JP2989008B2 - 光太陽電池装置 - Google Patents

光太陽電池装置

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JP2989008B2
JP2989008B2 JP4500774A JP50077491A JP2989008B2 JP 2989008 B2 JP2989008 B2 JP 2989008B2 JP 4500774 A JP4500774 A JP 4500774A JP 50077491 A JP50077491 A JP 50077491A JP 2989008 B2 JP2989008 B2 JP 2989008B2
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solar cell
photovoltaic solar
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光太陽電池装置の製造に関し、より詳細に
は、太陽電池モジュール及びソーラパネルに端子接続を
形成するための改善された方法に関する。
発明の背景 代表的にはシリコンで形成される光太陽電池は、入射
する太陽輻射から電気エネルギを発生させるために用い
られる。一般には、複数の太陽電池を組み合わせて相互
に接続して物理的に一体化されたモジュールを形成し、
次にそのような多数のモジュールを一体に組み立てて太
陽パネルを形成する。幾つかのソーラパネルを一緒に接
続して大型の列を形成することができる。モジュールの
中の個々の光電池を、代表的には内部配線構造により、
直列あるいは並列に接続することができ、また同様に、
パネルの中の２又はそれ以上のモジュールを、必要とさ
れる電圧出力に応じて、直列あるいは並列に接続するこ
とができる。幾つかのモジュールを相互接続する場合、
また同様に２又はそれ以上の太陽パネルを相互接続する
場合には、モジュールあるいはパネルを接続するケーブ
ルに接続するために外部端子が必要とされる。
ソーラモジュール（太陽電池モジュール）及びソーラ
パネル（太陽電池パネル）を外部ケーブルで相互接続す
るのを容易にするために、種々のアプローチが試みられ
て来た。限定するものではないが、例えば、シャーラッ
ク（Ronald S.Scharlack）の「カプセル化された太陽
電池の配列（Encapsulated Solar Cell Array）」と
題する1980年12月16日発行の米国特許第4239555号は、
上記問題に対する１つの試みを示している。
従来のケーブルの外部相互接続の構成には、次に挙げ
る中の１つあるいはそれ以上の問題があった：すなわ
ち、ケーブルの接続を確実に水密にすることができず、
信頼性を欠き、コストが過剰にかかり、電圧降下が高い
ことである。
発明の目的 本発明の主要な目的は、ソーラモジュール又はソーラ
パネルを相互接続するための新規で改善された構成を提
供することである。
本発明のより特定の目的は、複数のソーラモジュール
間でケーブルの接続を行う新規な構成を提供することで
ある。
本発明の更に別の目的は、ソーラモジュール及びソー
ラパネル用の新規かつ改善された端子コネクタ構造を提
供することである。
本発明の別の目的は、ネジ取付具によりシールされた
ケーブルコネクタに接続されるようになされた。太陽電
池用の端子接続を提供することである。
上記目的、及び以下に述べる又は以下の記載により明
らかにする他の目的は、平坦な銅製の導体の形態の
（＋）及び（−）の端子を有するソーラモジュールであ
って、上記導体がモジュールの背後の外板から突出し、
ソーラモジュールの背面に固定される端子コネクタアセ
ンブリに取り付けられかつ該端子コネクタアセンブリに
より隠される、上記ソーラモジュールを提供することに
より達成される。各々のコネクタアセンブリはコネクタ
部材を備え、このコネクタ部材は、絶縁されたケーブル
上でシールされたコネクタをコネクタアセンブリに固定
するために用いられるネジ付きの取付具あるいはスタッ
ドを収容しこれとネジ接続し、これにより、ソーラモジ
ュール及びこれに取り付けられたケーブルの間に確実で
かつ電気抵抗の小さな接続を行うようになされている。
ケーブル上に取り付けられシールされたコネクタには、
