JP3767618B2 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents
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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で発生した熱が円滑に放射されずにバイパスダイオード側に熱がこもり易い構造であったため、過剰な温度上昇によってダイオード機能が不具合を起こすことが懸念された。
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、放熱特性を向上させることを目的とする。
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、放熱特性を向上させ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、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複数の端子板が基板上に並設されており、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部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、前記整流素子部には同整流素子部から発生した熱を放射するための放熱シートが取り付けられ、この放熱シートが、熱放射性の高い接着材を前記整流素子部に塗布することで成形されるシート体、あるいは可撓性の熱放射層と接着層とを積層してなるシート状部材からなり、前記放熱シートの放熱面から離れた位置に、前記放熱シートの放熱面から放射された熱を受ける受熱面が設けられ、この受熱面が前記太陽電池モジュールの裏面側に設定されるとともに、前記放熱シートの放熱面が、前記基板に貫設された透孔に臨み、この透孔を介して前記受熱面と対面している構成としたところに特徴を有する。
＜請求項１の発明＞
対応する二つの端子板間に架け渡される整流素子部に、放熱シートが取り付けられているから、整流素子部で発生した熱が放熱シートから効率良く放射される。ここで、放熱シートは、熱放散性の高い接着材を整流素子部に塗布することで成形されたシート体、あるいは可撓性の熱放射層と接着層とを積層してなるシート状部材からなる。また、放熱シートの放熱面から離れた位置に受熱面が設けられているから、放熱シートの放熱面と受熱面とを接触させることなく離した態様での設計が可能となる。そして、整流素子部が発生した熱は、基板に貫設された透孔を介して放熱シートの放熱面から太陽電池モジュールの裏面側に設けられた受熱面へ伝達され、太陽電池モジュールから効率良く放熱される。
対応する二つの端子板間に架け渡される整流素子部に、放熱シートが取り付けられているから、整流素子部で発生した熱が放熱シートから効率良く放射される。ここで、放熱シートは、熱放散性の高い接着材を整流素子部に塗布することで成形されたシート体、あるいは可撓性の熱放射層と接着層とを積層してなるシート状部材からなる。また、放熱シートの放熱面から離れた位置に受熱面が設けられているから、放熱シートの放熱面と受熱面とを接触させることなく離した態様での設計が可能となる。そして、整流素子部が発生した熱は、基板に貫設された透孔を介して放熱シートの放熱面から太陽電池モジュールの裏面側に設けられた受熱面へ伝達され、太陽電池モジュールから効率良く放熱される。
＜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９０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内に並設された複数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に架け渡される整流素子ユニット５０（本発明の整流素子部に相当する）とを備えて構成される。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。
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９０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内に並設された複数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に架け渡される整流素子ユニット５０（本発明の整流素子部に相当する）とを備えて構成される。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７０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た仕切り壁１３とを備える。基板１１の一端には横長矩形状の開口１４が一つあいており、この開口１４に複数の端子板３０の先端部が臨んでいる。