JP3215385U - 機能的に一体化された着脱可能な太陽電池モジュール接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】機能的に一体化した着脱可能なＰＶモジュール接続箱を提供する。【解決手段】機能的に一体化した着脱可能な太陽電池モジュール接続箱は基盤部１と上部カバー部２とを備える。基盤部はストリングポート１１と２つの電源供給ポート１２、１３とを備える。ストリングポートは電気的に太陽電池モジュールのストリングに接続している。上部カバー部は内部に回路基板２１を備える。回路基板は最適化監視回路と、最適化監視回路に接続される複数の電気的接続片２２を備える。最適化監視回路が太陽電池モジュール上の部品の最適化、監視、通信および遮断を行うために、電気的接続片は、ストリングポートと基盤部の電源供給ポートに着脱可能に接続されている。接続箱の使用は生産、組立及びメンテナンスのコストを低減する。接続箱がメンテナンスを必要とする時は、上部カバー部のみを交換すればよく、迅速に修理が完了する。【選択図】図２

Description

本考案は太陽電池モジュール接続箱に係り、特に、部品の最適化、監視、通信及び遮断の機能を一体化した着脱可能な太陽電池接続箱に関する。

自然エネルギーの増加に伴い、太陽光（ＰＶ）発電は市場でますます注目を集めている。技術的発展に伴い、最大発電効率を提供することができるＰＶシステムはより市場に歓迎される。

製造工程の制約により、発電ユニットの間には微妙な違いがある。電気及び電子部品製造のコスト及び現在のレベルにより制約されるため、発電最適化において発電所レベル全体の最適化を達成することは不可能である。

技術の発展に伴い、発電最適化は次第に小規模な発電ユニットに向けて推進されている。現在、グループの一連の発電最適化が達成される可能性が最も高い。また時間が経過するにつれて、市場は、以下に挙げるように、ＰＶ発電システムに対してより厳しい要求を提起している。

最適化：最大の発電出力を得るために最小の発電ユニットのレベルで発電最適化が必要とされる。装置が樹木の枝や雑草により阻害されたり矛盾した方向性を有していたり不適正な部品であったりする場合、それでもその最大発電出力を得るように設計されている。

監視：発電ユニットの電圧、電流、温度などのパラメータが最大精度で測定される。

通信：周囲の電波干渉に抵抗して、最小の周波数帯と電波干渉で信頼性の高い通信がＩＳＭ帯域内で実現される。

遮断：モジュールの出力を自動的にまたは遠隔的に遮断でき、それによりモジュールや周囲の部品の安全を保護する。

生産：製品の生産サイクルを可能な限り短くすることで、空間占有率を低減する。

メンテナンス：修理やメンテナンスの困難さが軽減され、問題を一度に解決できる。

コスト：コストを削減しながら、より多くの機能を一体化できる。

上記より、市場は現在、仕様、性能、コストなど、ＰＶ発電システムに多くの要求を課していることがわかる。しかし、現時点で市場における関連製品は発電最適化についてより重視している。生産、組立、メンテナンスのコストを低減するために単一のモジュールにさまざまな機能を一体化しようとする一体化タイプのものはなかった。

本考案の目的は、機能的に一体化した着脱可能なＰＶモジュール接続箱を提供することである。グループの一連の最適化、監視、通信、遮断の機能は市場の要請に合致するように単一のデバイスに一体化されている。同時に、生産、組立、メンテナンスの効率を向上させるために着脱可能な構造が採用され、それにより相対的にコストが低減される。

目的を達成するために、機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱は基盤部と、基盤部に電気的にかつ着脱可能に接続する上部カバー部とを含む。

基盤部は複数のストリングポート、正の電気的ポート、負の電気的ポートが設けられた基盤を備えている。

上部カバー部は内部に回路基板が設けられた上部カバーを備えている。回路基板は最適化監視回路と、最適化監視回路に電気的に接続する複数の電気的接続片を備えている。個々の電気的接続片は、接続のための基盤上のストリングポート、正の電気的ポート、負の電気的ポートのそれぞれ１つと合致している。

