JP4056067B2 - 太陽電池パネル用端子ボックス - Google Patents

Description

本発明は複数の太陽電池パネルを相互に電気的に接続するための太陽電池パネル用端子ボックスに関する。特に本発明は端子ボックス内部に組み込まれたダイオードの発生する熱をフレーム部材などの熱伝導率が高い部材を介して速やかに伝達させることによって、ダイオードの温度上昇を効果的に抑制することができる太陽電池パネル用端子ボックスに関する。

太陽電池パネルは発電量を増大させるため日当たりの良い家屋の屋根等に多数配置されるものである。太陽電池パネルは図１に示す通り、太陽光を受けて発電を行う太陽電池パネル本体１とその端部に設けられたパネルのひずみ防止用のフレーム部材２を主として含む。太陽電池パネル本体１は平板状の太陽電池素子３から構成されており、素子を保護するためその表面側には白色強化ガラス板４が、裏面側には耐候性フィルム５がそれぞれ積層されている。

太陽電池パネルには発生した電気出力を取り出すため端子ボックスが取付けられる。取付け位置から見ると端子ボックスは、太陽電池パネル本体の裏面に取付けて使用されるタイプ、及び取付けスペースを節約するため、フレーム部材に取付けて使用するタイプの二種類に大別される。前者のタイプの一例を図２に、後者のタイプの一例を図３にそれぞれ示す。

図２及び図３から明らかな通り、端子ボックスは一般的に樹脂製のモールド成形品の筐体６の内部に一対の端子７が組み込まれた構造を有する。図２に示す端子ボックスにおいては端子を収容する筐体６はほぼ正方形状をしており、端子７は隣り合わせに配置されている。一方、図３に示す端子ボックスにおいては端子を収容する筐体６はフレーム部材の形状に適合した細長い形状をしており、端子７は隣り合わせではなく対向して配置されている。

これらのいずれのタイプの端子ボックスにもダイオード８が組み込まれており、端子を相互に接続している。このダイオードは太陽電池パネルの起電力が低下した時に逆方向電圧の印加による電流を一方の端子から他方の端子へ短絡させるためのバイパスダイオードである。
太陽電池パネルにおいては様々な理由によりパネルの起電力が低下することがある。例えば、石などの重量物の衝突により太陽電池パネルを構成するセルの一部が破損したり、建物の影や降雪等の影響により太陽電池パネルを構成するセルの一部への太陽光の入射が遮られた場合、その太陽電池パネルでの起電力が低下してしまう。この場合、正常に発電している他の太陽電池パネルで発生した電圧が起電力が低下した太陽電池パネルに逆方向電圧という形で印加されることになる。これは太陽電池パネル全体の発電量を低下させるのみならず、起電力が低下した太陽電池パネルでの異常発熱現象（ホットスポット）の発生をもたらす。バイパスダイオードはかかる発電量の低下及び異常発熱現象の発生を防止するために設けられるものであり、逆方向電圧の印加時の電流を一方の端子から他方の端子へ短絡させ、起電力が低下した太陽電池パネルをバイパスさせる役割を果たす。

ところで、バイパスダイオードが上述の役割を果たす際、ダイオードの順方向へ大電流が流れるため、バイパスダイオードは激しく発熱し、ダイオードの適正な使用温度を超えてしまうことがある。ダイオードがその適正な使用温度を超えるとダイオードとして機能しなくなる（熱暴走）のみならず、ダイオード及び周辺回路が破壊される恐れがある。また、たとえダイオード及び周辺回路が破壊されなかったとしても、このような熱暴走が繰り返されるとダイオードの寿命が著しく短くなる。従って、バイパスダイオードの動作時に発生する熱がバイパスダイオードの適正な使用温度を超えないように発生した熱を効率良く放熱させる必要がある。

一方、ヨーロッパ各国では最近太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度についての規格が変更され、火災防止のため太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を一層低く抑えることが要求されている。かかる傾向は日本国にも将来確実に波及するものと考えられる。従って、バイパスダイオードの温度をダイオードの適正な使用温度内に抑えることにより太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を低く抑えることは日本国においても将来確実に求められる性能である。

しかしながら、上述の従来公知の端子ボックスにおいてはダイオードの温度上昇を抑制することについては何ら効果的な方策がとられていない。
特開平１１−０２６０３５号公報

本発明はかかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は太陽電池パネル用端子ボックスの内部に組み込まれたダイオードの温度上昇を簡単な構造で効果的に抑制してダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる太陽電池パネル用端子ボックスを提供することにある。

