JP2011513999A - ソーラーモジュール用接続ボックス - Google Patents

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Abstract

本発明はソーラーモジュールのバイパスダイオード (1)、 MOSFET またはこれに相当するパワーセミコンダクター内において生じた熱が非常に良好に導き出される接続ボックスに関する。接続ボックスは基本構造体 (2 )及びこの上に取り付けられたハウジングカバー (3)から構成されるハウジング（2,3）を含む。基本構造体 (2)の少なくとも一つの側壁において、側壁から遠位に突出する少なくとも一つのチェンバー (5) が配置されている。少なくとも一つのチェンバー(5)内には絶縁カバー（7）で覆われており、チェンバー（5）の内側及びハウジングカバー(3)に密着している少なくとも一つの電気コンポネント(１)がある。カバー(3) は押出成形アルミニウム製であり、冷却リブを有し、基本構造体(2)の輪郭から突出している。接続ボックスは最大16A及びそれ以上のバイパスフローを有するソーラーモジュールに使用することができる。

Description

本発明はバイパスダイオード、 MOSFETまたはこれに相当するソーラーモジュールのパワーセミコンダクター内において発生した熱が良好に導き出される接続ボックスに関する。
ソーラー設備の稼働時には、例として曇あるいは落ち葉による個々のソーラーセルの停止を完全に回避することはできない。保護対策なしでは停止したソーラーセル内においていわゆるジーナー現象により、セル内の「ホットスポット」、そしてほぼいつでもこの破壊を導く高いパワーロスが発生するであろう。
この理由によりソーラーセルまたはソーラーセルの直列接続にバイパスダイオード、MOSFET あるいはこれに相当するパワーセミコンダクター等の電子コンポネントを平行に接続することが普通である。停止時には各セルまたはセル列がこの電子コンポネントによりブリッジされ、これにより影で覆われていないセルにより生産された電力が、ソーラーセル破壊の危険なく、更に流れることが確実になる。
ソーラーセル停止の際には、このような電子コンポネントは多大なパワーを受けなければならない。これにより十分な冷却なしでは、これが著しく加熱し、寿命が持続的に低下する。これは極端な場合にはコンポネントの即時破壊を導く場合がある。
この電子コンポネントは普通、個々のソーラーモジュールのスイッチングに利用される接続ボックス内に収められる。このために往々にしてプラスチック製の接続ボックス (特に特許文献１、２および３) も使用されるが、これは熱を十分に導き出すことはない。
特許文献４においては 、比較的良好な熱伝導性を有するシリコン樹脂の接続ボックスを鋳込み、ボックスのカバーを耐候性樹脂でコーティングした金属板として実施することが提案されている。しかしながらは放熱は以前として不十分である。更に欠陥コンポネントは実際に交換することはできない。
使用されるソーラー設備が益々増大しつつあることを理由に、 接続ボックスの需要も高まる。これに平行してボックス品質への要求事項も高くなる。更にEEG逓減によるコスト圧力も増大する。また8 ... 16 A の逆電流が発生するより高能力のソーラーモジュールを求める傾向が更に強まる。しかしながら一般販売されているボックスは、従来において最高電力8 Aと設計されている。
それゆえに最新技術においては今日、電子コンポネントの良好な放熱を保証する接続ボックスが知られている (特に 特許文献５，６，７及び８)。
特許文献９では電子コンポネントが、例としてハウジング内のコンポネントのジオメトリーに相当する凹部内のスプリングクリップ等の圧力ユニットにより押し付けられる接続ボックスが記述されている。その際ハウジングとコンポネント間には、好ましくは熱伝導性シリコンゴムである絶縁材がある。
特許文献１０ではハウジング内に配列された電子コンポネント（例、太陽電池モジュール用ソケット）を放熱するための配置が開示されており、そこでは冷却体を有する閉鎖プレートが熱負荷コンポネント上に押し付けられる。 この冷却体はアルミニウム製の押出プロフィールであり、ハウジング下部はプラスチックダイカスト製である。ここでは単に冷却体を放熱用にカバーに取り付けるだけである。しかしながら押出プロフィールは一段とより高い熱伝導性を、そしてこれにより鋳造アルミニウムとしての冷却作用を有するゆえに、この短所はほぼ十分に相殺される。アルミニウム押出プロフィール製の冷却体またはハウジングの改善された冷却作用は、特に特許文献１１及び１２においても利用されている。
この二つの解決法により改善された放熱が達成される。ハウジングに対するコンポネントの電気絶縁も確実になる。しかしながらコンポネントが側壁内の凹部内にある、あるいはハウジングカバーに対し押し付けられる箱型のハウジングを前提としている。このコンパクトな構造における放熱作用は、容量に対するより大きな表面比を達成するようハウジングが箱型から逸脱する構造に比較して、より悪いものになる。
