端子板に電気的に接続された第一バイパスダイオード、
前記中間端子板と前記負極端子板に電気的に接続された第二バイパスダイオードを備えた太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、
第一バイパスダイオードは第一ダイオードチップを備えたフレームＰ極ダイオード（１０１）であり、第二バイパスダイオードは第二ダイオードチップを備えたフレームＮ極ダイオード（２０１）であり、
第一ダイオードチップ（１０６）は、板状で底面にアノード電極を形成したＰ型半導体の表面に、板状で表面にカソード電極を形成したＮ型半導体の底面を接合したものであり、
前記フレームＰ極ダイオードは、導電性の第一フレーム板（１３１）に第一ダイオードチップ（１０６）が載置され、前記第一フレーム板の表面と第一ダイオードチップの前記アノード電極が接触しており、第一ダイオードチップの前記カソード電極に接続された陰極リード（１２４）を有しているダイオードであり、
第二ダイオードチップ（２０６）は、板状で底面にカソード電極を形成したＮ型半導体の表面に、板状で表面にアノード電極を形成したＰ型半導体の底面を接合したものであり、
前記フレームＮ極ダイオード（２０１）は、導電性の第二フレーム板（２３１）に第二ダイオードチップが載置され、前記第二フレーム板の表面と第二ダイオードチップの前記カソード電極が接触していて、前記第二ダイオードチップの前記アノード電極に接続された陽極リード（２１４）を有しているダイオードであって、
前記中間端子板（３３）と前記フレームＰ極ダイオードの第一フレーム板（１３１）が接触して配置され、前記フレームＰ極ダイオードの陰極リード（１２４）と前記正極端子板（３５）が電気導通状態に接続され、
前記中間端子板（３３）と前記フレームＮ極ダイオードの第二フレーム板（２３１）が接触して配置され前記フレームＮ極ダイオードの陽極リード（２１４）と前記負極端子板（３１）が電気導通状態に接続されている。

本発明の他の態様にかかる端子ボックス付太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールと本発明にかかる端子ボックスからなる。

以上説明した本発明、これらに含まれる構成要素は可能な限り組み合わせて実施することができる。

本発明にかかる端子ボックスは、太陽電池モジュールの逆流防止ダイオードとして、フレームＰ極ダイオードとフレームＮ極ダイオードを併用したので、中間端子板上に２の逆流防止ダイオードが載置される。このため、従来の各端子板にそれぞれダイオードが載置されている端子ボックスに比較して、端子板にダイオードを載置する作業が軽減される。また、正極端子板と負極端子板を小さくできる効果も有する。

本発明にかかる端子ボックス付太陽電池モジュールは、組み立て作業が軽減された端子ボックスを用いているので、装置全体の組み立て作業が軽減されたものとなる。

以下、図面を参照して本発明の実施例にかかる端子ボックスと端子ボックス付太陽電池モジュールをさらに説明する。本発明の実施例に記載した部材や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載のない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は太陽電池モジュールの回路図である。太陽電池モジュール７１内には、太陽電池セル７２が複数直列に接続された第一セルストリング７３と、太陽電池セル７２が複数直列に接続された第二セルストリング７６が配設されている。

以下に説明する端子ボックス３０内には、負極端子板３１、中間端子板３３、正極端子板３５が配置されている。

第一セルストリング７３の一方の出力線７４は負極端子板３１に接続し、他方の出力線７５は中間端子板３３に接続する。第二セルストリング７６の一方の出力線は、上記出力線７５と共通であり、中間端子板３３と導通している。第二セルストリング７６の他方の出力線７７は正極端子板３５に接続する。

図２は端子ボックス３０の平面図であり、図３は端子板の平面図であり、図４は端子ボックス１０のＣ−Ｄ線の断面図である。図５はフレームＰ極ダイオード１０１の斜視図であり、図６はフレームＰ極ダイオード１０１の説明図である。図７はフレームＮ極ダイオード２０１の斜視図である。

