JP3664311B1 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱面積を減少させることなく導体片を端子板上に案内する。
【解決手段】 基板１１上に並設された二つの端子板３０間にバイパスダイオード５０が架け渡されている。バイパスダイオード５０は、チップ状のベアチップダイオードとベアチップダイオードを挟み込みつつ対応する端子板３０上に接続される一対の導体片５１とからなる。端子板３０上には両導体片５１を端子板３０上に誘導する案内壁３７が立設されている。案内壁３７は、端子板３０の一部を切り起すことで形成され、導体片５１の長さ方向及び幅方向に沿って配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。

太陽光発電システムは、家屋の屋根上に敷設した太陽電池パネルからの直流電流をインバータ等を介して各電器製品に供給するものである。太陽電池パネルは複数の太陽電池モジュールからなり、各太陽電池モジュールの電極を端子ボックスを介して直列または並列接続した構造となっている。

従来の端子ボックスとしては、ボックス内に隣接して配されて一端が太陽電池モジュールの裏面側から引き出されたプラス電極及びマイナス電極に接続されるとともに他端が外部接続用ケーブルに接続される二つの端子板と、両端子板間に架け渡されるバイパスダイオードとを備えたものが知られている（例えば、以下の特許文献１を参照）。バイパスダイオードは、逆負荷時の逆電流を外部接続用ケーブルの一方から他方へ短絡するためのものであって、チップ状のダイオード機能部とこのダイオード機能部を挟み込むようにして同ダイオード機能部に接続される一対の導体片とからなる。両導体片は、互いの重合領域間にダイオード機能部との接点部を有し、この接点部から互いに離れる方向へ延出しその延出途中で対応する端子板に半田付け等により接続されている。
特許第３４９８９４５号公報

上記の場合、基板上には位置決め手段が立設されており、両導体片の延出端部を位置決め手段に沿わせるようにして、バイパスダイオードを端子板上に案内している。しかるに、例えば、両導体片のほぼ全体が端子板上に載っている場合、両導体片との係合を実現するには、端子板に位置決め手段の貫通を許容する孔を設けることを余儀なくされるから、かかる孔をくり貫く分だけバイパスダイオードに対する端子板の放熱面積が減少する懸念がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放熱面積を減少させることなく導体片を端子板上に案内することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、ボックス本体の基板上に複数並設され、太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極と両電極に対応する外部接続用のケーブルとの間を電気的に中継する端子板と、対応する二つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むようにして同整流素子本体に接続されるとともに前記対応する二つの端子板のそれぞれに載置接続される一対の導体片とからなり、さらに、前記対応する二つの端子板のうちの少なくとも一つの端子板上に立設され、前記整流素子を取り付ける過程で前記導体片を前記端子板上へと誘導する案内壁を備えている構成としたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記案内壁は、前記導体片の長さ方向及び幅方向に沿って配置されているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記案内壁は、前記端子板に切り込みを入れることでその切り込み間に配される切り込み片を立ち上げて形成されているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記整流素子本体は、メサ型のベアチップダイオードからなり、前記一対の導体片のうちのいずれか一方は、前記ベアチップダイオードのＮ形領域と接続可能なＮ側導体片として構成され、前記案内壁は、少なくとも前記Ｎ側導体片を載置する端子板上に立設されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
導体片を案内壁に沿わせつつ整流素子を端子板上へ載置可能となっているから、整流素子の取り付け動作の円滑性が保障される。しかも、案内壁が端子板上に立設されているから、たとえ導体片のほぼ全体が端子板内に収まっていても、整流素子に対する端子板の放熱面積を減少させることはない。

＜請求項２の発明＞
案内壁が導体片の長さ方向及び幅方向に沿って配置されているから、導体片がその長さ方向及び幅方向に位置決めされた状態で端子板上に載置されることができる。

＜請求項３の発明＞
案内壁が端子板に切り込みを入れることでその切り込み間に配される切り込み片を立ち上げて形成されているから、溶接等する場合に比べて、製造容易である。