シールされたコネクタのハウジングの一部に嵌合するよ
うになされたキャップを設けるのが好ましく、このキャ
ップは、ソーラモジュールのコネクタアセンブリにケー
ブルを固定するために用いられるネジ付きのコーティン
グすなわちスタッドを隠してこれに対する水密シールを
提供するようになされる。ケーブルは、端部シール型の
コネクタ又はインラインシール型のコネクタのいずれか
とすることができ、インラインシール型のコネクタは、
ソーラモジュールを他２つのソーラモジュールの間で接
続する時に使用される。
本発明の他の特徴及びこれに伴う効果を、本発明の好
ましい実施例に関する以下の詳細な説明及び添付の図面
に記載し、あるいはこの記載から明らかにする。
図面 図１は、複数の光電池モジュールを備えたソーラパネ
ルの後方立面図であり、 図２は、図１の線２−２に沿って示すモジュールの断
面図であり、 図３は、本発明に従って提供されたコネクタディスク
の正面図であり、 図４は、上記ディスクの後方立面図であり、 図５は、図４と同様の後方立面図であるが、ディスク
に係合したナットを示しており、 図６は、図１に示すようにモジュールを接続する際に
用いるインラインシール型のケーブルの正面図（図１及
び図７で見て）であり、 図７は、上記インラインシール型のコネクタ及びケー
ブルの後方立面図であり、 図８は、図６及び図７のインラインシール型のコネク
タの部分的な平面図であって、このコネクタのカバーを
取り除いてケーブルの接続を示しており、 図９は、図８の線９−９に沿って示す断面図であり、 図10は、図６の線10−10に対応する線に沿って分解し
て示す断面図であって、端子構造の種々の要素を示して
いる。
発明の好ましい実施例の説明 本明細書で用いるように、「光太陽電池」の用語は、
単一の太陽電池を意味し、この太陽電池は、シリコンデ
バイスが好ましいが、砒化ガリウムあるいはテルル化カ
ドミウム等の当業者には周知の他の幾つかの種類の太陽
電池とすることもできる。限定する意図はないが、例え
ば、太陽電池は米国特許第4,751,191号、同第4,451,969
号及び同第4,152,824号明細書、又はジャーナル・オブ
・エレクトロケミカル・ソサイエティ（J.Electrochem.
Soc.）のVol.131,No.10の2438−2441頁（1984年10月
号）のタルネジャ外（K.S.Tarneja et al.）の「樹脂
状ウエブシリコンから高効率太陽電池を製造するための
液体ドーパントの考察（Investigation of Liquid D
opanats For The Production of High Efficienc
y Solar Cells From Dendritic Web Silicon）」
に記載され示されている手順に従って製造することがで
きる。
本明細書で用いるように、「ソーラモジュール」の用
語は、共通平面に配列されて前方及び後方の「外板」に
より気密に包囲された光太陽電池を備え、上記前方の外
板が太陽輻射を透過するようになされた装置を意味す
る。モジュールの中の幾つかの太陽電池を、モジュール
に必要とされる出力電圧に応じて、並列及び／又は直列
に接続することができる。各々のモジュールは、正の
（＋）及び負の（−）端子を備えており、これにより、
モジュールは、ケーブル手段を介して、１又はそれ以上
の他のモジュールに接続することができる。
本明細書で用いるように、「ソーラパネル」の用語
は、物理的に一体化された単一のパネルを形成するよう
に配列された複数のソーラモジュールのアセンブリを説
明することを意図されている。パネルにおいては、幾つ
かのモジュールを、本発明により提供されるようなケー
ブル接続部により、直列あるいは並列に相互接続するこ
とができ、またパネルも、ケーブル手段を介して、パネ
ル自身に接続することができ、パネルは、電力利用側に
直接的にあるいは間接的に接続される（＋）及び（−）
の端子を有している。
次に図１を参照すると、フレーム４を備えたソーラパ
ネル２の裏側すなわち後方側が概略的に示されており、
上記フレームの中には複数の光太陽電池モジュール６が
設けられており、各々のモジュールは、共通の平面上で
整合された複数の太陽電池から構成されている。すべて