基盤部はＰＶモジュールに取り付けられて適用される。個々のストリングポート、正の電気的ポート、負の電気的ポートは電気的にＰＶモジュールのストリングに接続している。上部カバー部と基盤部が接続されると、上部カバー部の個々の電気的接続片はストリングポート、正の電気的ポート、負の電気的ポートに対応して合致し、電気的接続を形成する。結果として、上部カバー部の最適化監視回路は電気的接続片を介してＰＶモジュールのストリングに接続し、それにより、個々のストリングで発電最適化と性能監視が行われる。異常な動作が発生すると、最適化監視回路は通知を送信し、対応するストリングを遮断する。

さまざまな処理機能を有する最適化監視回路が上部カバー部の回路基板上に一体化されているので、発電最適化、監視、通信、遮断の機能はすべて接続箱で一体化され、それにより、市場によるＰＶ発電製品の機能的要求を満たすことができる。さらに、基盤部はＰＶモジュールに取り付けられている。上部カバー部は、組立効率を向上させ、組立コストを低減させるように基盤部と着脱可能に結合される。一方、接続箱に修理が必要となったときは、接続箱の上部カバー部だけを交換すればよい。これは修理を迅速に完了させ、メンテナンスコストを低減させる。

本考案の接続箱の斜視図である。 本考案の基盤部及び上部カバー部を示す分解斜視図である。 本考案の基盤部の局所的分解図である。 本考案の基盤部のストリングポートの平面図である。 本考案の上部カバー部の分解図である。 本考案の断面図である。 ７Ａは最適化監視回路のブロック図である。 ７Ｂは最適化監視回路のブロック図である。 本考案の他の断面図である。

図１に示すように、ＰＶモジュールの接続箱は基盤部１と、基盤部１に着脱可能に取り付けられた上部カバー部２とからなる。基盤部１は基盤１０と、銅帯を貫通させるための基盤１０の底部に形成された複数の貫通孔１０１を備えている。銅帯はＰＶモジュールのストリングに電気的に接続する。基盤１０の両側には隣接するＰＶモジュールの接続箱を直列接続するためにそれぞれケーブル１００が設けられている。

図２に示すように、下壁１０２は基盤１０の底部の周囲に形成されている。複数のストリングポート１１と正の電気的ポート１２、負の電気的ポート１３が下壁１０２の内側に設けられている。正の電気的ポート１２及び負の電気的ポート１３はそれぞれ２本のケーブル１００に接続している。複数の留め金１０３が上部カバー部２との接続のために基盤１０の底部で下壁１０２の外側に設けられている。この実施例では、各留め金１０３は逆Ｕ字形である。

上部カバー部２は上部カバー２０を有している。上部カバー２０は頂部を有し、その周囲に上壁２０２が形成されている。頂部と上壁２０２の中に形成された空間には回路基板２１が備えられている。回路基板２１には複数の電気的接続片２２及び最適化監視回路（不図示）が備えられている。電気的接続片２２は基盤１０上のストリングポート１１、正の電気的ポート１２及び負の電気的ポート１３と合致し、それにより挿入によって電気的接続を形成する。上部カバー２０の頂部には、上部カバー２０の外側に複数の係合ブロック２０３が備えられている。個々の係合ブロック２０３は基盤１０のそれぞれの留め金１０３に対応しており、それにより着脱可能な接続を達成する。

図３は基盤１０の内側のストリングポート１１、正の電気的ポート１２及び負の電気的ポート１３の構造を示している。さらに、ストリングポート１１、正の電気的ポート１２及び負の電気的ポート１３は同じ構造を有している。以下では、ストリングポート１１の１つがその構造を詳細に説明するための明白な例として理解される。

