JP3744530B1 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 新たな放熱経路を提供する。
【解決手段】 放熱部材６０は、カバー体６２とブロック体６１とからなり、両者間にバイパスダイオード５０が接触状態で挟着可能とされる。基板１１の上面にブロック体６１を載せた後、ブロック体６１の前部６３の上面にバイパスダイオード５０を載せ、さらにバイパスダイオード５０の上面にカバー体６２を覆い被せる。カバー体６２の両端部には一対のケーブル接触部６８が設けられており、カバー体６２が正規の取り付け位置に至ると、ケーブル接触部６８がケーブル８０に被着される。よって、バイパスダイオード５０の発生する熱がカバー体６２を介してケーブル８０側へ伝達され、ケーブル８０から放熱される。
【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構成とされる。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、基板上に並設され、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、そのリード線を対応する端子板に半田付けして該端子板に電気的に接続されるとともに、基板から突出する取り付けピンを介して基板に載置固定されている。
特開平１１−２６０３５号公報

上記の場合には、バイパスダイオードが発生した熱を専ら基板から放熱する構造となっているが、放熱特性の改善を図るために、基板以外の部分からの放熱経路の開発が模索されていた。
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、基板以外の新たな放熱経路を提供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、基板上に複数の端子板が並設されており、これら端子板が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しており、対応する二つの端子板間に逆負荷時バイパス用の整流素子が架け渡されている太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記整流素子からの熱を放熱するための放熱部材が前記整流素子に対応して設けられており、前記放熱部材は、前記ケーブルとの接触が可能とされたケーブル接触部を備えつつ前記整流素子上に被着され得るカバー体と、前記整流素子と前記基板との間に介設されて両者と接触し得るブロック体とからな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、前記放熱部材は、前記基板に設けられた係合部に係合され得る被係合部を備え、前記ケーブル接触部は、前記係合部と前記被係合部との係合に基づいて前記放熱部材が前記基板上に取り付けられたときに、前記ケーブルに被着されることでこのケーブルの浮き上がりを規制するケーブル押さえ部としての機能を兼ね備え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、前記放熱部材は、前記基板に設けられた係合部に係合され得る被係合部を備え、前記ケーブル接触部は、前記係合部と前記被係合部との係合に基づいて前記放熱部材が前記基板上に取り付けられたときに、前記ケーブルに被着されることでこのケーブルの浮き上がりを規制するケーブル押さえ部としての機能を兼ね備えているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項３に記載のものにおいて、前記係合部と前記被係合部とは、弾性的に係合可能とされているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記整流素子は、複数設けられ、これらが一つの前記放熱部材によって一括して保持されるようになっているところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記放熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウムの合金からなるところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
放熱部材がケーブルとの接触が可能とされたケーブル接触部を備えているから、整流素子が発生する熱が放熱部材を介してケーブル側へ伝達され、ケーブルから効率良く放熱される。しかも、放熱部材は整流素子と基板との間に介設されて両者と接触し得るブロック体を備えているから、整流素子が発生する熱がブロック体を介して基板側へ伝達され、基板からも放熱される。
＜請求項２の発明＞
カバー体からブロック体にかけてねじ部材がねじ込まれ、このねじ込みによって整流素子に既設の取付孔にねじ部材が貫通係合するようになっているから、整流素子がカバー体とブロック体との間に抜け止めされた状態で確実に保持される。

＜請求項３の発明＞
ケーブル接触部がケーブルに被着されることでこのケーブルの浮き上がりを規制するケーブル押さえとしての機能を兼ね備えているから、ケーブル押さえ部を別に確保しなくて済む。また、ケーブル押さえ部が別に設けられている場合には、かかるケーブル押さえ部と相俟って、ケーブルの浮き上がりをより確実に阻止することができる。

＜請求項４の発明＞
係合部と被係合部とが弾性的に係合可能とされているから、放熱部材を基板上にワンタッチで簡単に取り付けることができる。

＜請求項５の発明＞
一つの放熱部材が複数の整流素子を一括して保持可能とされているから、放熱部材を構造的に簡略化できる。

＜請求項６の発明＞
放熱部材がアルミニウムまたはアルミニウムの合金からなり、つまり、熱伝導率の高い金属からなるので、放熱特性に優れる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図５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間に架け渡されるバイパスダイオード５０（本発明の整流素子に相当する）と、バイパスダイオード５０からの熱を放熱するための放熱部材６０とを備えている。なお、以下の説明において前後方向については、図１の上側を前方とする。

