JP2012182449A - 光起電力ジャンクションボックス - Google Patents

Abstract

【課題】工業標準の温度要求を満たしつつ高電流に適合させると共により効果的に熱放散させることができる光起電力ジャンクションボックスを提供する。
【解決手段】光起電力ジャンクションボックスは、少なくとも第一１２０及び第二の面を有すると共に、前記第二の面が少なくとも１つの熱放散要素を有するハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０内に導体板が収容されている。前記導体板は、少なくとも１つの熱放射要素１３０と、ハウジング１１０の熱放散要素１３０に対応する少なくとも１つの熱伝導要素と、を支持する。ハウジング１１０の前記第二の面から取付フランジ２４０が延びている。少なくとも第一の隙間が、ハウジング１１０の前記第二の面と取付フランジ２４０との間にある。前記隙間は、ハウジング１１０と取付フランジ２４０との間に空気を流すことを可能にするエア流路を作り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、光起電力の利用のためのジャンクションボックスに関する。より具体的には、前記ジャンクションボックスは、高電流でのより効果的な熱放散のための熱放散要素を具備している。

例えばソーラーパネル等の光起電力モジュールは、太陽エネルギーを電力に変換する。
モジュール内の複数のセルは、通常、銅リボンを用いて直列に接続されている。銅リボンは、特別に設計されたジャンクションボックスで終端されており、このジャンクションボックスで、電流が、集められると共に、端部がコネクタとなっている一対の短いケーブルに移される。光起電力モジュールのアレイは、通常、ジャンクションボックスで終端されたケーブルを用いて相互接続されている。

光起電力モジュールの複数のセルは、複数のセルの合計電圧が使用可能な電圧レベルになるように直列に接続されている。光起電力セルは、光にさらされたときに電力を発生させる。しかしながら、遮光されると、光起電力セルは、電力を生じさせるのを止めるだけでなく、電気の不良導体となる。複数のセルが直列に接続されているので、遮光された１つのセルが、他の全てのセルに対するボトルネックの原因となる。これが生じると、遮光されたセルは抵抗ヒーターに変化し、その隣りのセルの電力(power)を損なわせる。また、遮光されたセルは、それがモジュールを破壊することができるほどに熱くなることがあり、通電導体（carrying conductors）を危険電圧にさらし、場合によっては火災を引き起こす。したがって、遮光された１つの光起電力セルは、ＰＶ設備を役に立たなくさせる可能性がある。

これを回避するため、ブリッジダイオードが使用される。ブリッジダイオードは、複数のセルが全て正常に機能するときにダイオードが逆バイアス状態であってダイオードに電流が流れないような方法で、一連のセルと並列に配線されている。１つ以上のセルが遮光された状態になると、遮光されたセルは、電圧上昇を引き起こす代わりに電圧降下を生じさせ、それにより、ダイオードにかかるバイアス電圧が極性を変化させ、そのときダイオードが順方向モードになって電流を伝導させる。これを行う際に、ダイオードは、遮光された複数のセルを効果的に橋渡しし、壊滅的な故障のほかに、遮光されていないセルの電流を伝導させる手段も防止し、したがって、なおも電力(power)を発生させる。これらのバイパスダイオードは、通常、ジャンクションボックスに内蔵されている。しかしながら、ダイオードにかかる順方向電圧の降下はダイオードの中に熱を発生させることなり、この熱はダイオードの過熱を防止するために放散されなければならない。発生した熱が適切に放散されない場合、ダイオードは熱暴走状態に達してその過程で破壊される。このように、１つのダイオードの故障によって一連のパネル全体が役に立たなくなる可能性がある。ダイオードによってジャンクションボックスの中に発生した熱は、ホットスポットを生じさせて光起電力セルの熱暴走状況の直接的な原因となり得るので、モジュールに伝導されてはいけない。また、ジャンクションボックスは、熱及び温度に関する特定の工業標準の要件を満たさなければならない。

