JP2013187448A - 太陽電池モジュール用端子ボックス及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内においてケーブルの芯線を端子板の方向に屈曲させてなるタイプの端子ボックスにおいて、ケーブルと筐体の内面（筐体の側壁や底板）との間における充填剤の充填不良がなく、耐塵性及び防水性に優れた太陽電池モジュール用端子ボックス及びそれを備えた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】筐体１０内に、ケーブル２０を筐体１０の内面から離間した位置に固定する支持部材５０を設けることにより、筐体１０の内面（筐体の側壁１２ａ及び底板１１）とケーブル２０との間に間隙を確保し、ケーブル２０と筐体１０の内面との間における充填剤の充填不良をなくした。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックス及び太陽電池モジュールに関する。

近年、太陽光を利用して発電を行う太陽電池システムの利用が盛んであり、一般家庭にも広く普及している。太陽電池システムは、建物の屋根上に設置された太陽電池モジュールからの直流電流を、インバーター等を介して変換し、各電気製品に供給するシステムである。

太陽電池モジュールは、通常、所定の架台上に面一となるように敷設され、各モジュール同士は太陽電池モジュール用端子ボックス（以下、端子ボックスともいう。）を介して直列又は並列に接続される。

特許文献１には、筐体と、筐体の側壁に設けられたケーブル導入口から導入された一対のケーブルと、一対のケーブルの間に配された端子板と、が設けられた端子ボックスが開示されている。この端子ボックスでは、端子板の側部にケーブルが配置されているため、その各ケーブルの芯線を端子板の方向に屈曲させ、各ケーブルと端子板とを電気的に接続させている。また、端子板の側部にケーブルが配置されているため、筐体内に導入されたケーブルの先端（芯線の根元）からケーブル導入口までの距離を長く取ることができる。すなわち、筐体内部に深くケーブルを挿入することができる。その結果、ケーブル導入口から端子板までの間のケーブル部分に雨水や埃等を浸入させないような止水手段を施すことができる。

また、特許文献２には、端子ボックスの筐体内を絶縁性樹脂部材である充填剤によって充填した端子ボックスが開示されている。

そこで、特許文献１に開示された端子ボックスにおいても、さらに耐塵性及び防水性を高めてケーブルのショートや部品の劣化等を防ぐために、特許文献２に開示されているように、筐体内を充填剤で充填することが考えられる。

特開２００６−２１６８７１号公報 特開平１１−２６０３５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された端子ボックスに、特許文献２に開示された構成（筐体内を充填剤で充填すること）を単に適用したのでは、次のような問題が生じることとなる。

一般に、太陽光発電による電流は極めて大きいことから、端子ボックスのケーブルとしては大電流に対応し得る芯線の径が太いケーブルが採用されている。このため、特許文献１に開示されたようにケーブルの芯線を端子板の方向に屈曲させると、屈曲部を元に戻そうとする強い復元力が屈曲部に働く。この復元力により、ケーブルの屈曲部は屈曲角度が緩くなる方向に戻ろうとするが、ケーブルの芯線の先端は端子板と接続されていて固定されているため、屈曲部を挟んで端子板との接続部とは反対側となる部分のケーブルが遊動することとなる。特許文献１に開示されるように、筐体の側壁に沿ってケーブルが配置されている場合は、筐体の側壁に沿うケーブルの部分（延在部）がこの応力を受けて芯線の屈曲方向とは逆向き（端子板から離れる方向）に押しやられ、その結果、ケーブルの延在部が筐体の内面（筐体の側壁や底板）に近づいたり接触するおそれがある。

この状態のままで筐体内に充填剤が充填されると、筐体の内面とケーブルの延在部との間に充填剤が流れるだけの十分な間隙がないことから、ケーブルの周囲に充填剤がうまく回り込まず、その結果、ケーブルの周囲に充填剤の充填不良が発生し、ケーブルが充填剤で覆われていない状態となる。

