JP2014239161A - 端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】十分な放熱を行うための製造コストを低減できる端子ボックスを得ること。
【解決手段】端子ボックスは、太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスであって、第１の出力端子および第１の入力端子に接続された第１の端子板と、第２の出力端子および第２の入力端子に接続された第２の端子板と、第３の入力端子に接続された第３の端子板と、前記第１の端子板と前記第３の端子板とを接続する第１のバイパスダイオードと、前記第２の端子板と前記第３の端子板とを接続する第２のバイパスダイオードと、前記第１の端子板と前記第２の端子板を接続する第３のバイパスダイオードとを備え、前記第１のバイパスダイオードと前記第２のバイパスダイオードと前記第３のバイパスダイオードとは、それぞれ、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、端子ボックスに関する。

太陽光発電システムでは、家屋の屋根上に敷設した複数の太陽電池モジュールからの直流電力をインバータ等を介して各電器製品に供給する。複数の太陽電池モジュールは、各太陽電池モジュールの裏側に配置された端子ボックスを介して、モジュール連結ケーブルにて直列に接続される。

太陽電池モジュールでは、一般に太陽電池セルが直列に接続されたストリングが複数封止されて作製されており、そのストリングからの出力リード線が端子ボックス内に引き出されている。端子ボックスは、ストリングから引き出された出力リード線が一端に接続されるとともに他端にモジュール連結ケーブルが接続される複数枚の端子板と、各端子板間に架け渡されるバイパスダイオードとを備えている。

バイパスダイオードは、発電できない太陽電池セルをバイパスして保護するためのものである。すなわち、太陽電池モジュールの上に樹木や建物の影がかかったり、落ち葉が載ったりすると、それによって太陽光を遮られた太陽電池セルは発電することができなくなる。発電できない太陽電池セルは抵抗となるため、もしそこに電流が流れると発熱して温度上昇し、放置しておけば太陽電池セルの破壊に至ってしまう（ホットスポット現象）。このような発電できない太陽電池セルが存在する時、バイパスダイオードは、その発電できない太陽電池セルをバイパスして、他の正常な太陽電池セルで発電された電流を流すことができるので、発電できない太陽電池セルでの温度上昇を回避することができる。

特許文献１には、１つのストリングに対して並列接続されたバイパスダイオードと３つのストリングに対して並列接続された更なるダイオードとが配置された接続ボックスにおいて、バイパスダイオードと更なるダイオードとの各々がプリント回路板のプリント導体の金属面に接していることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、バイパスダイオードと更なるダイオードとの各々を流れる電流による発生熱の大部分を吸収するとともに滞留及び放射によって熱を大気中に消散させるとされている。

ところで、発電できない太陽電池セルが存在してバイパスダイオードが動作する場合、バイパスダイオードには他の正常な多数の太陽電池セルで発電された電流（一般的に５〜１０Ａの大電流）が流れるため、順方向電流×順方向電圧による損失（電力消費）が発生し、それに伴う発熱が生じることになる。そして、この熱を十分に逃がすことが出来ないと、バイパスダイオードの定格温度を超えて破壊に至る可能性がある。

特許文献２には、第１端子板及び第２端子板が第１バイパスダイオードで接続され、第２端子板及び第３端子板が第２バイパスダイオードで接続された端子ボックス装置において、放熱面積が第３端子板、第１端子板、第２端子板の順に大きくなるように、第１乃至第３端子板の形状を形成することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、熱の伝達経路および放熱経路を考慮して第１乃至第３端子板の温度をほぼ均一にできるので、第１および第２バイパスダイオードの温度が過度に上昇することがないとされている。

特開２０００−３１５８０８号公報 特開２００６−２６９８０３号公報

特許文献１に記載の技術において、バイパスダイオードと更なるダイオードとの各々に大電流（例えば、５〜１０Ａ）を流した場合、プリント導体の放熱面が片面に限られているとともにプリント導体の厚さが非常に薄く熱抵抗が大きいので、バイパスダイオードと更なるダイオードとの各々を流れる電流による発生熱を十分に逃がすことができないと考えられる。この熱を十分に逃がすことが出来ないと、バイパスダイオードと更なるダイオードとの各々の定格温度を超えて破壊に至る可能性がある。

また、仮に、特許文献１に記載の技術においてプリント導体の放熱性を上げることを考えた場合、プリント導体の放熱面積を増やすことが必要であるが、プリント回路板の面積が限られており、プリント導体の放熱面積を増やすことが困難である。また、プリント導体はメッキ処理で形成されていると考えられるため、プリント導体にフィン構造を設けることも困難である。すなわち、特許文献１に記載の技術では、プリント導体の放熱性を上げることが困難であり、大電流が流れた場合に十分な放熱を行うことが困難である。

一方、特許文献２に記載の端子ボックス内では、端子板の面積を広くし、その端子板にバイパスダイオードの素子本体を接触させる構造が採用されている。パイパスダイオードで発生した熱はこの端子板を介して放熱される。また、放熱性を向上させるために端子板にフィン構造（波状の放熱部）を設けることも提案されている。

