JP3656391B2 - Solar cell module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールの異常過熱防止のためのバイパスダイオードの温度上昇を抑え信頼性を向上する端子箱に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般の太陽電池モジュールは、複数個の太陽電池セルを直列に電気接続し、電気的絶縁、防水などの目的のため、ガラス板などに透明な樹脂で接着すると共に裏面側は耐候性のフィルムにて覆って、その電気出力を取出すために、裏面の耐候性フィルムに設けた口出し穴より出力タブ線をだし、出力ケーブルと接続している。
導電性の端子板に出力タブ線と出力ケーブルを電気的に接続することにより、その接続部の接続信頼性確保するとともに、この出力タブ線と出力ケーブルの接続部分は、電気的絶縁、防水などの目的のため端子箱にて覆うと共に、内部に絶縁性の樹脂を充填して封止している。
図5はこのような太陽電池モジュールの斜視図、図6はその断面図を示している。
図に於て、複数の太陽電池セル1は、タブ線2により直列接続され、ガラス板3へ、EVA(エチレエン・ビニル・アセテート)などの透明加熱融着接着剤4、4aおよび防湿用フィルム5を積層固着し、絶縁ゴム6を介して取付け枠7へ固定されている。
出力タブ線8は防湿用フィルム5の貫通穴部5aと端子箱9の貫通穴部9aを通して端子板10の一方に接続されている。また、端子板10の他方には出力ケーブル11が接続されている。
【0003】
図7は、図5の太陽電池モジュール内部の接続図を示し、太陽電池セル1が複数個直列接続されている。なお、13は正の出力端子、14は負の出力端子、15は太陽電池セル1の直列接続されている枚数をちょうど二分するところに接続した中間出力端子である。
バイパスダイオード16は正の出力端子と中間出力端子間および中間出力端子と負の出力端子間にそれぞれ2つ並列接続さている。
太陽電池セル1に光が当たりすべて正常に発電しているときには、13の出力端子側が14の出力端子側に対して正の電圧となり、15の中間出力端子の電圧は、太陽電池セル1の直列枚数が半分の位置としているため、出力端子13と出力端子14の中間の電圧値で出力端子14に対して正の電圧となる。
出力端子13と14に外部負荷18を接続すると電流I1が図示のように流れ、この状態ではすべてのバイパスダイオード16にはそのダイオード特性から電流は流れない。
出力ケーブル11の先端には防水コネクタ12がついており、複数のモジュールを簡単に直列接続可能となっている。
【0004】
次に図8にてバイパスダイオードの動作について説明する。
太陽電池セル1のある一枚1aに落ち葉などがのって光が当たらず発電しなくなり残りの太陽電池セルには光が当たって発電している場合、正常に発電している太陽電池セルにより全体として外部負荷18に電流I2は流れるが、陰になった太陽電池セル1aは発電していないため一種の抵抗となってしまう。
陰になった太陽電池セル1aの両端には、その抵抗値とそこを流れている電流の積の電位差が発生してバイパスダイオード16aの両端の電圧、すなわち、出力端子14にたいして中間出力端子15の電圧が逆転してバイパスダイオード16aにそれぞれ電流I2a/2が流れるようになり、結果として陰になった太陽電池セルに流れる電流I2bが減る。
これにより、陰になった太陽電池セルの発熱量が減り異常温度上昇を防ぐとともに、バイパスダイオードにて2分されている太陽電池セルの少なくとも陰になっていない半分の太陽電池セルの出力は有効に取り出せることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の太陽電池モジュールは、多数の太陽電池セルを、直列接続しているので、木の葉などのために太陽光の影となった任意の太陽電池セルは、影にならない太陽電池セルからの発熱により逆バイアス電圧が印加され異常温度上昇を生じる。直列接続太陽電池セル枚数が増えるほど影になった太陽電池セルの異常温度上昇は高くなる。このため、部分的日照での影になった太陽電池セルの異常温度上昇による破損を防ぐために、太陽電池セルの直列数が20個程度以下毎にバイパスダイオードが接続されている。
部分影になった太陽電池セルがあると、バイパスダイオードに電流が流れるようになるため、バイパスダイオードは発熱する。しかし、バイパスダイオードは端子箱内に収納しているため放熱性が良くなく温度が上がりやすい。
端子箱は樹脂で成形し、その内部は絶縁性の樹脂にて封止しある。端子箱が樹脂成形品のため伝熱が悪くバイパスダイオードの温度上昇が高くなる。
【0006】
また、従来の太陽電池セル1枚の大きさは100mm角程度であったが、大型化し150mm角も実用化されており、太陽電池セルの出力電流はその面積に比例するため、従来の100mm角に比べて150mm角の太陽電池セルの出力電流は2倍以上となってダイオードの温度上昇がより高くなる。
さらに、通常の太陽電池セルの発電効率は15%程度で残りの太陽光のエネルギーは熱として太陽電池セルの温度が上昇するが、太陽電池セルの熱は裏面側にある端子箱に伝わり内部のバイパスダイオードの温度も上昇させる。
本発明は、上記の問題点に鑑み、バイパスダイオードの温度上昇を抑え、信頼性が高い太陽電池モジュールの端子箱を提供するためになされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、太陽電池モジュールの端子箱のふたを金属製にするとともに、端子箱のふたの一部がダイオードの面に直接接触又は、充填剤を介して接触させたものである。
