JP2014045181A

JP2014045181A - 中継ユニットおよび太陽光発電装置

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Publication number: JP2014045181A
Application number: JP2013157743A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fukuda; 竜也福田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: JP6306297B2

Abstract

【課題】リーク電流の発生を低減することができて、安全性および信頼性に優れた中継ユニットおよび太陽光発電装置を提供すること。
【解決手段】太陽電池と、該太陽電池からの出力を制御する制御装置とを電気的に接続するための中継ユニット２であって、基体２４と、基体２４の上面に配置されて前記太陽電池および前記制御装置の双方に電気的に接続された複数の導体端子２５と、これら導体端子２５を覆い基体２４の上面２４ａに配置された保護体２３とを備えており、基体２４は、基体２４の上面２４ａにおける第１端部２４ｂと第２端部２４ｃとの間に、複数の導体端子２５のそれぞれを配置している第１溝２８の複数が互いに間隔を空けて設けられており、互いに隣り合う第１溝２８同士の間に、第２溝２９が設けられている。
【選択図】図３

Description

太陽電池と、該太陽電池からの出力を制御する制御装置とを電気的に接続するための中継ユニット、およびこの中継ユニットを備えた太陽光発電装置に関する。

太陽光発電装置は、例えば、複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングの複数で発電した電力を、電力変換装置であるパワーコンディショナに入力して、負荷に適切な状態で電力供給するものである。

通常、複数の太陽電池ストリングからの各出力ケーブルは端子台にて並列接続している。そして、複数の太陽電池ストリングからの出力を端子台を介してパワーコンディショナ側に送電される。

従来、複数の太陽電池ストリングからの出力用の電線の代わりに金属バーを用いて、これを端子台と一体にした構造が提案されている（下記の特許文献１を参照）。

特開２００５−１１６３１９号公報

このような端子台に対して大電流を流す場合、電流が端子台からリークするという課題がある。このため、絶縁性能が低下しない安全性に優れた、従来の端子台に代わる中継ユニットおよびこれを用いた太陽光発電装置が望まれている。

そこで、本発明の目的の一つは、リーク電流の発生を低減することができて、安全性および信頼性に優れた中継ユニットおよび太陽光発電装置を提供することである。

本発明の一形態に係る中継ユニットは、太陽電池と、該太陽電池からの出力を制御する制御装置とを電気的に接続するための中継ユニットであって、基体と、該基体の上面に配置されて前記太陽電池および前記制御装置の双方に電気的に接続された複数の導体端子と、これら導体端子を覆い前記基体の上面に配置された保護体とを備えており、前記基体は、前記基体の前記上面における第１端部と第２端部との間に、複数の前記導体端子のそれぞれを配置している第１溝の複数が互いに間隔を空けて設けられており、互いに隣り合う前記第１溝同士の間に、第２溝が設けられている。

また、本発明の一形態に係る太陽光発電装置は、太陽電池と、該太陽電池からの出力を制御する制御装置と、前記太陽電池および前記制御装置を電気的に接続している上記の中継ユニットとを備えている。

上記構成の中継ユニットおよび太陽光発電装置によれば、基体において、互いに隣り合う第１溝同士の間に第２溝が設けられているので、外部から基体と保護体との間に水分が浸入してもこの水分を逃がすことができる。さらに、水分が導体端子の方に浸入しにくいので、長期間に渡って中継ユニットにおける絶縁性を維持することができる。

これにより、中継ユニットでのリーク電流の発生（絶縁耐圧性能の低下）を抑制した信頼性の高い太陽光発電装置を提供できる。

図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を模式的に示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す分解斜視図である。図４は、図３における構成要素の分解状態を組み合わせて模式的に示す図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’線で切断した様子を示す断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す分解斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す分解斜視図である。図７は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す図であり、図７（ａ）は分解斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＢ−Ｂ’線で切断した様子を示す断面図である。図８は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す図であり、図８（ａ）は分解斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ’線で切断した様子を示す断面図である。図９は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す図であり、図９（ａ）は分解斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＤ−Ｄ’線で切断した様子を示す断面図である。図１０は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す図であり、図１０（ａ）は分解斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＥ−Ｅ’線で切断した様子を示す断面図である。図１１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す分解斜視図である。図１２は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置の部分を模式的に示す分解斜視図である。

