JP2013171860A - Terminal box - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、太陽電池パネルを相互に電気的に接続するための端子ボックスに関する。特に端子ボックスに求められる難燃性および耐候性を確保しつつ、端子ボックス内部に組み込まれたダイオードの発生する熱を効率よく排熱する端子ボックスに関する。 The present invention relates to a terminal box for electrically connecting solar battery panels to each other. In particular, the present invention relates to a terminal box that efficiently exhausts heat generated by a diode incorporated in the terminal box while ensuring flame retardancy and weather resistance required for the terminal box.
太陽電池モジュールは、家屋の屋根等に多数配置されるものである。太陽電池モジュールはその裏面に端子ボックスが取り付けられている。太陽電池モジュールは、複数のパネルモジュールで構成されている。端子ボックスは、リードフレームを介して太陽電池モジュールを構成する各パネルモジュールに接続されている。各パネルモジュールの出力は端子ボックスでまとめられて、太陽電池モジュールの出力として出力ケーブルから出力される。 A large number of solar cell modules are arranged on the roof of a house. A terminal box is attached to the back surface of the solar cell module. The solar cell module is composed of a plurality of panel modules. The terminal box is connected to each panel module constituting the solar cell module via a lead frame. The output of each panel module is put together in the terminal box and output from the output cable as the output of the solar cell module.
端子ボックスの内部には、バイパスダイオードが備えられている。バイパスダイオードは、太陽電池パネルの起電力が低下した時に、逆方向電圧の印加による電流をリードフレームから出力ケーブルへ短絡させるためのものである。太陽電池パネルにおいては様々な理由によりパネルの起電力が低下することがある。 A bypass diode is provided inside the terminal box. The bypass diode is for short-circuiting the current due to application of the reverse voltage from the lead frame to the output cable when the electromotive force of the solar cell panel decreases. In a solar cell panel, the electromotive force of the panel may decrease due to various reasons.
例えば、太陽電池パネルを構成するセルの一部が破損することで、太陽電池パネルでの起電力が低下してしまう。また、建物の影により太陽電池パネルを構成するセルの一部への太陽光の入射が遮られた場合、太陽電池パネルでの起電力が低下してしまう。この場合、正常に発電している他の太陽電池パネルで発生した電圧は、起電力の低下した太陽電池パネルに逆方向電圧という形で印加される。これは太陽電池パネル全体の発電量を低下させる。また、起電力が低下した太陽電池パネルでの異常発熱現象の発生をもたらす。 For example, the electromotive force in a solar cell panel will fall because a part of cell which comprises a solar cell panel is damaged. In addition, when sunlight is blocked from a part of the cells constituting the solar cell panel by the shadow of the building, the electromotive force at the solar cell panel is reduced. In this case, the voltage generated in another solar cell panel that is normally generating power is applied in the form of a reverse voltage to the solar cell panel having a reduced electromotive force. This reduces the power generation amount of the entire solar cell panel. In addition, an abnormal heat generation phenomenon occurs in the solar cell panel in which the electromotive force is reduced.
バイパスダイオードは、かかる発電量の低下及び異常発熱現象の発生を防止するために設けられるものである。バイパスダイオードは、逆方向電圧の印加時の電流を一方の接続用ケーブルから他方の接続用ケーブルへ短絡させ、起電力が低下した太陽電池パネルをバイパスさせる役割を果たす。 The bypass diode is provided to prevent such a decrease in the amount of power generation and the occurrence of abnormal heat generation. The bypass diode plays a role of bypassing the solar cell panel in which the electromotive force is reduced by short-circuiting the current when the reverse voltage is applied from one connection cable to the other connection cable.
バイパスダイオードには、ダイオードの順方向へ大電流が流れる。このため、バイパスダイオードは激しく発熱し、ダイオードの適正な使用温度を超えてしまうことがある。この場合、ダイオードの機能低下、ダイオードの破壊およびダイオードの寿命の短縮等の問題が考えられる。このため、バイパスダイオードの動作時に発生する熱がバイパスダイオードの適正な使用温度を超えないように発生した熱を効率良く放熱させる必要がある。 A large current flows through the bypass diode in the forward direction of the diode. As a result, the bypass diode generates heat violently and may exceed the proper operating temperature of the diode. In this case, problems such as deterioration of the function of the diode, destruction of the diode, and shortening of the life of the diode can be considered. For this reason, it is necessary to efficiently dissipate the generated heat so that the heat generated during the operation of the bypass diode does not exceed the proper operating temperature of the bypass diode.