そのような充填剤の充填が不十分な箇所が存在すると、筐体の外部から充填剤の充填が不十分な箇所を伝って水分がケーブルの表面に浸入し、その水分がさらにケーブルの表面を伝って端子板に達して端子ボックスの劣化が進んだり（電蝕）、絶縁不良による漏電や短絡を招いたりするといった問題が生じることとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筐体内においてケーブルの芯線を端子板の方向に屈曲させてなるタイプの端子ボックスにおいて、ケーブルと筐体の内面（筐体の側壁や底板）との間における充填剤の充填不良がなく、耐塵性及び防水性に優れた太陽電池モジュール用端子ボックス及びそれを備えた太陽電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。

本発明に係る端子ボックスは、底板と、該底板から立設する上壁、下壁および側壁とを備えた筐体と、導電体の芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の外被覆とを有するケーブルと、 前記芯線に接続される端子板とを備えており、前記ケーブルと前記端子板とは、前記底板と前記上壁、下壁および側壁とで囲まれた前記筐体内部に配置されるとともに、前記ケーブルおよび前記端子板が露出しないように前記筐体内部に充填剤が充填されている、太陽電池モジュール用端子ボックスであって、前記ケーブルは、前記下壁に備えられたケーブル導入部から前記筐体内部に導入され、前記側壁に沿って配置される延在部と、前記側壁から離れる方向に屈曲された屈曲部とを有し、該屈曲部は前記延在部と前記端子板との接続部との間に形成されており、前記延在部に対向する前記側壁および底板の少なくとも一方には、前記ケーブルを前記側壁から離間した位置に支持する支持部材が備えられたことを特徴とする。

このような構成により、ケーブルの芯線が屈曲部を有していても、支持部材によってケーブルを側壁から離間した位置に支持することができる。よって、側壁とケーブルとの間に間隙を確保することができ、その間隙を介して、ケーブルの周囲に充填剤を行き渡らせることができる。これにより、充填剤の充填不良を防止することができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記の端子ボックスを有するものである。

このような構成により、端子ボックス内の通電部分へ水分が浸入することを防止できるため、耐塵性及び防水性などを向上でき、信頼性が高い太陽電池モジュールを提供できる。

上記の端子ボックスであって、前記支持部材は、前記ケーブルを前記底板から離間した位置に支持するものであってもよい。

このような構成により、支持部材によってケーブルを底板から離間して支持することができる。従って、底板とケーブルとの間隙を確保することができ、ケーブルの周囲にわたって間隙が確保されることとなるため、この間隙を介して、ケーブルの周囲に充填剤を行き渡らせることができ、充填剤の充填不良が生じることがない。

上記の端子ボックスであって、前記支持部材は、前記ケーブルの外被覆を支持するものであってもよい。

このような構成により、支持部材によってケーブルの外被覆が支持されており、この筐体内部に充填剤を供給すると、支持部材と充填剤との界面がケーブルの表面に形成された場合であっても、当該界面はケーブルの芯線には面さずに外被覆に面することとなる。これにより、筐体の外部から水分が支持部材と充填剤との界面を伝って浸入した場合であっても、外被覆と外被覆の周囲を覆う充填剤でブロックされるため、芯線などの通電部分に水分が届くことを抑制できる。

上記の端子ボックスであって、前記支持部材は、前記ケーブル導入部と前記屈曲部との間でかつ、前記ケーブル導入部側よりも前記屈曲部側に備えられていてもよい。

このような構成により、屈曲部に近い位置に支持部材が配置されることとなり、屈曲部に働く復元力によるケーブルの変形を支持部材によって効果的に抑制できる。これにより、ケーブルの周囲には常時間隙が確保されることとなる。

上記の端子ボックスであって、前記屈曲部の前記外被覆が除去されていてもよい。

このような構成により、屈曲部の外被覆が除去されている。すなわち、屈曲部は芯線が剥き出しとなっている。従って、屈曲部の外被覆が除去されていない場合よりも屈曲部の復元力を低減できるため、ケーブルの変形を抑制することができる。これにより、ケーブルの周囲に間隙を確保しやすくなる。