本発明者は上記課題を解決するために太陽電池パネル用端子ボックスの好適な配置及び構造について鋭意検討した結果、フレーム部材などの熱伝導率が高い部材の上に端子ボックスを配置し、前記部材との接触面に開口を設けるようにすると、ダイオードの発生する熱が前記熱伝導率が高い部材を介して速やかに伝達することができ、ダイオードの温度上昇を効果的に抑制することができることを意外にも見出し、遂に本発明を完成するに至った。
ダイオードの温度上昇を効果的に抑制するためにはダイオードの発生する熱を放熱源に速やかに伝達することが重要である。この点について、図２に示すような一般的な端子ボックスでは取付け先の太陽電池パネル本体は白色ガラス板、太陽電池素子及び耐候性フィルムという熱伝導率が低い材料からなるため、太陽電池パネル本体を有効な放熱源として利用することは困難である。しかし、太陽電池パネル中には太陽電池パネル本体より高い熱伝導率を有する部材が存在する。例えば、太陽電池パネル本体の端部に設けられているフレーム部材は一般的にアルミニウムからなり、熱伝導率が高い。かかる知見に基づき本発明者はこれらの部材をダイオードの発生する熱の放熱源として利用することを想起した。しかし、端子ボックスを単にこれらの部材に取付けただけではダイオードの発生する熱はこれらの部材に速やかに伝達されなかった。そこで本発明者は端子ボックスの構造について更に検討を進め、端子ボックスの筐体のこれらの部材との接触面に開口を設けることによりダイオードとこれらの部材との間の熱伝達が効率的に行われることを見出し、遂に本発明を完成するに至った。

即ち、筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子、及び前記複数の端子を相互に接続するダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、
前記太陽電池パネル用端子ボックスが太陽電池パネル中の部材に筐体で接触するように取付けて使用され、前記太陽電池パネル中の部材が太陽電池パネル本体より高い熱伝導率を有すること、及び
前記筐体と前記太陽電池パネル中の部材との接触面の少なくとも一部に開口が設けられていること
を特徴とする太陽電池パネル用端子ボックスである。

本発明の一つの好ましい実施態様においては前記太陽電池パネル中の部材は太陽電池パネルの端部に設けられているパネルのフレーム部材である。

本発明の別の好ましい実施態様においては前記開口は前記筐体のダイオード取付け位置の近くに設けられている。

本発明の更に好ましい実施態様においては前記開口は前記筐体の底面部又は側面部に設けられている。

本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば、フレーム部材などの熱伝導率が高い部材の上に端子ボックスを配置し、前記部材との接触面に開口を設けるようにしているため、端子ボックス内に充填された樹脂封止材が端子ボックスに設けられた開口を介してフレーム部材などの熱伝導率が高い部材と直接接触する。従って、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによればダイオードの発生する熱が樹脂封止材を介してフレーム部材などの熱伝導率が高い部材に速やかに伝達され、ダイオードの温度上昇を簡単な構造で効果的に抑制することができる。

本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいて端子ボックスが取付けられる部材としては太陽電池パネル中の部材であって太陽電池パネル本体より高い熱伝導率を有する部材であればいかなる部材を選択することもでき、例えば太陽電池パネルの端部に設けられているパネルのフレーム部材を端子ボックスが取付けられる部材として選択することができる。フレーム部材は一般的には熱伝導性の良いアルミニウムからなる押し出し材であり、その表面は平坦である。また、フレーム部材は一般的には黒色に彩色加工されており、熱放射も良好である。従って、フレーム部材はダイオードの動作時に発生する熱の放熱先として潜在的に極めて有効である。しかしながら、他の部材を選択することは無論除外されず、例えば太陽電池の架台などを本発明の端子ボックスが取付けられる部材として選択することもできる。

図４は本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一実施態様の概略図であり、（ａ）はフレーム部材に取付けられた状態を示す斜視図、（ｂ）は端子ボックスの底面を示す斜視図、（ｃ）はフレーム部材に取付けられた状態を示す正面図、（ｄ）は（ｃ）中の一点破線Ａ−Ａに沿った断面図、（ｅ）は（ｄ）中の丸で印を付けた部分Ｂの拡大図である。図中、１は太陽電池パネル本体、２はフレーム部材、６は筐体、７は端子、８はダイオード、９は開口、１０は筐体底板である。
また、図５は図３で示した従来例の太陽電池パネル用端子ボックスの概略図であり、（ａ）はフレーム部材に取付けられた状態を示す斜視図、（ｂ）は端子ボックスの底面を示す斜視図、（ｃ）はフレーム部材に取付けられた状態を示す正面図、（ｄ）は（ｃ）中の一点破線Ｃ−Ｃに沿った断面図、（ｅ）は（ｄ）中の丸で印をつけた部分Ｄの拡大図である。

図４及び５に示す端子ボックスにおいて筐体６はフレーム部材の形状に適合した細長い形状をしている。筐体の中には一対の端子７が対向して収容されており、二つの端子はダイオード８を介して相互に接続されている（図４（ｃ）及び図５（ｃ）参照）。