基板１１の開口１４には、図２に示すように、太陽電池モジュール９０のプラス電極及びマイナス電極に接続されたリード６０が通され、通された各リード６０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３０の位置決め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、対応する端子板３０の幅方向に沿って形成され、その根元には端子板３０の後端部を嵌入可能な受け溝（図示せず）が設けられている。端子板３０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、側板１２の後側両端部には切り欠き１７が設けられ、ここに上方から外部接続用のケーブル８０が嵌め込まれ、さらにケーブル押さえ部材２０が嵌着されてケーブル８０が固定されるとともに、ケーブル押さえ部材２０と側板１２とが略面一で連なるようになっている。
また、側板１２の後側両端部には切り欠き１７が設けられ、ここに上方から外部接続用のケーブル８０が嵌め込まれ、さらにケーブル押さえ部材２０が嵌着されてケーブル８０が固定されるとともに、ケーブル押さえ部材２０と側板１２とが略面一で連なるようになっている。
端子板３０は、導電性金属板材を切断等して帯状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３０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３０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３０は、ケーブル８０及びリード６０の夫々の配設位置と対応するように、長さ方向の途中で幅方向にオフセットされている。仕切り壁１３は、この端子板３０及びケーブル８０の両側縁に沿うように画成されており、その内側の端子板３０及びケーブル８０上に絶縁樹脂が充填されるようになっている。これにより、ボックス本体１０全体に充填する場合に比べて、絶縁樹脂の充填量を節約できるようにしてある。
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３０が二つ配されている。各端子板３０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側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の上面に整流素子ユニット５０の一対の導体片５１（後述する）が載せら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２に示すように、リード６０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の上面には導体片５１を正規の取り付け位置へ案内するための一対の突起３６が設けられている。
整流素子ユニット５０は、隣り合う端子板３０間に配置され、電流の逆流を防止するためのバイパスダイオード５２と、このバイパスダイオード５２を弾性的に抱持するクリップ５３とから構成されている。
図示する場合は、三つの整流素子ユニット５０が設けられているが、この取り付け個数は太陽電池モジュール９０の容量等を考慮して決定され、適宜変更可能である。
図示する場合は、三つの整流素子ユニット５０が設けられているが、この取り付け個数は太陽電池モジュール９０の容量等を考慮して決定され、適宜変更可能である。
バイパスダイオード５２は、図２に示すように、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の前端面の略中央部から前方へ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の後端面の下縁から後方へ向けて一部が突出するとともに残りの大部が樹脂モールド部５４の底面に露出して配される放熱板５５（Ｎ形領域（カソード側）に対応）とを備える。一対の導体片５１は、一端面から略水平に突出したあと略Ｓの字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、クリップ５３は、無酸素銅等の導電性金属板を所定形状に打ち抜いたあと曲げ加工等して形成され、その全体が前後軸を挟んで対称形状とされている。詳しくはクリップ５３は、互いに対向する一対の支持片５６を有することで断面略Ｕの字に形成され、各支持片５６の先端部間にバイパスダイオード５２を弾性的に保持可能としている。各支持片５６のうちバイパスダイオード５２の底面つまり放熱板５５と当接する下部支持片５６Ａは、バイパスダイオード５２の前後長さの概ね四倍ほどの前後長さを有し、基板１１上に設置されたときにはその後端部が基板１１の後端位置に達するまで後方へ向けて延出して形成されている。