【0008】
また、端子箱のふたの一部分が端子箱の内側に凸部となり、ダイオードの放熱面に直接接触又は、充填剤を介して接触させたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の太陽電池モジュールの裏面に固定された端子箱ふたを取り外した状態の正面図を示す、図2は図1のA部で切断したときの断面図、図3は図1の端子箱にふたをしたときの正面図、。
図に於て、複数の太陽電池セル1は、タブ線2により直列接続され、ガラス板3へ、EVA(エチレエン・ビニル・アセテート)などの透明加熱融着接着剤4、4aおよび防湿用フィルム5を積層固着させている。
端子箱9は接着剤20にて防湿フィルム5に接着固定され、出力タブ線8は防湿用フィルム5と端子箱9の貫通穴9dを通して端子板10に接続されている。
【0010】
端子箱9は底面部9aとその底面部から立ち上がる側面9cから成る矩形の箱体で、合成樹脂にて一体成形されている。箱体の内側の底面部9aには出力タブ線8をとおす貫通穴9dと、バイパスダイオード16を固定するための太陽電池モジュール側が凹部となった凹部9bと、ねじ22を締め付ける為のボス9eとリブ9fが形成されている。貫通穴9dは側面9cと凹部9bとの間に略長方形に形成されている。凹部9bは防湿用フィルム5側に空気層ができるように形成されている。凹部9bのバイパスダイオード16の取付面9gは平面に形成され、端子箱9の周縁部19aから周縁部19bまでの通しの部分と、この通しの部分と一方の周縁部19cまでのT字型の形状となって連通して空気が通りやすくなっている。バイパスダイオード16はこのT字の交叉部分に固定される。凹部9bの幅はバイパスダイオード16の幅より同等か若干大きい寸法になっている。
【0011】
ボス9eは端子板10や端子箱ふたを固定する為にねじ22を締め付ける支柱でねじの下穴があいている。
【0012】
リブ9fは所定の高さをもって端子板10及びバイパスダイオード16が固定されたときこの周囲を囲むように周回状に設けられている。リブ9fの一部は貫通穴9dの縁を貫通穴9dを囲むように設けられ、この部分に対向するもう一方の側には出力ケーブル11を支持する切欠き部が複数半円状に設けられている。リブ9fの底面部9aからの高さは、端子板10やバイパスダイオード16を取り付けてこの周囲に絶縁樹脂22を充填したとき、これらの部品が絶縁樹脂22で覆われる高さになっている。絶縁樹脂22はリブ9fに囲まれた内側に充填され、リブ9fと側面9cとの間は空間となって絶縁樹脂は充填されないのでその分絶縁樹脂が節約できる。
【0013】
端子箱の側面9cには後述する端子箱ふたを取り付ける為の段差が全周に渡って設けられている。また出力ケーブルの出る部分はリブ9fに設けられた出力ケーブルを支持する切欠き部に対応して、同様に半円形状に複数設けられている。
【0014】
端子板10は銅板の薄板で略長方形状のもので10a、10b、10c、の3種類の形状がある。10aの形状は一方の端は出力タブ線8が半田付け接続される平面を形成し、他方側は出力ケーブル11の導線を巻いてかしめられており、この両端の間の略中央付近にバイパスダイオード16の端子17を接続する穴を有する舌部10dを有している。また、端子を端子箱9に固定する為のねじ22を締め付ける穴が2ヶ所凸部10dに対して振り分けられるように設けられている。10bは10aに対して対称形のもので出力ケーブルの導線接続部の向きが逆になる以外は同じである。
【0015】
10cの端子は長さが10a、10bに比べて短く端部が舌部10dの位置に揃うようになっている。出力タブ線8に接続しない端部にはバイパスダイオードの端子17を接続する穴が2箇所設けられている。10cの端子の略中央には端子箱9に固定する為のねじ22を締め付ける穴が1箇所設けられている。出力ケーブル11は導線部分を端子板10にかしめて固定し、更にそのかしめをした上にはんだ付けをして接続されている。また、端子板10の端子17接続用穴にはバイパスダイオード16の端子17が通された後はんだ付けされ接続されている。
【0016】
従来例の図7に示されているバイパスダイオード16は4個あるが、本実施の形態の図3ではバイパスダイオード16が1つのパッケージ内に4個一体的に成形され、端子10a、10b、10cに接続後、図1の状態で端子箱9内部のリブ9fに囲まれた内側の部分にセットされ絶縁樹脂の充填材を充填して固定される。
【0017】
端子箱ふた21はステンレスやアルミなど耐蝕性のある金属や防食処理した鉄板材を成形して造られ略四角の平面板状をして、端子箱9にねじ22にて固定されて端子箱9の内部を覆っている。端子箱ふた21には内側への凸部21aがあり、端子箱ふた21の弾性力を利用してバイパスダイオード16に押し付けて接触させ、熱伝達を良くしてバイパスダイオードの放熱効果を高めている。
【0018】
なお、端子箱9の内部を充填している絶縁樹脂22の充填材が端子箱ふた21とバイパスダイオードとの間に介在して接触していても端子箱ふた21からの放熱効果は得られる。また、端子箱ふた21と絶縁樹脂22と直接接触していなくても、端子箱ふた22は金属製のため従来の樹脂製に比べて放熱効果は良くなる。また、端子箱ふた21には凸部21aがなく平板状であってもバイパスダイオード16に接触していれば放熱効果に変わりはない。
【0019】
図4は端子箱9の接着面側から見た正面図で、凹部9bは周縁部19a、19b、19cまで通した溝となっている。