バイパスダイオード等の発熱がポッティング材を通じて放熱される際の、ポッティング材の熱変形を抑える技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 A technique for suppressing thermal deformation of a potting material when heat generated by a bypass diode or the like is radiated through the potting material is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、端子ボックス内の発熱自体を効率よく外部に放出しているわけではなく、起電力が低下やダイオードの寿命の短縮等の問題を解決するものではない。 However, the heat generated in the terminal box itself is not efficiently discharged to the outside, and it does not solve problems such as a decrease in electromotive force and a shortened life of the diode.
本発明は、端子ボックスに求められる難燃性および耐候性を確保しつつ、端子ボックス内部の熱を、効率よく太陽電池モジュールに排熱することが可能な端子ボックスを供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a terminal box capable of efficiently discharging heat inside the terminal box to a solar cell module while ensuring flame retardancy and weather resistance required for the terminal box.
本発明に係る端子ボックスは、太陽電池モジュールの出力部として太陽電池モジュールに取り付けられる端子ボックスであって、複数の端子板と、前記端子板の間を接続するバイパスダイオードと、前記端子板および前記バイパスダイオードを有する回路構成部を内部に収める筐体と、前記回路構成部に充填され、前記筐体よりも熱伝導率の高い充填材とを備え、前記筐体の取り付け面には、前記バイパスダイオードと対向する領域に放熱孔が設けられ、前記充填材が、前記バイパスダイオードと前記太陽電池モジュールとの間に充填されている。 A terminal box according to the present invention is a terminal box attached to a solar cell module as an output part of the solar cell module, and includes a plurality of terminal plates, a bypass diode connecting between the terminal plates, the terminal plate and the bypass diode. A housing that houses the circuit component having the above and a filler that is filled in the circuit component and has a higher thermal conductivity than the housing, and the mounting surface of the housing includes the bypass diode and A heat radiation hole is provided in the facing region, and the filler is filled between the bypass diode and the solar cell module.
本発明に係る端子ボックスによれば、端子ボックス内部の熱を効率よくパネル太陽電池モジュールに放熱させることが可能になる。 According to the terminal box according to the present invention, the heat inside the terminal box can be efficiently radiated to the panel solar cell module.
実施の形態1
図1は、本実施の形態1の端子ボックス100の分解斜視図である。図2は、端子ボックス100の開口部14側から見た構成図である。図1および図2は、回路構成部が見えるように、回路構成部に充填材11を充填する前の状態を示している。端子ボックス100は、太陽電池モジュール8の出力部を構成する。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the
図1および図2に示すように端子ボックス100は、回路構成部20と筐体1を有する。回路構成部20は、筐体1の開口部14から筐体1の内部に収められている。回路構成部20は、端子板2およびバイパスダイオード4を有する。実施の形態1に示す端子ボックス100は、2つのバイパスダイオード4a,4bを有している。また、端子ボックス100は、3つの端子板2a,2b,2cを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