上記の端子ボックスであって、前記外被覆には、前記充填剤との接着性を向上させる接着テープが備えられていてもよい。

このような構成により、外被覆に備えられた接着テープにより、外被覆と充填剤とが、互いに接着性の弱い組み合わせであっても、接着テープを介して外被覆と充填剤とを接着させることができ、外被覆と充填剤との間に水分が浸入できる界面が形成されることを抑制できる。

上記の端子ボックスであって、前記接着テープは、前記支持部材と前記屈曲部との間に備えられていてもよい。

このような構成により、支持部材と屈曲部との間に備えられた接着テープにより、端子ボックスの外部から水分が支持部材と充填剤との界面を伝って浸入した場合であっても、水分が芯線や端子板と芯線の接続部などの通電部分へ浸入することを確実に防止できる。

本発明によれば、ケーブルと筐体の内面（筐体の側壁や底板）との間における充填剤の充填不良がなく、耐塵性及び防水性に優れた端子ボックス及びその端子ボックスを備えた太陽電池モジュールを提供することができる。

図１は、本発明に係る端子ボックスの一実施形態を示す平面図である。 図２（ａ）は、図１に示す端子ボックスの要部を示す部分拡大平面図、同図（ｂ）は、該要部における他の例を示す部分拡大平面図である。 図３（ａ）は、図２（ａ）に示すIII−III 線に沿う断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に対応させて示す支持部材の他の例の断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）に対応させて示す支持部材のさらに他の例の断面図である。 図４は、図２（ａ）に示すIV−IV 線に沿う断面図である。 図５は、図２（ｂ）に示すV−V線に沿う断面図である。 図６は、本発明に係る太陽電池モジュールを複数接続した状態を示す概略図である。 図７は、図６に示す太陽電池モジュールの設置態様を示す概略図である。

以下、本発明に係る端子ボックスの実施形態について図１乃至図５を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る端子ボックスの一実施形態を示す平面図、図２（ａ）は、図１に示す端子ボックスの要部を示す部分拡大平面図、同図（ｂ）は、該要部における他の例を示す部分拡大平面図、図３（ａ）は、図２（ａ）に示すIII−III 線に沿う断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に対応させて示す支持部材の他の例の断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）に対応させて示す支持部材のさらに他の例の断面図、図４は、図２（ａ）に示すIV−IV 線に沿う断面図、図５は、図２（ｂ）に示すV−V線に沿う断面図である。

本実施形態に係る端子ボックスＢは、筐体１０の側壁１２ａに沿って配されたケーブル２０が、側壁１２ａから離間する方向に屈曲されて筐体１０内の端子板３０に接続され、筐体１０内の少なくともケーブル２０および端子板３０が充填剤４０で充填され、筐体１０内には、側壁１２ａから離間した位置にケーブル２０を支持する支持部材５０が備えられたものである。

筐体１０には、底板１１と、底板１１から立ち上げ形成された上壁１２、下壁１３、及び側壁１２ａと、下壁１３に備えられた一対のケーブル導入部１４と、が備えられている。各ケーブル導入部１４には、それぞれ、ケーブル封止部材１４ａが備えられている。各ケーブル封止部材１４ａは、ケーブル２０の上方から、それぞれ、ケーブル２０と密着し、ケーブル２０を固定するとともに雨水や埃等が筐体１０の内部に浸入することを防ぐものである。筐体１０内の各ケーブル導入部１４から離れた位置には、それぞれ支持部材５０が備えられている（図１参照）。