凹部9bは端子箱9の内部にあるバイパスダイオード16の位置を中心に端子箱の周縁部19a、19b、19cまで伸びており、4図では3方向に伸びているが、相対する2つの周縁部19a、19b側に伸びる一本の溝形状でも、十字形状の4つの周縁部に伸びる溝形状でも良く、周縁部から水などが入ってきた場合でも外へ流れ出す形状であれば良い。凹部9bはこのように複数の周縁部に連通しているので、水が入っても流れ出やすく凹部内に水や汚れが溜ることがないので、バイパスダイオードの放熱効果を低下させることがなく、また、端子箱9の接着力を低下させることを防ぐことが出来る。
また、空気が暖められると自然対流で上昇して熱が逃げるので、より冷却効果が得られる。
【0020】
このように、端子箱9の太陽電池モジュールの裏面との接合面側に空気層を設けることにより太陽電池モジュールからの伝熱を少なくするとともに、バイパスダイオード16からの発熱の放熱効果を高め、更に、端子箱ふた21を金属製にして放熱効果を高めることにより、端子箱全体の温度上昇を低くできる。このため、使用するバイパスダイオード16の大きさを小さくすることができ、端子箱全体の厚みを薄くでき、しいては、太陽電池モジュールとしての厚さを薄くすることが出来る。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、端子箱のふたを金属製としたことにより、ふた表面からの放熱が良く、バイパスダイオードからの発熱による端子箱全体の温度上昇を低くできるとともに、金属製の端子箱のふたがバイパスダイオードに接触させているので、バイパスダイオードの熱を効率よく放熱でき、バイパスダイオードの温度上昇を低く抑えられ、信頼性が向上すると共に、比較的小容量のダイオードを使うことが可能となり、小型化が可能となる。
【0022】
また、端子箱のふたの一部を端子箱の内側に凸部としてバイパスダイオードを押えることにより、端子箱ふたとバイパスダイオードの接触が確実にでき、また、バイパスダイオード以外の部分の端子箱のふたとの絶縁距離が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の太陽電池モジュールの裏面に固定された端子箱の端子箱ふたを取り外した状態の正面図を示す。
【図2】 本発明の太陽電池モジュールの裏面に固定された端子箱の断面図を示す。
【図3】 本発明の太陽電池モジュールの裏面に固定された端子箱の正面図を示す。
【図4】 本発明の太陽電池モジュールの裏面に固定された端子箱の接着面側から見た正面図を示す。
【図5】 従来の太陽電池モジュールの斜視図を示す。
【図6】 従来の太陽電池モジュールの断面図を示す。
【図7】 従来の太陽電池モジュールの内部結線図を示す。
【図8】 従来の太陽電池モジュールの内部結線図を示す。
【符号の説明】
1 太陽電池セル、3 ガラス板、4 透明加熱融着接着剤、5 防湿用フィルム、8 出力タブ線、9 端子箱、9d 貫通穴部、9b 端子箱凹部、10 端子板、16 バイパスダイオード、20 接着剤、21 端子箱ふた。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a terminal box that suppresses a temperature increase of a bypass diode for preventing abnormal overheating of a solar cell module and improves reliability.
[0002]
[Prior art]
In general solar cell modules, a plurality of solar cells are electrically connected in series, and for the purpose of electrical insulation and waterproofing, they are adhered to a glass plate with a transparent resin and the back side is made of a weather-resistant film. In order to take out the electrical output, the output tab wire is taken out from the opening hole provided in the weather-resistant film on the back surface and connected to the output cable.
By connecting the output tab wire and the output cable electrically to the conductive terminal board, the connection reliability of the connecting portion is ensured, and the connection portion of the output tab wire and the output cable is electrically insulated, waterproof, etc. For this purpose, it is covered with a terminal box and filled with an insulating resin and sealed.