特許文献２に記載の技術では、端子板の放熱性を上げるために、端子板の面積を広くすることや端子板にフィン構造を設けることが必要である。そのため、端子板の材料の使用量が多くなったり、フィン構造を設けるための加工費が多くかかったりする上に、その端子板を収納するために端子ボックスの容積が大きくなってしまい、またそれに伴って端子ボックス内の充電部を絶縁するために端子ボックス内に充填するポッティング材の使用量も多く必要となる可能性がある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、端子ボックスの容積を小さくしにくく、材料使用量が増大しやすいため、端子ボックスの製造コストを低減することが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、十分な放熱を行うための製造コストを低減できる端子ボックス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、本発明の１つの側面にかかる端子ボックスは、太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスであって、第１の出力端子および第１の入力端子に接続された第１の端子板と、第２の出力端子および第２の入力端子に接続された第２の端子板と、第３の入力端子に接続された第３の端子板と、前記第１の端子板と前記第３の端子板とを接続する第１のバイパスダイオードと、前記第２の端子板と前記第３の端子板とを接続する第２のバイパスダイオードと、前記第１の端子板と前記第２の端子板を接続する第３のバイパスダイオードとを備え、前記第１のバイパスダイオードと前記第２のバイパスダイオードと前記第３のバイパスダイオードとは、それぞれ、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、バイパスダイオードがワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されているので、バイパスダイオードの発熱自体を低減できるとともに耐熱温度を上昇できるので、端子板の放熱性を向上させる必要性を低減できる。これにより、端子板の面積を小さくできるとともに、端子板にフィン構造を設ける必要がなくなる。端子板の面積を小さくできるので、端子板の材料の使用量を低減できる。また、端子板の面積を小さくできるので、端子板を収容するための筐体の容積を低減でき、筐体内に充填するポッティング材の使用量を低減できる。さらに、端子板にフィン構造を設ける必要がなくなるため、端子板の加工費を低減できる。すなわち、端子ボックスの容積を小さくでき、材料使用量を低減できることに加えて、材料の加工費を低減できるため、十分な放熱を行うための端子ボックスの製造コストを低減できる。

図１は、実施の形態１にかかる端子ボックスが適用された太陽電池モジュールの構成を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる端子ボックスの構成を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる端子ボックスのポッティング材充填前の様子を示す図である。 図４は、実施の形態１にかかる端子ボックスのポッティング材充填後の様子を示す図である。 図５は、実施の形態２にかかる端子ボックスの構成を示す図である。 図６は、実施の形態２にかかる端子ボックスの構成を示す図である。 図７は、実施の形態３にかかる端子ボックスの構成を示す図である。 図８は、実施の形態３にかかる端子ボックスの構成を示す図である。 図９は、実施の形態４にかかる端子ボックスの構成を示す図である。 図１０は、実施の形態４にかかる端子ボックスの構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる端子ボックス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１．
まず、実施の形態１にかかる端子ボックス１００について図１〜図４を用いて説明する。図１は、端子ボックス１００が適用された太陽電池モジュール１の構成を示す図である。図２は、端子ボックス１００における各構成の配置関係を示す図である。図３は、端子ボックス１００におけるポッティング材充填前の実装構成を示す図である。図４は、端子ボックス１００におけるポッティング材充填後の実装構成を示す図である。

太陽光発電システム（図示せず）では、家屋の屋根上に敷設した複数の太陽電池モジュール１からの直流電力をインバータ等を介して各電器製品に供給する。複数の太陽電池モジュール１は、各太陽電池モジュール１の裏側に配置された端子ボックス１００を介して、モジュール連結ケーブルＣＡ１，ＣＡ２にて直列に接続される。

太陽電池モジュール１では、例えば、図１に示すように、直列に接続された複数の太陽電池セルＳＣ−１〜ＳＣ−２ｋが封止されて作製されており、その太陽電池セルＳＣ−１〜ＳＣ−２ｋからの出力リード線ＬＬ１〜ＬＬ３が端子ボックス１００内に引き出されている。

例えば、直列に接続された複数の太陽電池セルＳＣ−１〜ＳＣ−ｋは太陽電池ストリングＳＳ−１を構成し、直列に接続された複数の太陽電池セルＳＣ−（ｋ＋１）〜ＳＣ−２ｋは太陽電池ストリングＳＳ−２を構成する。太陽電池ストリングＳＳ−１は、中継リード線ＬＬ４を介して太陽電池ストリングＳＳ−２に直列に接続されている。太陽電池ストリングＳＳ−１は、＋側端子が出力リード線ＬＬ１に接続され、−側端子が中継リード線ＬＬ４を介して出力リード線ＬＬ３に接続されている。太陽電池ストリングＳＳ−２は、＋側端子が中継リード線ＬＬ４を介して出力リード線ＬＬ３に接続され、−側端子が出力リード線ＬＬ２に接続されている。

端子ボックス１００は、筐体１０１（図２，３参照）、複数枚の端子板ＴＰ１〜ＴＰ３、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３、及びポッティング材ＰＭ（図４参照）を備える。

筐体１０１は、複数枚の端子板ＴＰ１〜ＴＰ３及びバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を収容する。また、筐体１０１には、出力リード線ＬＬ１〜ＬＬ３やモジュール連結ケーブルＣＡ１，ＣＡ２を通すための複数の開口が形成されている。筐体１０１は、例えば図３に示すように、内側筐体１０１１及び外側筐体１０１２を有していてもよい。内側筐体１０１１及び外側筐体１０１２のそれぞれは、例えば、絶縁体（例えば、絶縁性の樹脂）で形成されていてもよいし、表面に絶縁膜がコーティングされた導電体（例えば、鉄などの金属）で形成されていてもよい。

端子板（第１の端子板）ＴＰ１は、入力端子（第１の入力端子）ＩＴ１を介して出力リード線ＬＬ１が一端に接続され、出力端子（第１の出力端子）ＯＴ１を介して＋側のモジュール連結ケーブルＣＡ１が他端に接続されている。また、端子板ＴＰ１は、バイパスダイオードＤ１を介して端子板ＴＰ３が接続され、バイパスダイオードＤ３を介して端子板ＴＰ２が接続されている。端子板ＴＰ１は、例えば図３に示すように、導電体（例えば、銅などの金属）で形成された導電板ＴＰ１１を有する。導電板ＴＰ１１は、例えば、両面（図３の手前側の面及び奥行側の面）が放熱面として機能するとともに、熱抵抗を抑制するのに適した厚さを有する。

