JP5037880B2 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに取り付けられ、他の太陽電池モジュールと電気的に接続するために用いられる太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。

近年、環境問題への関心の高まりから、環境にやさしい発電システムとして、太陽光発電システムが注目されている。この太陽光発電システムとして、例えば、建物の屋根上等にマトリックス状に敷設した太陽電池モジュールによって太陽光発電を行うものが知られている。このような太陽光発電システムでは、隣接して敷設された太陽電池モジュールを互いに電気的に接続して、各太陽電池モジュールにより発電された電力を取り出すために、太陽電池モジュール用端子ボックスが使用される（例えば、特許文献１参照）。

太陽電池モジュール用端子ボックスには、太陽電池モジュールの出力端に電気的に接続される端子がボックス本体内に複数設けられている。これらの端子は、外部接続用のケーブルの一端に電気的に接続されており、ケーブルの他端は、他の太陽電池モジュール用端子ボックスのケーブル等に接続されるようになっている。
特開２００１−７７３９１号公報

上述したような従来の太陽電池モジュール用端子ボックスでは、ボックス本体内部をシリコーン樹脂によりポッティングすることで、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を確保するようにしている。しかし、シリコーン樹脂は高価であり、コストの増大を招いてしまう。また、ポッティングの際に気泡が混じったり、均一にポッティングできない等の問題があり、安定した防水性を確保することが難しい。さらに、ポッティングしたシリコーン樹脂が硬化するまでにある程度の時間が必要になる。

また、従来の太陽電池モジュール用端子ボックスでは、ボックス本体と別部材の溶着部品で外部接続用ケーブルを挟み、超音波溶着等によってボックス本体と溶着部品とを接合することによって、外部接続用ケーブルをボックス本体に固定するようにしている。しかし、外部接続用ケーブルの外皮が樹脂製であれば、超音波溶着の際に発生する熱によって、その外皮が溶けて、ボックス本体と外部接続用ケーブルとの間に隙間が生じる可能性がある。そして、その結果、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を損ねてしまう可能性がある。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、安価な構成でありながら、防水性を確保することができるような太陽電池モジュール用端子ボックスを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、一面が開口して有底ケース状に形成されたボックス本体と、このボックス本体の開口を閉鎖する蓋体とを備え、ボックス本体内に太陽電池モジュールの出力端に接続される端子が複数配設された太陽電池モジュール用端子ボックスであって、前記ボックス本体は、開口部側ボックス部材と底面側ボックス部材とが溶着により接合されて形成されており、前記開口部側ボックス部材および底面側ボックス部材には、環状の周壁部がそれぞれ設けられ、前記開口部側ボックス部材の周壁部の下面、および前記底面側ボックス部材の周壁部の上面が、溶着による接合面となっており、前記ボックス本体の開口部側ボックス部材と前記蓋体との間には、Ｏリングが介装されており、前記ボックス本体の両ボックス部材の各接合面には、前記端子に接続される外部接続用ケーブルをボックス本体内へ導入するための凹部がそれぞれ形成されており、前記各凹部によって形成される開口と前記外部接続用ケーブルとの間には、この外部接続用ケーブルの外周を覆う被覆部材が介在されていることを特徴としている。ここで、前記被覆部材としては、両ボックス部材の接合の際に発生する熱から外部接続用ケーブルを保護する部材であることが好ましい。そして、このような両ボックス部材の接合の際に発生する熱から保護するための被覆部材の材料としては、例えば、ゴム系材料が挙げられる。

上記構成によれば、Ｏリングを介してボックス本体の開口が蓋体によって水密的に閉鎖することができるようになる。これにより、シリコーン樹脂等のポッティングを行わなくても、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を確保できる。従来では、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を確保するために、高価なシリコーン樹脂が必要であったが、本発明では、シリコーン樹脂が不要になる分、太陽電池モジュール用端子ボックスの材料コストおよび製造コストを削減できる。また、シリコーン樹脂等が硬化するのに要する時間が不要になり、太陽電池モジュール用端子ボックスの製造に要する時間を短縮できる。そして、従来では、シリコーン樹脂等のポッティングの際に気泡が混じったり、均一にポッティングできない等の問題があり、安定した防水性を確保することが難しかったが、本発明では、そのような問題が発生することがないので、太陽電池モジュール用端子ボックスの安定した防水性を確保できるようになる。

また、被覆部材によって外部接続用ケーブルが保護されているので、ボックス本体の両ボックス部材の接合（例えば、超音波溶着による接合）の際に発生する熱によって、外部接続用ケーブルの外皮が溶けることが防止される。このため、ボックス本体と被覆部材との間に隙間が生じることが防止され、これにより、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を確保できる。