図２、図３、図４などを参照して、端子ボックス３０は、筐体３９内に負極端子板３１、中間端子板３３、正極端子板３５を配設している。

負極端子板３１、中間端子板３３と正極端子板３５は、例えば、銅、黄銅、錫めっき銅などの導電性材料からなる板である。負極端子板３１は貫通穴４２を有し、中間端子板３３は貫通穴４３を有し、正極端子板３５は貫通穴４４を有している。それぞれの貫通穴に、筐体に設けた突起部を通し当該突起部に菊座止め具を付けることで、それぞれの端子板を筐体３９に固定している。

負極端子板３１はかしめ部４６を有している。負極外部接続ケーブル３７の芯線がかしめ止めによって固定され、負極端子板３１と負極外部接続ケーブル３７が電気接続されている。負極外部接続ケーブル３７の他端は筐体３９の外に出ている。

正極端子板３５はかしめ部４７を有している。正極外部接続ケーブル３８の芯線がかしめ止めによって固定され、正極端子板３５と正極外部接続ケーブル３８が電気接続されている。正極外部接続ケーブル３８の他端は筐体３９の外に出ている。

負極端子板３１は出力線受容部３２を有し、中間端子板３３は出力線受容部３４を有し、正極端子板３５は出力線受容部３６を有している。それぞれの出力線受容部に太陽電池モジュールからの出力線がはんだ付けなどの接続手段で接続される。筐体３９は底板開口部４０を有する。底板開口部４０を経由して、当該出力線が筐体３９内に導かれる。

中間端子板３３の上にフレームＰ極ダイオード１０１が載置されている。フレームＰ極ダイオードの貫通穴１３７と中間端子板３３の貫通穴４１にリベットを通し、リベットを座屈させることにより、中間端子板３３とフレームＰ極ダイオード１０１が固定されている。

中間端子板３４の表面とフレームＰ極ダイオード１０１における第一フレーム板の底面１３３が接触し、中間端子板３４はフレームＰ極ダイオード１０１の陽極と電気的に導通状態にされている。

フレームＰ極ダイオード１０１の陰極リード１２４を貫通穴２４１に通し、はんだ付けをしている。これにより、フレームＰ極ダイオード１０１の陰極リード１２４は正極端子板３５と接続されている。また、フレームＰ極ダイオード１０１の陽極リード１１４を貫通穴２４２に通し、はんだ付けをしている。これにより、フレームＰ極ダイオード１０１の陽極と中間端子板１１の電気接続の確実化を図っている。

中間端子板３３の上にフレームＮ極ダイオード２０１が載置されている。フレームＮ極ダイオードの貫通穴２３７と中間端子板３３の貫通穴４５にリベットを通し、リベットを座屈させることにより、中間端子板３３とフレームＮ極ダイオード２０１が固定されている。

中間端子板３３の表面とフレームＮ極ダイオード２０１における第二フレーム板の底面２３３が接触し、中間端子板３３はフレームＮ極ダイオード２０１の陰極と電気的に導通状態にされている。

フレームＮ極ダイオード２０１の陽極リード２１４を貫通穴２４３に通し、はんだ付けをしている。これにより、フレームＮ極ダイオード１０１の陽極リード２２４は負極端子板３１と接続されている。また、フレームＮ極ダイオード２０１の陰極リード２１４を貫通穴２４４に通し、はんだ付けをしている。これにより、フレームＮ極ダイオード２０１の陰極と中間端子板１５の電気接続の確実化を図っている。

続いて、フレームＰ極ダイオード１０１を説明する。図５と図６を参照して、フレームＰ極ダイオード１０１は、フレーム板１３１の表面１３２に第一ダイオードチップ１０６が載置されている。第一ダイオードチップ１０６は、平板状のＰ型半導体１１１の上面に、平板状のＮ型半導体１２１を重ねたものである。Ｐ型半導体１１１の底面にアノード電極１１２が形成されている。Ｎ型半導体１２１の表面にカソード電極１２２が形成されている。Ｎ型半導体１２１の側面に、側面の全周囲を取り巻くガラスパシペーション層１０７が形成されている。