＜請求項４の発明＞
案内壁が少なくともＮ側導体片を載置する端子板上に立設されているから、ベアチップダイオードが発生する熱をＮ側導体片を介して案内壁にも逃すことが可能となる。ここで、メサ型のベアチップダイオードにおいては、導体片に対するＮ形領域の接触面積が大きくなっているので、Ｎ形領域から積極的に放熱できるような構成としたものである。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図３によって説明する。本実施形態にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスは、表面に直列接続された多数の太陽電池セルを配した太陽電池モジュール（図示せず）の裏面側に取り付けられるものであって、ボックス本体１０と、ボックス本体１０内に並設された多数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に架け渡される逆流用のバイパスダイオード５０（本発明の整流素子に相当）とを備えて構成される。

ボックス本体１０は、合成樹脂材によって上面開放の箱型に形成されており、その内部に絶縁樹脂が充填され、かつ、上方からカバー（図示せず）が被せられるようになっている。詳しくはボックス本体１０は、図１に示すように、複数の端子板３０が横並びで載置された略矩形状の基板１１と、基板１１の周縁部から立ち上げられて四方を取り囲む側板１２と、基板１１上の所定位置から立ち上げられて隣り合う端子板３０間を区画する仕切壁１３とを備える。基板１１には略方形状の開口１４が複数あいており、各開口１４に対応する端子板３０の先端部が臨んでいる。基板１１の各開口１４には太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極の両電極に接続されたリードが挿通され、挿通された各リードは端子板３０の先端部に半田付けにより接続可能とされている。

基板１１の上面には、端子板３０に設けられた被係止孔３５に緊密に嵌め込み可能な係止突部１９が設けられている。係止突部１９は、平面視して略方形状に形成されている。基板１１において係止突部１９を挟んだ両側二位置には、撓み可能な一対の係止片１７が突出して形成されている。各係止片１７は、基板１１から上方へ垂直に立ち上げられたあと内側へ折り返された形態とされ、その折り返し端にて端子板３０の上面を基板１１側へ押さえ付けるようになっている。かかる係止片１７は、端子板３０が基板１１上に載せられる過程で対応する端子板３０の両側部の夫々と摺接して弾性的に拡開変形され、端子板３０が基板１１上に載せられるに伴ない復元してその折り返し端を端子板３０の上面両側部に当接させ、端子板３０を基板１１側へ押し付け固定するものである。

また、側板１２の一端側（図１に示す下側）の両側部には切り欠き２０が設けられ、ここに上方から外部出力用のケーブル６０が嵌め込まれ、さらにその上方からケーブル押さえ部材６５が嵌着されてケーブル６０が固定されるようになっている。仕切壁１３は、端子板３０の外縁形状に沿うように区画形成され、仕切壁１３内の端子板３０上にシリコン樹脂等の絶縁樹脂が充填されるようになっている。つまり、仕切壁１３は、絶縁樹脂の樹脂流れを塞き止め、ボックス本体１０内の全体に絶縁樹脂を充填しないことで絶縁樹脂の節約に貢献している。

端子板３０は、導電性金属板により一端から他端にかけて長い帯状に形成されている。基板１１の両側部に配された端子板３０には対応する外部接続用のケーブル６０が接続されている。ケーブル６０の端末は被覆６１の剥離によって芯線６２が露出しており、この芯線６２に対して端子板３０の端部に形成されたバレル部３１がかしめ付けられることにより、ケーブル６０と端子板３０とが接続されるようになっている。なお、ケーブル６０の端末にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。
そして、隣り合う端子板３０（上記基板１１の両側部に配された端子板３０を除く）同士は、その一端部にて連繋部３２を介して一体に連なっている。このうち一方の端子板３０は太陽電池モジュール側との接点を備えておらず、他方の端子板３０より短寸に形成されてその先端周りが仕切壁１３に取り囲まれている。この一方の端子板３０が迂回して配されている分だけバイパスダイオード５０が発生する熱の放熱効果が高められている。端子板３０の両側縁には付設部３３が側方へ張り出して設けられ、付設部３３の先端縁が隣り合う端子板３０間で対向状に配されている。