以下、本発明に係る太陽光発電装置の実施の形態について図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更し得る。

＜太陽光発電装置および中継ユニットの基本構成＞
まず、太陽光発電装置および中継ユニットの基本構成例について説明する。図１に示すように、太陽光発電装置Ｓは、太陽電池２０と、太陽電池２０からの出力を制御するパワーコンディショナ等の制御装置１０と、太陽電池２０および制御装置１０を電気的に接続している中継ユニット２とを備えている。

太陽電池２０は、例えば、１以上の太陽電池モジュールが電気的に接続されている第１太陽電池ストリング２０Ａおよびこの第１太陽電池ストリング２０Ａと同様な構成の第２太陽電池ストリング２０Ｂが並列に接続されて構成されている。

太陽電池２０からの出力は、出力ケーブルである電線９、接続箱１に収容された中継ユニット２における複数の導体端子２５、および電線９１を介して、制御装置１０へ供給される。さらに、制御装置１０からの出力は電線９２を介して、交流負荷または商用電力系統のような負荷１１へ供給される。なお、中継ユニット２には図示のように接地線４が接続されていてもよい。

太陽電池２０は、単結晶もしくは多結晶の結晶系太陽電池、またはアモルファス系太陽電池もしくはＣＩＧＳ系太陽電池等のような薄膜系の太陽電池等の各種太陽電池を用いることができる。また、本実施形態では中継ユニット２が接続箱１に収容されたものとして説明しているが、このような態様に限定されない。例えば、中継ユニット２は太陽電池モジュールに設けたターミナルボックス内、または制御装置１０内に収容されていてもよい。

中継ユニット２は、太陽電池２０と、太陽電池２０からの出力を制御する制御装置１０とを電気的に接続するためのものであって、例えば図３に示すように、基体２４と、基体２４の上面２４ａに配置されて、太陽電池２０および制御装置１０の双方に電気的に接続された複数の導体端子２５と、これら導体端子２５を覆い基体２４の上面２４ａに配置された保護体２３とを備えており、基体２４は、基体２４の上面２４ａにおける第１端部２４ｂと第２端部２４ｃとの間に、複数の導体端子２５のそれぞれを配置している第１溝２８の複数が互いに間隔を空けて設けられており、互いに隣り合う第１溝２８同士の間に、第２溝２９が設けられている。

ここで、基体２４には、その上面２４ａの最も第１端部２４ｂ側に位置している第１溝２８よりも第１端部２４ｂ側に、第３溝３０がさらに設けられていてもよい。また、基体２４には、その上面２４ａの第３溝３０よりも第１端部２４ｂ側に、接地線に電気的に接続されている接地線接続部がさらに設けられていてもよい。さらに、基体２４および保護体２３が熱硬化性樹脂で構成し得る。

次に、太陽光発電装置Ｓを構成する主に中継ユニット２の種々の実施形態について詳述する。

＜実施形態１＞
図２に示すように、中継ユニット２を電路盤（主電路盤２１および副電路盤２２）構造としたものは、主に熱可塑性の絶縁性樹脂に銅板等の後記する導体端子２５となる金属バーを配線パターンにしたものを嵌め込んだ構造とし得る。これにより、高電圧・大電流を印加しても、作業者が電路に接触し難く、安全性の点で優れている。この電路盤には、外部との接続に導体端子２５が設けられており、太陽電池２０からの送電ケーブルの電線終端に接続された圧着端子をこの導体端子３にネジ止めすることができる。

こうして１本に集約された発電電力（直流電流）は、パワーコンディショナ等の制御装置１０の変換回路の入力部に接続されて、この変換回路にて交流電力（交流電流）に電力変換された後、交流負荷または商用電力系統のような負荷１１に供給される。