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、この基板１１の周縁部から立ち上げられて周囲を取り囲む側板１２と、基板１１の所定位置から立ち上げられる区画壁１３とを備える。基板１１の一端には横長矩形状の開口１４があいており、この開口１４に各端子板３０の先端部が臨んでいる。基板１１の開口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に接続されたリード（図示せず）が挿通され、挿通された各リードが端子板３０の先端部に半田付け等により接続されるようになっている。

基板１１の上面には各端子板３０毎に対応して端子板３０の位置決め孔３１と係合可能な位置決め突部１５が突設されている。位置決め突部１５の両端外方には撓み可能な一対の係止片１６が突出して設けられており、端子板３０の装着過程では係止片１６が端子板３０の両側縁部と係合して開き変形し、端子板３０が正規に組み付けられるに伴ない係止片１６が復元して端子板３０の両側縁部を上方から押し付け、端子板３０の浮き上がりを規制するようになっている。

また、基板１１の上面には、後述する端子板３０Ａの位置決めを行うための位置決め壁１８が設けられている。位置決め壁１８は、基板１１の前後方向略中央部にて対応する端子板３０Ａの幅方向に沿って延出して形成され、その根元には端子板３０Ａの後端部を嵌め込み可能な受け溝（図示せず）が設けられている。端子板３０Ａは、基板１１への装着時に斜め姿勢をとりつつその後端部を受け溝の奥面に当て止めさせ、かかる状態からその前端部を傾倒させることで、その傾倒動作に伴ない位置決め孔３１を位置決め突部１５に嵌め込むような構成とされる。また、基板１１の上面には、図２に示すように、後述する端子板３０Ｂの位置決めを行うための位置決め壁１８Ａが設けられている。位置決め壁１８Ａは、端子板３０Ｂの後端二角と対応する位置に、かかる角形状に沿うよう略Ｌの字をなして左右夫々に一対ずつ配設されている。

端子板３０は、導電性金属板材を切断等して帯状でかつ短寸に形成され、基板１１の前後方向略中央部に横並びで四つ設けられている。基板１１の両端側に配された端子板３０Ｂには対応する外部接続用のケーブル８０が接続されている。ケーブル８０の端末は、図２に示すように、被覆８２の剥離によって芯線８１が露出しており、この芯線８１に対して端子板３０Ｂの端部に形成されたバレル部３２がかしめ付けられることにより、ケーブル８０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８０の延出端にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。

上記のケーブル８０が接続された端子板３０Ｂは、ケーブル８０及びリードの夫々の配設位置と対応するように、長さ方向途中で側方へオフセットされている。区画壁１３は、端子板３０Ｂ及びケーブル８０の一側縁に沿うように画成され、その内側に絶縁樹脂が充填されることにより、ボックス本体１０全体に充填される場合に比べて、絶縁樹脂の充填量を少なくしてある。

基板１１の上面の略中央部には、ケーブル８０とは未接続の端子板３０Ａが二つ配されている。各端子板３０Ａは、基板１１上に設置された位置決め壁１８及び位置決め突部１５の夫々に対し、その前後方向の両端二位置で係合可能とされ、この係合により、平面方向に沿った遊動が確実に規制されるようになっている。また、各端子板３０には側方へ張り出す付設部３４が設けられており、この付設部３４の上面にバイパスダイオード５０の導体片５１（後述する）が載置されて半田接続されるようになっている。付設部３４は、導体片５１の配設位置と対応するように、図３に示すように、リードが接続される本体部３５側から一段落ちた位置に配されている。付設部３４の上面において導体片５１の両脇には導体片５１を案内するための一対の突起３６が設けられている。

隣り合う端子板３０間には、電流の逆流を防止するための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、隣り合う端子板３０に対応して複数（本実施形態の場合は全部で三つ）配置されており、略直方体形状をなす樹脂モールド部５４と、樹脂モールド部５４の前端面から突出して対応する端子板３０に半田接続される一対の導体片５１（Ｐ形領域（アノード側）及びＮ形領域（カソード側）の夫々に対応）と、樹脂モールド部５４の後端面下縁から後方へ張り出し形成された取付部５５とを備える。一対の導体片５１は、樹脂モールド部５４の前端面から略水平に突出したあと略Ｓの字状に曲げられてその先端部が樹脂モールド５４の底面とほぼ同じ高さ位置に至るようになっている。また、取付部５５には、略円形の取付孔５６が貫設されている。

放熱部材６０は、上記した複数のバイパスダイオード５０を一括して保持可能とされている。詳しくは放熱部材６０は、各バイパスダイオード５０の樹脂モールド部５４の下面に面当たり状態で接触し得るとともに基板１１の上面に面当たり状態で接触し得るブロック体６１と、各バイパスダイオード５０の樹脂モールド部５４の上面に面当たり状態で接触するカバー体６２とから構成される。

