JP3856026B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、太陽電池モジュールの端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面に部分的に空気層を設けたものである。

また、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面の空気層が、端子箱周縁部までつながるようにしたものである。

また、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面の空気層が、端子箱の向い合う２辺以上の周縁部までつながるようにしたものである。

また、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面に空気層を設けるとともに、端子箱のふたを金属製にしたものである。

本発明によれば、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面に部分的に空気層を設けたので、太陽光を受けて発熱する太陽電池セルからの伝熱を抑えられるので、バイパスダイオードの温度上昇を低く抑えられる。特にバイパスダイオードを取り付けている部分に空気層を設けると太陽電池セルからバイパスダイオードへの伝熱を減らすのに効果的である。

また、端子箱裏面の空気層を端子箱の周縁部までつながるようにしたので、溝内の空気が流動可能になり、外気と流通するようにすることにより、空気層による断熱だけでなく対流の冷却の効果も得られ、バイパスダイオードの温度上昇を押えることができる。

また、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面に空気層を端子箱の２辺以上の周縁部までつながるようにしたので、空気層内に水が溜ることがなく、水の溜による接着面への接着力低下への影響を防ぐことが出来る。

また、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面に空気層を設けるとともに、端子箱のふたを金属製とすることにより、端子箱全体の厚みを薄くできるので、太陽電池モジュールの厚さを薄くできるという効果も有る。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 従来の太陽電池モジュールの斜視図を示す。 従来の太陽電池モジュールの断面図を示す。 従来の太陽電池モジュールの内部結線図を示す。 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。

Claims (4)

1. 複数の太陽電池セルを電気的に直列接続して配設し、電気的接続のために出力ケーブルを取出すための端子箱を裏面側に有し、端子箱内にてバイパスダイオードを太陽電池の出力間に接続している太陽電池モジュールにおいて、端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面に部分的に空気層を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面の空気層が、端子箱周縁部までつながっていることを特徴とする請求項１の太陽電池モジュール。
3. 直方体形状の端子箱の太陽電池モジュール裏面接合面の空気層が、端子箱の２辺、または３辺以上の周縁部までつながっていることを特徴とする請求項１の太陽電池モジュール。
4. 端子箱のふたは金属製であることを特徴とする請求項１の太陽電池モジュール。
   

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