バイパスダイオード4aは2つの端子41a,42aを有している。バイパスダイオード4bは2つの端子41b,42bを有している。端子41aは、端子板2aに電気的に接続されている。端子42aは、端子板2bに電気的に接続されている。端子41bは、端子板2bに電気的に接続されている。端子42bは、端子板2cに電気的に接続されている。つまり、端子板2a、バイパスダイオード4a、端子板2b、バイパスダイオード4bおよび端子板2cは直列に接続されている。
The
バイパスダイオード4aのパッケージ部43aに設けられている金属板は、端子板2aに面で接するように取り付けられている。パッケージ部43aに設けられている金属板は、放熱面の機能を有する。これにより、パッケージ部43aの熱は、端子板2aに効率良く伝わる。バイパスダイオード4bのパッケージ部43bに設けられている金属板は、端子板2bに面で接するように取り付けられている。パッケージ部43bに設けられている金属板は、放熱面の機能を有する。これにより、パッケージ部43bの熱は、端子板2bに効率良く伝わる。
The metal plate provided in the
バイパスダイオード4は動作時に発熱をする。バイパスダイオード4の端子41,42は熱伝導率の良い金属部材で形成されている。しかし、端子41,42は、断面積が小さいため、熱抵抗は比較的大きい。このため、バイパスダイオード4の発する熱は、主に放熱面から端子板2に伝わる。端子41,42を介して端子板2に伝わる比率は少ない。また同様にバイパスダイオード4bの発熱は主に放熱面を介して端子板2に伝わり、リード線を介して端子板2に伝熱する比率は少ない。
The bypass diode 4 generates heat during operation. The
出力ケーブル5の一端は、端子板2aに電気的に接続されている。出力ケーブル5は、端子ボックス100の出力ケーブルである。出力ケーブル5は、筐体1の側面に設けられた孔を通り、筐体1の外部に引き出されている。出力ケーブル5は、各パネルモジュールで発電された電気をまとめて太陽電池モジュール8の出力として外部に出力している。パネルモジュールは、太陽電池モジュール8を構成するモジュールである。つまり、パネルモジュールが複数集まって、太陽電子モジュール8を構成する。
One end of the
リードフレーム3は、パネルモジュールの出力を端子ボックス100に入力する部品である。つまり、端子ボックス100は、複数のパネルモジュールの出力を合わせて出力ケーブル5から出力している。その際、接続するパネルモジュールをバイパスダイオード4で選択している。リードフレーム3aは、端子板2aに接続している。リードフレーム3bは、端子板2bに接続している。リードフレーム3cは、端子板2cに接続している。端子板2a,2b,2cはそれぞれ動作時に異なる電位になる。このため、少なくとも端子板2a,2b,2cの間は、絶縁耐圧に必要な距離を離す。実施の形態1では、端子板2a,2b,2cを筐体1の中で一列に並べて配置している。
The lead frame 3 is a component that inputs the output of the panel module to the
筐体1の太陽電池モジュール8に取り付けられる面には、端子板2a,2b,2cにリードフレーム3a,3b,3cを接続する位置の近傍に、配線孔6a,6b,6cが設けられている。リードフレーム3a,3b,3cの一端は、パネルモジュールにつながっている。リードフレーム3a,3b,3cは、配線孔6a,6b,6cから端子ボックス100の中に引き込まれ、端子板2a,2b,2cにそれぞれ接続される。
端子ボックス100のケースは、筐体1と蓋9とにより構成されている。筐体1は、耐候性や難燃性に優れた材料で作られている。筐体1の材料は、例えば、ABS樹脂や変成PPO樹脂である。筐体1は、太陽電池モジュール8に取り付け面に対向する側に開口部14を有する。回路構成部20は、開口部14から内部に収められる。筐体1は、太陽電池モジュール8の裏面に接着材7等で密着して取り付けられる。
The case of the
蓋9は筐体1と同様に、耐候性や難燃性に優れた材料で作られている。蓋9の材料は、例えば、ABS樹脂や変成PPO樹脂である。蓋9は、筐体1の開口部14に取り付けられる。蓋9は、開口部14を塞ぐ機能を有する。 また、図示はしていないが、回路構成部20と蓋9との間に、例えば金属でできた内部カバーを介在させることで、より難燃性を向上させることも可能になる。
The
図3は、筐体1を太陽電池モジュール8に取り付ける前の状態で、取り付け面側から見た透視図である。筐体1には配線孔6a,6b,6cに加えて、放熱孔10a,10bが設けられている。
FIG. 3 is a perspective view seen from the attachment surface side in a state before the
配線孔6a,6b,6cからは、端子板2a,2b,2cとリードフレーム3a,3b,3cとの接続部分を見ることができる。つまり、端子板2a,2b,2cとリードフレーム3a,3b,3cとの接続部分の位置まで配線孔6a,6b,6cの開口部分がある。
From the