したがって、太陽電池モジュール用端子ボックスによれば、安価な構成でありながら、防水性を確保することができる。

また、本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記被覆部材の前記ボックス本体の両ボックス部材の各凹部に挟み込まれる挟持部分の外径が、前記各凹部によって形成される開口の内径に比べて、両ボックス部材の接合前には同等またはそれよりも大きく形成されている。これにより、ボックス本体の両ボックス部材の接合により、両ボックス部材の凹部で被覆部材の挟持部分が隙間のない状態で挟み込まれるため、ボックス本体と被覆部材の挟持部分との間に隙間が生じることが防止され、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を確保できる。

また、本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記被覆部材の挟持部分よりも、この挟持部分の両端部分が大径に形成されている。これにより、その両端部が抜け止めとなって、ボックス本体から被覆部材が抜け落ちることが防止される。

また、本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記両ボックス部材の各接合面が、前記各周壁部の全周にわたって形成されている。これにより、両ボックス部材を接合したとき、両ボックス部材を良好に密着させることができ、太陽電池モジュール用端子ボックスの防水性を向上させることができる。

本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスによれば、シリコーン樹脂等のポッティングを行わなくても、防水性を確保できる。したがって、安価な構成でありながら、防水性を確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、太陽電池モジュール用端子ボックス（以下では、単に「端子ボックス」という。）を示す平面図、図２は、端子ボックスを示す右側面図、図３は、接続ケーブルの導入方向から見た端子ボックスを示す後面図であり、図４は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、端子ボックスのボックス本体を示す平面図、図６は、図５におけるＢ−Ｂ断面図、図７は、図５におけるＣ−Ｃ断面図である。図８は、溶着加工前のボックス本体の底面側ボックス部材を示す平面図、図９は、ボックス本体の開口部側ボックス部材を示す平面図である。図１０は、端子板が接続された接続ケーブルを示す平面図、図１１は、端子ボックスの一体化された開口部側ボックス部材および底面側ボックス部材を示す後面図である。なお、便宜上、図２、図３、図５に示すように、端子ボックス１において、２つの端子板１２，１２が並べて配置される方向を左右方向とし、各端子板１２が延びる方向を前後方向とする。また、これらの左右方向および前後方向に直交する方向を上下方向とする。

図１〜図１１に示す端子ボックス１は、互いに電気的に接続される複数枚の太陽電池セルが表面に設けられた太陽電池モジュール（図示略）の裏面側に装着されるものである。このような端子ボックス１を用いることによって、建物の屋根等に、例えば、マトリックス状に敷設された複数枚の太陽電池モジュールにより太陽光発電を行う太陽光発電システムにおいて、隣接して設けられた太陽電池モジュールを互いに電気的に接続して、各太陽電池モジュールにより発電された電力を取り出すことを可能としている。

端子ボックス１のボックス本体１０は、上側一面が開口した有底ケース状に形成されている。ボックス本体１０には、上面側の開口を閉鎖するように、上方から蓋体４０が被せられている。

ボックス本体１０は、上側の開口部側ボックス部材２０と、下側の底面側ボックス部材３０とが一体化されて構成されている。開口部側ボックス部材２０は、ボックス本体１０の開口部側を構成し、上下二面が開口した枠形状に形成されている。一方、底面側ボックス部材３０は、ボックス本体１０の底面側を構成し、上側一面が開口した有底ケース状に形成されている。このように、ボックス本体１０は、上下に２分割された構造になっている。

ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０および底面側ボックス部材３０は、例えば、変性ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）や、ＡＢＳ（アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン）のような耐候性、電気絶縁性、耐衝撃性、耐熱性、難燃性といった特性を有する合成樹脂等により成形されている。蓋体４０は、ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０および底面側ボックス部材３０と同じ合成樹脂材料で成形されている。

ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０と底面側ボックス部材３０とは、接合されており、一体化されている。開口部側ボックス部材２０と底面側ボックス部材３０との各接合面が、たとえば、超音波溶着等の接合手段によって接合される。具体的には、枠形状の開口部側ボックス部材２０の環状の周壁部２１の下面が底面側ボックス部材３０との接合面となっており、有底ケース状の底面側ボックス部材３０の環状の周壁部３１の上面が開口部側ボックス部材２０との接合面となっている。

ボックス本体１０には蓋体４０が取り付けられている。ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０の左右の周壁部２１には、ボックス本体１０に蓋体４０を取り付けるための係止用突起２２が複数形成されている。係止用突起２２は、左右の周壁部２１の上面から上方へ向けて突出されており、先端に係止爪２３が形成されている。係止用突起２２は、左右の周壁部２１の上面にそれぞれ２つずつ設けられている。

