JP2010153784A - ターミナルボックスおよび該ターミナルボックスを備える太陽電池モジュール - Google Patents

ターミナルボックスおよび該ターミナルボックスを備える太陽電池モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】 少量の封止用樹脂で導電部分を封止すること可能な太陽電位モジュールのターミナルボックスを提供すること。
【解決手段】 本発明のターミナルボックスは、筐体1と蓋体2とを含み、蓋体2は、蓋体基板21と、前記ターミナルボックス内を内部と外部とに区切る連続した突出部22とからなり、突出部22には、前記内部の断面積が前記蓋体基板に近付くに従って小さくなるような誘導部23が形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、太陽電池モジュールのターミナルボックスおよび該ターミナルボックスを備える太陽電池モジュールに関する。
太陽電池モジュールは、一般に、太陽電池素子の発電電力を取り出して外部回路との接続を行うために、モジュール本体(積層体)の裏面にターミナルボックスと呼ばれる筐体が取り付けられる。
ターミナルボックスは、モジュール本体の裏面から外に突き出た配線材の周囲を囲むように配置されており、配線材と外部回路への出力配線との間を繋ぐ中継端子が配置されている。配線材は、防湿性能に優れた裏面保護材を切断して取り出されているため、雨や湿気により、銅線である配線材の腐食、モジュール本体の充填材の黄変、太陽電池素子間の配線材の腐食などを引き起こす。そのため、配線材の周囲にターミナルボックスを設け、その中をウレタン樹脂やエポキシ樹脂といった封止用樹脂で充填して防湿処理が施されている。しかし、このような封止用樹脂は高価である。
封止用樹脂量を削減することを目的として、ターミナルボックスの筐体内に仕切りを設けて、配線材が配置される空間のみに封止用樹脂を充填する構造が提案されている(特許文献1参照)。
特開2000−299485号公報
しかしながら、特許文献1のような仕切りを設ける構造は、実質的には、ターミナルボックスを小さくすることであるため、封止用樹脂量の削減には限界があり、根本的な解決にはならない。
本発明の目的は、少量の封止用樹脂で導電部分を封止することの可能な太陽電位モジュールのターミナルボックスを提供することにある。
本発明は、筐体と蓋体とを含む太陽電池モジュールのターミナルボックスであって、前記蓋体は、蓋体基板と、前記ターミナルボックス内を内部と外部とに区切る連続した突出部とからなり、前記突出部には、前記内部の断面積が前記蓋体基板に近付くに従って小さくなるような誘導部が形成されている。
ある実施態様においては、前記突出部には、前記内部と前記外部とを連通する連通部が形成されている。
ある実施態様においては、前記内部に、導電部材が配置されている。
ある実施態様においては、前記突出部が、前記蓋体基板に複数設けられる。
ある実施態様においては、前記筐体は、前記突出部の一部が収容される凹部を有し、前記突出部は、該突出部の外周面が前記凹部の内周面と接触するように前記凹部に収容されている。
ある実施態様においては、前記筐体内に配置されたターミナルと、該ターミナルと電気的に接続され、前記筐体の外部に導出されるケーブルと、をさらに備え、前記ケーブルは、前記筐体内に配置されている部位の外周面が酸化膜で覆われている。
本発明はまた、太陽電池素子を含む太陽電池モジュール本体に、ターミナルボックスを備える太陽電池モジュールであって、前記ターミナルボックスは、筐体と蓋体とを含み、前記蓋体は、蓋体基板と、前記筐体内を内部と外部とに区切る連続した突出部とからなり、前記突出部には、前記内部の断面積が前記蓋体基板に近付くに従って小さくなるように
誘導部が形成されている。
本発明の太陽電池モジュールのターミナルボックスは、突出部で囲まれる内部の断面積が前記蓋体基板に近付くに従って小さくなるような形状をしているため、この蓋体を筐体に嵌合させる際に筐体内に充填された封止用樹脂の界面を上昇させるとともに、突出部が封止用樹脂を誘導できるようにしたので、特定の部分に樹脂を集中させることで任意の箇所の封止高さを高くして封止を確実に行うことができる。その結果、封止用樹脂の使用量を少なくすることができる。
