JP3852711B1 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオードにかかる応力を低減する。
【解決手段】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９０との間を電気的に中継する複数の端子板３０Ａ，３０Ｂが基板１１上に載せられ、対応する二つの端子板３０Ａ，３０Ｂ間がバイパスダイオード５０によって橋絡されている。各端子板３０Ａ，３０Ｂは押え板６０により基板１１の表面に沿って並べられ一括して支持固定される。したがって、各端子板３０Ａ，３０Ｂ間に予めバイパスダイオード５０を架橋させた状態から各端子板３０Ａ，３０Ｂの基板１１への固定作業を行う場合であっても、バイパスダイオード５０に過大な応力が生じるのを回避できる。
【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の敷設され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であって、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。

端子ボックスとして、ボックス本体の底部を構成する基板上に一対の端子板が並設され、両端子板の一端に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が接続され、両端子板の他端に外部接続用のケーブルの端末が接続されているものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。そして、両端子板間には逆流短絡用のバイパスダイオードが架設されており、このバイパスダイオードはベアチップを間に挟んで二枚の導体片が相互に反対方向に延出してその延出端で対応する端子板に半田接続される構成である。また、各端子板には孔があけられ、この孔の内周に設けられた菊座の歯を基板上に立設された突起に食い込ませることにより、各端子板が基板に対して個別に固定されている。
特許第３４９８９４５号公報

ところで、両端子板間にバイパスダイオードを接続した状態から両端子板を基板に固定しようとすると、一方の端子板の固定作業を行っている間に他方の端子板がバイパスダイオードとともに自由状態となるため、バイパスダイオードと端子板との接続部位に過大な応力が生じて、バイパスダイオードが変形したり端子板と未接続状態になる可能性があった。特に、端子板にバイパスダイオードをリフロー半田付けによって接続しようとすると、両端子板を基板に固定するのに先立ってバイパスダイオードの接続作業を終えなければならないので、上記した手法に従えばバイパスダイオードにかかる応力の増大が著しく、その解決策が希求されていた。

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、両端子板の固定時にバイパスダイオードにかかる応力を低減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、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載せられ、対応する二つの端子板間が逆負荷時バイパス用の整流素子によって橋絡されているものであって、前記整流素子と接続状態にある前記各端子板を前記基板に向けて押さえ込んで、自身は前記基板に固定される押え板が設けられ、かつこの押え板は、前記整流素子の周りを全周に亘って押さえ付けることにより、前記各端子板のみを前記基板との間に一括して挟み込む構成となっている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、前記押え板には、前記整流素子と対応する位置に、この整流素子が入り込む逃し孔が貫通して形成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、前記各端子板は、前記基板を含んで構成されるボックス本体内に収容され、このボックス本体にはカバーが被せ付けられるようになっており、前記押え板が前記カバーと別体に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または請求項２に記載のものにおいて、前記各端子板は、前記基板を含んで構成されるボックス本体内に収容され、このボックス本体にはカバーが被せ付けられるようになっており、前記押え板が前記カバーと一体に形成されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
各端子板間が整流素子によって橋絡されているので、各端子板に予め整流素子を接続した状態から各端子板の基板への固定作業を行おうとすると、整流素子に過大な応力がかかって整流機能に支障を来たすことが懸念されるが、請求項１の発明によれば、各端子板を基板の表面に沿って並べて一括して挟み込んで固定する押え板が設けられているので、基板への固定時に各端子板の相対位置を概ね不動に保つことができ、整流素子への応力集中を回避できる。
また、押え板を用いることで、比較的簡単な手法で各端子板をフラットに揃えることができ、組み付け作業性が良好となる。また、押え板の各端子板に対する押圧力を高めることにより、各端子板が基板に対して緊密に密着するようになるので、整流素子が発熱したときに各端子板から基板へと効率良く放熱させることが可能となる。

＜請求項２の発明＞
押え板には整流素子と対応する位置に整流素子が入り込む逃し孔が貫通して形成されているので、逃し孔を通して整流素子を視認することができる。

＜請求項３の発明＞
各端子板が基板を含んで構成されるボックス本体内に収容され、このボックス本体内にカバーが被せ付けられるようになっており、押え板がカバーと別体に形成されているので、カバーを被せ付けるに先立って押え板と基板との間に各端子板を挟み込み、その状態からボックス本体内に絶縁樹脂を導入して封止することが可能となる。