ブロック体６１は、アルミニウムによって団塊状に形成され、基板１１の上面において各端子板３０の配設位置の後側でかつ両ケーブル８０の配設位置の内側に存する大きな空きスペースに載置され、かかる空きスペースのほぼ全体を占有し得る大きな長さ寸法及び幅寸法をもって形成されている。ブロック体６１は、その前後方向中央部より少し前方位置を境として前側に位置する前部６３と、前部６３の後側に段差６５を介して連なって前部６３の概ね四倍ほどの肉厚をなす後部６４とからなる。ブロック体６１の前部６３の上面は、各バイパスダイオード５０の樹脂モールド部５４が載せられる載置面とされ、ここにはバイパスダイオード５０の取付部５５の取付孔５６と連通可能な第一係合孔６６が貫設されている。

カバー体６２は、ブロック体６１の前部６３との間にバイパスダイオード５０を挟み込みつつ上方に覆い被さる素子接触部６７と、素子接触部６７の両端側方に延出して形成された左右一対のケーブル接触部６８と、ケーブル接触部６８の両端側方に延出して形成された左右一対の基板取付部６９とからなる。

素子接触部６７には、バイパスダイオード５０の取付部５５の取付孔５６と連通可能な第二係合孔７０が貫設されており、バイパスダイオード５０を挟み込んだ状態で、第二係合孔７０、取付孔５６、第一係合孔６６が上下方向に同軸で貫通するようになっている。ここで、第二係合孔７０、取付孔５６、第一係合孔６６をこの順に貫通するねじ部材７５がブロック体６１の前部６３にねじ込まれると、このねじ込みにより、バイパスダイオード５０が、ブロック体６１の前部６３とカバー体６２の素子接触部６７との間に、厚み方向に締め付け保持されるようになっている。このとき、取付部５５の取付孔５６に対しねじ部材７５の軸部７６が貫通係合するため、バイパスダイオード５０の確実な抜け止めがなされるようになっている。

ケーブル接触部６８は、図５に示すように、全体として逆Ｕの字状に形成され、その両端が素子接触部６７と基板取付部６９とに一対に繋がるとともに、その円弧部分がケーブル８０の被覆８２に対して緊密に被着し得るように構成されている。ケーブル８０は、その芯線８１に接続された端子板３０Ｂのバレル部３２をも含めて、基板１１側へ押し付けられた状態で、基板１１とケーブル接触部６８との間に保持可能とされている。

基板取付部６９は、基板１１上に略垂直に突出する立壁１９の外壁に沿って配設され、立壁１９の上部をコの字状に回り込んだ後、その延出端部に設けられた被係合部７１が立壁１９に設けられた係合部２１と弾性的に係合可能とされている。被係合部７１は、基板取付部６９の延出端を鋭角状に折り返して形成され、係合部２１は、立壁１９の外壁に凹設された溝として構成され、その溝底に行くにしたがって昇り勾配となるように斜めに切り込まれている。したがって、被係合部７１は、係合部２１に対して上方への抜け止めがなされた状態で係止されるようになっている。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。まず、端子板３０Ｂのバレル部３２をケーブル８０の端末にて露出された芯線８１にかしめ付けて端子板３０Ｂとケーブル８０とをかしめ接続する。続いて、基板１１上に端子板３０を載置固定する。このとき、基板１１上に突設された位置決め突部１５を端子板３０の位置決め孔３１に挿通することにより、端子板３０Ａを位置決めする。

そして、基板１１の前記空きスペースにブロック体６１を載せた後、図２に示すように、ブロック体６１の前部６３の上面に三つのバイパスダイオード５０を一定間隔をあけて横並びで配置する。すると、各バイパスダイオード５０の一対の導体片５１が対応する端子板３０の付設部３４上に載せられる。この状態から、カバー体６２をバイパスダイオード５０の樹脂モールド部５４上に覆い被せるようにして基板１１上に取り付け固定する。カバー体６２が取り付けられる過程では、基板取付部６９が立壁１９との干渉によって弾性的に開き変形し、カバー体６２が正規の取り付け位置に至ると、基板取付部６９が復元して被係合部７１が立壁１９の係合部２１に弾性的に嵌入する。こうしてカバー体６２が正規に取り付け固定されると、ケーブル接触部６８によってケーブル８０の浮き上がりが規制されるとともに、第二係合孔７０が取付孔５６及び第一係合孔６６と整合位置する。

