JP2011100810A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュール用端子ボックスを提供する。
【解決手段】端子ボックスは、複数の端子板６０と、これら端子板６０が収容される筐体１０と、対応する２つの端子板６０間に架け渡される逆負荷時バイパス用のバイパスダイオード８０とを備える。バイパスダイオード８０の発熱部分となる整流素子本体８１が端子板６０に載せられ、かつ筐体１０が太陽電池モジュールに取り付けられる。筐体１０が太陽電池モジュールに取り付けられた状態で、端子板６０と太陽電池モジュールとの間に、筐体１０の外周部１２よりも耐熱性の高い底部１１が設けられている。
【選択図】図２

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を構成す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が端子ボックスを介して直列又は並列に接続されている。

特許文献１に記載の端子ボックスは、浅底箱状の合成樹脂製の筐体と、筐体内の底部に敷設されて太陽電池モジュールに電気的に接続される複数の端子板と、対応する２つの端子板間に架橋される逆負荷時バイパス用のダイオード（整流素子）とを備えて構成されている。ダイオードの発熱部分となる本体部は金属製の放熱板に支持されている。端子板の一端部には、筐体に形成された開口部を通して太陽電池モジュールの電極部のリードが半田接続され、端子板の他端部には、筐体の外部へ導出されるケーブルの端末部がかしめ接続されている。かかる端子ボックスは、太陽電池モジュールの取付面に筐体の底面を接着させた状態で取り付けられる。したがって、ダイオードの本体部が発熱すると、熱が放熱板から底部を経て太陽電池モジュール側に逃がされるようになっている。

特開２００６−７３９９０号公報

ところで、ダイオードの作用時に本体部が高温になると、筐体の耐熱限度を超えて、底部が塑性変形することがある。そうすると、底部の底面がフラットでなくなり、太陽電池モジュールへの取り付け状態において、底部の底面と太陽電池モジュールの取付面との間に空気層が介在して、太陽電池モジュールへの伝熱性が低下するおそれがある。

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、伝熱性を向上させた太陽電池モジュール用端子ボックスを提供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、複数の端子板と、これら端子板が収容される筐体と、対応する２つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子の発熱部分となる整流素子本体が放熱板に載せられる太陽電池モジュール用端子ボックスであって、前記筐体が太陽電池モジュールに取り付けられた状態で、前記放熱板と前記太陽電池モジュールとの間に、前記筐体の外周部よりも耐熱性の高い伝熱部が設けられている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、前記筐体は、前記外周部の内側に、前記端子板が支持される底部を有しており、前記底部が前記伝熱部を構成しているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記底部が前記外周部の内側に沿ってスライドされて一体に装着されるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１又は２に記載のものにおいて、前記底部と前記端子板とがインサート成形によって一体化されているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のものにおいて、前記太陽電池モジュールに取り付けられた状態で、前記伝熱部が外部に露出しない状態に保たれるところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のものにおいて、前記伝熱部が、少なくとも前記放熱板における前記整流素子本体を支持する部分と対応する位置に設けられているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
整流素子本体が発熱すると、熱が放熱板から伝熱部を経て太陽電池モジュールに逃がされる。この場合、伝熱部が筐体の外周部よりも高い耐熱性を有しているから、伝熱部が整流素子本体の熱によって塑性変形するのが防止される。したがって、太陽電池モジュールと伝熱部との間に空気層が介在するのが回避され、太陽電池モジュールへの伝熱性が向上する。

＜請求項２の発明＞
筐体の底部が伝熱部を構成しているから、底部に端子板を載せた状態で太陽電池モジュールに取り付けることができ、取付性に優れる。

＜請求項３の発明＞
底部が外周部の内側に沿ってスライドされて一体に装着されるから、底部と外周部とを簡単に一体化させることができる。

＜請求項４の発明＞
底部と端子板とがインサート成形によって一体化されているから、端子板の底部からの離脱が確実に阻止される。

＜請求項５の発明＞
伝熱部が外部に露出しない状態に保たれるから、伝熱部として、耐候性の低い材料でも使うことができ、伝熱部の材料を選ぶ際の選択肢の幅が広がる。

＜請求項６の発明＞
伝熱部が少なくとも放熱板における整流素子本体を支持する部分と対応する位置に設けられているため、整流素子本体で発生した熱が伝熱部に効率良く伝わることとなり、より良好な伝熱性が実現される。