また、中継ユニット２は接地用の端子を有しており、接続箱１の筐体およびこの筐体内のベースプレートを接地することができるが、この接地用の端子には、制御装置１０に接続された接地線４を接続した接地棒を用いてもよい。

図２に示すように、接続箱１内の金属板（ベースプレート）５０には、金属ポール５１が設けられ、中継ユニット２を支持固定している。

金属ポール５１は、金属板５０に電気的に接続されているので、金属板５０を接地するための接地線４を、中継ユニット２を金属ポール５１にネジで固定している締結部２７（接地線接続部）に接続してもよい。

電路盤の構造では、主電路盤２１のように導体端子２５と熱可塑性樹脂とを一体にした構造にし得るが、中継ユニット２の絶縁部分全体を熱可塑性樹脂のみとすると、大電流を流す場合などの用途では耐熱温度が不十分であるので、基体２４および保護体２３のみを熱硬化性樹脂とすることもできる。例えば、主電路盤２１を絶縁性の樹脂体であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはポリカーボネート（ＰＣＢ）等の熱可塑性樹脂で構成して、保護体２３と基体２４とをフェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂等の熱硬化性樹脂で構成すると、保護体２３と基体２４とにおいて耐熱性が良好となるのでよい。ただし、形状が複雑などの理由で、保護体２３と基体２４とを後で組み付ける必要がある等の場合には、保護体２３と基体２４とを主電路盤２１と同様に熱可塑性樹脂で構成してもよい。なお、熱硬化性樹脂は金属バーである導体端子２５との一体成型が難しいので、図２に示すように、基体２４と保護体２３とで導体端子２５を挟んだ構造とする。基体２４と保護体２３とは、締結部２７においてネジとナットとで締結して固定するが、金属ポール５１と共締めにすることもできる。

また、本実施形態では中継ユニット２を接続箱１に納められた電路盤として説明しているがこの限りではなく、太陽電池モジュールに設けたターミナルボックス内の中継ユニット、またはパワーコンディショナの入力端子部にも適用可能である。

図３に示すように、保護体２３と基体２４とは、主電路盤２１から突出している導体端子２５（太陽電池２０からの入力端子部または制御装置１０への出力端子部の一部となり得る）を保護体２３と基体２４とで挟む態様で、導体端子２５を外部から絶縁するとよい。

基体２４には、その上面２４ａにおける第１端部２４ａ側から第２端部２４ｃ側へ間隔を空けて設けられており、主電路盤２１の導体端子２５が収納される第１溝２８が複数設けられている。また、第１溝２８同士の間には第２溝２９が設けられている。また、基体２４の第１端部２４ｂおよび第２端部に配置した貫通孔４２と第１溝２８との間には第３溝３０が設けられている。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、保護体２３と基体２４とは導体端子２５を挟み込んで副電路盤２２としている。なお、図４（ａ）においては、図４（ｂ）で図示しているねじ２６、締結部２７、接地線４および出力端子５４等の図示を省略している。

第２溝２９は主電路盤２１に近接する面へ連通している。また、複数の第３溝３０の一端部のそれぞれは副電路盤２２の側面に達している。このように、第３溝３０は結露の発生をより低減させるように、通気性に配慮してその長さを短くするため副電路盤２２の側面に開口させているが、第２溝２９と同様に主電路盤２１に近接する面に連通させてもよい。

このようにして、保護体２３と基体２４とが組み合わされた副電路盤２２は、保護体２３の両端部に設けた貫通孔４１と基体２４の両端部に設けた貫通孔４２とを、ネジ・ネジ孔またはボルト・ナットの締結部材２７で締結した後、保護体２３の上部に導体端子２５に電気的に導通するネジ２６を取り付けて中継ユニット２とすることができる。この中継ユニット２に送電ケーブル等の入出力端子である出力端子５４を取り付けて、太陽電池ストリング２０Ａ，２０Ｂの並列接続、制御装置１０への送電を行うことができる。

