JP3965418B2 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Description

この発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽光発電システムを構成する太陽電池モジュールを相互に接続する際に使用する端子ボックスに関するものである。

太陽光電池システムは、図１４に示すように、家屋の屋根に太陽電池パネル（太陽電池モジュール）Ｍを配設し、そのモジュールＭから接続箱Ｑ、インバータＲ、分配盤Ｓを介して各種電気機器Ｅに電力供給する。太陽電池モジュールＭは全てが面一となるように配置され、端子ボックスＢを介して直列又は並列に接続する。端子ボックスＢはシール材による水密性を維持してモジュールＭの裏面に接着固定される。

その端子ボックスＢは、従来、図１５に示すように、上面開口のボックス本体１内に、太陽電池モジュールＭのプラス電極ａ及びマイナス電極ａが接続される対の端子板２、２を並列して配設し、その両端子板２、２間に逆流防止用（バイパス）ダイオード３を設けるとともに、両端子板２、２にはそれぞれ外部接続用ケーブルＰを接続した構成である（特許文献１参照）。図中、６はカバーである。
特開平１１−２６０３５号公報

この端子ボックスＢにおいて、今日、太陽電池モジュールＭの性能の向上、集電効率の面から、端子板２を３個以上設けて、複数の太陽電池モジュールＭを接続する態様のものもある（特許文献２参照）。この端子ボックスＢも隣り合う各端子板２間には逆流防止用ダイオード３を設けている。
特開２００２−３５９３８９号公報

今日の太陽光電池システムの普及につれ、その耐久性・信頼性が問題となり、端子ボックスＢも例外ではない。その端子ボックスＢの耐久性・信頼性の要求として、例えば、７５度の周囲温度において、出力電流の１．２５倍の負荷を１時間かけても、ダイオード３の温度上昇値がそのジャンクション温度（保証使用温度）を超えない条件がある。

その条件を満たすためには、ダイオード３にジャンクション温度の高いものを使用すれば良いが、そのようなものは高価となる。

この発明は、上記ダイオード３の温度上昇値がそのジャンクション温度を超えない条件を、簡単な構造かつ安価にして満足し得るようにすることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、複数のダイオードにより出力電流の負荷を負担すれば、一つのダイオードが負担する電流値は小さくなることに着目し、隣り合う各端子板間にダイオードを複数並列に設けたのである。
複数並列のダイオードの回路に太陽電池モジュールＭの出力電流Ｉが流れれば、その各ダイオードに流れる電流ｉは、その並列数分の１、例えば、３並列であれば、３分の１となる（Ｉ＝３ｉ）。流れる電流値が少なくなれば、発熱量も少なくなる。

ここで、ダイオードを並列に設けた場合、そのダイオードの導通抵抗が同じであれば、各ダイオードに等しい電流が流れる。しかし、同一規格のダイオードを均一抵抗のものに製造することは非常に困難であり、製作するとすれば、高価なものとなる。
一方、一般的には、ダイオードを並列すれば、抵抗値の小さいダイオードに電流が傾く偏流が生じる。
このため、この偏流が問題とならない限りにおいて、この発明のダイオードを並列した構成を採用できて、太陽電池モジュール用端子ボックスの低廉化を図ることができる。
しかし、その偏流を防止したい場合、この発明は、その偏流防止用抵抗等を採用することとしたのである。

また、ダイオードは抵抗値の差により発熱量が異なり、その偏流は、その発熱によってダイオードに温度差が生じれば、抵抗値差も大きくなる等によってさらに大きくなる。
このため、この発明は、そのダイオードの発熱を放出する（放熱する）ようにしたのである。また、並列ダイオード間の温度の均一化を図ることとしたのである。

この発明は、以上のように、複数のダイオードにより出力電流の負荷を負担するようにしたので、高価な耐熱性のダイオードを使用することなく、ダイオードの信頼性を維持できる。これは、安価なものとなり、その構造も簡単なものである。
また、偏流防止用抵抗等を設けたり、ダイオードの発熱を放出（放熱）させたり、並列ダイオード間の温度の均一化を図れば、偏流を防止できる。

一実施例の一部省略正面図 同実施例の側面図 同実施例の一部省略背面図 同実施例のカバーを除去した一部省略正面図 図１ｄのＸ−Ｘ線断面図 図１ｄのＹ−Ｙ線断面図 他の実施例の概略正面図 他の実施例の概略正面図 他の実施例の一部省略正面図 同実施例の背面図 同実施例の端子板の組み立て前の平面図 同実施例の端子板等の斜視図 同実施例のケーブルロックの偏心止め具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は斜視図 他の実施例のカバーを除去した一部省略正面図 他の実施例のカバーを除去した一部省略正面図 同実施例の切断側面図 同実施例の端子板等の部分斜視図 同実施例の端子板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は切断側面図、（ｄ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｅ）は同Ｙ−Ｙ線断面図 太陽電池モジュールと端子ボックスの概略電気接続配線図 ヒートトランス板の各例の斜視図 ヒートトランス板の他例の平面図 他の実施例のカバーを除去した一部省略正面図 他の実施例のカバーを除去した斜視図 同実施例の各部品の斜視図であり、（ａ）はヒートトランス板、（ｂ）は放熱板、（ｃ）はボックス本体である。 太陽光発電システムの概略図 （ａ）は従来例の平面図、（ｂ）は同縦断面図