続いて、図３及び図４に示すように、第二係合孔７０、取付孔５６、第一係合孔６６にねじ部材７５を貫通させ、ねじ部材７５の先端部をブロック体６１の前部６３にねじ込むことにより、ねじ部材７５の頭部７７で、カバー体６２を介して、バイパスダイオード５０を締付ける。これと前後して、端子板３０の付設部３４とバイパスダイオード５０の一対の導体片５１との接合部分に半田を施して両者を電気的に接続する。

その後、ボックス本体１０を太陽電池モジュールの裏面側に接着材や両面テープで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。それからシリコン樹脂等の絶縁樹脂を区画壁１３内の端子板３０、ケーブル８０、及び放熱部材６０上に充填し、さらにカバーを被せて蓋締めする。絶縁樹脂により、かしめ接続部分、半田接続部分等の各接続部位が気密に封止される。

本実施形態によれば、放熱部材６０を構成するカバー体６２がケーブル８０との接触が可能とされたケーブル接触部６８を備えているから、バイパスダイオード５０の発生する熱がカバー体６２を介してケーブル８０側へ伝達され、ケーブル８０から効率良く放熱される。一方、放熱部材６０を構成するブロック体６１が基板１１との接触が可能とされるから、バイパスダイオード５０の発生する熱がブロック体６１を介して基板１１側へ伝達され、基板１１からも放熱される。つまり、バイパスダイオード５０が基板１１とケーブル８０との二つのルートから放熱されるので、基板１１のみの場合に比べて、放熱効率が良好となる。特に、ブロック体６１がアルミニウムのような熱伝導率の高い金属によって形成されているので、放熱特性に優れる。

また、ケーブル接触部６８がケーブル８０に被着されることでこのケーブル８０の浮き上がりを規制するケーブル押さえとしての機能を兼ね備えているから、ケーブル８０の浮き上がりを確実に阻止することができる。
さらに、カバー体６２とブロック体６１とが三つのバイパスダイオード５０を一括して保持可能とされているから、バイパスダイオード５０毎に個別にカバー体６２とブロック体６１とを用意する場合に比べて、放熱部材６０を構造的に簡略化することができる。

＜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、放熱部材がカバー体とブロック体とから分離可能に構成されていたが、本発明においては、放熱部材が分離不能に一体に構成されていても構わない。例えば、放熱部材は、バイパスダイオードを弾性的に挟持可能な一対の支持片によって構成されていても構わない。
（２）上記実施形態では、一つの放熱部材が複数のバイパスダイオードを一括して保持するものであったが、本発明においては、複数の放熱部材が各バイパスダイオード毎に対応して設けられていても構わない。

本発明の実施形態１にかかるボックス本体の内部構造を示す平面図 カバー体を取り付ける前のボックス本体の内部構造を示す平面図 ボックス本体の内部構造を示す概略的な分解側断面図 ボックス本体の内部構造を示す側断面図 ケーブル接触部の周辺を要部拡大した縦断面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
１５…位置決め突部
３０…端子板
３１…位置決め孔
５０…バイパスダイオード（整流素子）
６０…放熱部材
６１…ブロック体
６２…カバー体
６８…ケーブル接触部
６９…基板取付部
８０…ケーブル

Claims (6)

1. 基板上に複数の端子板が並設されており、これら端子板が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しており、対応する二つの端子板間に逆負荷時バイパス用の整流素子が架け渡されている太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、
   前記整流素子からの熱を放熱するための放熱部材が前記整流素子に対応して設けられており、前記放熱部材は、前記ケーブルとの接触が可能とされたケーブル接触部を備えつつ前記整流素子上に被着され得るカバー体と、前記整流素子と前記基板との間に介設されて両者と接触し得るブロック体とからな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. 前記ブロック体と前記カバー体との間に前記整流素子を挟み込んだ状態で、前記カバー体から前記ブロック体にかけてねじ部材がねじ込まれるようになっており、前記ねじ部材は、前記ねじ込みによって前記整流素子に既設された取付孔に貫通係合するようになっ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. 前記放熱部材は、前記基板に設けられた係合部に係合され得る被係合部を備え、前記ケーブル接触部は、前記係合部と前記被係合部との係合に基づいて前記放熱部材が前記基板上に取り付けられたときに、前記ケーブルに被着されることでこのケーブルの浮き上がりを規制するケーブル押さえ部としての機能を兼ね備え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. 前記係合部と前記被係合部とは、弾性的に係合可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
5. 前記整流素子は、複数設けられ、これらが一つの前記放熱部材によって一括して保持されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項４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。
6. 前記放熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウムの合金からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５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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