なお、図２において説明したように、締結部材２７は金属板５０と電気的に接続されているので、接地線４を締結部材２７で共締めして筐体アースを取っている。

第２溝２９および第３溝３０によって構成された貫通溝によって、導体端子２５同士、もしくは導体端子２５と締結部２７（または接地線５２）との間に空隙が確保されるので、通常使用時には導体端子２５間の絶縁性を高め、結露時には排水等による絶縁性の回復までの時間を短くすることができる。

また、第２溝２９および第３溝３０を設けているので、これらによって沿面距離が増えることになり、リーク電流に対する抵抗値も増加してリーク電流を低減できる。さらに、保護体２３と基体２４との間の隙間は狭いので、外部から水滴等を毛細管現象によって吸い込んだり、浸入した水滴等の水分が中々出て行かずに長時間に渡って絶縁性が低下するのを、第２溝２９および第３溝３０によって抑制する（表面張力を発生させない）ので、電路盤構造の絶縁性を向上させることができる。

第２溝２９，第３溝３０の深さおよび幅は、水滴の表面張力以上の長さ（断面積）が望ましいが、例えば深さ１ｍｍ、幅５ｍｍ程度の通気性を発生させるサイズとする。これにより、結露を発生し難くさせて、水滴の発生および浸入を抑制することができて、リーク電流の発生（絶縁耐圧性能の低下）を抑制できる。

＜実施形態２＞
図５に示すようには、中継ユニット２において、保護体２３の下面に複数の第１上溝３１を設けて、保護体２３の第１上溝３１に対面するように、基体２４に第２溝２９，第３溝３０を設けてもよい。

保護体２３に設けた第１上溝３１と、基体２４に設けられた第２溝２９，第３溝３０は、保護体２３と基体２４とを組み合わせた状態において、完全に同じ部位に配置されていなくてもよいが、第１上溝３１と第２溝２９，第３溝３０とが対面するようにすれば、後述する図９（ｂ）に示すように、貫通孔の断面積を大きくすることができる。これにより、水滴の表面張力以上の断面積を容易に確保できて、水滴の排出も容易になる。また、通気性も向上するので結露も生じ難くできる。

他方、第１上溝３１と第２溝２９，第３溝３０とが完全に対面していなくても、保護体２３と基体２４とがそれぞれで沿面距離を増やすことができるので、絶縁耐圧性能が向上する。また、通気によって結露が生じ難くなるのでリーク電流の発生を抑制できる。

また、保護体２３と基体２４とを組み合わせた状態でみると、第１上溝３１が基体２４の、第２溝２９，第３溝３０が保護体２３の絶縁耐圧性能も高めるための貫通孔としても作用するので、第１実施形態よりも絶縁耐圧性能が向上することを期待できる。特に、第１上溝３１と第２溝２９，第３溝３０が一部重なるような配置にすれば、空間距離が大きくとることができて、さらに電流がリークし難い構造にできる。

＜実施形態３＞
図６に示すように、中継ユニット２において保護体２３および基体２４の主電路盤２１と近接する側部に、主電路盤２１の近接面に沿って第２上溝３４および溝部３２を設けてもよい。

主電路盤２１に副電路盤２２（保護体２３および基体２４）を取り付けた場合、主電路盤２１と副電路盤とが密着している場合には、この密着部分で電流のリークが発生する場合がある。

そこで、主電路盤２１と、保護体２３および基体２４と密着する部位に、保護体２３には第２上溝３４を設けて、基体２４には溝部３２を設けるとよい。これにより、主電路盤２１との間においても、第２溝２９，第３溝３０および第１上溝３１を設けた場合と同様に、リーク電流の発生を抑制することができる。