のモジュール６は、フレーム４の中の共通の平面上で整
合されている。
次に図１及び図２を参照すると、各々の太陽電池モジ
ュールは、後方の外板８、前方の外板10及び複数の太陽
電池を備えており、これら太陽電池の１つが透明なプラ
スチックのカプセル材料13の中に包囲された状態で符号
12で概略的に示されており、上記太陽電池は選択された
出力電圧を提供するように相互に接続されている。後方
の外板８は、ポリフッ化ビニール、アクリル樹脂あるい
はポリカーボネート樹脂の塗装したシート、又は不透明
に被覆されたガラス板等の、剛性を有し耐候性の熱伝導
性の材料で形成するのが好ましく、一方、前方の外板10
は透明であり、ガラス、又はアクリル樹脂あるいはポリ
カーボネート樹脂等の適宜なプラスチックで形成するこ
とができる。
モジュール６を構成する幾つかの電池の相互接続は、
適宜な通常の手段により行われる。個々のモジュールの
中の電池を相互接続するために用いられる厳密な手段
は、本発明にとって重要なものではないが、本発明にお
いては、各々のモジュールには、モジュールの後方の外
板８を通って突出する一体の可撓性の端子部片すなわち
導線14、16が設けられる点は重要な点である。図面を明
瞭にするためにまた便宜のために、各々のモジュールに
関して、端子部片14を正の（＋）端子とし、端子部片16
を負の（−）端子として特定する。各々の部片14及び16
は、平坦な銅のリボンで形成するのが好ましく、また部
片14あるいは16の自由端はＵ字形状の銅製の補強部材18
で包囲されており、各々の部片14及び16並びにこれらに
関連する補強タブ18は整合された穴20を有しており、こ
の穴は、下に説明するように各々のモジュールの一側部
をシールされたケーブルコネクタに接続するために用い
られるネジ式の取付具すなわちスタッドを収容する。本
発明によれば、モジュール同士あるいは他のソーラパネ
ルのモジュール、又はソーラパネルが取り付けられてい
る建物用の電力グリッドあるいは回路等の利用端子を相
互接続するための手段が、端子部片14、16に関連して設
けられる。
本発明によれば、各々の端子部片14、16は、コネクタ
アセンブリによって、絶縁された電力ケーブルに接続さ
れるようになされており、前記コネクタアセンブリは、
円形のディスク22（図３乃至図５、及び図10）の形態で
あるのが好ましいプラスチックの端子ブロックを備えて
いる。ディスク22は熱可塑性材料から形成するのが好ま
しいが、必ずしも熱可塑性材料に限るものではない。図
３乃至図５、及び図10に最も良く示すように、ディスク
22は略凸面／凹面の断面形状を備えており、上記ディス
クは、円錐形のすなわち凹面／凸面形状の環状の本体部
分24を有しており、この本体部分は、その前方の側部に
隆起したカラー26を有しており、上記カラーは、肩部と
して機能する平坦で環状の面28により包囲されている。
環状のカラー26は、ディスクの中心に設けられた矩形の
開口すなわち穴30を包囲している。ディスクの後方の側
部には六角形状の隆起した壁部32が設けられており、上
記六角形の側部の１つは、１つの端子部片14あるいは16
のための開口33を提供するように省かれている。好まし
い例であって必須の例ではないが、図示のように複数の
リブ34がディスクの後方に側部に形成されており、これ
により、撓みすなわち曲げに対してディスクを補強して
いる。ディスクの後方側部は、その縁部に平坦で環状の
面38を有しており、この面を設ける目的は、ディスクを
関連するソーラモジュールの後方に外板に接して平らに
着座させることである。
ネジ付きの六角ナット40が、図５に示すように、六角
形状の壁部32により画成される六角形状の凹部の中に収
容されている。ナット40は、補強部材18の開口20に嵌合
する寸法になされた前方のリブ41を有している。六角形
状の壁部32はナット40の回転を防止する。ナットの厚み
は、このナットが六角形状の壁部32により画成される凹
所の中の適所に位置した時に、該ナットがディスク22の
平坦で環状の面38の平面を越えて突出しないように選定
される。ナットの厚みは、部片14又は16が下に説明する
ようにこのナットとディスク22との間に介挿された時
に、ナット22及び面38が共に後方の外板８に係合するよ
うに選定するのが好ましい。次に図３及び図４を参照す