端子板（第２の端子板）ＴＰ２は、入力端子（第２の入力端子）ＩＴ２を介して出力リード線ＬＬ２が一端に接続され、出力端子（第２の出力端子）ＯＴ２を介して−側のモジュール連結ケーブルＣＡ２が他端に接続されている。また、端子板ＴＰ２は、バイパスダイオードＤ２を介して端子板ＴＰ３が接続され、バイパスダイオードＤ３を介して端子板ＴＰ１が接続されている。端子板ＴＰ２は、例えば図３に示すように、導電体（例えば、銅などの金属）で形成された導電板ＴＰ２１を有する。導電板ＴＰ２１は、例えば、両面（図３の手前側の面及び奥行側の面）が放熱面として機能するとともに、熱抵抗を抑制するのに適した厚さを有する。

端子板ＴＰ３は、入力端子（第３の入力端子）ＩＴ３を介して出力リード線ＬＬ３が一端に接続されている。また、端子板ＴＰ３は、端子板ＴＰ１及び端子板ＴＰ２の間に配され、バイパスダイオードＤ１を介して端子板ＴＰ１が接続され、バイパスダイオードＤ２を介して端子板ＴＰ２が接続されている。端子板ＴＰ３は、例えば、導電体（例えば、銅などの金属）で形成された導電板ＴＰ３１を有する。導電板ＴＰ３１は、例えば、両面（図３の手前側の面及び奥行側の面）が放熱面として機能するとともに、熱抵抗を抑制するのに適した厚さを有する。

導電板ＴＰ１１は、例えば、導電板ＴＰ３１側に突出した第１の接続部と、導電板ＴＰ３１側に突出した第２の接続部とを有する。導電板ＴＰ２１は、例えば、導電板ＴＰ３１側に突出し導電板ＴＰ３１の近傍まで延びた第１の接続部と、導電板ＴＰ２１側に突出した第２の接続部とを有する。導電板ＴＰ３１は、例えば、導電板ＴＰ１１側に突出した第１の接続部と、導電板ＴＰ２１側に突出した第２の接続部とを有する。

バイパスダイオード（第１のバイパスダイオード）Ｄ１は、端子板ＴＰ１及び端子板ＴＰ３の間に架け渡されており、端子板ＴＰ１と端子板ＴＰ３とを接続している。すなわち、バイパスダイオードＤ１は、カソードが端子板ＴＰ１に接続され、アノードが端子板ＴＰ３に接続されている。バイパスダイオードＤ１は、例えば、図２に示すように、１つのダイオードＤ１１を有し、図３に示すように、ダイオードＤ１１を含むパッケージＰＣＫ１の状態で筐体１０１内に実装される。パッケージＰＣＫ１の端子電極ＰＣＫ１ａは、パッケージＰＣＫ１内でダイオードＤ１１のカソードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ１１の第１の接続部に接続される。パッケージＰＣＫ１の端子電極ＰＣＫ１ｂは、パッケージＰＣＫ１内でダイオードＤ１１のアノードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ３１の第１の接続部に接続される。

また、バイパスダイオードＤ１は、端子板ＴＰ１に熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ１の図３における奥行側の面は導電板ＴＰ１１に接しており、ダイオードＤ１１で発生した熱がパッケージＰＣＫ１を介して導電板ＴＰ１１に伝達されるように構成されている。パッケージＰＣＫ１は、例えば、熱伝導性の良好な絶縁性の樹脂で形成されている。

バイパスダイオード（第２のバイパスダイオード）Ｄ２は、端子板ＴＰ３及び端子板ＴＰ２の間に架け渡されており、端子板ＴＰ３と端子板ＴＰ２とを接続している。すなわち、バイパスダイオードＤ２は、カソードが端子板ＴＰ３に接続され、アノードが端子板ＴＰ２に接続されている。バイパスダイオードＤ２は、例えば、図２に示すように、１つのダイオードＤ１２を有し、図３に示すように、ダイオードＤ１２を含むパッケージＰＣＫ２の状態で筐体１０１内に実装される。パッケージＰＣＫ２の端子電極ＰＣＫ２ａは、パッケージＰＣＫ２内でダイオードＤ１２のカソードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ３１の第２の接続部に接続される。パッケージＰＣＫ２の端子電極ＰＣＫ２ｂは、パッケージＰＣＫ２内でダイオードＤ１２のアノードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ２１の第１の接続部に接続される。

また、バイパスダイオードＤ２は、端子板ＴＰ２に熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ２の図３における奥行側の面は導電板ＴＰ２１に接しており、ダイオードＤ１２で発生した熱がパッケージＰＣＫ２を介して導電板ＴＰ２１に伝達されるように構成されている。パッケージＰＣＫ２は、例えば、熱伝導性の良好な絶縁性の樹脂で形成されている。

バイパスダイオード（第３のバイパスダイオード）Ｄ３は、端子板ＴＰ１及び端子板ＴＰ２の間に架け渡されており、端子板ＴＰ１と端子板ＴＰ２とを接続している。すなわち、バイパスダイオードＤ３は、カソードが端子板ＴＰ１に接続され、アノードが端子板ＴＰ２に接続されている。バイパスダイオードＤ３は、例えば、図２に示すように、１つのダイオードＤ１３を有し、図３に示すように、ダイオードＤ１３を含むパッケージＰＣＫ３の状態で筐体１０１内に実装される。パッケージＰＣＫ３の端子電極ＰＣＫ３ａは、パッケージＰＣＫ３内でダイオードＤ１３のカソードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ１１の第２の接続部に接続される。パッケージＰＣＫ３の端子電極ＰＣＫ３ｂは、パッケージＰＣＫ３内でダイオードＤ１３のアノードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ２１の第２の接続部に接続される。