図３及び図４を同時に参照すると、ストリングポート１１は導電性金属シートを曲げることによって形成されており、一端がＵ字形の挿入部１１１を形成している。挿入部１１１は２つの頂点（pinnacle）を有しており、１つの頂点は接触バネ１１２を形成するように挿入部１１１の内部に向かって延びており、他の頂点はサドル部１１３を形成するように水平に延びている。サドル部１１３には２つの固定孔１１４が形成されている。また、サドル部１１３には挿入部１１１の反対側の端部にＬ字形の電気的接続部１１５が形成されている。すなわち、挿入部１１１と電気的接続部１１５はサドル部１１３の反対側の端部にある。電気的接続部１１５は、貫通孔１０１を通過する銅帯をはんだ付けするための基盤１０の貫通孔１０１に対応している。挿入部１１１には、上部カバー部２の電気的接続片２２がその間に挿入される。個々の電気的接続片２２は、対応する挿入部１１１の一方の壁と接触バネ１１２と電気的に接触している。挿入部１１１の反対側の外側の側壁は固定効果を強化するために突出片１１６を形成するように打ち抜かれている。

ストリングポート１１、正の電気的ポート１２、負の電気的ポート１３をより強固に結合するために、基盤１０の底部の内面には複数の設置基台１４が形成されている。個々の設置基台１４は凹状の収容室１４１と収容室１４１の片端から突出している壁部１４２とからなる。収容室１４１にはストリングポート１１の挿入部１１１が収容されている。収容室１４１の２つの側壁には凹溝１４３が形成されている。２つの溝１４３は挿入部１１１の２つの対向する外側壁の突出片１１６に対応している。突出片１１６は固定効果を高めるために挿入される。

壁部１４２には２つの突出柱１４４が形成されている。ストリングポート１１のサドル部１１３は壁部１４２にまたがっている。壁部１４２の突出柱１４４はサドル部１１３の固定孔１１４を貫通して突出しており、それにより設置基台１４のストリングポート１１を強固に固定している。前述したように、正の電気的ポート１２と負の電気的ポート１３の構造はストリングポート１１の構造と同じである。基盤１０にはまた正の電気的ポート１２と負の電気的ポート１３を固定するための同じ設置基台１４が形成されている。

図５に示すように、上部カバー２０の上壁２０２の内面には複数の制限シート２０４と複数の制限ブロック２０５が形成されている。回路基板２１は上壁２０２の内側の制限シート２０４の内部に配置されており、上壁２０２の高さを維持するために制限ブロック２０５により支持されている。

回路基板２１には、電気的接続片２２の下端から突出しているピン２２０と電気的接続を得るために一対の導電性孔２１１が複数組形成されている。個々の導電性孔２１１は回路基板２１に設けられた最適化監視回路に接続されている。上部カバー部２０と基盤部１０が接続され、電気的接続片２２がそれぞれ基盤１０のストリングポート１１、正の電気的ポート１２、負の電気的ポート１３と接続されると、回路基板２１の最適化監視回路がストリングポート１１、正の電気的ポート１２、負の電気的ポート１３に接続されたストリングの発電最適化を行う。ＰＶモジュールの電圧や温度などのパラメータは監視される。何れかのパラメータが異常であった場合、通知が送信され、ストリングは自動的にあるいは遠隔的に遮断される。

回路基板２１に設けられた最適化監視回路が発電最適化、監視、通信を行うと、高温を発生する場合がある。最適化監視回路の動作が高温によって影響されないことを確実にするために、実施例における上部カバー２０にはさらに放熱板２３が設けられている。図５に示すように、放熱板２３には、複数の突出部２３０が形成されており、その個々は放熱のために最適化監視回路の主要素子（ＭＣＵなど）に近接している。この実施例において、上部カバー２０にはさらに高熱伝導性の接着剤が注入され、それにより回路基板２１と放熱板２３は内部で強固に固定される。高熱伝導性接着剤は放熱にも役立つ。さらに、水や埃にも耐性がある。図６に示すように、接続箱がより耐水性を有するように防水リング４０が上部カバー２０と基盤１０との間に挿入されている。