ると、方形の開口30を画成するディスクの中央部42は、
ディスクがモジュールに取り付けられた時に、ディスク
とソーラモジュールの後方の壁部との間にナットを拘束
する役割を果たす。ディスクは、適宜な接着剤（図示せ
ず）により、関連するモジュールの後方の外板８に接合
される。ディスクとソーラモジュールとの間の気密シー
ルを確実にし、一方これと同時に、ナット40が後方の外
板８と相対的に動かないように、ディスクとソーラパネ
ルとの間に恒久的に堅固な接合を確実に存在させるため
に、シリコンRTV又はエポキシ接着剤を用いるのが好ま
しい。
最初にナットを取り除き、端子部片14、16の一方をナ
ットとディスクの間で開口33に挿入し、これにより、補
強タブ18の開口20及び関連する端子部片14又は16をナッ
トの中央の穴に整合させることによって、ディスク22は
ソーラモジュールの後方の外板に取り付けられる。次に
ディスクをモジュールの後方の側部に接合し、これによ
り、端子部片14又は16をディスクとナット40との間に拘
束する。ナット自身は、図10に示すように、ディスクと
後方の外板との間に拘束される。一旦このようになる
と、モジュールは、このモジュールを隣接するモジュー
ル又は電気エネルギ利用装置すなわちシステムに相互接
続するためのケーブルに接続する準備が整う。
図６乃至図10を参照すると、本発明は、適宜なネジ付
きのスタッド44（図10）により、ナット40に接続される
ようになされたスタッド型のシールされたコネクタを有
する絶縁されたケーブルを利用している。スタッド型の
シールされたコネクタを有するケーブルは当業界におい
ては周知であり、バッテリを利用ターミナルあるいは他
の他のバッテリに接続するために一般に用いられてい
る。接続されるモジュールの位置によって、ケーブル
は、自動車のバッテリ用のケーブルの両端に一般に見ら
れる形式の端部シールされたスタッド型のコネクタ、又
は、１つのモジュールを他の２つのモジュールに中間で
インライン接続するように設計されたインラインシール
されたスタッド型のコネクタを有することができる。
図６乃至図10は、本発明に用いるようになされたイン
ラインシールされたスタッド型のコネクタ48を示してい
る。絶縁されたケーブル54がインラインシールされたス
タッド型のコネクタ48に接続されている。インラインコ
ネクタ48は、当業者には周知の種々の方法で形成するこ
とかでき、例えば、「ケーブルスプライスを形成する方
法（Method Of Making Cable Splice）」と題する
ジュリアン外（Victor J. Julian et al.）1982年
４月20日付けの米国特許第4,325,760号、及び「シール
されたバッテリネジ付きのスタッドー終端部（Sealed
Battery Threaded Stud−Termination）」と題するジ
ュリアン外（Victor J. Julian et al.）の1977年
９月20日付けの米国特許第4,049,335号に記載された手
順に従って形成することができる。絶縁体の管状の層58
により包囲されたより線の金属コア56を有するケーブル
54は実質的に、絶縁体を取り除いてコアを露出させた部
分を有しており、金属の管すなわちスリーブがケーブル
の露出した部分に被嵌され、次にコアと共に圧縮された
関係に平坦化され、これにより、導電性のコアに機械的
かつ電気的に固定された鍛造部材60（図９）を形成して
おり、また平坦化された管60及びこの管の中に包囲され
たコアを打ち抜いて、ネジ付きのスタッドを収容するた
めの穴が形成されている。次に、プラスチック製のある
いはゴム製のカバーが管、及びケーブルの絶縁体の隣接
する端部上に成形される。
図８及び図９は、ケーブル54のコア56の以前に露出さ
れた部分に、鍛造により電気的かつ機械的に接続された
後の、金属製の管60の形状を示している。平坦化された
管状の部材は、開口64を画成するオフセット部分62を有
している。鍛造された管状の金属部材60は、プラスチッ
ク又はゴムで形成された電気絶縁性の成形されたカバー
すなわちハウジング66に包囲されている。成形されたハ
ウジングは、ケーブルの絶縁体58に重なりこれに接合さ
れている。成形されたハウジング66には中央の開口68が