各支持部材５０は、図３（ａ）に示すように、片側面部５１と底面部５２とから構成されている。片側面部５１は、筐体１０内の側壁１２ａに添接されており、底面部５２は、筐体１０内の底板１１上に設置されている。これら各支持部材５０に一対のケーブル２０がそれぞれ載置されている（図２、図３（ａ）参照）。片側面部５１の側壁１２ａからの高さ及び底面部５２の底板１１からの高さは、それぞれ、ケーブル２０と筐体１０の内面（側壁１２ａ及び底板１１）との間に、充填剤（不図示）が円滑に流れる程度の間隙を確保し得る寸法に設定されている。これにより、各支持部材５０は、ケーブル２０を側壁１２ａ及び底板１１から離間した位置に配置することができる。また、支持部材５０の幅寸法（ケーブル２０の軸心方向に沿う方向の寸法）も、充填剤の流動性を阻害しない寸法に設定されている。なお、発明者の実験から、ケーブル２０と筐体１０の内面（側壁１２ａと底板１１）との間の間隙は２ｍｍ以上離れていれば、ケーブル２０の周囲を充填剤４０で充填できる結果が得られた。これにより、ケーブル２０と筐体１０内の内面との間に２ｍｍ以上の間隙を形成するため、各支持部材５０の片側面部５１及び底面部５２の厚みは２ｍｍ以上であることが好ましい。なお、図３（ａ）では、支持部材５０は、片側面部５１と底面部５２とが連続した形態とされているが、これに限らず、ケーブル２０が側壁１２ａ及び底板１１に接触するのを阻止し得るのであれば、片側面部５１と底面部５２とが分離した形態であってもよい。

一対のケーブル２０は、それぞれケーブル導入部１４から筐体１０の内部に導入されていて、筐体１０の内部では、側壁１２ａに沿って配置される延在部２０ｃと、側壁１２ａから離れる方向に屈曲された屈曲部２０ｂとを有している。また、導電体の芯線２０ａと、芯線２０ａを被覆する絶縁性の外被覆とを有している。各ケーブル２０の延在部２０ｃは、前述の支持部材５０に載置されている。従って、側壁１２ａと底板１１の両方、つまり筐体１０の内面（側壁１２ａと底板１１）から離間して配されている。各ケーブル２０の先端部付近には、充填剤４０との接着性を向上させる接着テープ６０が巻き付けられている（図４（ａ）参照）。各ケーブル２０の先端部では、それぞれ芯線２０ａが露出しており、各芯線２０ａは、端子板３０に向かう方向に屈曲されて屈曲部２０ｂを形成している。なお、ケーブルの屈曲部２０ｂには外被覆があってもよいが、外被覆が除去され、芯線が剥き出しとなっていることがより好ましい。これにより、外被覆が除去されていない場合よりも屈曲部２０ｂの復元力を低減できるため、復元力によるケーブルの変形を抑制することができ、支持部材５０と併せてケーブル２０の周囲に間隙を確保しやすくできる。

また、支持部材５０は、ケーブル導入部１４と、ケーブル２０の屈曲部２０ｂとの間でかつ、ケーブル導入部１４側よりも屈曲部２０ｂ側に備えられていることが好ましい。屈曲部２０ｂの復元力によって、ケーブル導入部１４と屈曲部２０ｂとの間のケーブル２０の部分を変形させようとする力が働くが、ケーブル２０の延在部２０ｃであって屈曲部２０ｂに近い位置を支持部材５０によって支持することにより、ケーブル２０の変形を著しく抑制できることが判明した。なお、発明者の実験から、ケーブル導入部１４とケーブル２０の屈曲部２０ｂとの間でかつ、ケーブル導入部１４側よりも屈曲部２０ｂ側に、支持部材５０が備えられていることで、ケーブル２０の変形は十分に抑えられて、ケーブル２０と筐体１０の内面との間の間隙が確保できる結果が得られた。

