JP2015026699A - 端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】発熱による熱変形が起きにくく、太陽電池モジュールの製造コストの低減や量産性を損なうことのない太陽電池モジュール用の端子ボックスを得ること。【解決手段】太陽電池パネルが発電した電力を外部へ出力するための出力リード線との接続部を有する端子台１２ａ〜１２ｃと、端子台１２ａ〜１２ｃを接続するバイパスダイオード１３ａ，１３ｂとを含む充電部１１と、取付面と対向する面が開放された箱状であり、充電部１１を収納するボックス本体２と、ボックス本体２内に充填される充填材と、平板状の外側カバー１６と、波板部１５ｂを有し外側カバー１６よりも表面積が大きい金属製の内側カバー１５とを含み、外側カバー１６が内側カバー１５の上からボックス本体２の開放面を覆うようにボックス本体２に装着されるボックスカバー３とを備え、内側カバー１５を充填材に密着して配置して、充電部１１で発生した熱を波板部１５ｂから放熱するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムを構成する太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスに関する。

太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスは、一面が開放した箱体に端子台やバイパスダイオード、出力ケーブル等で構成される回路構成部分の充電部（回路部）が収められている。回路構成部分の充電部は、ポッティング材（充填材）を充填することによって埋設されている。

特許文献１には、金属材料で構成した内側カバーと、耐候性のある樹脂からなる外側カバーとを有する二重構造のボックスカバーで箱構造の開放部分を被覆する技術が開示されている。

特開２００５−１９８３３号公報

上記従来の技術は、回路構成部分の充電部で発熱があっても、充電部は箱体の外壁からは隔離しているため箱体の外殻は熱変形し難く、ボックスカバーも金属材料の内側カバーと耐候性のある樹脂からなる外側カバーとによる二重構造であるため、熱変形しにくい構造ではあるが、太陽電池セルの出力電流はその面積に比例するため、太陽電池セルが大型化するとバイパスダイオードの温度上昇がより大きくなる。これを防ぐために、充填材や端子台の表面積や体積を増やし、放熱効率を高めるなどの手法がとられている。しかしながら、こうした手法をとることは、端子ボックスの大型化やコストアップという問題を伴う。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路構成部分の発熱による熱変形が起きにくく、太陽電池モジュールの製造コストの低減や量産性を損なうことのない太陽電池モジュール用の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、本発明は、太陽電池パネルを有する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、太陽電池パネルが発電した電力を外部へ出力するための出力リード線との接続部を有する複数の端子台と、複数の端子台を接続するバイパスダイオードとを含む回路部と、太陽電池パネルへの取付面と対向する面が開放された箱状であり、回路部を収納するボックス本体と、回路部を覆うようにボックス本体内に充填される充填材と、平板状の外側カバーと、凹凸を有し、外側カバーよりも表面積が大きい金属製の内側カバーとを含み、外側カバーが内側カバーの上からボックス本体の開放面を覆うようにボックス本体に装着されるボックスカバーとを備え、内側カバーを、充填材に密着して配置して、回路部で発生した熱を凹凸の部分から放熱するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、回路構成部分の発熱による熱変形の発生を防止し、太陽電池モジュールの製造コストの低減を図り、量産性を高めることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる端子ボックスの分解斜視図である。 図２は、太陽電池パネルに取り付けた端子ボックスの縦断面図である。 図３は、端子ボックスの平面図である。 図４は、端子ボックスの横断面図である。 図５は、内側カバーの取り付け手順を示す図である。 図６は、端子ボックスの横断面図である。 図７は、端子ボックスの縦断面図である。

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．
図１は、本発明の実施の形態にかかる端子ボックスの分解斜視図であり、回路構成部分の充電部をポッティングする前の状態を示す。図２は、太陽電池パネルに取り付けた端子ボックスの縦断面図であり、ボックスカバーを外した状態を示す。図３は、端子ボックスの平面図であり、ボックスカバーを外した状態を示す。図４は、端子ボックスの横断面図であり、外側カバーを外した状態を示す。図５は、内側カバーの取り付け手順を示す図であり、図５（ａ）は、突起に内側カバーの平板部を引っ掛け、内側カバーの平板部に形成された小孔に小突起を嵌め込む途中の状態を示し、図５（ｂ）は、内側カバーがボックス本体に取り付けられた状態を示す。