＜請求項４の発明＞
各端子板が基板を含んで構成されるボックス本体内に収容され、このボックス本体内にカバーが被せ付けられるようになっており、押え板がカバーと一体に形成されているので、部品点数を削減できる。請求項４の発明は、ボックス本体内に絶縁樹脂を導入しない場合に有用である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６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、相互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の裏面側に取り付けられるものであって、箱形をなすボックス本体１０と、このボックス本体１０内に並列状態で配置された多数の端子板３０Ａ，３０Ｂと、隣接する端子板３０Ａ，３０Ｂ間に架橋された複数のバイパスダイオード５０（本発明の「逆負荷時バイパス用の整流素子」に相当する）とを備えている。

ボックス本体１０は、合成樹脂製であ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材（ポッティング材）が導入され、上方からカバー（図示せず）が被せ付け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及び図２に示すように、複数の端子板３０Ａ，３０Ｂが横並びで載置された略矩形状の基板１１と、この基板１１の周縁から立ち上げられて周囲を取り囲む側板１２と、基板１１上の所定位置から立ち上げられて隣接する端子板３０Ａ，３０Ｂ間を区画する仕切壁１３とを備える。ボックス本体１０のうち、仕切壁１３によって区画された空間には、各端子板３０Ａ，３０Ｂに被着するようにして絶縁樹脂が充填されており、この仕切壁１３の厚み分、絶縁樹脂の充填量が少なく済むようにしてある。

基板１１の一端には、幅方向の全幅に亘って開口部１４が開設されており、この開口部１４に各端子板３０Ａ，３０Ｂの先端部が臨んでいる。そして、基板１１の開口部１４には各太陽電池セル群と対応するリード（図示せず）が通され、通された各リードが対応する端子板３０Ａ，３０Ｂの先端部に半田付け等によって接続可能とされている。また、基板１１には、ボックス本体１０及びカバーと別体に形成された押え板６０が各端子板３０Ａ，３０Ｂ上を幅方向に横切って組み付けられている。

押え板６０は、合成樹脂材によって幅広に形成され、上方から各端子板３０Ａ，３０Ｂを一括して基板１１側へ押し付け固定することにより、各端子板３０Ａ，３０Ｂの浮き上がりを規制するとともに、各端子板３０Ａ，３０Ｂの固定時に各端子板３０Ａ，３０Ｂ間を架橋するバイパスダイオード５０に物理的なストレスが加わらないようにしている。具体的には押え板６０は、各端子板３０Ａ，３０Ｂのうち、リードとの接続領域及びケーブル９０との接続領域を余した領域を被覆する形態とされ、その周縁部の複数箇所に、側板１２の係止受け部１５に係止可能な係止片６１が突出して形成されている。図４に示すように、係止受け部１５に係止片６１が弾性係止することにより、押え板６０が基板１１との間に各端子板３０Ａ，３０Ｂを挟み込み、かかる押え板６０の押し付けに伴い、各端子板３０Ａ，３０Ｂと基板１１とが隙間なく緊密に密着して、バイパスダイオード５０で発生する熱が各端子板３０Ａ，３０Ｂから基板１１へと効率良く放熱されるようになっている。そして、押え板６０には、バイパスダイオード５０との対応箇所に、このバイパスダイオード５０の外縁にほぼ沿うようにして逃し孔６２が貫通して形成されており、この逃し孔６２にバイパスダイオード５０が入り込んで上方から視認可能とされている。また、押え板６０の上面の適宜箇所には、成形時における引けを防止するための凹所６３が設けられている。

基板１１の他端の幅方向両端部には、外部出力用のケーブル９０が載せられるケーブル載置部１６が軸方向に突出して形成されている。ケーブル載置部１６の周囲を取り囲む側板１２は、その両端から略クランク状に屈曲する形態とされ、ここにケーブル９０が遊挿状態で貫通可能なケーブル通し孔を備えた筒部１７が軸方向に延設されている。そして、ケーブル載置部１６には、図５に示すように、ケーブル９０の下半部に沿って略半円弧状をなすケーブル受け面１８を備えた支持部１９が形成されており、さらに支持部１９の両側面に一対の被係止部２１が突出して形成されている。

ケーブル受け面１８に載せられたケーブル９０には上方からケーブル押え部材７０が被せ付けられる。ケーブル押え部材７０は、ケーブル９０の上半部に沿って略半円弧状をなすケーブル押え面７１を有する押え本体部７２とその両端に形成された撓み可能な一対のロック片７３とからなり、両ロック片７３が支持部１９を跨いで被係止部２１に弾性的に係止することにより、ケーブル押え面７１とケーブル受け面１８とが略円形に適合して両面１８，７１間にケーブル９０を挟着し、もって基板１１に固定されるようになっている。ケーブル押え面７１とケーブル受け面１８とには、周方向に沿って複数条のリブ７８が形成されており、これらリブ７８がケーブル９０の被覆９１に食い込むことでケーブル９０と基板１１及びケーブル押え部材７０との間が水密状にシールされるようになっている。そして、ケーブル９０の延出方向に沿ってケーブル押え部材７０と筒部１７とが並んで配置されているので、筒部１７がケーブル９０の振れ止めとして作用することになり、ケーブル９０が軸交差方向に振られても、ケーブル押え部材７０にその振動が伝わり難く、ケーブル押え部材７０のシール性能が長期に亘って維持できるようになっている。