また、バイパスダイオードＤ３は、端子板ＴＰ１に熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ３の図３における奥行側の面は導電板ＴＰ１１に接しており、ダイオードＤ１３で発生した熱がパッケージＰＣＫ３を介して導電板ＴＰ１１に伝達されるように構成されている。パッケージＰＣＫ３は、例えば、熱伝導性の良好な絶縁性の樹脂で形成されている。

なお、導電板ＴＰ１１には、図３に示すように、一端側に入力端子ＩＴ１として機能する端子部ＴＰ１１ａが接続され、他端側に出力端子ＯＴ１として機能する端子部ＴＰ１１ｂが接続されている。導電板ＴＰ１１、端子部ＴＰ１１ａ、端子部ＴＰ１１ｂは、機械的に一体の部材となっていてもよい。導電板ＴＰ２１には、図３に示すように、一端側に入力端子ＩＴ２として機能する端子部ＴＰ２１ａが接続され、他端側に出力端子ＯＴ２として機能する端子部ＴＰ２１ｂが接続されている。導電板ＴＰ２１、端子部ＴＰ２１ａ、端子部ＴＰ２１ｂは、機械的に一体の部材となっていてもよい。導電板ＴＰ３１には、図３に示すように、一端側に入力端子ＩＴ３として機能する端子部ＴＰ３１ａが接続されている。導電板ＴＰ３１、端子部ＴＰ３１ａは、機械的に一体の部材となっていてもよい。

ポッティング材ＰＭは、図３に示す実装状態にある複数枚の端子板ＴＰ１〜ＴＰ３及びバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を覆うように筐体１０１内（内側筐体１０１１内）に充填される。すなわち、ポッティング材ＰＭは、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３とバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３に接続される端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の接続部とを少なくとも覆うように充填される。これにより、ポッティング材ＰＭは、筐体１０１内（内側筐体１０１１内）の充電部（複数枚の端子板ＴＰ１〜ＴＰ３）の周囲を絶縁させる。ポッティング材ＰＭは、例えば図４に示すように、透明絶縁性の樹脂が用いられる。

このような端子ボックス１００では、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３が、発電できない太陽電池セルをバイパスして保護するように動作する。すなわち、太陽電池モジュール１の上に樹木や建物の影がかかったり、落ち葉が載ったりすると、それによって太陽光を遮られた太陽電池セルは発電することができなくなる。発電できない太陽電池セルは抵抗となるため、もしそこに電流が流れると発熱して温度上昇し、放置しておけば太陽電池セルの破壊に至ってしまう（ホットスポット現象）。このような発電できない太陽電池セルが存在する時、バイパスダイオードは、その発電できない太陽電池セルをバイパスして、他の正常な太陽電池セルで発電された電流を流すことができる。

例えば、太陽電池ストリングＳＳ−１中に発電できない太陽電池セルが存在する場合、太陽電池ストリングＳＳ−２で発電された電力に応じた電流を、太陽電池ストリングＳＳ−１をバイパスするようにバイパスダイオードＤ１に流す。

あるいは、例えば、太陽電池ストリングＳＳ−２中に発電できない太陽電池セルが存在する場合、太陽電池ストリングＳＳ−１で発電された電力に応じた電流を、太陽電池ストリングＳＳ−２をバイパスするようにバイパスダイオードＤ２に流す。これにより、発電できない太陽電池セルでの温度上昇を回避することができる。

あるいは、例えば、太陽電池ストリングＳＳ−１中と太陽電池ストリングＳＳ−２中との両方に発電できない太陽電池セルが存在する場合、他の太陽電池モジュール１から−側のモジュール連結ケーブルＣＡ２を介して流れてくる電流を、太陽電池ストリングＳＳ−１，ＳＳ−２の両方をバイパスするようにバイパスダイオードＤ３に流す。これにより、発電できない太陽電池セルでの温度上昇を回避することができる。

ここで、仮に、バイパスダイオードＤ３が設けられていない場合を考える。この場合、太陽電池ストリングＳＳ−１中と太陽電池ストリングＳＳ−２中との両方に発電できない太陽電池セルが存在する場合に、他の太陽電池モジュール１から−側のモジュール連結ケーブルＣＡ２を介して流れてくる電流は、バイパスダイオードＤ１及びバイパスダイオードＤ２の両方を流れる。これにより、バイパスダイオードＤ１及びバイパスダイオードＤ２の両方が発熱するので、端子ボックス１００における発熱量が増大する可能性がある。

それに対して、実施の形態１では、上記のように、太陽電池ストリングＳＳ−１中と太陽電池ストリングＳＳ−２中との両方に発電できない太陽電池セルが存在する場合に、発熱するバイパスダイオードはバイパスダイオードＤ３の１個となり、バイパスダイオードＤ１及びバイパスダイオードＤ２の両方が発熱する場合より発熱量を抑えることができる。

ところで、発電できない太陽電池セルが存在してバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３が動作する場合、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３には他の正常な太陽電池セルで発電された電流（一般的に５〜１０Ａの大電流）が流れるため、順方向電流×順方向電圧による損失(電力消費)が発生し、それに伴う発熱が生じることになる。そして、この熱を十分に逃がすことが出来ないと、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３の定格温度を超えて破壊に至る可能性がある。