端子ボックス４０は、太陽電池モジュール５０の出力部を構成する。端子ボックス４０は、図１に示すように、ボックス本体２とボックスカバー３とを含んで構成されている。図２に示すように、ボックス本体２は、回路構成部分を収め、太陽電池パネル１の裏面に接着等により密着して取り付けられる。ボックス本体２は、ＡＢＳ樹脂やｍ−ＰＰＥ樹脂などの難燃性及び耐候性に富む樹脂を材料として、取付面４に対向する側が開放した方形の箱構造に一体成形されている。ボックスカバー３は、０．５ｍｍ程度の厚さのステンレス材や防錆処理が施された鋼板で構成された内側カバー１５と、ＡＢＳ樹脂やｍ−ＰＰＥ樹脂などの難燃性及び耐候性に富む樹脂で成形された外側カバー１６とを有する二重構造である。内側カバー１５は、平板部１５ａと波板部１５ｂとを組み合わせた形状を有し、外形は外側カバー１６とほぼ同じ大きさであるが、波板部１５ｂが凹凸をなすことにより、表面積は外側カバー１６よりも大きくなっている。内側カバー１５の平板部１５ａには、小孔２０が形成されている。

ボックス本体２には、四周の外壁構造５から周囲に空間をおいて隔離した内部に、充電部収納部６が四周に画成されている。すなわち、ボックス本体２は、太陽電池パネルへの取付面を囲む側面が二重壁構造となっている。充電部収納部６は、立さ寸法が外壁構造５よりも低くなるように形成され、充電部収納部６と外壁構造５の内壁との間は、縦横の複数本のリブ７で繋がっている。外壁構造５の長い方の面の一方には、出力リード線８の引出口９が二つ並んで設けられている。出力リード線８は、太陽電池モジュール５０で発生した電力を外部へ出力するためのケーブルである。外壁構造５の短い方の面には、内壁面に間隔をおいて二個の係合凹部１０が設けられている。充電部収納部６の各引出口９に対応する位置には、出力リード線８を挿通させる孔が設けられている。

図５に示すように、外壁構造５の長い方の面の一方には、突起２１が形成されており、対向する側の充電部収納部６の頂部には小突起１９が形成されている。充電部収納部６の四周の頂部は、小突起１９以外は同じ高さとなるように形成される。外側カバー１６の短辺の両方には、ボックス本体２の係合凹部１０に嵌合できる樹脂部材１７が形成されている。また、外壁構造５の先端近傍には、段部１８が形成されている。すなわち、段差１８ａを境にして、外壁構造５の内面側１８ｂは、外面側１８ｃよりも低くなっている。

充電部収納部６の底面には、太陽電池パネル１の引き出し線に接続された端子台１２ａ，１２ｃと、太陽電池パネル１の横タブ線に接続された端子台１２ｂとが設置されている。太陽電池パネル１内の太陽電池セル（太陽電池ストリング）に逆電流が流れることを防止するバイパスダイオード１３ａは、端子台１２ａと端子台１２ｂとに跨って実装される。一方、バイパスダイオード１３ｂは、端子台１２ｂと端子台１２ｃとに跨って実装される。端子台１２ａ，１２ｃには、出力リード線８が接続される。

このように、回路構成部分は、端子台１２ａ〜１２ｃとバイパスダイオード１３ａ，１３ｂと出力リード線８とを含み、端子台１２ａ〜１２ｃとバイパスダイオード１３ａ，１３ｂとの接続部及び出力リード線８と端子台１２ａ，１２ｃとの接続部等の充電部１１（回路部）が充電部収納部６に収納される。

充電部収納部６に充電部１１を収納した後に、充電部収納部６内には充電部１１を完全に覆うように充填材１４が充填される。充填材１４としては、難燃性の材料、例えば、ＵＬ９４規格のＶ０グレードの材料を用いることが好ましい。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難燃性、放熱性、充填性の点で好適である。