実施形態１に係る太陽電池モジュール用端子ボックスの平面図 図１のＡ−Ａ断面図 図１のＢ−Ｂ断面図 図１のＣ−Ｃ断面図 端子板と底部とが一体化されたユニットの平面図 図５のＤ−Ｄ断面図 端子板と底部とが一体化されたユニットの底面図 外周部の平面図 スライド受け部の側面図 筐体の底面図 実施形態２に係る太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、底部に端子板が載せられた状態の平面図 底部の平面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１０によって説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュール用端子ボックスは、筐体１０、端子板６０、及びバイパスダイオード８０を備えている。

筐体１０は合成樹脂製であって全体として板状をなし、図１及び図１０に示すように、底部１１とその周りを取り囲む外周部１２とからなる。底部１１の底面はフラット面１３とされ、太陽電池モジュールの取付面（使用時における裏面）に密着状態で取り付けられる。太陽電池モジュールへの取付状態において、底部１１は外部に非露出状態で隠蔽され、外周部１２は外部に露出状態で晒される。

底部１１と外周部１２とはそれぞれ別体であって互いに着脱可能とされている。また、底部１１と外周部１２は互いに異なる材質で構成されている。具体的には、外周部１２が、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）のうちから選択されるいずれかの材質からなり、底部１１が、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）のうちから選択されるいずれかの材質からなる。つまり、外周部１２が、耐候性、耐加水分解性に優れた材質からなり、底部１１が、外周部１２よりも耐熱性、伝熱性に優れた材質からなる。また、外周部１２のほうが底部１１よりも概ね安価とされている。

外周部１２は、図８に示すように、筐体１０の周りを区画する矩形枠状の周壁１４を有している。周壁１４の後端部３６の左右両側には、端子板６０に接続されるケーブル９０が挿通される一対の筒部１５が後方に突出して形成されている。また、周壁１４の後端部３６の幅方向両端側には、両筒部１５の前方に、左右一対のステージ部１６が形成されている。両ステージ部１６は、周壁１４の両端角部に跨って連結され、その中央部に横長の貫通孔１７を有している。

周壁１４の後端部３６の幅方向中央部には、端子板６０を係止可能な略矩形状のロック片１８が前方（周壁１４の内側）に突出して形成されている。ロック片１８は、周壁１４の内面を支点として上下方向に撓み変形可能とされ、その中央部にロック突起１９を有している。

周壁１４の内周面には、周方向に間隔をあけて複数のカバーロック受け部２１が形成されている。カバーロック受け部２１には図示しないカバーのカバーロック部が係止され、これにより、周壁１４の上端にカバーが固定された状態で保持される。また、周壁１４の左右両側の内周面には、一対のスライド受け部２２が形成されている。両スライド受け部２２は、図９に示すように、周壁１４の内周面に沿って前後方向に延出する細長い板状をなし、その前端部が後方の部分よりも一段低くなる段付き状の形態とされている。両スライド受け部２２の前端部の上面は、底部１１のスライド部３２（後述する）に対して下方から係合する第１係合受け面２３とされ、両スライド受け部２２における前端部よりも後方の部分の下面は、スライド部３２に対して上方から係合する第２係合受け面２４とされている。第１、第２係合受け面２３、２４は互いにほぼ同一高さに位置する水平面とされている。

底部１１は、端子板６０と一体にインサート成形されるものであって、複数の端子板６０を支持する平板状の底壁２５を有している。各端子板６０は、底壁２５の上面において幅方向に並列に配置されている。底部１１と外周部１２とが互いに連結された状態で、底壁２５の前端と周壁１４の前端部２６の後端との間には、幅方向に長い窓孔２７が開口して形成され、この窓孔２７を通して筐体１０内に、太陽電池モジュールの各太陽電池セル群と対応するリード（図示せず）が引き込まれるようになっている。

ここで、各端子板６０は、導電金属製の平板状をなし、幅方向両端部に位置してプラス側及びマイナス側の両ケーブル９０にそれぞれ接続される左右一対のケーブル接続端子６０Ａと、両ケーブル接続端子６０Ａの間に位置する左右夫々の中継接続端子６０Ｂとからなる。各端子板６０の前端部には挿入孔６１が形成され、挿入孔６１にはリードの端末部が挿入されて半田等により接続される。そして、図示向かって左側に位置する中継接続端子６０Ｂを除く各端子板６０の前後方向中間部の上面には、バイパスダイオード８０の整流素子本体８１（後述する）が載置されている。

バイパスダイオード８０は、チップ部分を樹脂で角ブロック状に包囲した形態の整流素子本体８１と、チップ部分に接続されて整流素子本体８１の一方の側面から幅方向に延出するアノード側及びカソード側の両接続脚８２とを有している。この場合、整流素子本体８１はチップ部分の整流作用によって２００℃近くにまで昇温する発熱部分とされる。そして、上記の各端子板６０は、整流素子本体８１が発生した熱を放熱する放熱板としての機能を兼備している。