また、突出部に、内部と外部とを連通する連通部を形成すれば、連通部が設置された高さに封止用樹脂が到達すると、それ以上の封止用樹脂は外部に排出されるため、封止用樹脂の量を任意に制御することが可能である。
また、突出部を複数設けることによって複数箇所の封止用樹脂の制御が同時に行え、しかも複雑な形状にも対応できる。
本発明のターミナルボックスの一例を示す断面図である。 本発明のターミナルボックスを構成する筐体内部の一例を示す図面である。 図2のX−X線における断面図である。 本発明のターミナルボックスを構成する蓋体の一例を示す下面図である 図4のX−X線における断面図である。 本発明のターミナルボックスを構成する蓋体の他の実施態様を示す下面図である (a)〜(c)は本発明に用いられる筐体を蓋体に嵌合する状態の一例を示す図面である。 (a)〜(c)は本発明のターミナルボックスの他の実施態様において、筐体を蓋体に嵌合する状態を示す断面図である。 本発明のターミナルボックスの他の実施態様の筐体内部を示す図面である。 本発明のターミナルボックスの他の実施様態を説明するものであり、(a)は接続ケーブルの斜視図、(b)ターミナルボックス断面図である。 本発明に用いられる太陽電池モジュール本体の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの一例を示すものであり、(a)は表面から見た平面図、(b)は裏面から見た平面図である。
以下、本発明の太陽電池モジュールのターミナルボックスの実施の形態について、図面を用いて説明する。
<ターミナルボックス>
図1は、本発明のターミナルボックスの一例を示す断面図である。図1に示すターミナルボックスは、筐体1と蓋体2とを含み、この蓋体2は、蓋体基板21と、ターミナルボックス内を内部と外部とに区切る連続した突出部22とからなり、突出部22には、前記内部の断面積が蓋体基板21に近付くに従って小さくなるような誘導部23が形成されている。さらに、本実施の形態では、突出部22に前記内部と外部とを連通する連通部24が形成されている。なお、ターミナルボックス内には、太陽電池素子の発電電力を取り出して外部回路との接続を行うためのターミナル11およびダイオード12が配置されている。
筐体1は、図2に示すように、モジュール本体の出力取出し部である正極・負極の導体105と、接続用ケーブル26とを中継するターミナル11(11aおよび11b)と、ターミナル11a及びターミナル11bの間に接続されるダイオード12とを備える。図3は、筐体1の内部の一例を示したものである。筐体1は、上述したモジュール本体の裏面側で、正極・負極の導体105の導出された裏面シート上に、シリコン系などの接着材等を用いて取り付けられる。
筐体1および蓋体2の材質は、強度が高く耐候性が良い樹脂や金属などを用いればよく、特に制限されない。例えば、筐体1の内部には電気的な接続部が集中しているため、太陽電池モジュールの長期間にわたる屋外での使用により漏電などが発生しないように、電気絶縁性の高い樹脂、例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(変性PPE樹脂)などが用いられる。さらに、筐体1および蓋体2の材料として、樹脂を用いる場合は、その内部を紫外線から保護する観点から、樹脂を黒色に着色することが好ましい。樹脂を着色する方法としては、例えば、樹脂に顔料などを混合することなどが挙げられる。樹脂製の筐体1および蓋体2は、例えば、射出成形などにより成形することができる。
筺体1は、内部に、太陽電池モジュール本体からの正極・負極の導体105および接続ケーブル26を導入するために、例えば、図3に示すように、筐体1に貫通孔が形成されている。そして、これらの導体105および接続ケーブル26は、筐体1内に配置されたターミナル11にハンダ付けにより電気的に接続され、外部に導出される。
ターミナル11は、例えば、厚さ1〜4mm程度の銅などの良導電性の金属板を所定の形状に打ち抜き加工することによって得られる。
ダイオード12は、使用される太陽電池素子の電流値などを考慮して適宜用いられる。ダイオード12の端子は、ターミナル11に、ハンダ付けや圧入嵌合またはネジ止めにて接続されることにより、正極・負極の導体105と導通する。
