JP2009302590A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放熱特性を確保する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスは、基板１１上に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板３０と、この端子板３０に接続され得る外部接続用のケーブル８０と、対応する二つの端子板３０間に架け渡される整流素子ユニット５０とを備え、整流素子ユニット５０は、対応する二つの端子板３０の夫々に接続される逆負荷時バイパス用のバイパスダイオード５２と、このバイパスダイオード５２を接触状態で保持する金属性の金属ブロック９１とからなり、バイパスダイオード５２は、樹脂封止によりパッケージングされており、金属ブロック９１に対してねじ止めによって取り付けられている構成としたところに特徴を有する。
【選択図】図３

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、家屋の屋根上に敷設し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とされる。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。

従来の端子ボックスとしては、ボックス内に隣接して配されて一端が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に接続されるとともに他端が外部接続用ケーブルに接続される端子板と、この端子板間に架け渡される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外部接続用ケーブルの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接続される一対の導体片とからなる。各導体片は、互いの重合部間にダイオード機能部との接点部を有し、この接点部から互いに反対方向へ延出しその延出端側で対応する端子板に半田付け等により接続されている。

特許第３４９８９４５号公報

ところで、上記の場合、ダイオード機能部が発生する熱を効率良く放熱できる構造ではなかった。その点、樹脂封止によりパッケージングされた公知のダイオードの中には放熱板を備えるものがあり、かかる放熱板を通して放熱できる構造にはなっているものの、放熱板自体がさほど大きくないことから、これだけで十分な放熱特性を確保することは困難な事情があった。

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、良好な放熱特性を確保することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスは、基板上に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、対応する二つの端子板間に架け渡される整流素子ユニットとを備え、前記整流素子ユニットは、前記対応する二つの端子板の夫々に接続される逆負荷時バイパス用の整流素子と、この整流素子を接触状態で保持する金属性の放熱部材とからなり、前記整流素子は、樹脂封止によりパッケージングされており、前記放熱部材に対してねじ止めによって取り付けられている構成としたところに特徴を有する。

このような構成によると、パッケージ化された整流素子を接触状態で保持する金属性の放熱部材が設けられているから、整流素子が発生する熱を放熱部材を通して効率良く放熱することができる。また、整流素子と放熱部材とが整流素子ユニットとして一体化されているから、基板への組み付け性に優れる。さらに、ねじ止めにより整流素子が放熱部材に対して強固かつ確実に保持される。

本発明の実施の態様として、以下の構成が好ましい。
前記基板上の前記放熱部材が載置される面には、前記太陽電池モジュール側に通じる貫通孔が開口して形成されており、この貫通孔の内部には伝熱部が介設されている構成としてもよい。

このような構成によると、放熱部材と太陽電池モジュールとの間には伝熱部が介在しているから、整流素子が発生する熱が伝熱部を介して太陽電池モジュール側により効率良く放熱される。

前記伝熱部は、前記放熱部材と一体化された放熱ブロック部によって構成されている構成としてもよい。

このような構成によると、伝熱部が放熱部材と一体化された放熱ブロック部によって構成されているから、整流素子が発生する熱が伝熱部を介して太陽電池モジュール側により効率良く放熱される。

前記放熱ブロック部の端面は、前記基板のうちの前記太陽電池モジュール側に取り付けられる面に臨むようになっている構成としてもよい。

このような構成によると、放熱ブロック部の端面が基板のうちの太陽電池モジュール側に取り付けられる面に臨むようになっているから、整流素子が発生する熱を放熱ブロック部から太陽電池モジュール側へ直接放熱できる。また、基板が太陽電池モジュール側に接着される場合には、接着材の塗布量を減らすことができる。

前記伝熱部は、良伝熱性の接着材によって構成されている構成としてもよい。

このような構成によると、伝熱部が良伝熱性の接着材によって構成されているから、伝熱部として特別な部材を用いなくても、放熱部材や基板の下面に塗布された良伝熱性の接着材によって賄うことができる。ここで、良伝熱性の接着材とは、少なくとも、基板を構成する部材よりも熱伝導率の高い接着材のことをいい、例えば、セラミック接着材、エポキシ接着材等のことをいう。