内側カバー１５は、充填材１４の硬化前に充電部収納部６の開放部に被せられる。この際には、突起２１に内側カバー１５の平板部１５ａの端部を引っ掛け（図５（ａ））、内側カバー１５の平板部１５ａに形成された小孔２０に小突起１９をはめ込む（図５（ｂ））。なお、構造の理解を容易とするために、図５では充填材１４の図示は省略している。このように構成することにより、ネジ止めを用いることなく内側カバー１５を充電部収納部６の上に固定することができる。

図６は、端子ボックスの横断面図である。図７は、端子ボックスの縦断面図である。図６は、図７におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示し、図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を示す。なお、構造の理解を容易とするために、図６、図７では図示は省略しているが、充電部収納部６の内側には充填材１４が充填されている。図６に示すように、内側カバー１５の平板部１５ａと波板部１５ｂの底面側とは同じ高さとなるように形成される。この内側カバー１５を、充電部収納部６の四周の頂部の上に被せることにより、充電部は本体２の底面と、充電部収納部６の四周と、内側カバー１５とにより六面を囲われる。

図６の視点では、充電収納部６の間隔と内側カバー１５の幅はほぼ等しくなっている。図７の視点では、充電収納部６の間隔よりも内側カバー１５の幅は広くなっており、充電収納部６の頂部に内側カバー１５が乗せられる。

ここで、内側カバー１５の中心付近に平板部１５ａを設けることにより、上下方向の位置が決まるので、充電収納部６と小突起１９と突起２１とにより内側カバー１５を上下方向に緩み無く固定することができる。また、内側カバー１５の固定部以外を波板部１５ｂのような波板形状とすることにより、内側カバー１５の表面積を大きくすることができる。

内側カバー１５は、平板部１５ａで充電部収納部６と小突起１９と突起２１とにより上下方向が固定され、外壁構造５の内面と充電部収納部６と小突起１９とにより横方向が固定されている。充填材１４と内側カバー１５の平板部の内面は密接し、小突起１９と小孔２０との嵌め合いにより、内側カバー１５は拘束され、ボックス本体２に固定された状態となる。ここで、平板部１５ａに小孔２０を設けることにより、穴開け加工が容易となり、小突起１９と小孔２０とを容易に固定することができる。

外側カバー１６は、充填材１４の硬化後に、内側カバー１５を覆うようにボックス本体２の開放部に被せられる。外側カバー１６は、一方の長辺の樹脂部材１７を係合凹部１０に嵌め、もう一方の長辺の樹脂部材１７を係合凹部１０に嵌めて、ボックス本体２に装着される。外側カバー１６の周縁部分が段部１８に嵌ることにより、充電部収納部６の水密が保持されている。すなわち、外側カバー１６と外壁構造５との隙間が、段差１８ａ及び外面側１８ｃに沿って屈曲することで、端子ボックス４０に水密性が付与されている。外側カバー１６と内側カバー１５とは密着せず、両者間には１ｍｍ程度の隙間ができるようになっている。

端子ボックス４０は、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂなどによる発熱が充電部１１で発生しても、ボックス本体２の外壁構造５と充電部収納部６との間に隙間があり、断熱されるため、ボックス本体２の外壁構造５に熱変形は生じない。そして、ボックスカバー３は、金属材料でできた内側カバー１５と難燃性の樹脂でできた外側カバー１６との二重構造であるため、熱変形することは事実上なくなる。したがって、直・並列に複数接続したダイオードをバイパスダイオードとして用いることによりバイパスダイオードに流れる電流を小さくしたり、充填材や端子台の表面積や体積を増やしたり、太陽電池セルの面積を小さくするなどしなくても太陽電池モジュール５０を構成でき、端子ボックス４０の大型化やコストアップ、量産性の低下といった問題が発生しないようにできる。また、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂの選定が容易となり、太陽電池セルの大径化が可能となる。