形成されており、この開口を介して、鋳造された金属の
管のオフセット部分62を見ることができる。
ハウジング66の一側部は、弾性を有する環状のリブ70
を除いて平坦であり、上記環状のリブは、モジュールの
後方の外板に弾性的なシールを与えるために設けられて
いる。ハウジング66の他方の側部には、可撓性の部片78
によりハウジングに接続されたキャップ76にぴったりと
嵌まる接続を形成するようになされた円筒形の部分74が
設けられている。キャップ76は、円筒形の側壁部80と、
中央のハブ部分84とを有しており、該ハブ部分は、ハウ
ジング66の中央のリブ88と嵌合するようになされた周辺
のリップ部86を有している。
インラインシールされた絶縁スタッド型のコネクタ48
は、ネジあるいはスタッド44によりナット40に取り付け
られている（図11）。金属のコネクタ部材のオフセット
部分62の開口64、及び部片14又は16の補強部材18の開口
20をネジ44が貫通してナット40にねじ込まれており、こ
れにより確実な電気的な接続を形成している。
図１から明らかなように、上述のタイプの多数のイン
ラインシール型のコネクタを有するケーブルを用い、ソ
ーラパネル内の総てのモジュールを相互接続することが
できると共に、１つのソーラパネルを他のソーラパネル
に相互接続することができる。図１においては、ソーラ
パネル２のモジュールの一例の負の端子部片14に接続さ
れた状態で単一のケーブル54だけが図示されている。残
りのモジュールの対応する端子は、第２のケーブルによ
って接続され、これら２つのケーブルは次に所望のよう
に互いに接続することができる。同様に、モジュールの
各々の列の正の端子部片16は、上述の如くインラインシ
ール型のコネクタを有するケーブル54と同様の他のケー
ブルによって互いに接続することができる。
本発明の最も重要な利点は、相互接続する構成が低い
プロフィールの接続部を提供することである。これは極
めて重要なことであり、特に、本発明の好ましい実施例
において、リブ26の前方面とディスクの環状の面38との
間の距離がほぼ6.4mm（0.25インチ）であることを考え
ると重要なことである。また、本発明は他の利点を提供
し、（１）端子ディスク22をモジュールの後方の側部に
電気的に接続して取り付けることが容易に行えるので、
相互接続する構成が比較的低コストであり、（２）本発
明は、水密なケーブル接続、低い電圧降下、高い導電性
及び出力デバイス／ケーブルの間の接続の信頼性を提供
する。
本発明はまた、検査あるいは修理のためにソーラモジ
ュールからケーブルを容易に取り外すことができ、その
取り外しは、ネジ86を緩めてケーブルをソーラパネルか
ら解放するだけで行えるという他の利点も提供する。
本発明の他の利点は当業者には明らかであろう。
本発明にある種の明らかな変更を加えることができる
ことは理解されよう。従って、プラスチックのディスク
の特定の形状、ナット40をディスクに組み合わせる態
様、及びディスクを太陽電池モジュールに取り付ける態
様等は、本発明の上述の利点を損なうことなく変形する
ことができる。また、ケーブルは、スタッド型のインラ
インコネクタではなく、スタッド型の端部接続部を有す
ることができる。
従って、本発明は、添付の請求の範囲によってのみ制
限されるものと考えられるべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノベード，アンソニー・ジェイ アメリカ合衆国メリーランド州20878, ゲイザーズバーグ，クロッパー・ロード 973，アパートメント ビー２ (56)参考文献 特開 昭57−162473（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−36558（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−149356（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−101068（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】後方の壁部と、該後方の壁部から突出する