なお、例えば、保護体２３の長手方向を基体２４よりも短くして、主電路盤２１との間に空隙が生じるようにするのであれば、基体２４側のみに溝部３２を設ければよい。

＜実施形態４＞
図７（ａ）に示すように、中継ユニット２における保護体２３と対向させる基体として、２つの小基体である第１基体２４Ａおよび第２基体２４Ｂが保護体２３の下面側に配置されており、これらが保護体２３と組み合わされるようにしてもよい。第１基体２４Ａには第３溝部３０が設けられており、第２基体２４Ｂにも第３溝３０が設けられている。

また、図７（ｂ）に示すように、保護体２３と組み合わされることで、第１基体２４Ａと第２基体２４Ｂとの間に、第１溝に相当する溝部３３が形成される。これによって、導体端子２５同士の間の結露を抑制することができて、リーク電流の発生を抑制することができる。一方、第３溝３０によって、導体端子２５と締結部２７（接地線４）との間のリーク電流が抑制される。

＜実施形態５＞
図８（ａ），（ｂ）に示すように、中継ユニット２において制御系の主電路盤２１Ａと電源系の主電路盤２１Ｂとを設けるようにしてもよい。主電路盤２１Ａと主電路盤２１Ｂとでは高周波の電源ノイズが基体２４上を伝搬する場合がある。この場合には、電源系と制御系との分離が行われるとよい。このため、主電路盤２１Ａ，２１Ｂ間の導体端子２５の位置に、保護体２３と基体２４とを組み合わせて配置すれば、導体端子２５にかかる曲げ応力を保護体２３と基体２４とで挟む力で支えることができるので、主電路盤２１Ａ，２１Ｂが大型化した場合の補強効果が得られる。

＜実施形態６＞
実施形態５で述べたように、制御系の主電路盤２１Ａと電源系の主電路盤２１Ｂとの間に保護体２３と基体２４とを配した場合、実施形態３の場合のように、主電路盤と、保護体２３および基体２４との接する面に溝部を設けたとしても、図８（ａ）に示すように、基体２４の第２溝２９，第３溝３０は通気性、結露の抑制および水滴の排出を良好にするために、水抜き孔３６を設けて、周囲を囲まれた部位における通気性能および水滴の排出性を高めて、電流のリーク発生を極力抑制することが可能である。

なお、本実施形態では、水抜き孔３６のサイズを第２溝２９よりも小さくしているが、第２溝２９と同じ幅の孔径にして水の抜けを向上させてもよいし、第２溝２９と水抜き孔３６の接する角部とを曲面にしたり、この角部を削って斜面状にしても同様の効果が期待できる。

＜実施形態７＞
図９（ａ），（ｂ）に示すように、導体端子２５が３以上ある場合には、保護体２３および基体２４のいずれか、またはこれらの両方に第２溝２９，第３溝３０，第１上溝３１の数を増やして対応することができる。

また、このように導体端子２５の数が増えてくると、小型化のために導体端子２５間の距離を狭くするなどの対応が行われるため、図９（ｂ）に示すように、保護体２３の第１
上溝３１と、基体２４の第２溝２９，第３溝３０とを組み合せたときに同じ位置になるようにしておけば、貫通孔の断面積が大きくとれて、絶縁性能を向上させて電流のリークが生じ難くすることができる。

また、導体端子２５の複数が同電位（例えば２本が負極を並列出力をしたもの）で有る場合には、上記の溝の通気性能によって、水滴の滞留などで導体端子２５が腐食するなどを低減することができる。

＜実施形態８＞
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、主電路盤２１から突出した導体端子２５が３つ以上の場合でもよく、また、保護体２３と対向する基体２４が３以上に分割されている形態であってもよい。

図１０（ａ），（ｂ）に示すように、保護体２３に対向する第１基体２４Ａ、第２基体２４Ｂおよび第３基体２４Ｃが組み合わされる構造としてもよい。本実施形態では、保護体２３に設けた複数の貫通孔４０から挿入したネジ２６が導体端子２５とネジ孔４３とで締め付け固定される構造としたので、第２基体２４Ｃには固定用の締結部材は不要である。保護体２３と各基体とが組み合わされることで、第１基体２４Ａと第２基体２４Ｂとの間に溝部３３が形成されて、第２基体２４Ｂと第２基体２４Ｂとの間にも溝部３３形成される。