端子板３０は、一対のケーブル２０の間に備えられている。図１に示す例では筐体１０の幅方向に沿って４個の端子板３０が配されているが、端子板３０の数はこの例に限るものではない。各端子板３０の間には、それぞれ逆流防止ダイオード７０が配されおり、これら各逆流防止ダイオード７０を介して端子板３０同士が接続されている。両外側の端子板３０には、ケーブル２０の芯線２０ａがそれぞれ接続部３１において半田接続などにより電気的に接続および機械的に固定されており、一方のケーブル２０が太陽電池モジュールのプラス極性出力となり、他方のケーブル２０が太陽電池モジュールのマイナス極性出力となっている。

このような構成であるから、支持部材５０によって各ケーブル２０は、筐体１０の内面（側壁１２ａと底板１１）から離間して配されることとなるため、各ケーブル２０と筐体１０の内面との間に間隙が確保されている。よって、この筐体１０内の上方から充填剤４０を供給すると、この間隙を介して、ケーブル２０の周囲を充填剤４０で覆うことができる（図４（ａ）参照）。

ところで、上記の接着テープ６０は、図２（ａ）及び図４に示すように、ケーブル２０の外被覆の先端部に備えられていることが好ましいが、例えば、図２（ｂ）及び図５に示すように、接着テープ６０の一部が芯線２０ａにまで及ぶように巻き付けられていても構わない。接着テープ６０の材質はケーブル２０の外被覆と充填剤４０との接着性が良い材質であればよく、例えば、ケーブル２０の外被覆にポリオレフィン系樹脂、充填剤４０にシリコーン樹脂を使用した場合には、接着テープ６０としては、ケーブル２０と接する側（内側）にブチルゴム、充填剤４０と接する側（外側）にポリエステル系樹脂を配した２層構造のものが使用できる
このように、接着テープ６０がケーブル２０の外被覆に巻き付けられていることにより、外被覆と充填剤とが、互いに接着性の弱い組み合わせであっても、充填剤４０とケーブル２０との接着性を向上させることができるため、ケーブル２０と充填剤４０との間に水分が浸入できる界面が形成されることを抑制でき、通電部分への水分の浸入を防止できる。

また、接着テープ６０は、支持部材５０と屈曲部２０ｂとの間に備えられていることがより好ましい。接着テープ６０を支持部材５０よりもケーブル２０の先端側に配置することにより、水分が支持部材５０と充填剤４０との界面を伝ってケーブル２０の表面に浸入した場合であっても、ケーブル２０の外被覆と充填剤４０とを接着している接着テープ６０によって、水分がケーブル２０の先端側に配置されている通電部分へ浸入することを阻止することができるため、より確実に通電部分への水分の浸入を防止できる。

なお、ケーブル２０の外被覆と充填剤４０との接着性が良好であるならば、接着テープ６０は使用しなくてもよい。

次に、本発明の端子ボックスに係る支持部材５０の変形例を図３を参照しながら説明する。

図３（ｂ）に示す例では、支持部材５０は、ケーブル２０を囲繞する形態とされている。この例では、支持部材５０によってケーブル２０が囲繞されているため、ケーブル２０をどの方向にも動かないように固定することができる。これにより、確実に筐体１０の内面（側壁１２ａ及び底板１１）とケーブル２０との間に間隙を形成して、筐体１０内における充填剤４０の充填不良の発生を防止することができるとともに、ケーブル２０の不要な浮き上がりを抑制できるため、充填剤４０を筐体１０内に充填した後にケーブル２０が浮き上がってケーブル２０の一部が充填剤４０の上面からはみ出すことを防止でき、最適な充填剤量の使用で十分な信頼性を得ることができる。

図３（ｃ）に示す例では、支持部材５０は、ケーブル２０の下面を支持する形態とされている。この例では、支持部材５０を極力小さくすることができるため、筐体１０の小型化を妨げることなくケーブル２０と筐体１０の内面との間に間隙を形成することができる。また、支持部材５０の全てを充填剤４０中に埋没させることにより、支持部材５０と充填剤４０との界面が充填剤４０の上面より外に露出しないので、筐体１０の外部から水分が支持部材５０と充填剤４０との界面に入り込みにくくなり、より確実に水分の浸入を防止できる。