両接続脚８２は互いに略平行に配置され、このうち、一方の接続脚８２の先端部が整流素子本体８１を支持する自身の端子板６０に半田付けして接続され、他方の接続脚８２の先端部が隣接する端子板６０に半田付けして接続されている。各端子板６０の側縁には、図５に示すように、略矩形の接続片６２が幅方向に張り出して形成され、各接続片６２には、接続脚８２の先端部が挿通されて半田接続される接続孔６３が貫通して形成されている。

また、整流素子本体８１の他方の側面には固定片８４が幅方向に突出して形成されている。固定片８４には、図２に示すように、ねじ部材７０が貫通して締め付けられ、ねじ部材７０のねじ部７１が端子板６０に形成されたねじ孔６４に螺合されることで、ねじ部材７０を介してバイパスダイオード８０が端子板６０に固定されるようになっている。そして、端子板６０には、図６に示すように、ねじ孔６４を有するバーリング部６５が下方に突出して形成され、底壁２５には、バーリング部６５及びねじ部７１の先端が挿入される逃がし孔２８が形成されている。また、底壁２５には、逃がし孔２８を有する段付き状の肉盛り部２９が形成され、端子板６０には、肉盛り部２９の外面に沿って台状に屈曲される段部６６が形成されている。

両ケーブル接続端子６０Ａの後端部には、左右一対のバレル部６７が突出して形成されている。両バレル部６７は、ケーブル９０の端末にて露出された芯線９１にかしめ接続されている。両ケーブル接続端子６０Ａのケーブル９０への接続に際し、ケーブル９０の端末がステージ部１６に載せられ、その状態でステージ部１６の貫通孔１７に下方からアンビル（図示せず）が通され、さらに上方からクリンパ（図示せず）が下降することで、クリンパとアンビルとの間にバレル部６７がケーブル９０の芯線９１を挟着するようになっている。

両ケーブル接続端子６０Ａは互いにほぼ同じ表面積を有し、図示向かって右側の中継接続端子６０Ｂは全ての端子板６０の中で最も大きい表面積を有し、図示向かって左側の中継接続端子６０Ｂは全ての端子板６０の中で最も小さい表面積を有している。図示向かって左側の中継接続端子６０Ｂが最も小さい表面積とされるのは、ここにバイパスダイオード８０の整流素子本体８１が支持されないからであり、その分、隣接する右側の中継接続端子６０Ｂの表面積を広げることで、この右側の中継接続端子６０Ｂの放熱性が高められるとともに、スペース効率の向上が実現されている。そして、図示向かって右側の中継接続端子６０Ｂにおける後端部の幅方向中央部には、ロック片１８のロック突起１９が弾性的に嵌る略矩形のロック孔６８が開口して形成されている。

中継接続端子６０Ｂには、接続片６２の根元部分からクランク状に屈曲する複数のスリット６９が入れられており、各スリット６９を介することにより、各端子板６０に支持されたバイパスダイオード８０同士の熱干渉が防止されている。また、各バイパスダイオード８０は、相互の熱干渉を回避するべく、幅方向に千鳥に配置されており、具体的には、中継接続端子６０Ｂに支持されたバイパスダイオード８０のほうが両ケーブル接続端子６０Ａに支持されたバイパスダイオード８０よりも前方に配置されている。

そして、各端子板６０の上面には複数のブリッジ部３１が幅方向に架け渡して形成されている。各ブリッジ部３１は、底壁２５の上面から一体に延びて各端子板６０を底壁２５との間に挟持する細帯状の形態とされ、各端子板６０毎に架橋される個別ブリッジ部３１Ａと、全ての端子板６０に一括して架橋される一括ブリッジ部３１Ｂとからなる。一括ブリッジ部３１Ｂは、個別ブリッジ部３１Ａの後方に位置して、底壁２５の略全幅に亘って延びる形態とされている。

また、底壁２５は、図７に示すように、両ケーブル接続端子６０Ａのバレル部６７、バーリング部６５、挿入孔６１の周囲、ロック孔６８の周囲、及び接続孔６３の周囲を残して、各端子板６０の下面に密着されている。そして、底壁２５は、バイパスダイオード８０毎に３分割して形成され、このうち、中央のバイパスダイオード８０を支持する底壁２５の表面積が最も大きくされている。ここで、底壁２５は、端子板６０と太陽電池モジュールとの間に位置することにより、整流素子本体８１が発生した熱を太陽電池モジュール側へ伝える伝熱部としての機能を兼備している。