符号の説明

１、１１ ボックス本体
２、１２ 端子板
３，１３ 逆流防止用ダイオード１３ａ 逆流防止用ダイオードのリード脚１５ 放熱シート
１８ 偏流防止用抵抗
１９ 温度スイッチ
２０ 放熱片
３０ ヒートトランス板
３１ 逆流防止用ダイオード取付用嵌合溝
ａ 太陽電池モジュールの電極
Ｂ 端子ボックス
Ｍ 太陽電池モジュール
Ｐ 外部接続用ケーブル

この発明の一実施形態としては、ボックス本体内に、太陽電池モジュールの電極が接続される複数の端子板を配設し、その隣り合う各端子板間に逆流防止用ダイオードを設けた太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記ダイオードを複数並列に前記隣り合う各端子板間に設けた構成を採用できる。

このとき、各ダイオードには偏流防止用抵抗をそれぞれ直列接続して、各ダイオードの担う負荷を均一にすることが好ましい。その各抵抗は、各ダイオードの取付態様に基づく温度上昇を実験等により得て、その値に基づき適宜に設定する。
また、各ダイオードに温度スイッチをそれぞれ直列接続し、各ダイオードが自己のジャンクション温度に達する前に、そのスイッチにより、電流を遮断し、ダイオードの温度が下がれば、そのスイッチがオンしてダイオードに電流を流すようにして、そのダイオードの温度上昇を防止するようにし得る。

さらに、各ダイオードに連続して接するヒートトランス板を設け、そのヒートトランス板により、各ダイオードの放熱を図るとともに温度の均一化を図るようにすることもできる。この各ダイオードの放熱及び温度の均一化によって、偏流が防止される。
このヒートトランス板は、上記各実施態様に設けることができ、そのとき、上記端子板に連続して一体に設けることができる。

この発明の他の実施形態としては、ボックス本体内に、太陽電池モジュールの電極が接続される複数の端子板を配設し、その隣り合う各端子板間に逆流防止用ダイオードを設けた太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記各端子板に放熱片を設けた構成を採用することができる。
この放熱片による放熱により、偏流が防止される。この放熱片の態様は、実験などにより、その効果を充分に得ることができるように適宜に設定する。この放熱片も上記端子板に連続して一体に設けることができる。

上記ダイオードの並列接続又はヒートトランス板と放熱片の実施態様は併用することができ、その際、放熱片（端子板）の全部又は一部でもってそのヒートトランス板を兼用することもできる。また、その併用の実施態様のみならず、個別の実施態様において、ボックス本体に放熱プレート、放熱フィン、放熱穴を形成して、ダイオードの温度上昇を抑制することができる。

さらに、上記各実施態様において、上記隣り合う各端子板間の並列に設けた複数の逆流防止用ダイオードを各端子板の並列方向に向かって千鳥足状に配置することもできる。
このようにすれば、発熱源となる逆流防止用ダイオードが各端子板間においてその並列方向に向かって左右に交互にずれることとなって、その発熱源が散らばるため、端子板等を介した放熱効率が高まり、ダイオードの温度上昇をさらに抑制することができる。
このとき、ダイオードは前記端子板間の端に寄せて、散らばり範囲を広げることが好ましい。

上記各構成において、端子板への逆流防止用ダイオードの接続は、その逆流防止用ダイオードの脚を端子板の嵌合孔に嵌め込み固定することが好ましい。半田付けによって、ダイオードは少なからず損傷を受けて抵抗値の変動が生じるが、この嵌合接続とすれば、従来の半田付けによる接続が不必要となり、その半田付による抵抗値の変動をなくすことができる。

一実施例を図１（ａ）〜図１（ｆ）に示し、この実施例は、上面開口のポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）樹脂又はポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂製四角形状ボックス本体１１内に、太陽電池モジュールＭのプラス電極ａ及びマイナス電極ａが接続される２対の端子板１２（４枚の端子板１２）を並列に配設している。その各電極ａ、ａは透孔１１ａを通して端子板１２の中程に半田付けされる。その電極ａの端子板１２の接続個所には予め予備半田１４が設けられている。

隣り合う各端子板１２間には上下にそれぞれ逆流防止用（バイパス）ダイオード１３が設けられ、その端子板１２等の表全面に高熱伝導性樹脂からなる放熱シート１５が被せられている。その放熱シート１５には電極ａの接続作業用穴１５ａが形成されている。