端子板３０Ａ，３０Ｂは、導電性の金属板材を切断等して帯状に形成され、基板１１の表面（上面）に沿って四つ並設されている。各端子板３０Ａ，３０Ｂのうち、並び方向の両端に位置する二つの端子板は、各太陽電池セル群から起電力を取り出すためのケーブル９０を圧着接続させたケーブル接続端子３０Ａとして構成されている。ケーブル９０の端末は被覆９１の剥離によって芯線９２が露出しており、この芯線９２に対しケーブル接続端子３０Ａの端部に形成された一対のバレル部３１がかしめ接続され、もしくは半田付けにより接続されるようになっている。ケーブル接続端子３０Ａの中間領域は、リードとの接続領域及びバレル部３１と比べて幅広に形成されており、ここにバイパスダイオード５０の本体部５１が支持されている。ケーブル接続端子３０Ａの中間領域には本体部５１を嵌め込んで接続するための接続孔３２が貫通して形成されており、この中間領域が幅広に形成されることで、本体部５１の発熱時における放熱性が高められている。

各端子板３０Ａ，３０Ｂのうち、並び方向の中央部に位置する二つの端子板は、中継接続端子３０Ｂとして構成されている。このうち、一方の中継接続端子３０Ｒ（図示する右側の端子板）にはバイパスダイオード５０の本体部５１が支持されており、他方の中継接続端子３０Ｌ（図示する左側の端子板）には、本体部５１が支持されておらず、両側に位置する端子板（ケーブル接続端子３０Ａと一方の中継接続端子３０Ｒ）のそれぞれに支持された本体部５１から延出する接続ピン５２（後述する）の先端が接続されている。本体部５１が支持された一方の中継接続端子３０Ｒには、上記同様に、本体部５１を嵌め込んで接続するための接続孔３２が貫通して形成され、その中間領域が、放熱性の向上を図るべく他方の中継接続端子３０Ｌに比べて幅広に形成されている。具体的には、一方の中継接続端子３０Ｒの中間領域は他方の中継接続端子３０Ｌ側へ迫り出して形成されており、これに伴って他方の中継接続端子３０Ｌの中間領域はリードとの接続領域との間に幅方向に位置ずれして段付き状をなしている。なお、各端子板３０Ａ，３０Ｂ間は仕切壁１３によって隔てられているが、一方の中継接続端子３０Ｒと他方の中継接続端子３０Ｌとの間に配された仕切壁１３は一方の中継接続端子３０Ｒの迫り出し部分に沿って屈曲して形成されている。また、仕切壁１３にはバイパスダイオード５０の接続ピン５２が通過する切欠部２３が形成されており、接続ピン５２との干渉を回避できるようになっている。

両ケーブル接続端子３０Ａ及び一方の中継接続端子３０Ｒに支持された３つのバイパスダイオード５０の本体部５１は、各端子板３０Ａ，３０Ｂの並び方向に沿った一直線上の位置から位置ずれして配されている。そして、中継接続端子３０Ｂには、各バイパスダイオード５０の放熱領域を複数に分割するための断熱部３６，３７，３８が形成されている。この断熱部３６，３７，３８は、中継接続端子３０Ｂの一側縁に開口して幅方向に延出するスリット状の空気層からなり、一方の中継接続端子３０Ｒに二つ形成され、他方の中継接続端子３０Ｌに一つ形成されている。具体的には、一方の中継接続端子３０Ｒには、開口部１４側に近い位置において、右側縁に開口して左側縁の近傍位置に達する深さの第１断熱層３６が切り込み形成されているとともに、この第１断熱層３６とバイパスダイオード５０を挟んだ位置において、左側縁に開口して右側縁の近傍位置に達する深さの第２断熱層３７が切り込み形成されている。また、他方の中継接続端子３０Ｌには、そこに載置接続された両接続ピン５２の先端間において右側縁に開口して幅方向略中央部に達する深さの第３断熱層３８が切り込み形成されている。バイパスダイオード５０で発生した熱は、これら断熱層３６，３７，３８を廻り込む間に、対応する端子板３０Ａ，３０Ｂから基板１１へ効率良く放熱されるようになっている。