独国実用新案登録出願第 203 11 184 U1号明細書 独国特許出願公開第 11 2005 002 898 T5号明細書 欧州特許出願公開第 1 102 354 A2号明細書 独国特許出願公開第 10 2004 010 658 A1号明細書 独国特許第 100 50 614 C1号明細書 国際出願公開第2006/117895 A1号明細書 米国特許第7,288,717 B1号明細書 独国特許出願公開第10 2004 036 697 A号明細書 独国特許第10 2006 027 104 B3号明細書 独国特許出願公開第10 2005 022 226 A1号明細書 独国特許出願公開第102 49 436 A1号明細書 米国特許第 6,374,912 B1号明細書
本発明の課題は、電気コンポネントの改善された放熱を保証する接続ボックスを創出することにある。
この課題は本発明にもとづき請求項1の特徴となるメルクマールにより解決される。更なる有利な様式は請求項2乃至11により生じる。
ソーラーモジュール用接続ボックスは、基本構造体とこの構造体上に取り付けられるハウジングカバーから構成されるハウジングを含む。接続ボックスのハウジング内には電気コンポネントと電気接続部がある。本発明に応じて基本構造体の少なくとも一つの側壁に側壁から遠位に突出する少なくとも一つのチェンバーが配置されている。少なくとも一つのチェンバー内には、チェンバー の内側及びカバー に密着しており、絶縁カバーで被覆されている少なくとも一つの電気コンポネントが収められている。
少なくとも一つの電気コンポネントはソーラーモジュールの保護に利用される、例としてダイオード、MOSFETまたはその他のパワーセミコンダクター等の電子コンポネントであることが予定される。この目的のために普通、バイパスダイオードまたはバイパスMOSFETが使用される。
この電気コンポネントの外側への配置により、コンポネントの持続的に改善された冷却が生じる。更に普通はソーラーモジュールの裏側に固定される基本構造体が稼動時にそう著しく加熱することはなく、これによりソーラーモジュールの過熱が回避される。
絶縁カバーはシリコンゴム製が好ましい。その厚みは普通、ミリメートル域であり、これにより耐高圧性絶縁が達成される。シリコンゴムの使用により更に、一様な圧力分配と良好な熱結合が確実になる。クリップまたは接続クランプ等の取り付け補助具は必要ではなくなる。
ハウジングカバーは押出成形のアルミニウム製であり、多くの冷却リブを保持する。 押出成形により製造されたアルミニウム製部品はアルミダイカスト製の適切な部品に比較し、約3倍の熱伝導性を保持することが実証された。
ハウジングカバーは、基本構造体の輪郭から突出する程度に大きいものであることが有利である。突出部域においてカバー両面に冷気が吹きかかることを理由に、カバーの冷却作用が高まる。更に冷却エアーの流体力学が煙突効果の発生により改善される。非常に大きなハウジングカバーは、更にケーブルブッシングと接着個所を機械的作用からより良好に保護する。
3つか4つの電気コンポネント(バイパスダイオードまたはバイパスMOSFETS) が接続ボックス内に収められることが普通である。より高能力のソーラーモジュールがトレンドであるゆえに将来、1ボックスにつき収めなければならない電気コンポネントの数が増大する可能性があり、これは本発明にもとづく接続ボックス内では十分に可能である。
本発明に基づく接続ボックスを実施例にもとづき以下に詳しく説明する。このために以下の図を示す:
開いた接続ボックスの平面図 プラスチックキャップを含む開いた接続ボックスの透視図 閉じた接続ボックスの透視図
接続ボックスはアルミダイカストから製造され、３つの側壁においてそれぞれバルコニー状に形成されたチェンバー5が遠位に突出している基本構造体2から構成される。ここではバイパスダイオード 1である電気コンポネントは熱伝導性シリコンゴム製の絶縁カバー7 により被覆されており、チェンバーの内側及びハウジングカバー3において密着している。3つのチェンバー5 は、冷却体リブ6 を有する。
図2で見ることができるようにチェンバー5の底面は基本構造体の底面に対して持ち上がっており、これはダイオード1のジオメトリーが原因であり、一般にダイオード1のより良好な冷却を生み出す。
絶縁カバー7 の厚みは約1 mmであり、これによりバイパスダイオードが過電圧に対し保護される。これは同時に熱伝導ホイルとして作用する。
図3で見ることができるように冷却リブを有し、4本の螺子4で基本構造体2上に取り付けられる押出成形アルミニウム製のハウジングカバー3が、3つのチェンバー5を完全に覆っており、多くの個所で基本構造体2の輪郭から明確に突出している。突出域においてハウジングカバーは二重の冷却体として作用する。更に発生する煙突効果によりハウジングカバー3のより良いフローが達成される。 改善された冷却を理由に、この接続ボックスは最大16A及びそれ以上のバイパスフローを有する設備に使用することができる。場合によってはこのために4あるいはそれ以上のバイパスダイオードを更なるチェンバーに入れることもできる。
接続ボックスの十分な圧力相殺を保証するために、ハウジングカバー3内に耐水性の、しかしながら通気性のフリース複合材製のメンブラン8が収められている。
1 バイパスダイオード/電気コンポネント
2 基本構造体
3 ハウジングカバー
4 螺子
5 チェンバー
6 冷却リブ
7 絶縁カバー
8 フリース複合材製メンブラン