FIG. 5 is a perspective view of such a solar cell module, and FIG. 6 is a sectional view thereof.
In the figure, a plurality of solar cells 1 are connected in series by a
The
[0003]
FIG. 7 shows a connection diagram inside the solar cell module of FIG. 5, in which a plurality of solar cells 1 are connected in series. In addition, 13 is a positive output terminal, 14 is a negative output terminal, and 15 is an intermediate output terminal connected to a place where the number of solar cells 1 connected in series is just divided into two.
Two
When all the light hits the solar battery cell 1 and the power is normally generated, the output terminal side of 13 becomes a positive voltage with respect to the output terminal side of 14, and the voltage of the intermediate output terminal of 15 Since the number of sheets is set at a half position, the voltage becomes a positive voltage with respect to the
When an
A
[0004]
Next, the operation of the bypass diode will be described with reference to FIG.
When one leaf 1a with a solar cell 1 has fallen leaves or the like and no light hits it and no power is generated, and the remaining solar cell hits the light and generates electric power, Although the current I2 flows to the
A potential difference between the resistance value and the current flowing therethrough is generated at both ends of the solar cell 1a which is shaded, and the voltage at both ends of the
As a result, the amount of heat generated by the shaded solar cells is reduced to prevent an abnormal temperature rise, and the output of at least half of the shaded solar cells divided by the bypass diode is effective. Can be taken out.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the conventional solar cell module has a large number of solar cells connected in series, any solar cell that is shaded by sunlight due to leaves or the like cannot be shaded from solar cells. The reverse bias voltage is applied due to the heat generation, and an abnormal temperature rise occurs. As the number of series-connected solar cells increases, the abnormal temperature rise of the solar cells that are shaded increases. For this reason, in order to prevent the damage by the abnormal temperature rise of the photovoltaic cell which became the shadow by partial sunlight, the bypass diode is connected for every about 20 or less in series number of photovoltaic cells.