図４（ｂ）と図５（ｂ）の対比から明らかな通り、本発明の端子ボックスと従来例の端子ボックスとの最も大きな相違点は本発明の端子ボックスにおいては筐体の底面に開口９が設けられていることである。即ち、図４（ｂ）においてはダイオード８の取付け位置である筐体底面中央部に五つの開口９が設けられている。

図５（ｂ）に示すような従来例の端子ボックスにおいては筐体底面には開口が設けられていないため、フレーム部材への取付け後に筐体内部に流し込まれる樹脂封止材は筐体底板１０に遮られ、フレーム部材と接触することがない（図５（ｅ）参照）。従って、従来例の端子ボックスにおいては発熱源であるダイオード８と太陽電池パネル本体よりも熱伝導率が高く潜在的に好適な放熱源であるフレーム部材２との間の熱伝達は熱伝導率が低い樹脂製の筐体底板１０によって遮られるため、フレーム部材を放熱源として有効に利用することができず、ダイオードの温度上昇を効果的に抑制することができない。

これに対し、図４（ｂ）に示すような本発明の端子ボックスにおいては筐体底面に開口９が設けられているため、フレーム部材への取付け後に筐体内部に流し込まれる樹脂封止材は開口９を通してフレーム部材と直接接触することができる（図４（ｅ）参照）。従って、本発明の端子ボックスにおいてはダイオード８の発生する熱は樹脂封止材を介してフレーム部材２に速やかに伝達され、フレーム部材を放熱源として極めて有効に利用することができる。その結果、本発明の端子ボックスによればダイオードの温度上昇を簡単な構造で効果的に抑制することができる。

なお、図４に示す実施態様においては開口９はダイオード８からフレーム部材２への熱伝達を最小距離で実現させるためダイオード８の取付け位置の近くに設けられているが、開口９の設置場所はダイオード８の取付け位置の近くに限定されるものではない。また、開口の形状及び個数は図４に示したものに限定されるものではない。さらに、開口９を設ける面は筐体底面に限らず端子ボックスとフレーム部材との接触面であればいずれの面であることもでき、例えば図６に示すようにフレーム部材２に端子ボックスが側面で接触する場合は側面に開口９を設けることができる（図６（ｂ）参照）。要は筐体内部に流し込まれる樹脂封止材とフレーム部材が開口において直接接触し、ダイオードの発生する熱が樹脂封止材を介してフレーム部材に速やかに伝達されることができればよい。

また、図４及び６に示す実施態様においては端子ボックスの筐体はフレーム部材の形状に適合した細長い形状をしており端子は対向して収容されているが、筐体の形状及び筐体内部の端子の配置はこれらに限定されるものではなく、もちろん図２に示すような正方形に近い形状の筐体及び隣り合わせに配置された端子を用いることもできる。

さらに、図４及び６に示す実施態様においては端子ボックスは一対の端子を有するが、端子の対の数は一つに限定されるものでなく、一つの端子ボックス内に複数対の端子を設けることもできる。また、ダイオードの個数も端子一対あたり一個に限定されるものではなく、所望により端子一対に対して複数個のダイオードを設けることもできる。

本発明の端子ボックスによれば端子ボックス内部に組み込まれたダイオードの発生する熱をフレーム部材などの熱伝導率が高い部材を介して速やかに伝達させることができるため、たとえ太陽電池パネルの異常発生時であってもダイオードの温度上昇を効果的に抑制してダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。

太陽電池パネルの構造を示す断面図である。 一般的な太陽電池パネル用端子ボックスの内部構造を示す概略図である。 フレーム部材に取付けて使用するタイプの太陽電池パネル用端子ボックスを示す概略図である。 本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一実施態様の概略図である。 従来例の太陽電池パネル用端子ボックスの概略図である。 本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの他の実施態様の概略図である。

符号の説明

１ 太陽電池パネル本体
２ フレーム部材
３ 太陽電池素子
４ 白色強化ガラス板
５ 耐候性フィルム
６ 筐体
７ 端子
８ ダイオード
９ 開口
１０ 筐体底板

Claims (3)

1. 筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子、及び前記複数の端子を相互に接続するダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、
   前記太陽電池パネル用端子ボックスが太陽電池パネル中の部材に筐体で接触するように取付けて使用され、前記太陽電池パネル中の部材が太陽電池パネル本体より高い熱伝導率を有すること、
   前記太陽電池パネル中の部材と接触する前記筐体の面の少なくとも一部に開口が設けられていること、及び
   前記太陽電池パネル中の部材への取付け後に前記筐体内に充填された樹脂封止材が前記開口を介して前記太陽電池パネル中の部材と直接接触すること
   を特徴とする太陽電池パネル用端子ボックス。
2. 前記太陽電池パネル中の部材が太陽電池パネルの端部に設けられているパネルのフレーム部材であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
3. 前記開口が前記筐体の底面部又は側面部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池パネル用端子ボックス。

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