したがって、工業標準の温度要求を満たしつつ高電流に適合させると共により効果的に熱放散させることができる光起電力ジャンクションボックスが求められている。

したがって、本発明は、ハウジングを備える光起電力ジャンクションボックスを提供するものであって、前記ハウジングが、少なくとも第一及び第二の面を有すると共に、前記第二の面が少なくとも１つの熱放散要素を有する。前記ハウジング内に導体板が収容されている。前記導体板は、少なくとも１つの熱放射要素と、前記ハウジングの前記熱放散要素に対応する少なくとも１つの熱伝導要素と、を支持する。前記ハウジングの前記第二の面から取付フランジが延びている。少なくとも第一の隙間が、前記ハウジングの前記第二の面と前記取付フランジとの間にある。前記隙間は、前記ハウジングと前記取付フランジとの間に空気を流すことを可能にするエア流路を作り出す。

また、本発明は、ハウジングを備える光起電力ジャンクションボックスを提供するものであって、前記ハウジングが、少なくとも第一及び第二の面を有すると共に、前記第一及び第二の面の各々が複数の熱放散要素をそれぞれ有する。前記ハウジング内に導体板が収容されている。前記導体板は、少なくとも１つの熱放射要素と、前記ハウジングの前記第二の面の前記熱放散要素に対応する複数の熱伝導要素と、を支持する。前記ハウジングの前記第二の面から取付フランジが延びている。少なくとも１つの隙間が、前記ハウジングの前記第二の面と前記取付フランジとの間にある。前記隙間は、前記ハウジングと前記取付フランジとの間に空気を流すことを可能にするエア流路を作り出す。前記ハウジングを電気絶縁性材料で作ることができる。

さらに、本発明は、ハウジングを備える光起電力ジャンクションボックスを提供するものであり、前記ハウジングは、少なくとも第一及び第二の面と、第一及び第二の熱放散手段と、を有する。前記ハウジング内に導体板が収容されている。前記導体板は、少なくとも１つの熱放射要素を支持する。前記ハウジングの前記第二の面から取付フランジが延びている。エア流路手段が、前記ハウジングと前記取付フランジとの間に空気を流すことを可能にする。

本発明のその他の目的、効果及び特徴は、付属図面と併せて理解される、本発明の好適な実施形態が記載された下記の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明およびそれに伴う効果のより完全な理解は、これらが、以下の詳細な説明を参照して、添付の図面と共に熟考しながらより良く理解されることによって、容易に獲得されるであろう。

図１は本発明の例示的な実施形態に係るジャンクションボックスの第一の面の斜視図である。 図２は図１に示されたジャンクションボックスの第二の面の斜視図である。 図３は図１に示されたジャンクションボックスの側面図である。 図４は図１に示されたジャンクションボックスの導体板の斜視図である。 図５は図１に示されたジャンクションボックスの部分斜視図であり、切除されたハウジングの一部分を示している。

図１〜５を参照すると、本発明の例示的な実施形態に係る光起電力ジャンクションボックス１００は、好ましくは、一連のソーラーモジュールの相互接続などのような、ソーラー結合システムに用いられる。例えば、ジャンクションボックス１００は、ソーラーモジュールから太陽エネルギーを集めて下流側で最終的に電力に変換するために、ソーラーパネルなどのソーラーモジュールに取り付けることができる。ジャンクションボックス１００は、より多くの熱放散をもたらすと共に高電流の利用を可能にさせる、改良された熱伝導性構造を有している。