前記放熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウムの合金からなる構成としてもよい。

このような構成によると、放熱部材がアルミニウムまたはアルミニウムの合金のように熱伝導率の高い金属からなるので、放熱特性がより良好となる。

本発明によれば、良好な放熱特性を確保することができる。

実施形態１においてボックス本体の内部構造を示す平面図 その概略的な分解断面図 その概略的な断面図 その変形例を示す図４相当図 実施形態２における概略的な断面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４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、表面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（図２の符号１００を参照）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、ボックス本体１０内に並設された多数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に架け渡される整流素子ユニット５０とを備える。なお、以下の説明において前後方向については、図１の上側を前方とする。

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、この基板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る仕切り壁１３とを備える。複数の端子板３０の先端部は、基板１１の前端部に臨んでいる。基板１１の前端部には太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極に接続されたリード（図示せず）が通され、通された各リードが端子板３０の先端部に半田付け等により接続されるようになっている。

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。

また、基板１１の上面には、後述する端子板３０Ａの位置決めを行うための位置決め壁１８が設けられている。位置決め壁１８は、対応する端子板３０Ａ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３０Ａ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、ここを支点として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孔３１を位置決め突部１５に嵌め込むような構成とされる。

また、側板１２の後側両端部には切り欠き１７が設けられ、ここに上方から外部接続用のケーブル８０が嵌め込まれ、さらにケーブル押さえ部材２０が嵌着されてケーブル８０が固定されるとともに、ケーブル押さえ部材２０と側板１２とが一体に連なるようになっている。

端子板３０は、導電性金属板材を切断等して短冊状かつ短寸に形成され、基板１１の前後方向略中央部に横並びで四つ設けられている。基板１１の両端側に配された端子板３０Ｂには対応する外部接続用のケーブル８０が接続されている。ケーブル８０の端末は被覆８２の剥離によって芯線８１が露出しており、この芯線８１に対して端子板３０の端部に形成されたバレル部３２がかしめ付けられ、ケーブル８０と端子板３０とが接続されるようになっている。なお、ケーブル８０の延出端にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。

ケーブル８０が接続された端子板３０Ｂは、ケーブル８０及びリードの夫々の配設位置と対応している。仕切り壁１３は、この端子板３０及びケーブル８０の両側縁に沿うように画成されており、その内側の端子板３０及びケーブル８０上に絶縁樹脂が充填されるようになっている。これにより、ボックス本体１０全体に充填する場合に比べて、絶縁樹脂の充填量を節約できるメリットがある。

基板１１の上面の略中央部には、ケーブル８０とは未接続の端子板３０Ａが二つ配されている。各端子板３０Ａは、基板１１上に設置された位置決め壁１８及び位置決め突部１５の夫々に対し、その前後方向の両端二位置で係合可能とされ、この係合操作により、平面方向に沿った遊動が確実に規制されるようになっている。また、各端子板３０には側方へ張り出す付設部３４が設けられており、この付設部３４の上面に整流素子ユニット５０の導体片５２Ｑ（後述する）が載置されて半田接続されるようになっている。

さて、隣り合う端子板３０間に配置される整流素子ユニット５０は、電流の逆流を防止するためのバイパスダイオード５２（本発明の逆負荷持バイパス用の整流素子に相当）と、このバイパスダイオード５２を接触状態で保持する金属ブロック９１とを備えて構成されている。

バイパスダイオード５２は、図２に示すように、略直方体形状をなす樹脂モールド部５４と、樹脂モールド部５４の前端面の略中央部から突出して対応する端子板３０に半田接続される一対の導体片５２Ｑ（Ｐ形領域（アノード側）及びＮ形領域（カソード側）の夫々に対応）と、樹脂モールド部５４の後端面の下縁から後方へ向けて一部が突出するとともに残りの大部が樹脂モールド部５４の底面に露出して配される放熱板５５（Ｎ形領域（カソード側）に対応）とを備える。両導体片５２Ｑは、樹脂モールド部５４から離れる方向を向いて配される。

また、バイパスダイオード５２は、放熱部材としての金属ブロック９１にねじ止めされており、ねじ部材６０の先端は、基板１１側に至っていない。

放熱部材としての金属ブロック９１は、アルミニウムまたは銅・アルミニウム合金によって形成され、横並びで配された３つのバイパスダイオード５２を一括して固定できるようになっている。金属ブロック９１の上面の前端部は、図２に示すように、バイパスダイオード５２が載せられる載置面９１Ａとされ、この載置面９１Ａは後端側との間に段差部９１Ｂを介して後端側よりも一段低い位置に設定されている。段差部９１Ｂは、幅方向に沿った一直線上に配置され、ここにバイパスダイオード５２に張り出し形成された取付部５８が位置決め状態で当て止めされるようになっている。