ここで、仮に、ダイオードＤ１１〜Ｄ１３がシリコンを主成分とする材料で形成されている場合について考える。この場合、ダイオードＤ１１〜Ｄ１３に５〜１０Ａの大電流が流れると、ダイオードＤ１１〜Ｄ１３が顕著に発熱するので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を大きくするとともに端子板ＴＰ１〜ＴＰ３にフィン構造を設けることで端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の放熱性を向上させる必要がある。このとき、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を大きくするので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の材料の使用量が多くなる傾向にある。また、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を大きくするので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３を収容するための筐体１０１（内側筐体１０１１）の容積が大きくなってしまい、筐体１０１内（内側筐体１０１１内）に充填するポッティング材ＰＭの使用量が多くなる傾向にある。さらに、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３にフィン構造を設けるため、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の加工費が多くかかる傾向にある。すなわち、端子ボックス１００の容積を小さくしにくく、材料使用量が増大しやすいことに加えて、材料の加工費が増大しやすいため、端子ボックス１００の製造コストを低減することが困難である。

そこで、本実施の形態では、ダイオードＤ１１〜Ｄ１３としてシリコンを主成分とする材料で形成されたダイオードに代えて、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されたダイオードを用いることで、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３の発熱自体を低減するとともに耐熱温度を上昇させ、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の放熱性を向上させる必要性を低減させることを目指す。

具体的には、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３に含まれるダイオードＤ１１〜Ｄ１３としては、例えばＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体により作成されたダイオードを使用する。以下では、ＳｉＣを主成分とする材料で形成されたダイオードＤ１１〜Ｄ１３を、ＳｉＣダイオードＤ１１〜Ｄ１３として説明する。

ＳｉＣダイオードＤ１１〜Ｄ１３は、Ｓｉダイオードと比べて、ＯＮ抵抗が小さいため、同じ電流を流した場合の導通損失が小さくなる。すなわち、バイパス電流を流した際の発熱が少なくなる。ＳｉＣはまた、Ｓｉに比べてより高温での動作が可能であるという特徴も有する。すなわち、ＳｉＣダイオードＤ１１〜Ｄ１３の最大定格動作温度以下に抑えられるのであれば、ＳｉダイオードをバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３に用いた場合と比べて、バイパスダイオード用の放熱構造（端子板ＴＰ１〜ＴＰ３）の放熱能力を下げることも可能である。

したがって、ＳｉＣダイオードＤ１１〜Ｄ１３を太陽電池モジュール１のバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３として使用すれば、バイパス動作した際の発熱が小さくなるとともに放熱構造の放熱能力を低減することも可能であるため、Ｓｉダイオードを用いる場合と比べて、放熱用に面積を広くしていた端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を小さくすることができる。また、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の放熱効果を上げるために設けられていたフィン構造も不要となる。また、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を小さくでき、フィン構造も不要となるので、端子ボックス１００の容積が少なくて済み、ポッティング材ＰＭの使用量も削減できる。

また、ダイオードの特性や太陽電池モジュール１の使用環境を選定することによって、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を端子板ＴＰ１〜ＴＰ３に熱接触させて端子板ＴＰ１〜ＴＰ３から放熱させる構造をとらなくても、単純にバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３からの直接放熱で使用（ダイオードのＴｊ＜Ｔｊｍａｘを確保）することも可能となる（その場合は端子板ＴＰ１〜ＴＰ３での放熱を不要としてもよいため、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３を拡大する必要もなくなる）。

ダイオードＤ１１〜Ｄ１３の寿命を延ばすためにディレーティングをとる必要がある場合は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１３のパッケージＰＣＫ１〜ＰＣＫ３の周辺に伝熱性の優れたポッティング材ＰＭを充填し、それによる放熱効果でダイオードＤ１１〜Ｄ１３のジャンクション温度を低減することができる。

さらにディレーティングを大きくとって信頼性を高めるのであれば、ＳｉＣダイオードＤ１１〜Ｄ１３をそれぞれ端子板ＴＰ１〜ＴＰ３に熱接触させて放熱効果を上げることも可能である。

以上のように、実施の形態１では、端子ボックス１００において、バイパスダイオード（第１のバイパスダイオード）Ｄ１が、端子板（第１の端子板）ＴＰ１と端子板（第３の端子板）ＴＰ３とを接続する。バイパスダイオード（第２のバイパスダイオード）Ｄ２が、端子板（第２の端子板）ＴＰ２と端子板（第３の端子板）ＴＰ３とを接続する。バイパスダイオード（第３のバイパスダイオード）Ｄ３が、端子板（第１の端子板）ＴＰ１と端子板（第２の端子板）ＴＰ２とを接続する。これにより、端子板ＴＰ１，ＴＰ３間に接続された太陽電池ストリングＳＳ−１中と端子板ＴＰ３，ＴＰ２間に接続された太陽電池ストリングＳＳ−２中との両方に発電できない太陽電池セルが存在する場合に、発熱するバイパスダイオードの個数を（例えば１個に）低減でき、端子ボックス１００における発熱量の増加を抑制することができる。

また、実施の形態１では、端子ボックス１００において、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３に含まれるダイオードＤ１１〜Ｄ１３が、それぞれ、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されている。これにより、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３に含まれるダイオードＤ１１〜Ｄ１３の発熱自体を低減できるとともに耐熱温度を上昇できるので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の放熱性を向上させる必要性を低減できる。これにより、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を小さくできるとともに、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３にフィン構造を設ける必要がなくなる。端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を小さくできるので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の材料の使用量を低減できる。また、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を小さくできるので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３を収容するための筐体１０１（内側筐体１０１１）の容積を低減でき、筐体１０１内（内側筐体１０１１内）に充填するポッティング材ＰＭの使用量を低減できる。さらに、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３にフィン構造を設ける必要がなくなるため、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の加工費を低減できる。すなわち、端子ボックス１００の容積を小さくでき、材料使用量を低減できることに加えて、材料の加工費を低減できるため、十分な放熱を行うための端子ボックス１００の製造コストを低減できる。