また、隣り合う端子板３０間には付設部３３上を覆うような形態でバイパスダイオード５０が架け渡されている。図示する場合には、三つのバイパスダイオード５０が端子板３０を横切って直列状に配されている。
バイパスダイオード５０は、図２に示すように、メサ型のベアチップダイオード（本発明の整流素子本体に相当、図示せず）と一対の導体片５１とからなり、両導体片５１は互いの重合領域間にベアチップダイオードを挟み込むことでベアチップダイオードと電気的に接続されている。ベアチップダイオードは、下から上にかけて順にＮ形領域（カソード電極）とＰ形領域（アノード電極）とを台形状（富士山状）に積層した構造とされ、その積層構造の周囲にガラス膜（図示せず）を設けて構成されている。両導体片５１のうちＮ形領域と対向する位置にはＮ側導体片５１Ａが配置され、Ｐ形領域と対向する位置にはＰ側導体片５１Ｂが配置されている。本実施形態の場合には、Ｎ側導体片５１Ａがベアチップダイオードの下方に、Ｐ側導体片５１Ｂがベアチップダイオードの上方に、それぞれ重合している。

そして、Ｎ側導体片５１ＡとＰ側導体片５１Ｂとがベアチップダイオードとの重合領域から互いに離れる方向に延出し、その延出端側にて対応する端子板３０上に半田溶接、抵抗溶接、もしくは超音波溶接等して接続されている。
Ｎ側導体片５１Ａは、Ｐ側導体片５１Ｂよりも板厚が厚くなっており、Ｎ側導体片５１Ａからの放熱が効率良く行われるようになっている。また、Ｐ側導体片５１Ｂの延出方向途中には、幅方向に沿って延出する細帯片からなる応力緩和部５１Ｅが設けられており、この応力緩和部５１Ｅによって端子板３０への溶接時に生じる応力が吸収されるようになっている。

さて、端子板３０上には同端子板３０と一体化された案内壁３７が立設されている。この案内壁３７は、図３に示すように、端子板３０に略コの字の切り込み３８を入れ、この切り込み３８間に配される切り込み片を略直角に立ち上げることで形成されている。そして、この案内壁３７は、両導体片５１の両端部にて両導体片５１の長さ方向に沿って切り起された第一の立壁３７Ａと、両導体片５１の両端部にて両導体片５１の幅方向に沿って切り起された第二の立壁３７Ｂとからなり、これら第一の立壁３７Ａと第二の立壁３７Ｂとが対となって両導体片５１のコーナー部分を取り囲み、もって両導体片５１の四隅との対応位置に全部で四対配設されている。したがって、バイパスダイオード５０を取り付けるに際し、両導体片５１を案内壁３７に沿って降ろして行けば、バイパスダイオード５０を端子板３０上の正規の配設位置（端子板３０の長さ方向と略直交する方向に延出し、ベアチップダイオードが両付設部３３間に配される位置）へと自動的に誘導できるようになっている。

次に、本実施形態の製造方法及び作用効果を説明する。まず、端子板３０のバレル部３１をケーブル６０の端末に露出された芯線６２にかしめ付けて端子板３０とケーブル６０とをかしめ接続する。続いて、上方から端子板３０を基板１１上に載せる。端子板３０を基板１１上に載せる過程で、基板１１上の係止突部１９を端子板３０の被係止孔３５に嵌め込むとともに基板１１上の係止片１７を端子板３０との当接によって弾性的に拡開変形させ、その後、係止突部１９を被係止孔３５に遊動規制した状態で緊密に嵌め込むとともに、係止片１７の復元によって端子板３０をその浮き上がりを規制した状態で基板１１側へ押し付け固定する。そして、基板１１の両側部に配された端子板３０に関しては、上方からケーブル押さえ部材６５をケーブル６０に覆い被せつつ取り付け、ケーブル６０を基板１１上に固定する。

続いて、バイパスダイオード５０を隣り合う端子板３０間に架け渡すようにして載せる。このとき、両導体片５１を案内壁３７に沿わせつつバイパスダイオード５０を端子板３０上に降ろすようにする。バイパスダイオード５０が端子板３０上の正規の配設位置に載置されると、両導体片５１の四隅が案内壁３７によって遊動規制された状態で位置決めされる。その後、かかる位置決めされた状態の両導体片５１に対し、半田溶接、抵抗溶接、もしくは超音波溶接を施すことで両導体片５１を端子板３０に接続する。

次いで、ボックス本体１０を太陽電池モジュールの裏面側に接着もしくはボルトで固着する。取り付けの過程で太陽電池モジュールの両電極に接続されたリードを基板１１の開口１４を通してボックス本体１０内に引き込み、このリードを端子板３０の先端部に半田接続する。そして、シリコン樹脂等の絶縁樹脂をボックス本体１０内に充填固化し、さらにカバーを被せてボックス本体１０を封止する。