また、放熱孔10a,10bからは端子板2a,2bの裏面を見ることができる。端子板2a,2bの裏面とは、バイパスダイオード4a,4bが取り付けられている面と反対側の面である。放熱孔10a,10bから見える端子板2a,2bの裏面は、バイパスダイオード4a,4bが取り付けられている位置に対応している。つまり、端子板2a,2bのパッケージ部43a,43bが取り付けられている部分に対応した位置に放熱孔10a,10bの開口部がある。パッケージ部43は、バイパスダイオード4の発熱部分である。
Further, the rear surfaces of the
端子ボックス100の中の熱源は、通常バイパスダイオード4のみである。バイパスダイオード4からの放熱のうち、端子41,42を介して端子板2に伝わる比率は小さい。端子板2の最も高温になる部分は、バイパスダイオード4のパッケージ部43が取り付けられている部分である。放熱孔10a,10bは、端子板2a,2bにパッケージ部43が取り付けられている部分に設けられている。つまり、端子板2a,2bの最も高温になる部分に設けられている。
The heat source in the
筐体1の回路構成部20に充填する充填材11は、難燃性、放熱性および充填性を考慮して選択される。これらの点を考慮して、充填材11は、UL94規格のV0グレードの二液混合型シリコンポッティング材が適している。熱伝導率はおおよそ0.3[W/m・K]程度である。筐体1に使われる成形材を、例えば変性PPO樹脂とすると、熱伝導率は0.15[W/m・K]程度である。充填材11の熱伝導率は、筐体1の熱伝導率の2倍である。つまり、充填材11は筐体1に比べて高熱伝導性を有する。
The
端子板2a,2bの最も高温になる部分に放熱孔10a,10bを開ける。そして、筐体1よりも熱伝導率の高い充填材11を端子板2a,2bと太陽電池モジュール8の間に充填する。これにより、バイパスダイオード4a,4bの熱を効率よく太陽電池モジュール8に熱を伝えることができる。バイパスダイオード4a,4bの温度を低く抑えることができる。
The
図4は、図3の放熱孔周辺部の拡大図である。端子板2a,2b,2cは、それぞれ動作時には異なる電位になる。このため、端子板2aと端子板2bと間に電位差発生領域13aが生じる。また、端子板2bと端子板2cと間に電位差発生領域13bが生じる。放熱孔10a,10bは、これら電位差発生領域13a,13bに対応する位置には設けられていない。
FIG. 4 is an enlarged view of the periphery of the heat dissipation hole of FIG.
端子板2a,2b,2cは、それぞれ電位が異なる。このため、万一端子板2の間に絶縁不良が発生した場合、絶縁不良の部分で異常発熱が発生する可能性がある。放熱孔10a,10bが、それぞれ電位差発生領域13a,13bに対応する位置にないことで、異常発熱の部分を筐体1が囲む構造となる。筐体1は、難燃性に優れた材料であるため、発火等を回避できる可能性が高くなる。
端子板2a,2bは、バイパスダイオード4a,4bの熱を拡散する機能を有する。バイパスダイオード4a,4bで発生した熱を効率よく太陽電池モジュール8に伝えるためには、端子板2a,2bと筐体1の底面との間隔は狭い方が良い。筐体1の底面とは、太陽電池モジュール8に取り付けられる面である。しかし、充填材11の粘度が高い場合、放熱孔10の周辺に充填材11が十分に充填されない可能性がある。
The
そこで、端子板2a,2bには、放熱孔10a,10bに対応する位置に孔12を設ける。また、端子板2cも筐体1との隙間が狭いため孔12を設けてもよい。端子板2に孔12を設けることで、端子板2と筐体1の底面との間隔が狭くても、放熱孔10a,10bの部分に充填材11を容易に充填することができる。また、端子板2と筐体1の底面との隙間に、充填材11を容易に端子板2と筐体1の底面との間に充填することができる。
Therefore, the
図5は、筐体1の裏面の接着材7を塗布する位置を示した図である。筐体1は、接着材7で太陽電池モジュール8に取り付けられる。
FIG. 5 is a view showing a position where the adhesive 7 on the back surface of the
充填材11として、二液混合型シリコンポッティング材を採用する。二液混合型シリコンポッティング材は硬化するまでにある程度の時間が必要である。充填材11は、筐体1を太陽電池モジュール8に取り付けた後に充填される。接着剤7は、筐体1の内部を充填材11で満たしたときに、充填材11が筐体1と太陽電池モジュール8との隙間から外に漏れ出さないように塗布する。配線孔6a,6b,6cや放熱孔10a,10bを囲うように接着剤7を塗布する。
As the
例えば、接着剤7の熱伝導率は0.1[W/m・K]程度である。二液混合型シリコンポッティング材の熱伝導率と比べると1/3程度である。よって、バイパスダイオード4の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール8に伝えるためには、接着剤7の使用は必要最小限とする。接着剤7は、放熱孔10a,10bや配線孔6a,6b,6cの部分にはみ出さないように塗布される。放熱孔10a,10bや配線孔6a,6b,6cは、バイパスダイオード4の発生する熱の主な放熱経路である。
For example, the thermal conductivity of the adhesive 7 is about 0.1 [W / m · K]. Compared to the thermal conductivity of the two-component mixed silicon potting material, it is about 1/3. Therefore, in order to efficiently transmit the heat generated by the bypass diode 4 to the