概して、ジャンクションボックス１００は、熱を放散するハウジング１１０を具備しており、該ハウジング１１０は、ソーラーモジュール（図示しない）に電気的に接続可能な導体板４００（図４）を収容している。ハウジング１１０は、完全に密封させると共に結露問題を引き起こす空洞を無くすために、導体板４００の表面にオーバーモールドさせることができる。あるいは、ハウジング１１０は、２つのハウジング半割体を取り付けると共に空洞にポッティング材（potting agent）を充填することによって形成することもできる。ハウジング１１０は概ね扁平であり、対向する第一及び第二の面１２０、２２０を有する。好ましくは、両方の面１２０、２２０に熱放散要素１３０、２３０が設けられている。第一のハウジング面１２０の熱放散要素１３０は、概ねハウジング１１０全体にわたって延在する１つ以上の細長いフィン１３２にすることができる。あるいは、フィンガー形の熱交換器（finger heat exchangers）などの別の熱放散要素を用いることもできる。反対側、つまりハウジング１１０の第二の面２２０の熱放散要素２３０は、外側に向かって延在する１つ以上のフィンガー部２３２にすることができる。フィンなどの別の熱放散要素を用いることもできる。図３に最も良く示されているように、フィン１３２及びフィンガー部２３２は、ハウジング１１０から互いに反対の方向に延びている。フィン１３２及びフィンガー部２３２は、熱を周囲空気に伝達することで放散する。伝達プロセスの効率は、増大した表面積及び特有の形状、並びに、空気の流れパターンが熱交換面を包み込むことになるように空気の流れを強制する、フィンとフィンガー形の熱交換器との互い違いの配置によって、大幅に改善される。熱の放散をさらに促進させるために、ハウジング１１０は、任意の熱可塑性ポリマーなどの電気絶縁性材料で形成することができる。

図２に最も良く示されているように、ハウジング１１０の第二の面２２０から取付フランジ２４０が延びている。取付フランジ２４０は、概ねＣ形状であると共に、モジュールに取り付けるように構成された実質的に平坦な取付面２４２を具備している。取付フランジ２４０は、主伸長部２４４及び第一及び第二の副伸長部２４６を含む複数の伸長部によってハウジングの第二の面２２０から離間されている。複数の伸長部があることが好ましいが、取付フランジ２４０をハウジング１１０に接続するのに伸長部を１つだけ用いてもよい。図２に最も良く示されているように、主伸長部２４４は、好ましくは取付フランジ２４０の中間部分に結合されており、副伸長部２４６は、好ましくは取付フランジ２４０の両側に結合されている。ハウジング１１０の更なる冷却のためのエアフロー流路を作り出すために、取付フランジ２４０とハウジング１１０との間に１つ以上の隙間２５０が形成されている。つまり、取付フランジ２４０は、伸長部２４４、２４６によってハウジング１１０から離間されているので、ハウジング１１０は、ジャンクションボックス１００が取り付けられるモジュールから離間し、それにより、ハウジング１１０とモジュールとの間に空気を流すことができる。この空気の流れは、ダイオードからの放射熱に対する冷却を提供する。

導体板４００の複数の接続タブ４１０をそれぞれ受けるために、取付フランジ２４０及び主伸長部２４４に１つ以上の端子要素２６０を設けることができる。前記要素２６０は、取付フランジ２４０の取付面２４２で開口しており、それにより、接続タブ４１０の端部が露出する。ジャンクションボックスの設置中、複数の接続タブ４１０は、溶接、はんだ付け、又はその他のジャンクションボックス１００を取り付けるための機械的手段により、光起電力モジュールの複数の母線に電気的に接続される。

また、ハウジング１１０は、導体板４００の第一及び第二の端子４１２、４１４に適合する第一及び第二のポート２７０、２７２を具備している。導体板４００の第一及び第二の端子４１２、４１４は、第一及び第二のコネクタ４２０、４２２に接続するように設計されている。例えば、図４に示すように、第一及び第二のコネクタ４２０、４２２のリード線を、第一及び第二の端子４１２、４１４に圧着（crimped）させることができる。第一及び第二のコネクタ４２０、４２２は、好ましくは、それぞれ雄型及び雌型のコネクタ（逆も同様）であり、前記雄型及び雌型のコネクタによって、それらのジャンクションボックスを介して複数のモジュールを直列接続することができる。