バイパスダイオード５０は、大まかには扁平な円柱形をなす本体部５１と、本体部５１の一端面の略中央から導出される折り曲げ可能な接続ピン５２とから構成されている。本体部５１は、Ｐ側領域（アノード側領域）とＮ側領域（カソード側領域）とからなる図示しないチップダイオードの側方を金属製の円筒材で包囲してなり、チップダイオードの底部（アノード側領域またはカソード側領域のいずれかの領域）が円筒材の底部と接触して両者の導通がとられる一方、この底部を除いた円筒材とチップダイオードとの間に絶縁樹脂が導入され、全体として小型にパッケージ化されている。本体部５１の側周面（筒材の側周面）には、図示しない鋸歯状の凹凸が軸方向に多数形成されており、この凹凸が端子板３０Ａ，３０Ｂの接続孔３２の孔縁に食い込むことにより、バイパスダイオード５０が対応する端子板３０Ａ，３０Ｒに対し回り止め状態で容易かつ確実に支持されるようになっている。

また、バイパスダイオード５０の接続ピン５２は、その根元が本体部５１内に埋め込まれた状態でチップダイオードの天面（カソード側領域またはアノード側領域のいずれかの領域）に電気的に接続されている。具体的には接続ピン５２は、本体部５１が支持された端子板３０Ａ，３０Ｒと隣接する端子板３０Ｂとを架け渡すように配されており、チップダイオードの天面上で屈曲して隣接する端子板３０Ｂ側へ向けて略水平に延びたあと下方へ屈曲し、その下端からさらに屈曲して隣接する端子板３０Ｂの上面に沿って延出し、その先端部に抵抗溶接または半田溶接が施されてこの隣接する端子板３０Ｂに接続されている。

ところで、本実施形態においては、既述した通り、両ケーブル接続端子３０Ａにバイパスダイオード５０の本体部５１が一つずつ支持され、一方の中継接続端子３０Ｒにバイパスダイオード５０の本体部５１が一つ支持されるわけであるが、このうち、一つのバイパスダイオード５０が残り二つのバイパスダイオード５０とそのＰ側（アノード側）及びＮ側（カソード側）の極性を逆転して形成されている。詳しくは、左側に配されたケーブル接続端子３０Ａと他方の中継接続端子３０Ｌとを橋絡するバイパスダイオード５０の接続ピン５２はそのケーブル接続端子３０Ａに支持された本体部５１のＮ側（カソード側）から延出してＮ極性を帯びている。そして、右側に配されたケーブル接続端子３０Ａと一方の中継接続端子３０Ｒとを橋絡するバイパスダイオード５０の接続ピン５２はそのケーブル接続端子３０Ａに支持された本体部５１のＰ側（アノード側）から延出してＰ極性を帯びているとともに、一方の中継接続端子３０Ｒと他方の中継接続端子３０Ｌとを橋絡するバイパスダイオード５０の接続ピン５２は一方の中継接続端子３０Ｒに支持された本体部５１のＰ側（アノード側）から延出してＰ極性を帯びている。したがって、他方の中継接続端子３０Ｌを両接続ピン５２の先端が接続される補助中継端子として用いることにより、バイパスダイオード５０を直列接続させ、両ケーブル接続端子３０Ａのいずれにもバイパスダイオード５０の本体部５１を支持させることが可能となっている。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。まず、両ケーブル接続端子３０Ａ及び一方の中継接続端子３０Ｒの各接続孔３２に、バイパスダイオード５０の本体部５１を圧入装着するとともに、隣接する端子板（他方の中継接続端子３０Ｌ及び一方の中継接続端子３０Ｒ）に接続ピン５２の先端を載せて抵抗溶接または半田溶接等により接続する。続いて、基板１１上の所定位置に、上記バイパスダイオード５０を介して連結状態となった各端子板３０Ａ，３０Ｂを載せ、各端子板３０Ａ，３０Ｂに対して上方から押え板６０を被せ付ける。この状態から押え板６０を基板１１側へ押し込み、側板１２の係止受け部１５に押え板６０の係止片６１を係止させて、ボックス本体１０に押え板６０を固定する。すると、各端子板３０Ａ，３０Ｂは、押え板６０と基板１１との間にフラット状態で一括して挟着保持され、基板１１に密着して基板１１からの浮き上がりが確実に規制される。