    導電性の端子部片とを有する光太陽電池装置において、 前記後方の壁部に固定された絶縁材料製の部材と、 前記絶縁材料製の部材と前記後方の壁部との間に配設さ
    れており、前記端子部片との電気的な接続を提供するよ
    うに前記絶縁材料製の部材に前記端子部片を捕らえるナ
    ットと、を備え、 前記絶縁材料製の部材は、開口を有すると共に、前記端
    子部片の穴が前記開口を横切るような位置に設けられて
    おり、 前記ナットは、ネジ付き穴を有し、該ネジ付き穴は前記
    開口を介して接近可能で、前記端子部片を電気ケーブル
    に固定するためのネジ付き取り付け具を受け入れること
    を特徴とする光太陽電池装置。
  2. 【請求項２】請求項１の光太陽電池装置において、前記
    絶縁材料製の部材が、プラスチック製のディスクである
    ことを特徴とする光太陽電池装置。
  3. 【請求項３】請求項２の光太陽電池装置において、前記
    ディスクは、円形で且つ断面において凸状／凹状の輪郭
    を有することを特徴とする光太陽電池装置。
  4. 【請求項４】請求項３の光太陽電池装置において、前記
    ディスクは、厚み寸法を大幅に超える寸法の直径を有す
    る浅い輪郭を有することを特徴とする光太陽電池装置。
  5. 【請求項５】請求項３の光太陽電池装置において、前記
    ディスクは、熱可塑性材料から形成されていることを特
    徴とする光太陽電池装置。
  6. 【請求項６】請求項５の光太陽電池装置において、前記
    ディスクは、弾性を有することを特徴とする光太陽電池
    装置。
  7. 【請求項７】請求項１〜６請求項のいずれか１の光太陽
    電池装置において、さらに、シールされたスタッド型の
    コネクタと、該コネクタを前記ナットに固定するための
    導電性のネジ付き取り付け具と、を有するケーブルを備
    えることを特徴とする光太陽電池装置。
  8. 【請求項８】光太陽電池装置において、 後方の面と、 光太陽電池装置用の導電性の端子部片と、 前記後方の面に固定された絶縁材料で形成された部材
    と、 前記部材の一側部と前記後方の面との間に捕らえられた
    ナットであって、前記端子部片を該ナットと前記部材と
    の間に係合させるナットと、 前記部材の後方側部に係合されたスタッド型のシールさ
    れたコネクタを有する電気ケーブルと、 前記スタッド型のシールされたコネクタを貫通するネジ
    付きスタッドと、を備え、 前記端子部片は、前記後方の面から突出する部分を有
    し、該突出する部分は穴を有しており、 前記部材は、前方側部、前記後方側部、及び開口を有し
    ており、前記部材は、前記端子部片の前記穴が前記開口
    を横切るような位置に設けられており、 前記ナットは、前記開口を介して接近可能なネジ付き穴
    を有しており、 前記ネジ付きスタッドは、前記ネジ付き穴に係合し、前
    記端子部片を前記ケーブルに固定し且つ電気的に接続す
    ることを特徴とする光太陽電池装置。
  9. 【請求項９】請求項８の光太陽電池装置において、前記
    コネクタは、貫通するコネクタであることを特徴とする
    光太陽電池装置。
  10. 【請求項１０】請求項８の光太陽電池装置において、前
    記コネクタは、端部コネクタであることを特徴とする光
    太陽電池装置。
  11. 【請求項１１】請求項８の光太陽電池装置において、前
    記部材は、プラスチックで形成されたディスクであるこ
    とを特徴とする光太陽電池装置。
  12. 【請求項１２】請求項11の光太陽電池装置において、前
    記ディスクは、円形であると共に、凸状／凹状の輪郭を
    有する断面を備えることを特徴とする光太陽電池装置。
  13. 【請求項１３】請求項11の光太陽電池装置において、前
    記ディスクは、浅い輪郭を有することを特徴とする光太
    陽電池装置。
  14. 【請求項１４】請求項８〜請求項13のいずれか１の光太
    陽電池装置において、該光太陽電池装置がシリコンから
    形成されていることを特徴とする光太陽電池装置。
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