図４に最も良く示されているように、導体板４００は、ダイオード、半導体を含む集積回路、またはその他の半導体などの熱放射要素４０４を支持する支持面４０２を有している。ダイオード４０４は、導体板４００の支持面４０２に機械的及び電気的に結合されている。例えば、ダイオード４０４の導電性のリード線を、導体板４００の支持面４０２にはんだ付けすることができる。ダイオード４０４が適所にはんだ付けされるとき、導体板４００は一枚の板から始まり、その後、プレートのブリッジを取り除く（カットする）ことができ、その結果、電気的及び熱的に分離されている導体板４００の複数のダイオード４０４のための１つ１つの片が生じる。図４は、既にブリッジが取り除かれた導体板４００を示している。

熱伝導要素４３０は、導体板４００の支持面４０２から実質的に垂直に延在している。図４に示されているように、熱伝導要素４３０は、導体板４００から切り曲げられた（cutout）伝導フィンガー部または伝導フィンにすることができる。好ましくは、複数の熱伝導要素４３０は、複数のダイオード４０４のそれぞれの周りに集まって配置されている。図５に最も良く示されているように、複数の熱伝導要素４３０は、ハウジング１１０の複数の熱放散フィンガー部２３２に対応している。つまり、ハウジング１１０の各熱放散フィンガー部２３２は、導体板４００の個々の伝導フィンガー部４３０を覆っている。導体板４００の熱伝導フィンガー部４３０は、ダイオード４０４から放射された熱を、熱を放散するためのフィンガー部２３２に移すように作用する。

このように、ジャンクションボックスの熱放散は、ハウジング１１０の表面のフィン１３２、ハウジング１１０の表面のフィンガー部２３２、導体板の熱伝導フィンガー部４３０、取付フランジ２４０とハウジング１１０との間のエア流路２５０、及びハウジング１１０の熱伝導性材料のうちの少なくとも１つ又は組み合わせを使用して上述したように達成される。フィンなどの代替の熱放散機構を適用することができる。

本発明を説明するために特定の実施形態が選択されたが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正がなされ得ることは当業者によって理解されるであろう。

１００…光起電力ジャンクションボックス
１１０…ハウジング
１２０…第一の面
１３０…熱放散要素
１３２…フィン
２２０…第二の面
２３０…熱放散要素
２３２…熱放散フィンガー部（フィンガー部）
２４０…取付フランジ
２５０…エア流路（隙間）
４００…導体板
４０４…ダイオード（熱放射要素）
４１０…接続タブ
４３０…熱伝導フィンガー部（熱伝導要素）

Claims (25)