また、実施の形態１では、ポッティング材ＰＭが、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３とバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３に接続される端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の接続部とを少なくとも覆うように筐体１０１内に充填される。これにより、ポッティング材ＰＭに伝熱性の優れた材料を用いれば、バイパスダイオードＤ１からＤ３の熱をポッティング材ＰＭにより放熱できるので、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の放熱性を下げることが容易になり、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３の面積を容易に小さくできる。

また、実施の形態１では、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３が、接続する２つの端子板の何れかに熱的に接触している。これにより、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３の熱を、熱的に接触している端子板ＴＰ１，ＴＰ２により放熱できる。

なお、実施の形態１では、バイパスダイオードＤ１，Ｄ３が端子板ＴＰ１に熱的に接触し、バイパスダイオードＤ２が端子板ＴＰ２に熱的に接触している場合について例示しているが、バイパスダイオードＤ１が端子板ＴＰ１に熱的に接触し、バイパスダイオードＤ２，Ｄ３が端子板ＴＰ２に熱的に接触していてもよい。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる端子ボックス１００ｊについて説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、複数の太陽電池ストリングをバイパスするバイパスダイオードが１個の場合について例示的に説明しているが、実施の形態２では、複数の太陽電池ストリングをバイパスするバイパスダイオードを複数個設ける。

具体的には、端子ボックス１００ｊは、図５及び図６に示すように、バイパスダイオードＤ４ｊをさらに備える。すなわち、端子ボックス１００ｊでは、端子板ＴＰ１ｊ及び端子板ＴＰ２ｊの間に接続されるバイパスダイオードＤ３，Ｄ４ｊを２個並列接続した構成としている。図５は、端子ボックス１００ｊにおける各構成の配置関係を示す図である。図５は、端子ボックス１００ｊにおけるポッティング材充填前の実装構成を示す図である。

端子板ＴＰ１ｊの導電板ＴＰ１１ｊは、導電板ＴＰ３１側に突出した第２の接続部が端子板ＴＰ２ｊの導電板ＴＰ２１ｊの近傍まで延びている。なお、端子板ＴＰ２ｊの導電板ＴＰ２１ｊの第２の接続部が端子板ＴＰ１ｊの導電板ＴＰ１１ｊの近傍まで延びている点は、実施の形態１と同様である。

バイパスダイオード（第４のバイパスダイオード）Ｄ４ｊは、端子板ＴＰ１ｊ及び端子板ＴＰ２ｊの間に架け渡されており、端子板ＴＰ１ｊと端子板ＴＰ２ｊとを接続している。すなわち、バイパスダイオードＤ４ｊは、カソードが端子板ＴＰ１ｊに接続され、アノードが端子板ＴＰ２ｊに接続されている。バイパスダイオードＤ４ｊは、例えば、図５に示すように、１つのダイオードＤ１４を有し、図６に示すように、ダイオードＤ１４を含むパッケージＰＣＫ４ｊの状態で筐体１０１内に実装される。パッケージＰＣＫ４ｊの端子電極ＰＣＫ４ａは、パッケージＰＣＫ４ｊ内でダイオードＤ１４のカソードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ１１ｊの第２の接続部に接続される。パッケージＰＣＫ４ｊの端子電極ＰＣＫ４ｂは、パッケージＰＣＫ４ｊ内でダイオードＤ１４のアノードに接続され、実装状態において導電板ＴＰ２１ｊの第２の接続部に接続される。

また、バイパスダイオードＤ４ｊは、端子板ＴＰ２に熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ４ｊの図６における奥行側の面は導電板ＴＰ２１ｊに接しており、ダイオードＤ１４で発生した熱がパッケージＰＣＫ４ｊを介して導電板ＴＰ２１ｊに伝達されるように構成されている。パッケージＰＣＫ４ｊは、例えば、熱伝導性の良好な絶縁性の樹脂で形成されている。

図５及び図６に示すように、端子板ＴＰ１ｊ及び端子板ＴＰ２ｊの間にダイオードＤ１３，Ｄ１４を並列接続した場合、個々のダイオードＤ１３，Ｄ１４における特性の違いにより、ＯＮ抵抗すなわちＯＮ電圧の小さい側により多くの電流が流れようとする。多くの電流が流れる側のダイオードは当然損失が大きくなるため発熱し温度が上昇する。

ここで、仮に、並列接続されるダイオードがＳｉダイオードである場合、ＳｉダイオードのＯＮ電圧は負の温度係数を持つため、温度が上昇するに伴い、そのＯＮ電圧が小さくなる。するとさらに電流が流れ易くなるため、Ｓｉダイオードの並列接続において流れる電流が偏ってしまうことになる。つまり、並列接続により、電流を半分ずつに分流させ、それぞれのダイオードの定格電流を下げるという試みは全く同一の特性のダイオードを使わない限り困難であり、それは実際には不可能である。

それに対して、ＳｉＣダイオードのＯＮ電圧は温度係数が正という特性を有している。ＳｉＣダイオードを並列接続した場合も、個々のダイオードにおける特性の違いはあるので最初はＯＮ電圧の小さい側により多くの電流が流れ始める。そして、多くの電流が流れる側のダイオードはやはり発熱し温度が上昇するのだが、ＳｉＣダイオードのＯＮ電圧は正の温度係数を持つため、温度が上昇するに伴い、そのＯＮ電圧が大きくなる。するとそのダイオードへは電流が流れにくくなるため、結局並列接続したダイオード間で電流がバランスすることになる。

すなわち、ＳｉＣダイオードＤ１３，Ｄ１４を並列接続すれば、電流をおおよそ半分ずつに分流させることができるため、ダイオードの定格電流を下げることが可能となる。つまり、より安価なダイオードをバイパスダイオードとして使用可能になる。