回路基板２１の最適化監視回路の構造は図７Ａ及び図７Ｂに示されている。単一の接続箱の内側の最適化監視回路は、マイクロコントロールユニット３０、複数の最適化モジュール３１〜３３、駆動モジュール３４、電圧収集ユニット３５、温度収集ユニット３６及び電力線通信（ＰＬＣ）モジュール３７からなる。

最適化モジュール３１〜３３はＰＶモジュールのストリングＰＶ１、ＰＶ２及びＰＶ３の電源入力端子にそれぞれ接続している。より明確には、最適化モジュール３１〜３３は回路基板２１の電気的接続片２２を介して基盤部１のストリングポート１１、正の電気的ポート１２及び負の電気的ポート１３に電気的に接続しており、それによりＰＶ１、ＰＶ２及びＰＶ３の電源端子に接続している。最適化モジュール３１〜３３はストリングＰＶ１、ＰＶ２及びＰＶ３それぞれについて最大電力点追従（ＭＰＰＴ）を行う。これで最小発電ユニット（ストリングレベル）での発電最適化の目標に到達する。

電圧収集ユニット３５は入力端子と出力端子の組を備えている。入力端子は正の電気的ポート１２と負の電気的ポート１３を介してＰＶモジュールの正の電源ＶＯ＋と負の電源ＶＯ−に接続され、それによりＰＶモジュールの電圧を検出する。電圧収集ユニット３５の出力端子は、マイクロコントロールユニット３０に検出電圧を送信するためにマイクロコントロールユニット３０に接続されている。

温度収集ユニット３６は最適化監視回路の環境温度を収集し、検出された環境温度を接続されたマイクロコントロールユニット３０に送信する。

ＰＬＣモジュール３７はマイクロコントロールユニット３０とＰＶモジュールの電源ループに接続された電力線通信装置である。したがって、マイクロコントロールユニット３０は電力線を介して外部システム端末装置５０と通信を行う。

上述の発電最適化、監視及び通信の機能に加えて、本考案はさらに遮断機能も備えている。個々の最適化モジュール３１〜３３は遮断端末ＥＮを備えており、駆動モジュール３４の出力端子に接続されている。駆動モジュール３４の入力端子はマイクロコントロールユニット３０と接続されている。マイクロコントロールユニット３０がＰＶモジュールまたはストリングの何れか１つが異常であると判断すると、ＰＬＣモジュール３７を介してシステム端末装置５０に通知を送信するとともに、マイクロコントロールユニット３０は、駆動モジュール３４を介してストリングの何れか１つまたは全部を遮断するために自動的にコマンドを送信したりシステム端末装置からコマンドを受信したりすることができる。ＰＶモジュールの他の正常なストリングや他のＰＶモジュールのシステムの安全性を保護するために異常なストリングは電源ループから分離される。

接続箱と最適化監視回路に供給される電源はいかなる追加の電源供給システムを必要とせずにＰＶモジュールからの電源出力から得られる。すなわち、最適化監視回路はさらにＤＣ／ＤＣ変換ユニット３８を含み、その入力端子は電気的接続片２２及びストリングポート１１を介してＰＶモジュールの電源出力端子に接続されている。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット３８は、ＰＶモジュールからの電源出力でＤＣ−ＤＣ電圧変換を行い、それによりマイクロコントロールユニット３０に安定した動作電圧を供給する。ＰＶモジュールの個々のストリングＰＶ１〜ＰＶ３が最適化モジュール３１〜３３を介して直列に接続されるので、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット３８の入力端子は、次に電気的接続片２２とストリングポート１１を介してストリングＰＶ３の正の電源出力端子とストリングＰＶ１の負の電源出力端子に接続し、それによりＰＶモジュールからの電力を得る。

