JP2013048180A - 太陽光発電用接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの高温部分への接触や壁面の変色を防ぐことが可能な太陽光発電用接続箱を得ること。
【解決手段】太陽電池モジュールとパワーコンディショナと間の電流経路となる回路を、各回路単位で開閉する複数の直流開閉器２と、各回路単位に直列に挿入する、直流開閉器２と同数の複数の逆流防止ダイオード３と、複数の逆流防止ダイオード３からの出力を集約してパワーコンディショナへ出力する端子台４と、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３、および端子台４を配置する放熱板５と、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３、端子台４、および放熱板５を収納する筐体６と、を備え、筐体６は、家屋の壁面に設置する側の形状を凹形状として設置されたときに自身と壁面との間に空間が存在する形状とし、筐体６内において、壁面との間に空間が存在する部分に放熱板５を配置する。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、太陽光発電システムにおいて太陽電池モジュールとパワーコンディショナとを接続する太陽光発電用接続箱に関する。

太陽光発電用接続箱は、工事業者が誤結線した時の保護などのため、各回路に逆流防止ダイオードを備えている。逆接防止ダイオードには、通常動作時、太陽電池モジュールの出力電流が流れるため、逆接防止ダイオードの電圧降下により損失する。上記損失により発熱するため、逆接防止ダイオードのジャンクション温度を超えないように放熱する必要がある。従来では、逆接防止ダイオードが発生する熱を、アルミ製放熱板を通して筐体外部に放熱している。

また、太陽光発電用接続箱には、太陽電池モジュールとパワーコンディショナ間の電流経路を開閉するための太陽電池開閉器（スイッチ）が設置されている。

特開２０００−２９９９３７号公報 特開２００１−６８７０６号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、逆流防止ダイオードの熱は放熱板を介して太陽光発電用接続箱の筐体に伝わり、外部に放熱される。そのため、太陽光発電用接続箱の筐体自体が高温となっており、ユーザが不用意に筐体の高温部分に接触するおそれがある、という問題があった。

また、太陽光発電用接続箱の筐体が高温であるため、筐体が取り付けられている家屋の壁等も変色などの影響を受けるおそれがある。そのため、何らかの事情により太陽光発電用接続箱の設置位置を替えた場合、変色した壁面が露出して家屋の美観を損ねてしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザの高温部分への接触や壁面の変色を防ぐことが可能な太陽光発電用接続箱を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池モジュールとパワーコンディショナと間の電流経路となる回路を、各回路単位で開閉する複数の直流開閉器と、前記各回路単位に直列に挿入する、前記直流開閉器と同数の複数の逆流防止ダイオードと、前記複数の逆流防止ダイオードからの出力を集約して前記パワーコンディショナへ出力する端子台と、前記複数の直流開閉器、前記複数の逆流防止ダイオード、および前記端子台を配置する放熱板と、前記複数の直流開閉器、前記複数の逆流防止ダイオード、前記端子台、および前記放熱板を収納する筐体と、を備え、前記筐体は、家屋の壁面に設置する側の形状を凹形状として設置されたときに自身と壁面との間に空間が存在する形状とし、当該筐体内において、前記壁面との間に空間が存在する部分に前記放熱板を配置する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ユーザの高温部分への接触や壁面の変色を防ぐことができる、という効果を奏する。

図１−１は、太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。 図１−２は、太陽光発電用接続箱のＡ−Ａ線断面図である。 図２は、太陽光発電用接続箱の回路結線を示す図である。 図３−１は、一般的な太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。 図３−２は、太陽光発電用接続箱のＢ−Ｂ線断面図である。 図４−１は、太陽光発電用接続箱の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。 図４−２は、太陽光発電用接続箱のＣ−Ｃ線断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽光発電用接続箱の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１−１は、本実施の形態の太陽光発電用接続箱１の構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。また、図１−２は、太陽光発電用接続箱１のＡ−Ａ線断面図である。太陽光発電用接続箱１は、直流開閉器２と、逆流防止ダイオード３と、端子台４と、放熱板５と、筐体６と、から構成される。実際の運用時には、さらに、図示しない上部カバーを取り付けるが、説明の便宜上、上部カバーを外した状態で説明する。直流開閉器２は、太陽電池モジュールとパワーコンディショナ間の電流経路を開閉する。逆流防止ダイオード３は、誤接続等の場合に生じる電流の逆流を防止する。端子台４は、各太陽電池モジュールで発生した直流の電力を集約してパワーコンディショナへ出力する。放熱板５は、逆流防止ダイオード３で発生する熱を放熱する。筐体６は、上記各構成を収納する箱である。

図１−１、図１−２において、筐体６の形状は、家屋の壁面に設置する際に壁面と接触する側（背面）が凹形状になっている。そして、筐体６の内部では、壁面との間に空間がある部分に放熱板５が設置され、その上に複数個の直流開閉器２が水平方向に並べて配置されている。その放熱板５上で、直流開閉器２の上部にある空いたスペースに複数個の逆流防止ダイオード３、および直流開閉器２の側部に端子台４が配置されている。なお、図１−１、図１−２に示す放熱板５上における直流開閉器２、逆流防止ダイオード３、および端子台４の配置は一例であり、これに限定するものではない。