次に、本発明に係る端子ボックスＢを用いた太陽電池モジュールについて、図６及び図７を参照しながら説明する。

図６は、本発明に係る太陽電池モジュールを複数接続した状態を示す概略図、図７は、本発明に係る太陽電池モジュールの設置態様を示す概略図である。

太陽電池モジュールＭは、太陽光を光電変換させる太陽電池セルが備えられた太陽電池本体部（不図示）と、該太陽電池本体部の周縁部を支持する枠体１０３とから構成されており、太陽電池本体部の裏面（受光面とは反対側の面）に取り付けられた端子ボックスＢ及びケーブル２０を介して相互に電気的に接続されている。ケーブル２０同士は、例えば、プラグＰとジャックＪとによって接続されている。

これより、太陽電池モジュールＭを複数接続された、太陽電池アレイＳが構成される。

太陽電池アレイＳは、家屋１０１の屋根１０１ａに配置された架台１００ａ上に、複数枚の太陽電池モジュールＭが例えばマトリクス状に並べられて構成されている。架台１００ａに取り付けられた各太陽電池モジュールＭの出力は、アレイ出力ケーブル１００ｃ及び接続箱１００ｄを介してインバーター１００ｅに供給されている。

このインバーター１００ｅは、各太陽電池モジュールＭにて発電された直流電力を交流電力に変換するものである。インバーター１００ｅによって変換された交流電力は、図示しないが、例えば、屋内配電盤から、２台の電力量計を有する計測部に供給されており、計測部の一方の電力量計を介して、家庭内に供給されるとともに、余剰の電力が、計測部の他方の電力量計を介して、商用電力として外部に供給される。

上記の太陽電池モジュールＭは、上述した端子ボックスＢを備えているため、ケーブル２０と筐体１０の内面（側壁１２ａ及び底板１１）との間における充填剤の充填不良に起因する端子ボックスＢの劣化などの虞がなく、長期に亘って安定的に電力の供給を行うことができる。

Ｂ 太陽電池モジュール用端子ボックス
Ｍ 太陽電池モジュール
１０ 筐体
１１ 底板
１２ 上板
１２ａ 側壁
１３ 下板
２０ ケーブル
２０ａ 芯線
２０ｂ 屈曲部
２０ｃ 延在部
３０ 端子板
３１ 接続部
４０ 充填剤
５０ 支持部材
６０ 接着テープ

Claims (8)

1. 底板と、該底板から立設する上壁、下壁および側壁とを備えた筐体と、
   導電体の芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の外被覆とを有するケーブルと、
   前記芯線に接続される端子板とを備えており、
   前記ケーブルと前記端子板とは、前記底板と前記上壁、下壁および側壁とで囲まれた前記筐体内部に配置されるとともに、前記ケーブルおよび前記端子板が露出しないように前記筐体内部に充填剤が充填されている、太陽電池モジュール用端子ボックスであって、
   前記ケーブルは、前記下壁に備えられたケーブル導入部から前記筐体内部に導入され、前記側壁に沿って配置される延在部と、前記側壁から離れる方向に屈曲された屈曲部とを有し、該屈曲部は前記延在部と前記端子板との接続部との間に形成されており、
   前記延在部に対向する前記側壁および底板の少なくとも一方には、前記ケーブルを前記側壁から離間した位置に支持する支持部材が備えられた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. 前記支持部材は、前記ケーブルを前記底板から離間した位置に支持するものである、請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
3. 前記支持部材は、前記ケーブルの外被覆を支持する、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記支持部材は、前記ケーブル導入部と前記屈曲部との間でかつ、前記ケーブル導入部側よりも前記屈曲部側に備えられている請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
5. 前記屈曲部の前記外被覆が除去された、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記外被覆には、前記充填剤との接着性を向上させる接着テープが備えられた請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
7. 前記接着テープは、前記支持部材と前記屈曲部との間に備えられている、請求項６に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックスを有する太陽電池モジュール。

Images