また、充電部１１の発熱は、充填材１４に伝熱され、充填材１４に密接している内側カバー１５に伝熱され、内側カバー１５の放熱フィン機能によって放熱される。外側カバー１６と内側カバー１５との間には隙間が確保されているので、外側カバー１６への熱の影響は小さい。内側カバー１５は、外側カバー１６の内側にあり、ステンレス板又は防錆処理が施された鋼板（例えば亜鉛めっき鋼板）で形成されているため、実使用環境においても長期にわたり端子ボックスとしての機能を維持できる。ボックスカバー３が二重構造であることにより、充電部１１の防水性や防埃性についても長期にわたり確保できる。

実施の形態に係る端子ボックス４０は、内側カバー１５が金属製であるため、蓋表面からの放熱が良く、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂからの発熱による端子ボックス全体の温度上昇を小さくできる。

また、金属製の内側カバー１５に波板部１５ｂを設けたことにより、放熱面積が広くなるため、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂの熱を効率良く放熱でき、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂの温度上昇を小さく抑えられ、信頼性が向上する。なお、波板部１５ｂを設ける代わりに、内側カバー１５の表面に複数の突起を設けるなどして内側カバー１５の表面積を拡大しても、同様の効果が得られる。

また、充填材１４の硬化前に金属製の内側カバー１５を取り付けることにより、充填材１４と内側カバー１５とが密接し、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂの熱を効率良く放熱でき、バイパスダイオード１３ａ，１３ｂの温度上昇を小さく抑えられ、信頼性が向上するとともに、表面積が小さいために熱が籠もりやすい比較的小容量のダイオードをバイパスダイオード１３ａ，１３ｂとして使用することが可能となり、端子ボックスの小型化が可能となる。

また、内側カバー１５の一部を平板形状の平板部１５ａとし、平板部１５ａに小孔２０を設けることで、小突起１９との嵌合によって内側カバー１５をボックス本体２に固定でき、ねじ止めが不要となり、構造も簡単で製造が容易となる。

以上のように、本発明にかかる端子ボックスは、充電部で発生した熱を効率良く放熱できる点で有用である。

１ 太陽電池パネル、２ ボックス本体、３ ボックスカバー、４ 取付面、５ 外壁構造、６ 充電部収納部、７ リブ、８ 出力リード線、９ 引出口、１０ 係合凹部、１１ 充電部、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 端子台、１３ａ，１３ｂ バイパスダイオード、１４ 充填材、１５ 内側カバー、１５ａ 平板部、１５ｂ 波板部、１６ 外側カバー、１７ 樹脂部材、１８ 段部、１８ａ 段差、１８ｂ 内面側、１８ｃ 外面側、１９ 小突起、２０ 小孔、２１ 突起。

Claims (8)

1. 太陽電池パネルを有する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、
   前記太陽電池パネルが発電した電力を外部へ出力するための出力リード線との接続部を有する複数の端子台と、前記複数の端子台を接続するバイパスダイオードとを含む回路部と、
   前記太陽電池パネルへの取付面と対向する面が開放された箱状であり、前記回路部を収納するボックス本体と、
   前記回路部を覆うように前記ボックス本体内に充填される充填材と、
   平板状の外側カバーと、凹凸を有し、前記外側カバーよりも表面積が大きい金属製の内側カバーとを含み、前記外側カバーが前記内側カバーの上から前記ボックス本体の開放面を覆うように前記ボックス本体に装着されるボックスカバーとを備え、
   前記内側カバーを、前記充填材に密着して配置して、前記回路部で発生した熱を前記凹凸の部分から放熱するようにしたことを特徴とする端子ボックス。
2. 前記凹凸は、波板状であることを特徴とする請求項１に記載の端子ボックス。
3. 前記ボックス本体及び前記外側カバーが、樹脂製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子ボックス。
4. 前記ボックス本体は、前記取付面を囲む側面が二重壁構造とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の端子ボックス。
5. 前記ボックスカバーは、前記内側カバーと前記外側カバーとの間に隙間を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の端子ボックス。
6. 前記充填材は、難燃性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の端子ボックス。
7. 前記内側カバーは、ステンレス材又は防錆処理が施された鋼板で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の端子ボックス。
8. 前記内側カバーは、前記端子ボックス本体に嵌合固定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の端子ボックス。

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