以上のように、実施の形態２では、端子ボックス１００ｊにおいて、端子板（第１の端子板）ＴＰ１ｊ及び端子板（第２の端子板）ＴＰ２ｊの間に並列接続されるバイパスダイオード（第３のバイパスダイオード、第４のバイパスダイオード）Ｄ３，Ｄ４ｊに含まれるダイオードＤ１３，Ｄ１４が、それぞれ、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されている。これにより、並列接続された２つのダイオードの間で電流を容易にバランスできる。これにより、各ダイオードの定格電流を下げることが可能となり、許容電流の小さいダイオードを使用できるので、各バイパスダイオードＤ３，Ｄ４ｊをより安価に構成できる。

また、実施の形態２では、端子ボックス１００ｊにおいて、バイパスダイオード（第１のバイパスダイオード）Ｄ１とバイパスダイオード（第３のバイパスダイオード）Ｄ３が端子板（第１の端子板）ＴＰ１に熱的に接触している。バイパスダイオード（第２のバイパスダイオード）Ｄ２とバイパスダイオード（第４のバイパスダイオード）Ｄ４が端子板（第２の端子板）ＴＰ２に熱的に接触している。これにより、端子板ＴＰ１及び端子板ＴＰ２の間で熱的に接触しているバイパスダイオードの数を均等にすることでき、端子板ＴＰ１及び端子板ＴＰ２からの放熱量を容易にバランスできる。これにより、各放熱板の面積をさらに小さくできるので、端子板ＴＰ１ｊ〜ＴＰ３を収容するための筐体１０１（内側筐体１０１１）の容積をさらに低減でき、筐体１０１内（内側筐体１０１１内）に充填するポッティング材ＰＭの使用量をさらに低減できる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる端子ボックス１００ｋについて説明する。以下では、実施の形態１及び実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１及び実施の形態２では、各バイパスダイオードが２つの端子板ＴＰ１，ＴＰ２の何れかに熱的に接触している場合について例示的に説明しているが、実施の形態３では、各バイパスダイオードを共通の端子板に熱的に接触させる。

具体的には、端子ボックス１００ｋは、図７及び図８に示すように、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３に代えて端子板ＴＰ１ｋ〜ＴＰ３ｋを備える。各バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３は、いずれも、端子板ＴＰ３ｋに熱的に接触させられている。図７は、端子ボックス１００ｋにおける各構成の配置関係を示す図である。図８は、端子ボックス１００ｋにおけるポッティング材充填前の実装構成を示す図である。

バイパスダイオードＤ１は、端子板ＴＰ３ｋに熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ１の図８における奥行側の面は導電板ＴＰ３１ｋに接しており、ダイオードＤ１１で発生した熱がパッケージＰＣＫ１を介して導電板ＴＰ３１ｋに伝達されるように構成されている。

バイパスダイオードＤ２は、端子板ＴＰ３ｋに熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ２の図８における奥行側の面は導電板ＴＰ３１ｋに接しており、ダイオードＤ１２で発生した熱がパッケージＰＣＫ２を介して導電板ＴＰ３１ｋに伝達されるように構成されている。

バイパスダイオードＤ３は、端子板ＴＰ３ｋに熱的に接触している。すなわち、パッケージＰＣＫ３の図８における奥行側の面は導電板ＴＰ３１ｋに接しており、ダイオードＤ１３で発生した熱がパッケージＰＣＫ３を介して導電板ＴＰ３１ｋに伝達されるように構成されている。

本発明では、バイパス電流が流れる場合、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３のうちどれか１個にしか流れないので、発生する熱は均等であると見なすことができる。したがって、共通の端子板ＴＰ３ｋで放熱できる。

実施の形態１及び実施の形態２では、少なくとも２枚の端子板を放熱用にそのサイズを大きくしている（図３、図６参照）が、実施の形態３では、放熱用の端子板を１個に減らすことができる。また、各バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３にＳｉＣダイオードを使用することにより、さらにサイズを小さくすることができる。

例えば、図８に示すように、端子板ＴＰ３ｋの導電板ＴＰ３１ｋを、パッケージＰＣＫ１〜ＰＣＫ３に対応した逆Ｔ字形状にすることができる。さらに、放熱用でない端子板ＴＰ１ｋ，ＴＰ２ｋの導電板ＴＰ１１ｋ，ＴＰ２１ｋを、導電板ＴＰ３１ｋの形状に応じたスリム化された形状にすることができる。

例えば、端子板ＴＰ１ｋの導電板ＴＰ１１ｋは、導電板ＴＰ３１ｋ側に突出した第２の接続部が導電板ＴＰ３１ｋに離間しながら導電板ＴＰ３１ｋに沿ってパッケージＰＣＫ３の端子電極ＰＣＫ３ａまで延びている。端子板ＴＰ２ｋの導電板ＴＰ２１ｋは、導電板ＴＰ３１ｋ側に突出した第２の接続部が導電板ＴＰ３１ｋに離間しながら導電板ＴＰ３１ｋに沿ってパッケージＰＣＫ３の端子電極ＰＣＫ３ｂまで延びている。

以上のように、実施の形態３では、端子ボックス１００ｋにおいて、バイパスダイオード（第１のバイパスダイオード）Ｄ１とバイパスダイオード（第２のバイパスダイオード）Ｄ２とバイパスダイオード（第３のバイパスダイオード）Ｄ３とが、共通の端子板ＴＰ３ｋに熱的に接触している。これにより、放熱用の端子板の枚数を（例えば、１枚に）低減でき、放熱用でない端子板の面積を低減できるので、端子板ＴＰ１ｋ〜ＴＰ３ｋを収容するための筐体１０１（内側筐体１０１１）の容積をさらに低減でき、筐体１０１内（内側筐体１０１１内）に充填するポッティング材ＰＭの使用量をさらに低減できる。