このようなターミナル11、ダイオード12などの導電部材は導電部分が露出しており、このままでは容易に作業者が感電する可能性があるので、後述する封止用樹脂によって絶縁処理が行われる。この際、導電部分から2mm以上の厚みを確保することが好ましい。
蓋体2の一例を図4および図5に示す。蓋体2は、蓋体基板21と、ターミナルボックス内を内部と外部とに区切る連続した突出部22とからなる。
蓋体基板21は、筐体1の開口部に嵌合可能な形状であればよく特に制限されない。
突出部22は、筐体1に配置される封止用樹脂で封止される導電部材を囲うように外周が連続していればよい。すなわち、突出部22で囲まれる内部(突出部の内部)に導電部材を配置すればよい。突出部22の形状は、平面視で三角形状、多角形状、および円状のいずれであってもよい。導電部材としては、例えば、ターミナル11、ダイオード12等が挙げられ、接続ケーブル26や導体105のターミナル11との接続部も含まれる。さらに、図6に示すように、部材に応じて筐体内に設けられる突出部を分割してもよいし、あるいは筐体内に複数の突出部を設けてもよい。なお、突出部22は絶縁耐圧を確保するため、筐体1に配置されるダイオードなどの導電部材から2mm以上離れて配置することが好ましい。
突出部22には、突出部で囲まれる内部(突出部の内部)の断面積が蓋体基板21に近付くに従って小さくなるような誘導部23が形成されている。具体的には、図4および図5に示すように、中央が凹んだすり鉢状に形成されている。誘導部23は、突出部の全体に形成される必要はなく、一部であってもよい。例えば、突出部が矩形の場合、対向する2辺のみに誘導部が形成されていてもよい。なお、突出部22の高さは、一定である必要はなく、例えば、図5に示すように、筐体1に配置される部材に応じて左右の高さを変えて設置される。このように高さを変えることによって、高さが高い方から先に封止用樹脂が盛り上るため、エアー溜りなどが発生し難く、絶縁性や防湿性の低下が少ない。
突出部22には、さらに、突出部の内部と突出部の外部とを連通する連通部24が形成されている。この連通部24では、突出部の内部の封止用樹脂の高さの規定や突出部の内部の空気抜きをすることを目的として設置される。連通部24は、一般には、突出部の内部に形成される開口と突出部の外部に形成される開口とが同じ高さとなるように設計されるが、これらの開口の高さが異なっていてもよい。例えば、連通部24の突出部の外部側の開口が、突出部の内部側の開口に比べて高く設定してもよい。
突出部22は、さらに、図5に示すように、必要に応じて爪部25を備えていてもよい。この爪部25は、誘導部23に沿って封止用樹脂が上昇しようとする時、その押上のための圧力が逃げないようにして、封止用樹脂が突出部の外部に逃げないようにする目的で設けられる。また、封止用樹脂に突出部を挿入する時、封止用樹脂を突出部の内部にできるだけ多く取り込む役割も果たしているので、爪部25は垂直でもよいが、突出部の外側へ45度以内の傾きを有することによって、外側の封止用樹脂を取り込めるようにすることが好ましい。
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールのターミナルボックスは、上記のような構成を有するため、少量の封止用樹脂で筐体1に配置される導電部材(導電部材の導電部分)を十分に封止することが可能である。なお、封止用樹脂は、例えば、硬化後に経時的な物性変化が少ないエポキシ樹脂や、硬化後も一定の弾力を残して周囲の部品の熱膨張・熱収縮に沿って伸縮するウレタン樹脂などが好適に用いられる。封止用樹脂は、筐体内部のカビや錆などの発生を抑制する観点、および高電圧などから作業者を保護する安全性の観点から、導体105、ターミナル11、ダイオード12などを覆う目的で充填される。