上記の接続箱を介して、個々のＰＶモジュールを直列に接続することができる。個々のＰＶモジュールもまた発電最適化、監視及び遮断機能を有するために接続箱を使用することができる。個々の接続箱の最適化監視回路は電力線を介してシステム端末装置５０と通信を行う。システム端末装置５０は、電力線上の搬送波をシステム端末装置５０に復調するために復調器５１を介して電力線に接続している。

本考案の明確な構造は上で説明されている。以下は本考案の使用法について説明する。

図６及び図８に示すように、上部カバー部２は着脱可能に基盤部１に接続されている。上部カバー部２の上部カバー２０には最適化、通信、監視及び遮断機能を行うための最適化監視回路を有する回路基板２１が備えられている。電気的接続片２２とストリングポート１１、正の電気的ポート１２及び負の電気的ポート１３との間の着脱可能な電気的接続を介して、接続箱は容易に組み立てられる。接続箱がメンテナンスを必要とする時は、単に上部カバー部２を取り外し、それを新しい上部カバー部２に置き換えるだけであり、修理を迅速にかつ容易に行える。通信のための電力線の使用は配線及び材料のコストを低減できる。これはまた組立における困難さも軽減する。

本考案は例として好ましい実施例に関し記述されているが、本考案は開示された実施例に限定されるものではないことを理解されるべきである。それとは反対に、当業者に明らかなように、さまざまな変更や類似の構成を対象とすることを意図している。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような変更及び類似の構成のすべてを包含するようにもっとも広い解釈を与えられるべきである。

１・・・基盤部
２・・・上部カバー部
１０・・・基盤
１１・・・ストリングポート
１２・・・正の電気的ポート
１３・・・負の電気的ポート
１４・・・設置基台
２０・・・上部カバー
２１・・・回路基板
２２・・・電気的接続片
２３・・・放熱板
３０・・・マイクロコントロールユニット
３１、３２、３３・・・最適化モジュール
３４・・・駆動モジュール
３５・・・電圧収集ユニット
３６・・・温度収集ユニット
３７・・・ＰＬＣモジュール
３８・・・ＤＣ／ＤＣ変換ユニット
１０１・・・貫通孔
１０２・・・下壁
１０３・・・留め金
１０５、１０６・・・ケーブル
１１１・・・挿入部
１１２・・・接触バネ
１１３・・・サドル部
１１４・・・固定孔
１１５・・・電気的接続部
１４１・・・収容室
１４２・・・壁部
１４４・・・突出柱
２０２・・・上壁
２０３・・・係合ブロック
２０４・・・制限ピース
２０５・・・制限ブロック
２１１・・・導電性孔
２２０・・・２つのピン
２３０・・・突出部

Claims (10)