カソード電極１２２には、陰極接続子１２３の一方端が接続され、陰極接続子１２３の他方端は陰極リード１２４の一端に接続されている。アノード電極１１２は、フレーム板１３１の表面１３２の一部分に接続される。フレーム板１３１の一部分に陽極接続子１１３の一方端が接続され、陽極接続子１１３の他方端は陽極リード１１４の一端に接続されている。フレーム板１３１の一部に突出部を形成し、当該突出部を陽極リードとしてもよい。

このように、フレーム板１３１は、アノード電極側と導通している。

フレーム板１３１は、例えば、銅製である。陽極リード１１４、陰極リード１２４、陽極接続子１１３と陰極接続子１２３は、例えば、銅製である。

アノード電極１１２とフレーム板１３１の間は、マウント材により接続する。マウント材は例えば、半田である。半田は高温半田が好ましい。その他、ダイボンディングであってもよい。陽極接続子１１３とフレーム板１３１及び陽極リード１１４の接続も同様である。陰極接続子１２３とカソード電極１２２及び陰極リード１２４の接続も同様である。

Ｐ型半導体が下面となるメサ型のｐｎ接合ダイオードチップを採用したことにより、
(1) フレーム板とダイオードチップの接触面積を大きくすることが出来て、放熱が十分となり、
(2) ガラスパシペーション層の無い面でフレーム板と接するために、フレーム板とダイオードチップが密着し、放熱が十分となる。

フレーム板１３１の表面１３２と第一ダイオードチップ１０６は、樹脂モールド１３６に覆われている。樹脂モールド１３６は、陰極リード１２４と陽極リード１１４側に延長され（図中１３８が当該延長部分である）、陰極リード１２４と陽極リード１１４の一部を被覆している。また、樹脂モールド１３６は、陰極接続子１２３と陽極接続子１１３を被覆している。図１には、樹脂モールド１３６を一点鎖線で示し、また、一部の境界線を省略して図示している。

フレーム板１３１の底面１３３と、樹脂モールド延長部１３８の底面は面一である。フレーム板に貫通穴１３７が形成されている。貫通穴１３７は、リベット、ネジなどを受け入れ、フレームＰ極ダイオード１０１の固定に使用される。

Ｎ型半導体２１の厚さｄＮとＰ型半導体１１の厚さｄＰは、特に制限ない。好ましい、第一ダイオードチップの全体の厚さ（ｄＮ＋ｄＰ）は、２１０μｍから３１０μｍである。

ｄＮとｄＰの比が、通常式（１）、好ましくは式（２）、より好ましくは式（３）を満足することが好ましい。

０．２≦ｄＮ／ｄＰ≦０．８ −− 式（１）
０．４≦ｄＮ／ｄＰ≦０．６ −− 式（２）
０．４５≦ｄＮ／ｄＰ≦０．５５ −− 式（３）
この範囲にあれば、ダイオードの順バイアス特性、逆バイアス特性とも満足な特性が得られる。

第一ダイオードチップの平面形状は特に制限はない。正方形、長方形、正多角形、円形などにすればよい。ダイオードチップの原板から、余白なく切り取れることから、正方形、長方形、正六角形が好ましい。マウント作業の容易性を考慮すれば、正方形が特に好ましい。

第一ダイオードチップの平面面積は特に制限はない。メサ型ダイオードチップを使用して大容量電流に使用可能という特徴を考えると、面積の下限は、通常１平方ｍｍ以上、好ましくは４平方ｍｍ、より好ましくは６平方ｍｍ以上である。平面面積の上限もまた特に制限はない。実用性を考慮すれば、面積の上限は、通常６４平方ｍｍ以下、好ましくは５０平方ｍｍ以下、より好ましくは３６平方ｍｍ以下である。使用する太陽電池モジュールの発電能力などを勘案して、第一ダイオードチップの平面面積を定めればよい。

つづいて、フレームＮ極ダイオード２０１を説明する。

フレームＮ極ダイオード２０１は、フレーム板２３１の表面２３２に第二ダイオードチップ２０６を載置し、樹脂モールド２３６を設けている。第二ダイオードチップ２０６はｐｎ接合構造であり、Ｎ型半導体２２１の表面とＰ型半導体２１１の底面が接合している。Ｎ型半導体２２１の底面にはカソード電極が形成されている。Ｐ型半導体２１１の表面にはアノード電極が形成されている。