以上のように本実施形態によれば、導体片５１を案内壁３７に沿わせつつバイパスダイオード５０を端子板３０上に載置可能としているから、バイパスダイオード５０を端子板３０上の正規の配設位置へと円滑に誘導することができる。しかも、案内壁３７は端子板３０上に立設されているから、バイパスダイオード５０に対する端子板３０の放熱面積を減少させなくて済む。

また、案内壁３７が第一の立壁３７Ａと第二の立壁３７Ｂとからなり、これらが導体片５１の長さ方向及び幅方向に沿って配置されているから、導体片５１がその長さ方向及び幅方向に遊動規制された状態で確実に位置決めされる。
さらに、案内壁３７が端子板３０に切り込み３８を入れることでその切り込み３８間に配される切り込み片を立ち上げて形成されているから、溶接等する場合に比べて、製造容易である。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４によって説明する。実施形態２では案内壁３７Ｅの形態が実施形態１と異なるものの、その他は実施形態１とほぼ同様であるので、同じ構造部位には同一符合を付し、重複する説明は省略する。

実施形態２の案内壁３７Ｅは、端子板３０に切り込み３８を入れることなく端子板３０上に一体的に立設されている。この案内壁３７Ｅは、端子板３０を成形する際に端子板３０とともに一体的に成形するか、あるいは端子板３０に対して溶接等により後付けする。詳しくは案内壁３７Ｅは、平面視して略Ｔの字に形成され、両導体片５１の四隅との対応位置に同四隅を取り囲むように全部で四つ配設されている。
実施形態２によれば、端子板３０上に案内壁３７Ｅが拡設されているから、ベアチップダイオードの発生する熱を放熱する際に、案内壁３７Ｅの存する分だけ端子板３０の放熱面積を増大させることができ、放熱効果をより高めることができる。つまり、この案内壁３７Ｅは、導体片５１に対する案内機能に加えて放熱機能をも兼ね備える。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、案内壁が導体片の長さ方向と幅方向の両方向に沿って配置されていたが、本発明においては、案内壁が導体片の長さ方向と幅方向のいずれか一方向に沿って配置されているだけでもよい。かかる場合にも導体片を端子板上に誘導できる。
（２）上記実施形態では、案内壁が導体片のコーナー部に配置されるものであったが、本発明においては、案内壁が導体片の延出方向途中に配置されていてもよく、また、案内壁が導体片に設けられた切り欠き凹部に嵌入するような態様であってもよい。

（３）上記実施形態では、案内壁がＰ側導体片とＮ側導体片の夫々に対応して設けられていたが、本発明においては、案内壁が少なくともＮ側導体片を載置する端子板上に立設されているとよい。これにより、ベアチップダイオードが発生する熱をＮ側導体片を介して案内壁へ効率良く逃すことが可能となるからである。

本発明の実施形態１においてボックス本体内の構造を示す平面図 バイパスダイオードの平面図 図１の要部拡大平面図 実施形態２の図１相当図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
１３…仕切壁
１４…開口
１７…係止片
１９…係止突部
３０…端子板
３１…バレル部
３３…付設部
３７…案内壁
５０…バイパスダイオード（整流素子）
６０…ケーブル
６５…ケーブル押さえ部材

Claims (4)

1. ボックス本体の基板上に複数並設され、太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極と両電極に対応する外部接続用のケーブルとの間を電気的に中継する端子板と、対応する二つの端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、
   前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むようにして同整流素子本体に接続されるとともに前記対応する二つの端子板のそれぞれに載置接続される一対の導体片とからなり、さらに、
   前記対応する二つの端子板のうちの少なくとも一つの端子板上に立設され、前記整流素子を取り付ける過程で前記導体片を前記端子板上へ誘導する案内壁を備えていることを特徴とする太陽電池モジュール用端子ボックス。
2. 前記案内壁は、前記導体片の長さ方向及び幅方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
3. 前記案内壁は、前記端子板に切り込みを入れることでその切り込み間に配される切り込み片を立ち上げて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記整流素子本体は、メサ型のベアチップダイオードからなり、
   前記一対の導体片のうちのいずれか一方は、前記ベアチップダイオードのＮ形領域と接続可能なＮ側導体片として構成され、
   前記案内壁は、少なくとも前記Ｎ側導体片を載置する端子板上に立設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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