If there is a solar cell that is partially shaded, current flows through the bypass diode, and the bypass diode generates heat. However, since the bypass diode is housed in the terminal box, the heat dissipation is not good and the temperature tends to rise.
The terminal box is molded with resin, and the inside is sealed with insulating resin. Since the terminal box is a resin molded product, heat transfer is poor and the temperature rise of the bypass diode is high.
[0006]
In addition, the size of one conventional solar battery cell was about 100 mm square, but since the size was increased and a 150 mm square was put to practical use, the output current of the solar battery cell was proportional to the area, so the conventional 100 mm square was used. The output current of a 150 mm square solar battery cell is twice or more, and the temperature rise of the diode becomes higher.
Furthermore, the power generation efficiency of a normal solar battery cell is about 15%, and the remaining solar energy heats up as the temperature of the solar battery cell rises. The temperature of the bypass diode is also raised.
In view of the above problems, the present invention has been made to provide a highly reliable terminal box of a solar cell module that suppresses the temperature rise of the bypass diode and has high reliability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the lid of the terminal box of the solar cell module is made of metal, and a part of the lid of the terminal box is in direct contact with the surface of the diode or via a filler.
[0008]
Further, a part of the lid of the terminal box becomes a convex portion inside the terminal box, and is in direct contact with the heat dissipation surface of the diode or through a filler.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a front view showing a state in which a terminal box lid fixed to the back surface of the solar cell module of the present invention is removed, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along section A in FIG. 1, and FIG. Front view when the terminal box is covered.
In the figure, a plurality of solar cells 1 are connected in series by a
The
[0010]
The
[0011]
The boss 9e is a pillar for tightening the
[0012]
The
[0013]
On the side surface 9c of the terminal box, a step for attaching a terminal box lid to be described later is provided over the entire circumference. Similarly, a plurality of portions where the output cable exits are provided in a semicircular shape corresponding to the notch portion that supports the output cable provided in the
[0014]
The terminal board 10 is a thin copper plate having a substantially rectangular shape, and has three types of
[0015]
The terminal 10c is shorter than the
[0016]
Although there are four
[0017]
The
[0018]
Even if the filler of the insulating
[0019]
FIG. 4 is a front view of the
The concave portion 9b extends to the
Further, when the air is warmed, it rises by natural convection and the heat escapes, so that a cooling effect can be obtained.
[0020]
Thus, while providing an air layer on the joint surface side of the
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, the lid of the terminal box is made of metal, so that heat dissipation from the lid surface is good, the temperature rise of the entire terminal box due to heat generated from the bypass diode can be reduced , and the lid of the metal terminal box is made Since it is in contact with the bypass diode, the heat of the bypass diode can be radiated efficiently, the temperature rise of the bypass diode can be kept low, the reliability is improved, and a relatively small capacity diode can be used. Miniaturization is possible.
[0022]
In addition, by pressing the bypass diode with a part of the terminal box lid protruding from the inside of the terminal box, the terminal box lid and the bypass diode can be securely contacted, and the terminal box cover other than the bypass diode can be contacted. An insulation distance can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a state in which a terminal box lid of a terminal box fixed to the back surface of a solar cell module of the present invention is removed.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a terminal box fixed to the back surface of the solar cell module of the present invention.
FIG. 3 is a front view of a terminal box fixed to the back surface of the solar cell module of the present invention.
FIG. 4 is a front view of the terminal box fixed to the back surface of the solar cell module of the present invention as viewed from the bonding surface side.
FIG. 5 is a perspective view of a conventional solar cell module.
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a conventional solar cell module.
FIG. 7 shows an internal connection diagram of a conventional solar cell module.
FIG. 8 shows an internal connection diagram of a conventional solar cell module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell, 3 Glass plate, 4 Transparent heat-fusion adhesive agent, 5 Moisture-proof film, 8 Output tab wire, 9 Terminal box, 9d Through-hole part, 9b Terminal box recessed part, 10 Terminal board, 16 Bypass diode, 20 Adhesive, 21 Terminal box lid.
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