放熱板５が配置されている筐体６の部分は、壁面から離れており、壁面との間に空間が設けられている。また、ユーザが直接触れやすい筐体６の前面、側面、上下面には、放熱板５が配置されていない。筐体６をこのような構造にすることにより、太陽光発電用接続箱１では、ユーザが簡単に触れることが可能な個所や壁面への直接の放熱を回避することができる。

なお、各構成間の配線については図示しないが、従来と同様、太陽電池モジュールで発電された電力が、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３、端子台４、パワーコンディショナの順に出力されるように配線されている。

つぎに、太陽光発電用接続箱１の動作について説明する。図２は、太陽電池モジュール列が４列（４ストリング）まで接続できる４回路用の場合の回路結線を示す図である。太陽電池モジュール列の出力は、直流開閉器２（ＳＴ１〜ＳＴ４）、逆流防止ダイオード３（ＳＤ１〜ＳＤ４）を介した後、一出力にまとめられて端子台４（ＴＢ）に接続される。直流開閉器２は、それぞれの太陽電池モジュール列の出力を接続／遮断するためのものである。端子台４（ＴＢ）で１本にまとめられた太陽電池モジュールの直流出力は、パワーコンディショナへと送られ、パワーコンディショナで交流電力に変換される。なお、図２に示すツェナーダイオード（ＺＤ１〜ＺＤ４）は、このような回路において一般的に用いられるものであり、詳細な説明は省略する。

逆流防止ダイオード３は、工事業者が誤結線した時の保護などのために設けられている。例えば、太陽電池モジュールの＋側と−側を逆にしてシステムを結線すると、パワーコンディショナの入力に逆電圧が印加されてパワーコンディショナを破壊してしまうおそれがある。逆流防止ダイオード３は、このような場合に生じる逆電圧の印加を防ぐ。また、太陽電池モジュールの出力が低下した際に、パワーコンディショナ側から太陽電池モジュールへと電流が逆流することを防ぐことができる。さらに、何らかの原因で複数のストリングのうちのあるストリングが出力低下した際に、出力の高いストリングから出力の低いストリングへと電流が逆流することを防ぐことができる。通常、逆流防止ダイオード３には、太陽電池モジュールからの順方向電流が流れることになる。その値は５〜１０Ａであるため、逆流防止ダイオード３での損失（消費電力）は大きなものとなり、かなりの発熱を生ずる。そのため、逆流防止ダイオード３を放熱板５上に配置し、放熱できるように構成する。

ここで、従来の構成における太陽光発電用接続箱との比較を行う。図３−１は、一般的な太陽光発電用接続箱１ａの構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。また、図３−２は、太陽光発電用接続箱１ａのＢ−Ｂ線断面図である。太陽光発電用接続箱１ａは、直流開閉器２と、逆流防止ダイオード３と、端子台４と、放熱板５ａと、筐体６ａと、から構成される。太陽光発電用接続箱１同様、実際の運用時には、さらに、図示しない上部カバーを取り付けるが、説明の便宜上、上部カバーを外した状態で説明する。なお、図１−１、図１−２と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

放熱板５ａは、Ｌ字型の形状をしており、筐体６ａ内において、背面（筐体６ａにおいて壁面と設置する側）および上面に接触するように配置されている。筐体６ａは、図１−１、図１−２に示す筐体６と異なり、図示しない上部カバーを付けた状態では一般的な直方体の形状となる。

図３−１、図３−２において、筐体６ａの内部には放熱板５ａが設置され、その上に複数個の直流開閉器２が水平方向に並べて配置されている。その放熱板５ａ上で、直流開閉器２の並びと垂直方向に複数個の逆流防止ダイオード３が配置されている。また、放熱板５ａ上で直流開閉器２の横に端子台４が配置されている。各構成間の配線は図示しないが、図１−１、図１−２と同様、太陽電池モジュールで発電された電力が、直流開閉器２、逆流防止ダイオード３ａ、端子台４、パワーコンディショナの順に出力されるように配線されている。

放熱板５ａの形状がＬ字型であることから、筐体６ａを介して筐体６ａの上面および背面に伝熱しやすい構造である。そのため、ユーザが不用意に筐体６ａの高温部分に接触するおそれがあった。また、背面側から家屋の壁面に伝熱していたため、熱の影響により家屋の壁面が変色するおそれがあった。

これに対して、本実施の形態では、図１−１、図１−２に示すように、筐体６の形状を凹形状にし、放熱板５と家屋の壁面との間に空間を設ける構造とした。これにより、放熱板５の熱が家屋の壁面に伝熱しにくくなり、壁面の変色を防止することができる。また、ユーザが簡単には触れることができない部分に放熱板５を配置して放熱することにより、ユーザが不用意に高温部分へ接触することを防止することができる。