ボックス本体１１下側（図１ａ下側）両端には２本の外部接続用ケーブルＰが接続され、このケーブルＰは、その導体を並列する両端の端子板１２にそれぞれ圧着又は溶着等することにより接続されて、抜け止めリング１７ａ等からなるケーブルロック１７によりボックス本体１１に固定されている。ケーブルＰの他端にはそれぞれ雄コネクタ２１又は雌コネクタ２２が設けられ、これらの雌又は雄コネクタ２１、２２は、隣の端子ボックスＢの雄又は雌コネクタ２２、２１に接続される。

ボックス本体１１の上面開口にはＰＰＯ樹脂又はＰＰＥ樹脂製のカバー１６を防水リング（図示せず）を介し嵌着して防水性とする。ボックス本体１１内にはシリコン樹脂などを適宜に充填する。ボックス本体１１の裏面はシボ加工し、その裏面の接着テープ２３でもって端子ボックスＢを太陽電池モジュールＭの裏面に固定する。

この実施例の端子ボックスＢは、モジュールＭの裏面などにシール材による水密性を維持して接着固定により取付け、各端子ボックスＢのケーブルＰを隣の端子ボックスＢの雌又は雄コネクタ２２、２１に適宜に接続する。その接続態様を適宜に選択することにより、各端子ボックスＢは直列又は並列に接続する。

この実施例においては、２対の並列のダイオード１３、１３の回路に太陽電池モジュールＭの出力電流Ｉが流れれば、その各ダイオード１３、１３に流れる電流ｉは、２分の１となり（Ｉ＝２ｉ）、その電流値による発熱量がジャンクション温度を超えないダイオード１３を使用すればよいこととなる。

図２、図３には他の実施例を示し、図２に示す実施例は、各ダイオード１３に偏流防止用抵抗１８をそれぞれ直列接続して、各ダイオード１３の担う負荷を均一にしたものである。その均一化は、各ダイオード１３を設置後、実際の導通試験によって、ダイオード１３に均一の電流が流れるように（ダイドード１３と抵抗１８の各直列回路の抵抗値が同じになるように）その抵抗値を適宜に設定して行う。

図３に示す実施例は、各ダイオード１３にサーモスタットスイッチなどの温度スイッチ１９をそれぞれ直列接続し、各ダイオード１９が自己のジャンクション温度に達する前に、そのスイッチ１９のオフにより、電流を遮断し、ダイオード１３の温度が下がれば、そのスイッチ１９がオンしてダイオード１３に電流を流すようにして、そのダイオード１３の温度上昇を防止するようにしたものである。

図４に示す実施例は、端子板１２に放熱片２０を連続して一体に設けたものであり、その端子板１２は、同図（ｃ）に示すように、従来の端子板の両側縁に放熱片２０を突出させて、その表面積の拡大を図っている。この端子板１２は、同図（ｄ）に示すように、その放熱片２０を起立屈曲させてボックス本体１１に嵌め、その放熱片２０による表面積の拡大により、放熱効果は向上する。
この実施例でのケーブルロック１７は、ボックス本体１１に一体の筒１７ｂに、同図（ｅ）に示す偏心止め具１７ｃを嵌めてその側面をケーブルＰに当接し、その偏心止め具１７ｃの表面の数字に基づく回転度合による圧接度によりケーブルＰを固定・抜け止めし、その状態をビス１７ｄ止めする構成としている。

上記各実施例において、端子板１２の並列枚数は、一の端子ボックスＢに接続される太陽電池モジュールＭの数に応じて、例えば、接続するモジュールＭが３枚であれば、３対、計６枚となる等、２枚、３枚、図５に示す５枚、６枚・・・等と任意である。また、ダイオード１３の並列数も、2個に限らず、図４に示す３個、４個、５個・・・等と任意である。
端子板１２が偶数の場合には、１モジュールＭに対し対の端子板１２、１２を対応させるが、奇数の場合には、例えば、図８の接続態様とする。
放熱片２０付の端子板１２の態様としては、放熱効果を得ることができる限りにおいて、任意であり、例えば、図６（ａ）〜図６（ｃ）及び図７に示す、放熱片２０を波状に屈曲させた態様等を採用し得る。この態様では、端子板１２が立ったものとなって放熱効果が向上する。すなわち、端子板１２が放熱片２０の機能を有するものとなる。