なお、実施の形態３では、複数のバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を熱的に接触させる共通の端子板が端子板３ｋである場合について例示しているが、複数のバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を熱的に接触させる共通の端子板は、端子板３ｋである代わりに、端子板１ｋ又は端子板２ｋであってもよい。

実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる端子ボックス１００ｐについて説明する。以下では、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態３では、共通の端子板に熱的に接触させる複数のバイパスダイオードを互いに別のパッケージで実装する場合について例示的に説明しているが、実施の形態４では、共通の端子板に熱的に接触させる複数のバイパスダイオードを共通のパッケージで実装する。

具体的には、端子ボックス１００ｐは、図９及び図１０に示すように、端子板ＴＰ１〜ＴＰ３に代えて端子板ＴＰ１ｐ〜ＴＰ３ｐを備える。複数のバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を含むパッケージＰＣＫ４ｐは、端子板ＴＰ３ｐに熱的に接触させられている。図９は、端子ボックス１００ｐにおける各構成の配置関係を示す図である。図１０は、端子ボックス１００ｐにおけるポッティング材充填前の実装構成を示す図である。

複数のバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を含むパッケージＰＣＫ４ｐとして、図９に示すようなダイオードブリッジＤＢのパッケージＰＣＫ４ｐを用いることができる。ダイオードブリッジＤＢのパッケージＰＣＫ４ｐは、１個のパッケージ内に４個のダイオードを封止しブリッジ構成としたものである。

すなわち、ダイオードブリッジＤＢのパッケージＰＣＫ４ｐに含まれる４個のダイオードのうちの３個のダイオードＤ１１〜Ｄ１３を、それぞれ、バイパスダイオードＤ１〜Ｄ３として用いることができる。そして、パッケージＰＣＫ４ｐ内にある４個のダイオードのうちの本構成に不要なダイオードＤ１５をパッケージＰＣＫ４ｐの外部で短絡させる。ダイオードブリッジＤＢのパッケージＰＣＫ４ｐは、共通の端子板ＴＰ３ｐの導電板ＴＰ３１ｐに熱的に接触させている。これにより、複数のバイパスダイオードを１パッケージ化して実装できるので、端子ボックス１００ｐの組み立て性を改善できる。

例えば、ダイオードブリッジＤＢのパッケージＰＣＫ４ｐとして、図１０に示すような、丸型のパッケージを用いることができる。この場合、端子板ＴＰ１ｐの導電板ＴＰ１１ｐを逆Ｌ字型に形成してパッケージＰＣＫ４ｐの端子電極ＰＣＫ４ｐａに接続でき、端子板ＴＰ２ｐの導電板ＴＰ２１ｐをＦ字型に形成してパッケージＰＣＫ４ｐの端子電極ＰＣＫ４ｐｂ，４ｐｄにそれぞれ接続できる。また、端子板ＴＰ３ｐの導電板ＴＰ３１ｐをパッケージＰＣＫ４ｐの端子電極ＰＣＫ４ｐｃに接続できる。

以上のように、実施の形態４では、端子ボックス１００ｐにおいて、バイパスダイオード（第１のバイパスダイオード）Ｄ１とバイパスダイオード（第２のバイパスダイオード）Ｄ２とバイパスダイオード（第３のバイパスダイオード）Ｄ３とは、１つのパッケージＰＣＫ４ｐ内にダイオード素子を封止しブリッジ構成としたダイオードブリッジＤＢを用いて構成されている。これにより、共通の端子板に熱的に接触させる複数のバイパスダイオードＤ１〜Ｄ３を共通のパッケージで実装できるので、端子ボックス１００ｐの組み立て性を改善できる。

以上のように、本発明にかかる端子ボックスは、太陽光発電システムに有用である。

１００，１００ｊ，１００ｋ，１００ｐ 端子ボックス、Ｄ１〜Ｄ３，Ｄ４ｊ バイパスダイオード、ＴＰ１〜ＴＰ３，ＴＰ１ｊ，ＴＰ２ｊ，ＴＰ１ｋ〜ＴＰ３ｋ，ＴＰ１ｐ〜ＴＰ３ｐ 端子板。

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスであって、
   第１の出力端子および第１の入力端子に接続された第１の端子板と、
   第２の出力端子および第２の入力端子に接続された第２の端子板と、
   第３の入力端子に接続された第３の端子板と、
   前記第１の端子板と前記第３の端子板とを接続する第１のバイパスダイオードと、
   前記第２の端子板と前記第３の端子板とを接続する第２のバイパスダイオードと、
   前記第１の端子板と前記第２の端子板とを接続する第３のバイパスダイオードと、
   を備え、
   前記第１のバイパスダイオードと前記第２のバイパスダイオードと前記第３のバイパスダイオードとは、それぞれ、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されている
   ことを特徴とする端子ボックス。
2. 前記第１の端子板と前記第２の端子板とを接続する第４のバイパスダイオードをさらに備え、
   前記第４のバイパスダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体を主成分とする材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の端子ボックス。
3. 前記第１のバイパスダイオードと前記第３のバイパスダイオードとは、前記第１の端子板に熱的に接触し、
   前記第２のバイパスダイオードと前記第４のバイパスダイオードとは、前記第２の端子板に熱的に接触する
   ことを特徴とする請求項２に記載の端子ボックス。
4. 前記第１のバイパスダイオードと前記第２のバイパスダイオードと前記第３のバイパスダイオードとは、前記第１の端子板と前記第２の端子板と前記第３の端子板とのうちのいずれかである共通の端子板に熱的に接触する
   ことを特徴とする請求項１に記載の端子ボックス。
5. 前記第１のバイパスダイオードと前記第２のバイパスダイオードと前記第３のバイパスダイオードとは、１つのパッケージ内にダイオード素子を封止しブリッジ構成としたダイオードブリッジを用いて構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の端子ボックス。

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