1. 基盤部と、電気的接続を確立するために着脱可能な方法で基盤部に接続される上部カバー部とからなる機能的に一体化された着脱可能な太陽電池（ＰＶ）モジュール接続箱であって、
   基盤部は、複数のストリングポート（１１）、正の電気的ポート（１２）及び負の電気的ポート（１３）を備えた基盤（１０）を含み、
   上部カバー部は、内部に回路基板（２１）を備えた上部カバー（２０）を含み、回路基板（２１）は、最適化監視回路と、最適化監視回路に電気的に接続される複数の電気的接続片（２２）を備え、個々の電気的接続片（２２）は、対応する挿入のために、基盤のストリングポート（１１）、正の電気的ポート（１２）及び負の電気的ポート（１３）のそれぞれの一つに合致している、
   ことを特徴とする機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
2. 基盤部の基盤（１０）は複数の貫通孔（１０１）が形成されている底部を備え、
   下壁（１０２）が基盤（１０）の底部の周囲に形成され、内部にストリングポート（１１）、正の電気的ポート（１２）及び負の電気的ポート（１３）を備え、
   複数の留め金（１０３）が上部カバー部と接続するために基盤（１０）の底部の下壁（１０２）の外側に設けられ、
   上部カバー部の上部カバー（２０）は頂部を有し、上壁（２０２）が頂部の周囲に形成され、頂部と上壁（２０２）により規定される空間が回路基板（２１）を備え、
   複数の係合ブロック（２０３）が上部カバー（２０）の頂部の上壁（２０２）の外側に設けられ、個々の係合ブロック（２０３）は基盤（１０）の留め金（１０３）のそれぞれの１つに対応している、
   ことを特徴とする請求項１記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
3. 個々のストリングポート（１１）、正の電気的ポート（１２）及び負の電気的ポート（１３）は導電性金属シートを曲げることによって形成され、一端が２つの頂点を有するＵ字状挿入部（１１１）を形成し、２つの頂点の１つは接触バネ（１１２）を形成するために挿入部（１１１）の内部へ向かって延び、他の頂点はサドル部（１１３）を形成するために水平に延び、サドル部（１１３）には挿入部（１１１）の反対側の端部に電気的接続部（１１５）が形成され、
   基盤（１０）の底部の内面には複数の設置基台（１４）が形成され、個々の設置基台（１２）は凹状の収容室（１４１）を含み、壁部（１４２）が収容室（１４１）の片端から突出しており、サドル部（１１３）が壁部（１４２）にまたがっている、
   ことを特徴とする請求項２記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
4. 個々の設置基台（１４）の壁部（１４２）には２つの突出柱（１４４）が形成され、
   サドル部（１１３）には壁部（１４２）の突出柱（１４４）が貫通するために２つの固定孔（１１４）がそれぞれ形成されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
5. 上部カバー（２０）の上壁（２０２）の内面には複数の制限ピース（２０４）と複数の制限ブロック（２０５）が形成され、回路基板（２１）が上壁（２０２）の制限ピース（２０４）の内部に配置され、上壁（２０２）の高さを維持するために制限ブロック（２０５）により支持されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
6. 上部カバー（２０）は回路基板（２１）の内側に放熱板（２３）を備えており、放熱板（２３）には複数の突出部（２３０）が形成され、個々の突出部（２３０）は回路基板（２１）の最適化監視回路に近接している、
   ことを特徴とする請求項２記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
7. 上部カバー（２０）は、内部で回路基板（２１）と放熱板（２３）を固定するために熱伝導性接着剤を備えている、
   ことを特徴とする請求項２記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
8. 回路基板（２１）には一対の導電性孔（２１１）の複数組が形成され、各々は回路基板（２１）の最適化監視回路に接続され、個々の電気的接続片（２２）は回路基板（２１）の導電性孔（２１１）に対応して挿入される２つのピン（２２０）を備えている、
   ことを特徴とする請求項２記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
9. 最適化監視回路は、
   マイクロコントロールユニット（３０）と、
   複数の最適化モジュール（３１〜３３）と、
   駆動モジュール（３４）、電圧収集ユニット（３５）、温度収集ユニット（３６）及びマイクロコントロールユニット（３０）に接続される電力線通信（ＰＬＣ）モジュール（３７）を含み、
   最適化モジュール（３１〜３３）はそれぞれ電気的接続片（２２）に電気的に接続し、
   個々の最適化モジュール（３１〜３３）は駆動モジュール（３４）の出力端子に接続される遮断端末を備え、
   駆動モジュール（３４）の入力端子はマイクロコントロールユニット（３０）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８の何れかの請求項に記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。
10. 最適化監視回路は、対応する電気的接続片に接続される入力端子とマイクロコントロールユニット（３０）に接続される出力端子を有するＤＣ／ＤＣ変換ユニット（３８）を含む、
    ことを特徴とする請求項９記載の機能的に一体化された着脱可能なＰＶモジュール接続箱。

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