さらに、各ダイオード１３に連続して接するヒートトランス板３０を設け、そのヒートトランス板３０により、各ダイオード１３の放熱を図るとともに温度の均一化を図るようにすれば、各ダイオード１３の温度が均一となって偏流を防止できる。
そのヒートトランス板３０としては、高熱伝導性がよいものであれば、何れの素材でも良く、例えば、黄銅製として、図９（ａ）、同（ｂ）に示す並列のダイオード１３の数に応じたそのリード脚１３ａの嵌合溝３１を有する態様が考えられる。その取付は、同（ａ）のものは図１（ｄ）、同（ｂ）のものは図４（ａ）、図６（ａ）同（ｃ）の各鎖線で示す取付態様が考えられる。

また、図１０の鎖線で示すように、ダイオード１３をその本体が立った態様の端子板１２に接するようにすれば、その接した端子板１２の部分がヒートトランス板３０となる（端子板１２の一部分がヒートトランス板３０となる）。このとき、端子板１２が放熱板２０を兼ねるため、その接する部分のみでも良い（端子板１２の全部でヒートトランス板３０を兼用しても良い）。

さらに、図１１に示すように、各端子板１２間の並列に設けた複数の逆流防止用ダイオード１３、１３を各端子板１２の並列方向に向かって千鳥足状に配置すれば、発熱源となるダイオード１３が各端子板１２間においてその並列方向に向かって左右に交互にずれることとなって、その発熱源が散らばるため、端子板１２等を介した放熱効率が高まり、ダイオード１３の温度上昇をさらに抑制したものとすることができる。このとき、ダイオード１３は端子板１２間の端に寄せて、散らばり範囲を広げることが好ましい。

端子板１２の他の態様を図１３（ａ）、（ｂ）に示し、この端子板１２は、放熱機能及び取付け態様によってヒートトランス機能も発揮し、その端子ボックスＢ内への装填態様としては、例えば、同図（ｃ）に示すボックス本体１１にその端子板１２を適宜に設けて図１２に示す態様とすることができる。
その図１２に示す態様は、図１３（ａ）に示す端子板１２はその係止片３２をボックス本体１１の係止片１１ｄに係止することにより取付ける。図１３（ｂ）に示す端子板１２はその係止孔（係止片）２１をボックス本体１１の爪１１ｃに嵌めることによって取付ける。この態様において、各端子板１２は、放熱片２０の放熱機能を発揮し、ダイオード１３の本体が接すれば、ヒートトランス板３０の温度均一化の機能を発揮する。

因みに、端子板１２間にダイオード１３を設けない場合において、その端子板１２間を導通させる場合には、図１２に示すように、導体３３を両端子板１２の間にその嵌合溝３１に嵌めることによって行う。その導体３３の数は任意である。

なお、各実施例において、ボックス本体１１に放熱プレート、放熱フィン、放熱穴を一体又は別個に形成して、ダイオード１３の温度上昇を抑制することもできる。
また、図６ｃ、図９、図１２等に示すように、ダイオード１３をそのリード脚１３ａを溝３１に嵌合して端子板１３などに接続し、その溝３１への嵌合によってダイオード１３の端子板１２への接続特性が担保されれば、半田付けが不要となって、半田付接続時の熱ストレスが無くなり、その熱ストレスによるダイオード１３の性能低下を防止でき、その性能低下などに基づく抵抗値の変動をなくすことができる。

さらに、半田付けによるダイオード１３の端子板１２への接続においても、放熱片２０等を設けてダイオード１３をその長いリード脚１３ａでその放熱片２０等を介して端子板１２に接続できる場合には、図１１に示すように、ダイオード本体から離れた位置で半田付けｂをするようにしてその半田付接続時の熱ストレスを極力少なくすることが好ましい。このとき、その半田付接続を溝３１への嵌合接続と併用することができる。

Claims (3)

1. ボックス本体（１１）内に、太陽電池モジュール（Ｍ）の電極（ａ）が接続される複数の端子板（１２）を配設し、その隣り合う各端子板（１２）間に逆流防止用ダイオード（１３）を設けた太陽電池モジュール用端子ボックス（Ｂ）において、
   上記逆流防止用ダイオード（１３）を複数並列に上記隣り合う各端子板（１２）間に設け、前記端子板（１２）はその側縁から立ち上がったヒートトランス板（３０）を有して、そのヒートトランス板（３０）の上縁に開口して下方に延びる溝（３１）に、前記逆流防止用ダイオード（１３）の脚（１３ａ）をその溝（３１）の上縁開口から嵌めて前記隣り合う各端子板（１２）間に設け、かつ、前記ヒートトランス板（３０）は、前記隣り合う各端子板（１２）間に設けた並列の各逆流防止用ダイオード（１３）の本体に連続して接するとともに、前記端子板（１２）と同じ板材からなってその端子板（１２）に一体に連続して形成されたものとして、そのヒートトランス板（３０）により、各逆流防止用ダイオード（１３）の放熱を図るとともに温度の均一化を図るようにした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. 上記ヒートトランス板（３０）を放熱片（２０）と兼用した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. 上記ヒートトランス板（３０）に放熱片（２０）を設けた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。

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