なお、図１−１、図１−２に示す放熱板５は、図３−１、図３−２に示す放熱板５ａと比較して表面積が小さい。そのため、例えば、筐体６の凹形状にあわせてコの字型にすることにより、放熱板５の表面積を増やすことができ、放熱効果を担保することができる。また、放熱板５の表面形状を波型にすることにより、表面積を増やすことができ、同様に、放熱効果を担保することができる。また、放熱板５の形状をコの字型にし、さらに、表面形状を波型にすることも可能である。

一例として、放熱板５の形状をコの字型にした場合について説明する。図４−１は、太陽光発電用接続箱１ｂの構成例を示す図であり、例えば、上部カバーを外した状態における正面図である。また、図４−２は、太陽光発電用接続箱１ｂのＣ−Ｃ線断面図である。実際の運用時には、さらに、図示しない上部カバーを取り付けるが、説明の便宜上、上部カバーを外した状態で説明する。太陽光発電用接続箱１ｂでは、放熱板５ｂの形状を、筐体６の凹形状にあわせてコの字型にしている。このような形状にすることにより、放熱板５ｂでは、表面積を増やすことができ、放熱効果の低減を抑えることができる。なお、放熱板５ｂのように筐体６の凹形状に合わせてコの字型にする場合に限定せず、一方の面を削除してＬ字型にしてもよい。この場合においても、放熱板５よりも表面積を増やすことができる。

さらに、太陽光発電用接続箱１、１ｂにおいて、逆流防止ダイオード３を、ＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体による素子で構成することにより、逆流防止ダイオード３自体における発熱そのものを抑えることができる。ワイドバンドギャップ半導体としては、ＳｉＣ（炭化珪素）のほか、例えば、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドなどがある。ワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、放熱効果の低減を抑えることができる。

また、逆流防止ダイオード３をＳｉＣのようなワイドバンドギャップ半導体による素子で構成することにより、次のような効果を得ることができる。

すなわち、ワイドバンドギャップ半導体によるダイオードは、通常のＳｉによるダイオードと比較してそのＯＮ電圧が低いため、ＯＮ電圧×順方向電流で決まる損失が小さくなり、ダイオードでの発熱を軽減することができる。従来は、逆流防止ダイオード３での発熱が大きいため、直流開閉器２のすぐそばに逆流防止ダイオード３を配置すると、その熱によって直流開閉器２も温度上昇し、直流開閉器２の使用温度範囲を超えてしまうおそれがあった。そのため、直流開閉器２と逆流防止ダイオード３とを距離をおいて配置する必要があった。

しかしながら、逆流防止ダイオード３をワイドバンドギャップ半導体で構成することにより、逆流防止ダイオード３における発熱を軽減することができるため、直流開閉器２と逆流防止ダイオード３とを近接して配置することが可能となる。また、通常のＳｉによる逆流防止ダイオード同士もそれぞれの発熱が大きく、逆流防止ダイオード自体の高温での動作限界が低かったため、距離を置いて配置していたが、逆流防止ダイオード３同士も近接して配置することが可能となる。それぞれが近接して配置されるため、放熱板５のサイズを小型化することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、筐体の形状を凹形状として、太陽光発電用接続箱を家屋の壁面に設置したとき、太陽光発電用接続箱と壁面との間に空間を設ける構造にする。そして、筐体内では、放熱板を、壁面側において家屋の壁面との間に空間がある部分に配置することとした。これにより、ユーザが不用意に太陽光発電用接続箱の高温部分に接触することを防ぐことができ、また、太陽光発電用接続箱からの伝熱による家屋の壁面の変色を防ぐことができる。

１、１ａ、１ｂ 太陽光発電用接続箱
２ 直流開閉器
３ 逆流防止ダイオード
４ 端子台
５、５ａ、５ｂ 放熱板
６、６ａ 筐体

Claims (6)

1. 複数の太陽電池モジュールとパワーコンディショナと間の電流経路となる回路を、各回路単位で開閉する直流開閉器と、
   前記各回路単位に直列に挿入する、前記直流開閉器と同数の逆流防止ダイオードと、
   前記逆流防止ダイオードを介して前記太陽電池モジュールからの出力を集約して前記パワーコンディショナへ出力する端子台と、
   前記直流開閉器、前記逆流防止ダイオード、および前記端子台が配置された放熱板と、
   前記放熱板を収納する筐体と、
   を備え、
   前記筐体は、家屋の壁面に設置する側の形状を凹形状として設置されたときに自身と壁面との間に空間が存在する形状とし、当該筐体内において、前記壁面との間に空間が存在する部分に前記放熱板を配置する、
   ことを特徴とする太陽光発電用接続箱。
2. 前記放熱板の形状を、前記筐体の凹形状にあわせてコの字型にする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用接続箱。
3. 前記放熱板の形状を、前記筐体の凹形状にあわせてＬ字型にする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用接続箱。
4. 前記放熱板の表面形状を波型にする、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽光発電用接続箱。
5. 前記逆流防止ダイオードを、ワイドバンドギャップ半導体で構成する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽光発電用接続箱。
6. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電用接続箱。

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