また、下部支持片５６Ａは、バイパスダイオード５２の幅寸法の概ね二倍ほどの幅寸法を有している。下部支持片５６Ａの略中央部には、放熱板５５の後端と当接し合うことでバイパスダイオード５２の後方移動を規制する当て止め片５６Ｆが切り起こしによって形成されている。そして、下部支持片５６Ａの両側縁には、図１に示すように、略コの字の切り欠き５６Ｇが形成され、この切り欠き５６Ｇ内に、基板１１に突設された被係合部１９が係入可能とされている。被係合部１９は、整流素子ユニット５０の基板１１への組み付け過程で切り欠き５６Ｇの縁部に当接して撓み変形され、下部支持片５６Ａが基板１１上に載置されるに伴ない、復元するとともに切り欠き５６Ｇの縁部の上面に当接し、もって整流素子ユニット５０の浮き上がりを規制可能としている。
下部支持片５６Ａの後端中央部からは中間連繋部５６Ｈが立ち上げ形成され、その立ち上げ端からはバイパスダイオード５２の上面と当接する上部支持片５６Ｂが前方へ向けて延出して形成されている。中間連繋部５６Ｈと上部支持片５６Ｂとは、バイパスダイオード５２の幅寸法より僅かに幅狭に形成されている。また、上部支持片５６Ｂは、中間連繋部５６Ｈから前方へ向けて緩やかな下り勾配となり、その下り勾配端にてバイパスダイオード５２と弾性的に当接し、その後、昇り勾配となってテーパ状に拡開している。このテーパ状に拡開する上部支持片５６Ｂの先端部は、バイパスダイオード５２を誘い込むための案内部５６Ｋとなっている。自然状態における上部支持片５６Ｂの下り勾配端と下部支持片５６Ａとの間の離間距離は、バイパスダイオード５２の高さ寸法よりも少し小さく設定されている。
基板１１の後端部には位置決め壁１８が突設されており、下部支持片５６Ａの後端両端部は、位置決め壁１８の根元に設けられた受け溝（図示せず）に嵌入可能とされている。整流素子ユニット５０は、基板１１への装着時に斜め姿勢をとりつつ下部支持片５６Ａの後端両端部を受け溝の底面に当て止めさせ、かかる状態から下部支持片５６Ａの前端部を傾倒させることにより、その傾倒動作に伴ない一対の導体片５１を対応する端子板３０上に載置接続させるような構成とされている。
さて、整流素子ユニット５０の下面には、バイパスダイオード５２が発生した熱を放熱するための放熱シート４０が取り付けられている。詳しくは放熱シート４０は、下部支持片５６Ａの下面のうちバイパスダイオード５２の放熱板５５の直下に位置する部分に取り付けられており、バイパスダイオード５２からの熱を効率良く逃がすことができるようにしてある。
放熱シート４０は、熱放射性の高い放熱接着材を下部支持片５６Ａの下面に塗布して成形されるシート体、あるいは、可撓性の熱放射層と接着層とを積層してなるシート状部材であって（例えば、特開２００４−２００１９９号参照）、入手可能な市販品を利用することができる。
基板１１には、放熱シート４０からの放熱経路を構成する透孔１１Ｂが貫設されており、この透孔１１Ｂに放熱シート４０の全体が臨むとともに、放熱シート４０の放熱面４０Ａが太陽電池モジュール９０の裏面側と対面するようになっている。つまり、放熱シート４０の放熱面４０Ａから放射された熱は、この放熱面４０Ａと対面位置する太陽電池モジュール９０の受熱面９０Ａに受けられ、そこから太陽電池モジュール９０の全体に放熱されるようになっている。なお、図示する場合は、放熱シート４０の放熱面４０Ａと太陽電池モジュール９０の受熱面９０Ａとの間に空気層が介在するようになっているが、この空気層の代わりに、基板１１の裏面側に接着される透明樹脂層９５が介在していても構わない。
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３０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３０を位置決めし、さらに係止片１６の弾性的な係止によって端子板３０の浮き上がりを規制する。次いで、上方からケーブル押さえ部材２０をケーブル８０に覆い被せつつ取り付け、ケーブル８０を基板１１上に固定する。また、ケーブル８０とは未接続の端子板３０については、その後端部を位置決め壁１８の受け溝に嵌入させる。
一方、クリップ５３の開口に対して前方からバイパスダイオード５２を嵌め込み、一対の支持片５６の先端部間にてバイパスダイオード５２をバネ性をもって挟持させ、整流素子ユニット５０を形成する。そして、放熱シート４０を整流素子ユニット５０の下部支持片５６Ａの下面に塗着もしくは貼着する。続いて、下部支持片５６Ａの後端両端部を位置決め壁１８の受け溝に嵌入させるとともに、放熱シート４０を基板１１の透孔１１Ｂに差し入れ、かつ、一対の導体片５１の夫々を端子板３０の付設部３４上に載せ、そこに半田を施して両者を電気的に接続する。また、被係合部１９の下部支持片５６Ａに対する弾性係止によって下部支持片５６Ａひいては整流素子ユニット５０全体の浮き上がりを規制する。