バイパスダイオード５２の前端面は、金属ブロック９１の載置面９１Ａに載せられたときに、金属ブロック９１の前端面とほぼ面一で連なるようになっている。また、金属ブロック９１の前端面は基板１１の上面に突設された規制壁１１Ｋに対面され、これにより、金属ブロック９１の前方への位置決めがなされる。

そして、バイパスダイオード５２は、その取付部５８に既設された取付孔５８Ａに挿通されるねじ部材６０を介して、金属ブロック９１に取り付けられるようになっている。取付部５８の取付孔５８Ａは、金属ブロック９１の載置面９１Ａに設けられた有底のねじ穴９１Ｅと整合するようになっている。ねじ部材６０の先端部６２を取付孔５８Ａからねじ穴９１Ｅにかけてねじ込むことにより、ねじ部材６０の頭部６１と金属ブロック９１との間に取付部５８は挟み込まれ、もってバイパスダイオード５２が金属ブロック９１に取り付けられるようになっている。

金属ブロック９１の後端面下縁には薄肉の突縁部９１Ｆが後方へ向けて張り出し形成されている。基板１１の上面のうちの突縁部９１Ｆの左右両側縁と対応する位置には、図１に示すように、一対の位置決め壁１８Ａが設けられている。位置決め壁１８Ａは、幅方向に沿って延出して形成され、その根元には突縁部９１Ｆの左右両側縁を嵌め込み可能な受け溝（示せず）が設けられている。また、金属ブロック９１の本体部分の左右両側縁は、基板１１の上面に突設された撓み可能な弾性受け部１９Ａに掛け止めされるようになっている。

そして、金属ブロック９１の下面には、図２に示すように、基板１１に対する載置面９１Ｇとの間に段差を介して下方へ突出する放熱ブロック部９２が設けられている。また、基板１１には、放熱ブロック部９２の進入を許容する貫通孔１１Ｈが太陽電池モジュール１００の裏面側にも通じるように開口して形成されている。放熱ブロック部９２は、貫通孔１１Ｈの孔縁に対して幅方向に緊密に嵌合するようになっている。そして、放熱ブロック部９２の突出寸法は、基板１１の厚み寸法とほぼ同一としてあり、図３に示すように、その突出端面（下面）が、基板１１の底面に臨んで太陽電池モジュール１００の裏面に直接当接可能なように設定されている。

次に、実施形態１の製造方法及び作用効果を説明する。まず、端子板３０のバレル部３２をケーブル８０の端末にて露出された芯線８１にかしめ付けて端子板３０とケーブル８０とをかしめ接続する。続いて、基板１１上に端子板３０を載置固定する。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する。次いで、上方からケーブル押さえ部材２０をケーブル８０に覆い被せつつ取り付け、ケーブル８０を基板１１上に固定する。また、ケーブル８０とは未接続の端子板３０Ａについては、その後端部を位置決め壁１８の受け溝に嵌入させる。

次に、バイパスダイオード５２の取付部５８を金属ブロック９１の段差部９１Ｂに当て止めした状態でバイパスダイオード５２を金属ブロック９１の載置面９１Ａ上に載せる。続いて、上方から取付部５８の取付孔５８Ａ及び金属ブロック９１のねじ穴９１Ｅに対してねじ部材６０を螺挿し、バイパスダイオード５２を金属ブロック９１にねじ止め固定する。それから、金属ブロック９１の突縁部９１Ｆを位置決め壁１８Ａの受け溝に嵌め込みつつ、金属ブロック９１の放熱ブロック部９２を基板１１の貫通孔１１Ｈに嵌め入れる。金属ブロック９１が基板１１上に載せられると、金属ブロック９１は基板１１の弾性受け部１９Ａによって浮き上がりが規制された状態で弾性保持される。また、金属ブロック９１が基板１１上に載せられると、バイパスダイオード５２の前端面から水平に突出する一対の導体片５２Ｑが対応する端子板３０の付設部３４上に載せられるので、ここに半田を施せば、両者が電気的に接続される。なお、基板１１の端子台１１Ｒは、図３に示すように、水平に突出する一対の導体片５２Ｑの高さ位置と対応可能なように、基板１１の基準面から底上げされた形態となっている。