Ｎ型半導体２２１のカソード電極はフレーム板１３１と接し、フレーム板を中継して、陰極接続子２１３を経由して陰極リード２２４に通じている。Ｐ型半導体２１１のアノード電極は陽極接続子２２３を経由して陽極リード２１４に通じている。

以上説明した端子ボックスは、端子板の数が３、すなわち中間端子板の数が１の端子ボックスに限られず、中間端子板の数が２以上であっても同様な態様で実施することができ、本発明の技術範囲に含まれる。

太陽電池モジュールの回路図である。 端子ボックス３０の平面図である。 端子ボックス中に配置された端子板の平面図である。 端子ボックス３０のＣ−Ｄ線の断面図である。 フレームＰ極ダイオード１０１の斜視図である。 フレームＰ極ダイオード１０１の説明図である。 フレームＮ極ダイオード２０１の斜視図である。

符号の説明

３０ 端子ボックス
３１ 負極端子板
３３ 中間端子板
３５ 正極端子板
３７ 負極外部接続ケーブル
３８ 正極外部接続ケーブル
３９ 筐体
７１ 太陽電池モジュール
１０１ フレームＰ極ダイオード
１０６ 第一ダイオードチップ
１１１ Ｐ型半導体
１１２ アノード電極
１１３ 陽極接続子
１１４ 陽極リード
１２１ Ｎ型半導体
１２２ カソード電極
１２３ 陰極接続子
１２４ 陰極リード
１３１ 第一フレーム板
１３２ 第一フレーム板の表面
１３３ 第一フレーム板の底面
１３６ 樹脂モールド
２０１ フレームＮ極ダイオード

Claims (2)

1. ボックス筐体と
   前記ボックス筐体内に配設され、太陽電池モジュールの出力電線が各々接続される、負極端子板、中間端子板、正極端子板、
   前記負極端子板と前記正極端子板にそれぞれ接続されて、前記ボックス筐体外に引き出された２本の外部接続ケーブル、
   前記正極端子板と前記中間端子板に電気的に接続された第一バイパスダイオード、
   前記中間端子板と前記負極端子板に電気的に接続された第二バイパスダイオードを備えた太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、
   第一バイパスダイオードは第一ダイオードチップを備えたフレームＰ極ダイオードであり、第二バイパスダイオードは第二ダイオードチップを備えたフレームＮ極ダイオードであり、
   第一ダイオードチップは、板状で底面にアノード電極を形成したＰ型半導体の表面に、板状で表面にカソード電極を形成したＮ型半導体の底面を接合したものであり、
   前記フレームＰ極ダイオードは、導電性の第一フレーム板に第一ダイオードチップが載置され、前記第一フレーム板の表面と第一ダイオードチップの前記アノード電極が接触しており、第一ダイオードチップの前記カソード電極に接続された陰極リードを有しているダイオードであり、
   第二ダイオードチップは、板状で底面にカソード電極を形成したＮ型半導体の表面に、板状で表面にアノード電極を形成したＰ型半導体の底面を接合したものであり、
   前記フレームＮ極ダイオードは、導電性の第二フレーム板に第二ダイオードチップが載置され、前記第二フレーム板の表面と第二ダイオードチップの前記カソード電極が接触していて、前記第二ダイオードチップの前記アノード電極に接続された陽極リードを有しているダイオードであって、
   前記中間端子板と前記フレームＰ極ダイオードの第一フレーム板が接触して配置され、前記フレームＰ極ダイオードの陰極リードと前記正極端子板が電気導通状態に接続され、
   前記中間端子板と前記フレームＮ極ダイオードの第二フレーム板が接触して配置され、前記フレームＮ極ダイオードの陽極リードと前記負極端子板が電気導通状態に接続されている太陽電池モジュール用の端子ボックス。
2. 太陽電池モジュールと請求項１に記載した端子ボックスからなる端子ボックス付太陽電池モジュール。

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