続いて、筒部１７のケーブル通し孔に外部出力用のケーブル９０を差し入れ、ケーブル接続端子３０Ａのバレル部３１上に、筒部１７を通過してボックス本体１０内に臨むケーブル接続端子３０Ａの芯線９２を載せ、このケーブル９０の芯線９２にケーブル接続端子３０Ａのバレル部３１をかしめ接続もしくは半田接続する。そして、ケーブル９０の被覆９１にケーブル押え部材７０を被着させ、被係止部２１にケーブル押え部材７０のロック片７３を係止することにより、ケーブル９０との間をシールし、もってケーブル通し孔からの浸水を防止する。

その後、太陽電池モジュールに対してボックス本体１０の基板１１を、接着材、両面テープ、またはボルトにより固定する。取り付けの過程でボックス本体１０内に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の開口部１４から引き込み、対応する端子板３０Ａ，３０Ｂの先端部にリードの先端を半田接続する。次いで、ボックス本体１０内にシリコン樹脂等の絶縁樹脂を充填し、押え板６０の逃し孔６２内に入り込む絶縁樹脂にてバイパスダイオード５０を気密に封止するとともに、端子板３０Ａ，３０Ｂとリードとの接続部分やケーブル接続端子３０Ａとケーブル９０との接続部分を気密に封止する。最後に、カバーを被せ付け、ボックス本体１０の上面開口部を閉止することにより、組み付け作業を完了する。

以上のように本実施形態によれば、予め各端子板３０Ａ，３０Ｂ間にバイパスダイオード５０の接続ピン５２を橋絡させた状態から各端子板３０Ａ，３０Ｂを基板１１に対し固定する場合において、押え板６０が各端子板３０Ａ，３０Ｂを基板１１の表面に沿って並べて一括して支持固定するようになっているから、基板１１への固定時に各端子板３０Ａ，３０Ｂを概ね不動の状態に保つことが可能となり、バイパスダイオード５０の接続ピン５２に過大な応力が生じる事態を回避できる。

また、押え板６０による押圧力が作用することにより、各端子板３０Ａ，３０Ｂが基板１１に対して緊密に密着するようになっているので、バイパスダイオード５０の発生する熱を各端子板３０Ａ，３０Ｂから基板１１へ効率良く放熱させることが可能となる。

＜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）本発明によれば、基板における各端子板の載置面に接着材を塗布したあとこの載置面にバイパスダイオード付きの各端子板を載せ、上方から押え治具を各端子板に一括して押し付けることにより、各端子板を接着材を介して基板の表面に支持固定してもよい。
（２）本発明によれば、ボックス本体内を絶縁樹脂で樹脂封止しなくてもよい。その場合、押え板はカバーの裏面に一体に取り付けられていてもよく、これにより、部品点数を削減できる。
（３）バイパスダイオードは、周知のパッケージダイオードを用いてもよく、また、ベアチップと導体片とからなるベアチップダイオードを用いてもよい。
（４）端子板は、ケーブル接続端子のみからなり、両ケーブル接続端子間をバイパスダイオードが架橋して短絡可能な構成としてもよい。

実施形態１の端子ボックスのボックス本体内の平面図 カバーを装着する前のボックス本体内の平面図 ケーブルの軸方向に沿って切断したボックス本体内の断面図 幅方向中央部で切断したボックス本体内の断面図 ケーブル載置面にケーブルを載せる前の断面図 ケーブル押え面とケーブル受け面との間にケーブルを挟着した状態の断面図

符号の説明

１０…ボックス本体
１１…基板
１７…筒部
３０Ａ…ケーブル接続端子
３０Ｂ…中継接続端子
５０…バイパスダイオード（整流素子）
５２…接続ピン
６０…押え板
６２…逃し孔
７０…ケーブル押え部材
９０…ケーブル

Claims (4)

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載せられ、対応する二つの端子板間が逆負荷時バイパス用の整流素子によって橋絡されているものであって、
   前記整流素子と接続状態にある前記各端子板を前記基板に向けて押さえ込んで、自身は前記基板に固定される押え板が設けられ、
   かつこの押え板は、前記整流素子の周りを全周に亘って押さえ付けることにより、前記各端子板のみを前記基板との間に一括して挟み込む構成となっ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. 前記押え板には、前記整流素子と対応する位置に、この整流素子が入り込む逃し孔が貫通して形成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
3. 前記各端子板は、前記基板を含んで構成されるボックス本体内に収容され、このボックス本体にはカバーが被せ付けられるようになっており、前記押え板が前記カバーと別体に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記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記各端子板は、前記基板を含んで構成されるボックス本体内に収容され、このボックス本体にはカバーが被せ付けられるようになっており、前記押え板が前記カバーと一体に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記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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