つまり、放熱孔10a,10bや配線孔6a,6b,6cの付近には、接着剤7を塗布しない。放熱孔10a,10bや配線孔6a,6b,6cの付近には、充填材11を塗布する。これにより、バイパスダイオード4の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール8に伝えることが可能になる。
That is, the adhesive 7 is not applied in the vicinity of the
なお、図5では接着剤を8の字型に塗布する例を示した。しかし、次に示す2つの要件を満たせば、この形状に限るものではない。第1の要件は、充填材11が筐体1と太陽電池モジュール8との隙間から漏れださないことである。第2の要件は、接着強度が十分に得られることである。
FIG. 5 shows an example in which the adhesive is applied in an 8-shaped form. However, as long as the following two requirements are satisfied, the shape is not limited to this. The first requirement is that the
図6は、端子ボックス100の断面の構成を示す構成図である。端子ボックス100を太陽電池モジュール8に取り付け後、回路構成部20には、充填材11が充填される。充填材11は、充填材の上面11aの位置まで充填される。具体的には、充填材の上面11aは、回路を構成する部品のなかで最も蓋9側に突出した部品よりも、蓋9側にある。回路構成部20にある部品はすべて充填材11で囲まれる。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a cross-sectional configuration of the
バイパスダイオード4の温度は、バイパスダイオード4の発熱量、外気温、風速およびバイパスダイオードと外気間の熱抵抗などで決まる。バイパスダイオード4と外気との間の熱抵抗を下げる方法は2つある。第1の方法は、端子ボックス100の表面積を増やす方法である。第2の方法は、バイパスダイオード4から外気までの放熱経路の熱抵抗を下げる方法である。しかし、端子ボックスの表面積を増やす第1の方法は、コストの点で好ましくない。
The temperature of the bypass diode 4 is determined by the amount of heat generated by the bypass diode 4, the outside air temperature, the wind speed, the thermal resistance between the bypass diode and the outside air, and the like. There are two methods for reducing the thermal resistance between the bypass diode 4 and the outside air. The first method is a method of increasing the surface area of the
バイパスダイオード4の放熱経路としては、主に次の2つの経路である。第1の経路は、端子ボックス100の表面から外気へ放出される放熱経路である。第2の経路は、太陽電池モジュール8へ熱伝導により伝わった後に、太陽電池モジュール8から外気へ放出される放熱経路である。
The heat dissipation path of the bypass diode 4 is mainly the following two paths. The first path is a heat dissipation path that is released from the surface of the
端子ボックス100の側面部は、難燃性の観点から2重の壁を採用している場合が多い。この場合、2つの壁の間に空気層が存在する。また、充填材11が硬化した後に、蓋9は筐体1に取り付けられる。このため、充填材の上面11aと蓋9との間にも空気層が存在する。この空気層は、数mm程度である。
The side part of the
筐体1や蓋9はABS樹脂や変性成PPO樹脂といった材料で作製される。このため、筐体1や蓋9は耐候性や難燃性といった点では優れている。しかし、筐体1の熱伝導率や蓋9の熱伝導率は決して高くない。さらに、空気の熱伝導率は樹脂材と比べても1桁小さい。つまり、バイパスダイオード4から端子ボックス100の表面を経て外気へ放出される放熱経路は、熱抵抗が非常に大きい。第1の経路の放熱に対する寄与率は小さい。
The
筐体1の底面に放熱孔10を開け、端子板2と太陽電池モジュール8と間に充填材11を充填する。このことで、端子板2と太陽電池モジュール8と間の接触熱抵抗を下げることができる。また、第1の方法を用いた第1の経路を選択しないため、端子ボックス100の小型化を実現することができる。
A
例えば、端子板2と筐体1との間隙が1mm程度しかなくても、端子板2の孔12が、放熱孔10と対応する位置にあけられていれば、充填材11は、放熱孔10の部分および放熱孔10の周辺部分にも十分にいきわたる。そして、放熱性を低下させることはない。