底壁２５の幅方向両端側には、左右一対のスライド部３２が形成されている。両スライド部３２は、図５に示すように、前後方向に延びるリブ状のスライド本体部３２Ａと、スライド本体部３２Ａの前端部から側方に張り出す第１スライド部３２Ｂと、第１スライド部３２Ｂの後方に位置してスライド本体部３２Ａから側方に張り出す第２スライド部３２Ｃとを有する。第１スライド部３２Ｂは、第２スライド部３２Ｃよりも上方に配置され、図４に示すように、その下面に、スライド受け部２２の第１係合受け面２３と面接触可能な第１係合面３２Ｄを有している。第２スライド部３２Ｃは、第１スライド部３２Ｂよりも細長く延出する形態とされ、その上面に、図３に示すように、スライド受け部２２の第２係合受け面２４と面接触可能な第２係合面３２Ｅを有している。第１、第２係合面３２Ｄ、３２Ｅは互いにほぼ同じ高さ位置に配置されている。また、底壁２５の上面には、隣接する端子板６０間を仕切る隔壁３８が形成されている。

次に、本実施形態に係る端子ボックスの組付方法及び作用効果を説明する。
まず、各端子板６０がその前端同士を一体に連結させた状態で底部１１とともにインサート成形され、これにより、図５ないし図７に示すユニットが構成される。続いて、各端子板６０にバイパスダイオード８０の整流素子本体８１を載せ、ねじ部材７０をねじ孔６４に螺合させて、各端子板６０にバイパスダイオード８０を取り付ける。また、かかるインサート成形後の適宜タイミングで、各端子板６０の前端同士を互いに切り離す。さらに、各端子板６０の接続孔６３に挿入されたバイパスダイオード８０の接続脚８２に半田を施し、各端子板６０にバイパスダイオード８０を接続させる。なお、このバイパスダイオード８０の取り付け作業は、後述する外周部１２に底部１１を装着した後からであってもよい。

次いで、外周部１２の周壁１４内に下方から底部１１（上記のユニット）を挿入する。このとき、底部１１を正規の装着位置よりも少し前側に位置させる。その状態で、底部１１を後方へ移動させ、第１スライド部３２Ｂの第１係合面３２Ｄにスライド受け部２２の第１係合受け面２３を摺動させるとともに、第２スライド部３２Ｃの第２係合面３２Ｅにスライド受け部２２の第２係合受け面２４を摺動させる。こうして底部１１が正規の装着位置に至ると、底壁２５の後端が外周部１２の後端部３６の前端に当て止めされるとともに、ロック片１８の撓み動作を伴いながら中継接続端子６０Ｂのロック孔６８にロック突起１９が弾性的に嵌り、これによって外周部１２に対する底部１１の前後移動が規制される。また、底部１１が正規の装着位置に至ると、第１スライド部３２Ｂの第１係合面３２Ｄがスライド受け部２２の第１係合受け面２３に当接することで外周部１２に対する底部１１の下方への変位が規制されるとともに（図４を参照）、第２スライド部３２Ｃの第２係合面３２Ｅがスライド受け部２２の第２係合受け面２４に当接することで外周部１２に対する底部１１の上方への変位が規制される（図３を参照）。したがって、外周部１２の周壁１４内で底部１１をスライドさせるだけの簡単な操作を行うことにより、外周部１２に底部１１を固定することができる。

続いて、筐体１０の筒部１５に後方からケーブル９０を挿入し、ステージ部１６に載せられた芯線９１に対して両ケーブル接続端子６０Ａのバレル部６７をかしめ接続する。また、筒部１５とケーブル９０との間に跨って樹脂製の防水キャップ４０を被せ付け、筒部１５内を水密にシールする。

その後、太陽電池モジュールの取付面に底部１１の底面（フラット面１３）を密着させ、その状態で太陽電池モジュールに筐体１０を接着材、両面テープ、ボルト等によって固定する。太陽電池モジュールへの取り付けの過程で、太陽電池モジュールの電極に接続されたリードを窓部を通して筐体１０内に引き込み、各端子板６０の前端部にリードを半田接続させる。さらに、筐体１０内にシリコン樹脂等の絶縁樹脂を投入し、この絶縁樹脂の固化後、筐体１０にカバーを被せ付ける。