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両面テープや接着材で接着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を基板１１の前端部を通してボックス本体１０内に引き込み、このリードを端子板３０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仕切り壁１３内の端子板３０及びケーブル８０の端末上に充填し、さらにカバーを被せて蓋締めする。絶縁樹脂により、かしめ接続部分、半田接続部分等の各接続部位が気密に封止される。また、カバーを被せることにより、カバーの裏面でケーブル押さえ部材２０が基板１１側に押し付けられる。

このように実施形態１によれば、バイパスダイオード５２を金属ブロック９１に対してねじ止めしているから、両者５２，９１の接合を強固にすることができる。なお、かかるねじ止めによる効果は、金属ブロック９１に放熱ブロック部９２が無く、基板１１に貫通孔１１Ｈが無い態様であっても同様に奏せられる。

また、基板１１に貫通孔１１Ｈが設けられ、この貫通孔１１Ｈ内に金属ブロック９１の放熱ブロック部９２が進入するようになっているから、バイパスダイオード５２で発生した熱が放熱ブロック部９２を介して太陽電池モジュール１００側に効率良く放熱される。しかも、放熱ブロック部９２の突出端面が基板１１の底面に臨むようになっているから、バイパスダイオード５２で発生した熱を放熱ブロック部９２から太陽電池モジュール１００側へ直接放熱できる。

なお、図４に示すように、金属ブロック９１を各バイパスダイオード５２毎に対応して設けても構わない。

＜実施形態２＞
図５は、本発明の実施形態２を示す。実施形態２では、金属ブロック９１に放熱ブロック部９２が一体形成されておらず、基板１１の貫通孔１１Ｈの内部に放熱ブロック部９２とは別部材が配されている点で実施形態１と異なるが、その他は実施形態１と概ね同じである。

実施形態２では、金属ブロック９１の下面が基板１１の上面（基準面）に沿ったフラット面とされている。そして、基板１１の貫通孔１１Ｈには、金属ブロック９１の下面に塗布されたセラミック接着材等の熱伝導性の良好な接着材９３が流入して固化されている。

これにより、バイパスダイオード５２で発生した熱が金属ブロック９１から良伝熱性の接着材９３を介して太陽電池モジュール１００側に効率良く放熱されるようになっている。

＜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る。
（１）例えば、金属ブロックはバイパスダイオードの取付孔に差し込み可能なボス部を備え、このボス部により、バイパスダイオードとの接合を図る構成であってもよい。このようにすると、放熱部材のボス部が整流素子に既設の孔に差し込まれることにより、整流素子が放熱部材に取り付けられるようになっているから、整流素子の取り付け作業を簡単に行うことができる。

（２）例えば、金属ブロックはバイパスダイオードで発生した熱を太陽電池モジュール側に放熱するためのフィンを備えた構造としてもよい。かかるフィンは、例えば、金属ブロックの一面に凹凸形状を施すことで形成できる。こうすると、放熱表面積が増大するとともに通風性が良好となるので、バイパスダイオードの温度上昇を一層効率良く抑えることができる。

１１…基板
１１Ｈ…貫通孔
１２…側板
１３…仕切り壁
３０…端子板
５０…整流素子ユニット
５２…バイパスダイオード（整流素子）
８０…ケーブル
９１…金属ブロック（放熱部材）
９２…放熱ブロック部（伝熱部）
９３…接着材

Claims (6)

1. 基板上に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、対応する二つの端子板間に架け渡される整流素子ユニットとを備え、
   前記整流素子ユニットは、前記対応する二つの端子板の夫々に接続される逆負荷時バイパス用の整流素子と、この整流素子を接触状態で保持する金属性の放熱部材とを備えて構成され、
   前記整流素子は、樹脂封止によりパッケージングされており、前記放熱部材に対してねじ止めによって取り付けられている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. 前記基板上の前記放熱部材が載置される面には、前記太陽電池モジュール側に通じる貫通孔が開口して形成されており、この貫通孔の内部には伝熱部が介設さ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. 前記伝熱部は、前記放熱部材と一体化された放熱ブロック部によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記放熱ブロック部の端面は、前記基板のうちの前記太陽電池モジュール側に取り付けられる面に臨むようになっていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
5. 前記伝熱部は、良伝熱性の接着材によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記放熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウムの合金からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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