以下、本発明の実施形態の作用について具体的に説明する。図7は、筐体1を蓋体2に嵌合する状態を示す。まず、図7(a)に示すように、筐体1には、封止用樹脂が少量充填されている。次いで、図7(b)に示すように、蓋体2を筐体1に嵌合する場合、蓋体2の蓋体基板21には、突出部22が設けられているので、突出部22を封止用樹脂の中に圧入される。すると、封止用樹脂が、突出部22の挿入された体積分だけ誘導部23に沿って押し上げられる。この際、密閉された内部空間の空気の圧力が高まると封止用樹脂が再び押し戻されるが、連通部24を設けておけば、該連通部24が空気を外に逃がすため、封止用樹脂はすぐには突出部22の外部へ移動しない。そして、図7(c)に示すように、筐体1と蓋体2とが嵌合されると、連通部24が封止用樹脂によって塞がれるため、内圧によって、封止用樹脂は押し上げられた分の自重による下降が抑制され、固定される。すなわち、内圧によって封止用樹脂は引っ張り上げられる状態となり、上昇した封止用樹脂は周囲(外部)の封止用樹脂よりも高い位置で固定される。これによりダイオードなどの部材の頭頂部まで封止用樹脂が覆われるようになり、絶縁性が確保される。封止用樹脂の上昇する高さは、突出部22が封止用樹脂内に挿入される体積と、突出部22に囲まれた内部の空間の体積から算出可能であるため、ダイオードや、ターミナルと導体や接続用ケーブルとの接続部の封止箇所の高さや幅に合わせて設計すればよい。なお、樹脂の粘度によって樹脂の戻り速度が決定されるので、樹脂の粘度が低いほど突出部の挿入完了までの速度を速めればよい。
次に、本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールのターミナルボックスについて図8を参照しつつ説明する。本実施形態では、筐体1に凹部27が形成されており、突出部22の外周面が凹部27の内周面と接触するように、突出部22が凹部27に収容されるという点で図1に示した実施形態と相違する。本実施形態では、凹部27の内側の封止用樹脂が外部へ流動しにくくなるため、突出部の内部の封止用樹脂の液面を高くでき、より効率良く導電部材を封止することができる。特に、本実施形態は、封止用樹脂の流動性が高い場合に有効である。
本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールのターミナルボックスについて図9を参照しつつ説明する。本実施形態では、封止用樹脂と接触する筐体1内に配置されている接続ケーブル26の部位を酸化膜26aで覆っている点で、図1に示した実施形態と相違する。
通常の接続ケーブルは芯線を内被と外被で被覆してなる。しかし、外被にオレフィン系やポリオレフィン系のポリエチレンや架橋ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いた場合、これらの樹脂は極性が低い低極性材料であるため親水性が低く、封止用充填材との接着性が劣ることから、接着の界面が剥離して浸水するおそれがあった。これに対し、本実施形態では、接続ケーブル26の外被を炎で炙り、フレーム処理と呼ばれる表面処理を施すことで、外被の表面を酸化させて酸化膜26aを形成し、封止用樹脂との接着性を高めて止水性能を向上することができる。なお、表面処理は、フレーム処理以外の方法も利用可能であり、例えば、プラズマ処理やマット処理を選択することができる。
本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールのターミナルボックスについて図10を参照しつつ説明する。本実施形態では、接続ケーブル26の抜けを抑制するためのストッパー28及び防水機能を高める凹凸部29を設けた点で図1に示した実施形態と相違する。図10(a)に示すように、ストッパー28は、接続ケーブル26の筐体1への導入部に設けられる。ストッパー28を設けることにより、荷役中や設置作業中に接続ケーブルに大きな引張荷重が加わった場合であっても、ストッパー28が筐体1で引っ掛かって支持されて、ターミナル11と接続ケーブル26の半田接続部の剥離等を抑制することができる。ストッパー28は、例えば、2ピースよりなる硬質樹脂に超音波溶着や赤外線レーザー溶着を用いることにより取り付けることができる。さらに、本実施形態では、筐体1の接続ケーブル26を挿通する孔の内周面に、図10(b)に示すように凹凸部29が設けられている。この凹凸部29の内径と接続ケーブル26の外径を略同じにして接続ケーブル26を嵌入すれば、筐体1の上記孔の内周面と接続ケーブル26の外周面との摩擦を小さくすることができるため、接続ケーブル26を容易に嵌入することができる。また、本実施形態では、導体105に裏面方向へ凸となる湾曲部105aを設けてもよい。本実施形態では、このような湾曲部105aを設けることにより、湾曲部105aを設けない場合よりも重力による半田の垂れを抑制し、導体105とターミナル11の接合部の半田不足を低減することができる。