ところで、使用時においてバイパスダイオード８０の整流素子本体８１が発熱すると、その熱は端子板６０から底部１１を経由して太陽電池モジュール側へ放熱される。このとき、底部１１が、外周部１２よりも耐熱性及び伝熱性に優れたＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）等によって構成されるため、熱ダメージを受けにくい構造となる。したがって、整流素子本体８１の発熱に起因する底部１１の塑性変形が防止され、底部１１の底面の平面性が維持される。その結果、底部１１の底面とバイパスダイオード８０の取付面との間に空気層が介在するのが回避され、太陽電池モジュール側への伝熱性が高められる。

また、本実施形態によれば、筐体１０の底部１１が伝熱部を構成しているから、底部１１に端子板６０を載せた状態で太陽電池モジュールに取り付けることができ、取付性に優れる。さらに、スライド部３２がスライド受け部２２を摺動することにより、底部１１が外周部１２にスライド装着されるから、底部１１と外周部１２とを簡単に一体化させることができる。さらにまた、底部１１と各端子板６０とがインサート成形によって一体化されているから、各端子板６０の底部１１からの離脱が確実に阻止される。

しかも、底部１１が外部に露出しない状態に保たれるから、底部１１として、耐候性の低い材料でも使うことができ、底部１１の材料を選択する際の選択肢の幅が広がる。そして、底部１１が端子板６０における整流素子本体８１を支持する部分と対向する位置に必ず設けられているため、整流素子本体８１で発生した熱が底部１１に効率よく伝わり、より良好な伝熱性が実現される。

＜実施形態２＞
図１１及び図１２は、本発明の実施形態２を示す。実施形態２では、端子板６０Ｆと底部１１Ａとがインサート成形されない点で、実施形態１とは異なる。その他の構成は、実施形態１と同様であり、実施形態１と同様の構成には同一符合を付す。

実施形態２における各端子板６０Ｆのうち、図示向かって左側の中継接続端子６０Ｂを除く端子板６０Ｆには、円形の取付孔５９が貫通して形成されている。そして、各端子板６０Ｆにおける取付孔５９の孔縁には、複数の係止片５８が周方向に並んで形成されている。各係止片５８は、全体として放射状をなし、それぞれ上下方向に撓み変形可能とされている。

底部１１Ａの底壁２５Ａには、各取付孔５９と対応する位置に、円柱状の突起３９が形成されている。各端子板６０Ｆの前端同士を連結させた状態で、底壁２５Ａの上面に各端子板６０Ｆを載せると、各突起３９が取付孔５９に下方から挿入されて、各係止片５８の先端が突起３９の外周面に食い込み、これによって各端子板６０Ｆの底部１１Ａからの離脱が防止されるようになっている。その後、各端子板６０Ｆの前端同士が互いに切り離される。その他、バイパスダイオード８０の各端子板６０Ｆへの取付方法や底部１１Ａの外周部１２への取付方法、筐体１０の太陽電池モジュールへの設置方法等は、実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

＜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）上記の底部に代えて、端子板と太陽電池モジュールとの間に金属製の伝熱部が介在する構成であってもよい。この場合、金属製の伝熱部が端子板毎に設けられるとよく、これによって端子板同士の短絡が防止される。
（２）端子板と太陽電池モジュールとの間に外周部よりも耐熱性の高い伝熱部が介在するが、この伝熱部が外周部と一体化されない構成であってもよい。
（３）ダイオードを支持する板材が、端子としての機能（電気回路の接続部分）をもたない単なる放熱板であってもよい。
（４）各端子板が一対のケーブル接続端子のみで構成され、両ケーブル接続端子間に１つのバイパスダイオードが架け渡される構成であってもよい。

１０…筐体
１１…底部
１２…外周部
６０…端子板
８０…バイパスダイオード（整流素子）
８１…整流素子本体

Claims (6)

1. 複数の端子板と、これら端子板が収容される筐体と、対応する２つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子の発熱部分となる整流素子本体が放熱板に載せられる太陽電池モジュール用端子ボックスであって、
   前記筐体が太陽電池モジュールに取り付けられた状態で、前記放熱板と前記太陽電池モジュールとの間に、前記筐体の外周部よりも耐熱性の高い伝熱部が設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. 前記筐体は、前記外周部の内側に、前記端子板が支持される底部を有しており、前記底部が前記伝熱部を構成している請求項１記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
3. 前記底部が前記外周部の内側に沿ってスライドされて一体に装着される請求項２記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記底部と前記端子板とがインサート成形によって一体化されている請求項２又は３記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
5. 前記太陽電池モジュールに取り付けられた状態で、前記伝熱部が外部に露出しない状態に保たれる請求項１ないし４のいずれか１項記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記伝熱部が、少なくとも前記放熱板における前記整流素子本体を支持する部分と対応する位置に設けられている請求項１ないし５のいずれか１項記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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