For example, even if the gap between the terminal plate 2 and the
なお、ここでは端子板2を3枚として説明したが、端子板2の枚数は3枚に限るものではない。また、バイパスダイオード4も2個として説明したが、2個に限るものではない。バイパスダイオード4の数に応じて放熱孔10を設ける。さらに、放熱孔10に対応する端子板の位置に孔12を設ける。このことで、バイパスダイオード4の発生する熱を、効率良く太陽電池モジュール8に伝えて外部に放熱することができる。このことで、バイパスダイオード4が動作する際の周辺温度を下げることができる。
In addition, although the terminal board 2 was demonstrated here as three sheets, the number of the terminal boards 2 is not restricted to three sheets. Moreover, although the bypass diode 4 is described as two, it is not limited to two. Radiation holes 10 are provided according to the number of bypass diodes 4. Furthermore, a
本発明は以上のように構成されているので、バイパスダイオード4の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール8に伝えることができる。また、端子ボックス100の筐体1や蓋9の熱伝導率が高い場合でも、バイパスダイオード4の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール8に伝えることができる。
Since the present invention is configured as described above, the heat generated by the bypass diode 4 can be efficiently transmitted to the
1 筐体、 10,10a,10b 放熱孔、 11 充填材、 11a 充填材の上面、 12 孔、 13 電位差発生領域、 14 開口部、 2,2a,2b,2c 端子板、 3,3a,3b,3c リードフレーム、 4,4a,4b バイパスダイオード、 41a,42a,41b,42b 端子、 43a,43b パッケージ部、 5 出力ケーブル、 6,6a,6b,6c 配線孔、 7 接着材、 8 太陽電池モジュール、 9 蓋、 20 回路構成部、 100 端子ボックス。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の端子板と、
前記端子板の間を接続するバイパスダイオードと、
前記端子板および前記バイパスダイオードを有する回路構成部を内部に収める筐体と、
前記回路構成部に充填され、前記筐体よりも熱伝導率の高い充填材と
を備え、
前記筐体の取り付け面には、前記バイパスダイオードと対向する領域に放熱孔が設けられ、
前記充填材が、前記バイパスダイオードと前記太陽電池モジュールとの間に充填されている端子ボックス。 A terminal box attached to the solar cell module as an output part of the solar cell module,
A plurality of terminal boards;
A bypass diode connecting between the terminal plates;
A housing that houses a circuit component having the terminal plate and the bypass diode,
The circuit component is filled with a filler having a higher thermal conductivity than the housing,
The mounting surface of the housing is provided with a heat dissipation hole in a region facing the bypass diode,
A terminal box in which the filler is filled between the bypass diode and the solar cell module.
前記接着剤を塗布する領域は、前記放熱孔を含まない請求項1から4のいずれか1項に記載の端子ボックス。 The housing has a region for applying an adhesive for fixing to the solar cell module,
The terminal box according to any one of claims 1 to 4, wherein a region to which the adhesive is applied does not include the heat dissipation hole.
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