その後、ボックス本体１０を太陽電池モジュール９０の裏面側に透明樹脂からなる接着材で接着する。これにより、図３に示すように、基板１１と太陽電池モジュール９０との間に透明樹脂層９５が形成される。また、取り付けの過程で太陽電池モジュール９０の電極に接続されたリード６０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６０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仕切り壁１３内の端子板３０及びケーブル８０の端末上に充填し、さらにカバー７０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分が気密に封止される。また、カバー７０を被せることにより、カバー７０の裏面でケーブル押さえ部材２０が基板１１側に押し付けられてケーブル押さえ部材２０の浮き上がりが確実に規制される。
本実施形態によれば、バイパスダイオード５２で発生した熱は、クリップ５３を介して放熱シート４０に伝達され、放熱シート４０に吸熱されたあと放熱面４０Ａから放射されて太陽電池モジュール９０の受熱面９０Ａに受けられ、太陽電池モジュール９０から効率良く放熱されることとなる。したがって、従来と違って、バイパスダイオード５２側に熱がこもることがなく、バイパスダイオード５２のダイオード機能が損なわれない。
また、放熱シート４０の放熱面４０Ａから離れた位置に受熱面９０Ａが設けられているから、放熱シート４０の放熱面４０Ａと太陽電池モジュール９０の受熱面９０Ａとを直接接触させることなく離した態様での設計が可能となる。なお、本実施形態の場合、放熱シート４０の放熱面４０Ａと太陽電池モジュール９０の受熱面９０Ａとは接着層９５の厚み分だけ離れているにすぎないので、両面が互いに接触している場合に比べても、放熱効率の減少割合を低く抑えることができる。
＜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）上記実施形態の整流素子部は、クリップを含めた整流素子ユニットとして構成されていたが、本発明の整流素子部は、バイパスダイオードのみによって構成されていても構わない。また、バイパスダイオードは、樹脂封止されたパッケージタイプに限らず、ベアチップダイオードを一対の導体板間に挟み込んだモールドレスタイプにも適用することができる。
（２）上記実施形態では、放熱シートを整流素子ユニットの放熱面のみに取り付けていたが、本発明においては、放熱シートを整流素子ユニットの放熱面と太陽電池モジュールの受熱面の両面に取り付けてもよい。
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）上記実施形態の整流素子部は、クリップを含めた整流素子ユニットとして構成されていたが、本発明の整流素子部は、バイパスダイオードのみによって構成されていても構わない。また、バイパスダイオードは、樹脂封止されたパッケージタイプに限らず、ベアチップダイオードを一対の導体板間に挟み込んだモールドレスタイプにも適用することができる。
（２）上記実施形態では、放熱シートを整流素子ユニットの放熱面のみに取り付けていたが、本発明においては、放熱シートを整流素子ユニットの放熱面と太陽電池モジュールの受熱面の両面に取り付けてもよい。
１０…ボックス本体
１１…基板
１１Ｂ…透孔
１２…側板
３０…端子板
４０…放熱シート
４０Ａ…放熱面
５０…整流素子ユニット（整流素子部）
５１…導体片
５２…バイパスダイオード
５３…クリップ
６０…リード
９０…太陽電池モジュール
９０Ａ…受熱面
１１…基板
１１Ｂ…透孔
１２…側板
３０…端子板
４０…放熱シート
４０Ａ…放熱面
５０…整流素子ユニット（整流素子部）
５１…導体片
５２…バイパスダイオード
５３…クリップ
６０…リード
９０…太陽電池モジュール
９０Ａ…受熱面
Claims (1)
- 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複数の端子板が基板上に並設されており、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部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、
前記整流素子部には同整流素子部から発生した熱を放射するための放熱シートが取り付けられ、この放熱シートが、熱放射性の高い接着材を前記整流素子部に塗布することで成形されるシート体、あるいは可撓性の熱放射層と接着層とを積層してなるシート状部材からなり、
前記放熱シートの放熱面から離れた位置に、前記放熱シートの放熱面から放射された熱を受ける受熱面が設けられ、この受熱面が前記太陽電池モジュールの裏面側に設定されるとともに、前記放熱シートの放熱面が、前記基板に貫設された透孔に臨み、この透孔を介して前記受熱面と対面し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。
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