このような構造とすることによって、３以上の導体端子２５があっても、各導体端子２５間の結露を抑制して、リーク電流の発生を抑制することができる。

また、導体端子２５の数が増えても、第２基体２４Ｂを複数用いれば対応できるので、主電路盤２１の導体端子２５の数に合わせて大型の成型金型を製作せずに済む。これにより、汎用性が高く、経済的な太陽光発電装置を提供できる。

＜実施形態９＞
実施形態９は、図１１に示すように、第２溝２９の長手方向における中央部に、溝幅を大きくした幅広部２９ａを設けている点が他の実施形態の構成と異なる。この幅広部２９ａを設けることによって、基体２４が収縮した際に外部の水分を基体２４の内側に取り込んでも幅広部２９ａの広い領域で十分に収容することができて、水分が第２溝が溢れて導体端子２５に接触しないようにすることができる。

＜実施形態１０＞
実施形態１０は、図１２に示すように、第２溝２９の主電路盤２１側の端部において溝幅を次第に広くした末広部２９ｂを設けている点で他の実施形態の構成と異なる。この末広部２９ｂを設けることによって、外気との接触面積が増えるので、実施形態９の作用効果に加えて、第２溝に溜まった水分が外部へ排出または蒸発しやすくなる。

＜その他変形例＞
上記の各実施形態の説明において、各溝部は断面形状において角形状を採用しているがこの限りではなく、断面形状がＵ字状、一部が円弧状、または保護体２３と基体２４とを合わせたときに逆三角形状としてもよい。これにより、埃等の異物が溜まりにくく、異物の排出性を高めることができる。特に、溝部の断面形状が全て曲線状とすれば、角部がないので水分の排出性がより向上する。

１：接続箱
２：中継ユニット
３：導体端子
４：接地線
９：送電ケーブル
１１：負荷
１７：太陽光発電装置
２０：太陽電池
２０Ａ：第１太陽電池ストリング
２０Ｂ：第２太陽電池ストリング
２１：主電路盤
２２：副電路盤
２３：保護体
２４：基体（第１基体）
２５：金属バー
２６：ネジ
２７：締結部
２８：第１溝
２９：第２溝
３０：第３溝
３１：第１上溝
３２、３３：溝部
３４：第２上溝
３６：水抜き孔
３８：第２基体
３９：第３基体
４０、４１、４２：貫通孔
４３：ネジ孔
５１：金属ポール
５３：出力ケーブル
５４：出力端子

Claims

太陽電池と、該太陽電池からの出力を制御する制御装置とを電気的に接続するための中継ユニットであって、
基体と、該基体の上面に配置されて前記太陽電池および前記制御装置の双方に電気的に接続された複数の導体端子と、これら導体端子を覆い前記基体の上面に配置された保護体とを備えており、
前記基体は、前記基体の前記上面における第１端部と第２端部との間に、複数の前記導体端子のそれぞれを配置している第１溝の複数が互いに間隔を空けて設けられており、互いに隣り合う前記第１溝同士の間に、第２溝が設けられている中継ユニット。
前記基体は、前記上面の最も前記第１端部側に位置している前記第１溝よりも前記第１端部側に、第３溝がさらに設けられている請求項１に記載の中継ユニット。
前記基体は、前記上面の前記第３溝よりも前記第１端部側に、接地線に電気的に接続されている接地線接続部がさらに設けられている請求項２に記載の中継ユニット。
前記基体および前記保護体が熱硬化性樹脂からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の中継ユニット。
太陽電池と、
該太陽電池からの出力を制御する制御装置と、
前記太陽電池および前記制御装置を電気的に接続している請求項１乃至４のいずれかに記載の中継ユニットと
を備えている太陽光発電装置。