Claims (11)

  1. 基本構造体 (2) とこの上に取り付けられたハウジングカバー (3)から構成されるハウジング (2, 3)を保持し、その際ハウジング内において 電気コンポネント (1) と電気接続部が配置されているソーラーモジュール用接続ボックスにおいて、
    基本構造体 (2)の少なくとも一つの側壁において、側壁から遠位に突出している一つのチェンバー (5) が配置されており、少なくとも一つの電気コンポネント (1) が絶縁カバー (7) で覆われており、その際絶縁カバー (7)で覆われている少なくとも一つの電気コンポネント (1) がチェンバー (5)内に配置されており、そしてチェンバー (5)の内側及び カバー (3) において密着していることを特徴とする前記ソーラーモジュール用接続ボックス。
  2. 少なくとも一つのチェンバー (5) の少なくとも一つの外壁において、冷却リブ (6)が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接続ボックス。
  3. ハウジングカバー (3)がアルミニウム製であり、そして表面が例として冷却リブである良好な放熱用の拡大構造であることを特徴とする請求項1または2に記載の接続ボックス。
  4. ハウジングカバー (3)が 押出成形されていることを特徴とする請求項3に記載の接続ボックス。
  5. ハウジングカバー (3) が基本構造体 (2)の輪郭から突き出ていることを特徴とする請求項1乃至4にもとづく接続ボックス。
  6. 少なくとも一つの電気コンポネント (1)が電子コンポネントであることを特徴とする請求項1乃至5の一つの請求項に記載の接続ボックス。
  7. 電子コンポネントがパワーセミコンダクターであることを特徴とする請求項6に記載の接続ボックス。
  8. パワーセミコンダクター がMOSFETまたはダイオードであることを特徴とする請求項7に記載の接続ボックス。
  9. ダイオードがバイパスダイオードであるか、またはMOSFETがバイパスMOSFETであることを特徴とする請求項8に記載の接続ボックス。
  10. 絶縁カバー (7) が熱を良好に伝導するマテリアル製であることを特徴とする請求項1乃至9の一つの請求項にもとづく接続ボックス。
  11. 熱を良好に伝導するマテリアルがシリコンゴムであることを特徴とする請求項10に記載の接続ボックス。
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