<太陽電池モジュール>
本発明の太陽電池モジュールは、上記ターミナルボックスを、太陽電池素子を含む太陽電池モジュール本体に取り付けることによって得られる。ターミナルボックス内に配置される部材は、上述のように、少量の封止用樹脂で十分に封止されている。
本発明に用いられる太陽電池モジュール本体は、当業者が通常用いるものであればよく特に制限されない。例えば、以下のような実施形態があげられる。図11は、太陽電池モジュール本体の一例を示す図面である。この太陽電池モジュール本体100は、配線材で接続された複数の太陽電池素子101を充填材102で封止し、これを透光性基板103および裏面保護材104の間に挟んで封入することによって得られる。この太陽電池モジュール本体100は、さらに、太陽電池素子101によって得られる発電電力を外部に出力するために、正極・負極の導体105が備えられる。なお、太陽電池モジュール本体の外周にアルミニウムや樹脂成型品や木材の枠材を設けてもよい。
太陽電池素子101としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などが用いられる。太陽電池素子の厚みは0.3mm程度で、大きさは125〜160mm角程度であればよい。太陽電池素子の受光面及び/又は非受光面(裏面)には、発生した電気出力を取り出すための電極がそれぞれ設けられ、その電極にインナーリードをハンダ付けなどで取り付けられる。太陽電池素子101の接続は特に制限されない。例えば、太陽電池素子として多結晶シリコン基板を使用する場合、電力用太陽電池アレイの出力が約150〜200W程度となるように設定される。なお、インナーリードは、例えば、幅1〜3mm程度、厚み0.1〜0.8mm程度のリボン状の銅箔をハンダコートしたものが用いられる。
充填材102は、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(以下EVAと略す)、ポリビニルブチラール(以下PVBと略す)などを、Tダイと押し出し機により厚さ0.4〜1mm程度のシート状に成形されたものが用いられる。充填材102は、ラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着する。なお、非受光面側(裏面側)の充填材は、そのまま用いてもよいし、あるいは、太陽電池モジュールの設置環境に合わせて酸化チタンや顔料等を含有させて白色などに着色させてもよい。
透光性基板103としては、ガラス基板、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板などが用いられる。ガラス基板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ3mm〜5mm程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合、厚みが5mm程度のものが多く使用される。
裏面保護材104は、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト(PET)シートなどが用いられる。
導体105は、太陽電池素子101からの電気出力を、ターミナルボックス内のターミナル11に伝えるものである。導体105の一端部は、太陽電池素子10の電極にハンダ付けなどで接続され、他端部は裏面シート15の外側に導出される。導体105は、幅1〜3mm程度、厚み0.1〜0.8mm程度のリボン状の銅箔をハンダコートしたものなどが用いられる。
本発明の太陽電池モジュールの一例を図12に示す。上記ターミナルボックスは、上記太陽電池モジュール本体100から外部へ取り出された正極・負極の導体105を囲んで保護するように取り付けられ、これらの導体105は、ターミナルボックス内のターミナル11に接続される。ターミナル11にはダイオード12が設けられており、そしてターミナルに接続された接続ケーブル26によって太陽電池素子101によって得られる電力が外部へ出力される。導体105および接続ケーブル26は、機械的強度が低いので、ダイオード12やターミナルボックス内に設けられたターミナル11を中継することで引っ張り等に対する強度が確保される。接続用ケーブルは、ターミナル11にネジ止めする着脱可能な状態で固定しても良いし、ターミナルボックス内の導体と直接接続して一体化してもよい。なお、ターミナルボックス内では、各部材の導電部材を封止する目的で、封止用充填材が適宜充填されている。