1. 少なくとも第一及び第二の面を有し、前記第二の面が少なくとも１つの熱放散要素を有する、ハウジングと、
   前記ハウジング内に収容された導体板であって、少なくとも１つの熱放射要素と、前記ハウジングの前記熱放散要素に対応する少なくとも１つの熱伝導要素と、を支持する前記導体板と、
   前記ハウジングの前記第二の面から延びる取付フランジと、
   を備える光起電力ジャンクションボックスであって、
   少なくとも第一の隙間が、前記ハウジングの前記第二の面と前記取付フランジとの間にあり、前記隙間が、前記ハウジングと前記取付フランジとの間に空気を流すことを可能にするエア流路を作り出す、光起電力ジャンクションボックス。
2. 前記導体板の前記少なくとも１つの熱伝導要素が、前記導体板から延びる熱伝導フィンガー部である、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
3. 前記熱伝導フィンガー部が、前記導体板の切り曲げ部である、請求項２に記載の光起電力ジャンクションボックス。
4. 前記ハウジングの前記第二の面の前記少なくとも１つの熱放散要素が、前記導体板の前記熱伝導フィンガー部を覆うフィンガー部である、請求項２に記載の光起電力ジャンクションボックス。
5. 前記導体板が、複数の熱放射要素と複数の熱伝導要素とを具備している、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
6. 前記ハウジングの前記第二の面が、前記導体板の前記複数の熱伝導要素に対応する複数の熱放散要素を具備している、請求項５に記載の光起電力ジャンクションボックス。
7. 前記複数の熱伝導要素が、熱伝導フィンガー部を具備しており、
   前記複数の熱放散要素が、前記導体板の個々の前記熱伝導フィンガー部を覆うフィンガー部を具備している、請求項６に記載の光起電力ジャンクションボックス。
8. 前記ハウジングの前記第一の面が、少なくとも１つの熱放散要素を具備している、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
9. 前記ハウジングの前記第一の面の前記少なくとも１つの熱放散要素が、少なくとも１つの細長いフィンを具備している、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
10. 前記ハウジングの前記第一の面が、複数の熱放散要素を具備している、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
11. 前記取付フランジと前記ハウジングの前記第二の面との間に配置された第二の隙間をさらに備え、該第二の隙間がエア流路を作り出す、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
12. 前記ハウジングが、前記導体板の表面に一繋ぎにオーバーモールドされている、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
13. 前記導体板が、熱的な及び電気的な伝導性を有している、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
14. 前記導体板は、前記取付フランジを経由して延在する接続タブを具備している、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
15. 前記少なくとも１つの熱放射要素が、半導体又は半導体を含む集積回路である、請求項１に記載の光起電力ジャンクションボックス。
16. 少なくとも第一及び第二の面を有し、前記第一及び第二の面の各々が複数の１つの熱放散要素をそれぞれ有する、ハウジングと、
    前記ハウジング内に収容された導体板であって、少なくとも１つの熱放射要素と、前記ハウジングの前記第二の面の前記熱放散要素に対応する複数の熱伝導要素と、を支持する前記導体板と、
    前記ハウジングの前記第二の面から延びる取付フランジと、
    前記ハウジングの前記第二の面と前記取付フランジとの間にある少なくとも１つの隙間であって、前記ハウジングと前記取付フランジとの間に空気を流すことを可能にするエア流路を作り出す前記隙間と、
    を備える光起電力ジャンクションボックスであって、
    前記ハウジングが電気絶縁性材料で作られている、光起電力ジャンクションボックス。
17. 前記ハウジングの前記第一の面の前記熱放散要素が、複数のフィンを具備している、請求項１６に記載の光起電力ジャンクションボックス。
18. 前記ハウジングの前記第二の面の前記熱放散要素が、複数のフィンガー部を具備している、請求項１６に記載の光起電力ジャンクションボックス。
19. 前記熱伝導要素が、前記導体板から延びる複数の熱伝導フィンガー部を具備している、請求項１６に記載の光起電力ジャンクションボックス。
20. 前記取付フランジと前記ハウジングの前記第二の面との間に配置された第二の隙間をさらに備え、該第二の隙間がエア流路を作り出す、請求項１６に記載の光起電力ジャンクションボックス。
21. 前記ハウジングが、前記導体板の表面にオーバーモールドされている、請求項１６に記載の光起電力ジャンクションボックス。
22. 少なくとも第一及び第二の面と、第一及び第二の熱放散手段と、を有するハウジングと、
    前記ハウジング内に収容された導体板であって、少なくとも１つの熱放射要素を支持する前記導体板と、
    前記ハウジングの前記第二の面から延びる取付フランジと、
    前記ハウジングと前記取付フランジとの間に空気を流すことを可能にするエア流路手段と、
    を備える光起電力ジャンクションボックス。
23. 前記第一の熱放散手段が、前記ハウジングの前記第一の面から延びる複数のフィンを具備している、請求項２２に記載の光起電力ジャンクションボックス。
24. 前記第二の熱放散手段が、前記ハウジングの前記第二の面から延びる複数のフィンガー部を具備している、請求項２２に記載の光起電力ジャンクションボックス。
25. 前記エア流路手段が、前記ハウジングの前記第二の面と前記取付フランジとの間にある少なくとも１つの隙間を含む、請求項２２に記載の光起電力ジャンクションボックス。