<太陽電池モジュールの製造方法>
次に、太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、透光性基板103上に充填材(受光面側)102、インナーリードおよび正極・負極の導体105を接続した太陽電池素子101、充填材(非受光面側)102、および裏面シート104を順次積層する。次いで、導体105を、非受光面側の各部材(非受光面側充填材および裏面シート)に設けられるスリットからピンセットなどで外部に導出しておき、ラミネーターにセットし、減圧下にて加圧しながら100〜200℃にて、例えば15分〜1時間加熱することにより、太陽電池モジュール本体100が製造される。
次に、裏面シート104のスリット部分を含むように、筐体1をシリコン系などの接着材を用いて取り付け、筐体1内に配置されるターミナル11と導体105とを電気的に接続する。さらにターミナル11には接続ケーブル26が電気的に接続される。
このように、ターミナルボックス内で所定の接続が行われた後、その内部を封止用樹脂
で充填する。従来であればダイオード2の頭頂部が2mm以上隠れるまでの樹脂量が必要であったが、本発明においては、蓋体2の突出部22が封止用樹脂に挿入される体積分だけ封止用樹脂が突出部22内を上昇するようにしているので、その分樹脂量を削減することができる。
封止用樹脂の充填工程完了後、封止用樹脂が硬化しないうちに筺体1に蓋体2を嵌合させる。また、蓋体2は、筐体1にネジ等で固定すればよいが、封止用樹脂が硬化した後は、突出部11が封止用樹脂によって固定されるのでネジ等を省略して部材と作業工数を削減することも可能である。
1:筐体
2:蓋体
21:蓋体基板
22:突出部
23:誘導部
24:連通部
25:爪部
26:接続ケーブル
26a:酸化膜
27:凹部
28:ストッパー
29:凹凸部
100:太陽電池モジュール本体
105:導体
105a:湾曲部

Claims (7)

  1. 筐体と蓋体とを含む太陽電池モジュールのターミナルボックスであって、
    前記蓋体は、蓋体基板と、前記ターミナルボックス内を内部と外部とに区切る連続した突出部とからなり、
    前記突出部には、前記内部の断面積が前記蓋体基板に近付くに従って小さくなるような誘導部が形成されている、太陽電池モジュールのターミナルボックス。
  2. 前記突出部には、前記内部と前記外部とを連通する連通部が形成されている、請求項1に記載の太陽電池モジュールのターミナルボックス。
  3. 前記内部に、導電部材が配置されている、請求項1に記載の太陽電池モジュールのターミナルボックス。
  4. 前記突出部が、前記蓋体基板に複数設けられる、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池モジュールのターミナルボックス。
  5. 前記筐体は、前記突出部の一部が収容される凹部を有し、
    前記突出部は、該突出部の外周面が前記凹部の内周面と接触するように前記凹部に収容されている、請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュールのターミナルボックス。
  6. 前記筐体内に配置されたターミナルと、該ターミナルと電気的に接続され、前記筐体の外部に導出される接続ケーブルと、をさらに備え、
    前記接続ケーブルは、前記筐体内に配置されている部位の外周面が酸化膜で覆われている、請求項1から5のいずれかに記載の太陽電池モジュールのターミナルボックス。
  7. 太陽電池素子を含む太陽電池モジュール本体に、ターミナルボックスを備える太陽電池モジュールであって、
    前記ターミナルボックスは、筐体と蓋体とを含み、
    前記蓋体は、蓋体基板と、前記筐体内を内部と外部とに区切る連続した突出部とからなり、
    前記突出部には、前記内部の断面積が前記蓋体基板に近付くに従って小さくなるように誘導部が形成されている、太陽電池モジュール。
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