一方、蓋体４０には、係止用凹部４１が複数形成されている。係止用凹部４１は、開口部側ボックス部材２０の係止用突起２２に対応する箇所に設けられている。係止用凹部４１には、係止爪４２が形成されている。そして、ボックス本体１０の上面側の開口を閉鎖するように、蓋体４０をボックス本体１０に被せると、互いの係止爪４２，２３が係止し合って、これにより、蓋体４０がボックス本体１０に取り付けられる。

ボックス本体１０と蓋体４０との間には、ボックス本体１０と蓋体４０との嵌め合い部を水密的に封止するシール部材としてのＯリング１１が挟み込まれている。Ｏリング１１は、ゴム等の弾性材からなる。Ｏリング１１は、ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０の環状の周壁部２１の上面に形成された溝部２４に嵌め込まれている。開口部側ボックス部材２０の溝部２４は、環状に形成されており、周壁部２１の内周縁、つまり、開口部側ボックス部材２０の開口縁に沿って設けられている。このように、ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０の開口縁に沿ってＯリング１１が介装されるので、Ｏリング１１を介してボックス本体１０の開口部が蓋体４０によって水密的に閉鎖することができるようになる。これにより、シリコーン樹脂等のポッティングを行わなくても、端子ボックス１の防水性を確保できる。

従来では、端子ボックス１の防水性を確保するために、高価なシリコーン樹脂が必要であったが、この例では、シリコーン樹脂が不要になる分、端子ボックス１の材料コストおよび製造コストを削減できる。また、シリコーン樹脂等が硬化するのに要する時間が不要になり、端子ボックス１の製造に要する時間を短縮できる。また、従来では、シリコーン樹脂等のポッティングの際に気泡が混じったり、均一にポッティングできない等の問題があり、安定した防水性を確保することが難しかったが、この例では、そのような問題が発生することがないので、端子ボックス１の安定した防水性を確保できるようになる。したがって、端子ボックス１によれば、安価な構成でありながら、防水性を確保することができる。

ボックス本体１０内部には、金属製（例えば真鍮製等）の端子板１２が複数配設されている。この例では、２つの端子板１２が所定間隔で左右に並べて配置されている。各端子板１２は、一端部（前端部）がボックス本体１０の底面側ボックス部材３０の底面に形成された結線用開口３２に臨むように配置されている。そして、各端子板１２の一端部には、結線用開口３２からボックス本体１０内に導入された太陽電池モジュール側の出力端（図示略）が半田付けにより接続される。なお、半田付けによる端子板１２と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業を容易とするために、各端子板１２の一端部には、予め半田層１４が形成されている。

端子板１２は、ボックス本体１０の底面側ボックス部材３０の底部に形成された固定台３３に載置されており、固定用金具３６によってボックス本体１０に固定されている。固定台３３には、上方に向けて突出する固定用突起３５が形成されている。端子板１２は、後述するようにして接続ケーブル１５がボックス本体１０の所定位置に配置される際に、ボックス本体１０に配設される。この際、端子板１２の取付孔１３に固定用突起３５を挿入しながら、固定台３３の溝（凹部）３４内に端子板１２を嵌め込む。そして、端子板１２の取付孔１３から突出した固定用突起３５の頂部に固定用金具３６を取り付けて固定することによって端子板１２をボックス本体１０に固定する。

各端子板１２の他端部（後端部）には、接続ケーブル（外部接続用ケーブル）１５が接続されている。接続ケーブル１５は、外部接続用コネクタ（図示略）と接続されており、外部接続用コネクタを介して他の太陽電池モジュールに備えられた端子ボックスの接続ケーブル等と互いに連結可能となっている。

接続ケーブル１５は、ボックス本体１０に固定されている。接続ケーブル１５の一端部は、ボックス本体１０の後部に形成された導入用開口１７からボックス本体１０内に導入される。導入用開口１７は、開口部側ボックス部材２０と底面側ボックス部材３０とによって形成される円筒状の空間となっている。開口部側ボックス部材２０と底面側ボックス部材３０との各接合面には、凹部２７，３７がそれぞれ２つ形成されている。具体的には、開口部側ボックス部材２０の後側の周壁部２１の下面に凹部２７，２７が形成されており、底面側ボックス部材３０の後側の周壁部３１の上面に凹部３７，３７が形成されている。凹部２７，３７は、ともに断面半円状に形成されており、両ボックス部材２０，３０の接合により、凹部２７，３７によって円筒状の導入用開口１７が形成されるようになっている。

接続ケーブル１５のボックス本体１０内への導入部分の外周、具体的には、接続ケーブル１５の導入用開口１７に配設される部分およびその前後の部分の外周には、接続ケーブル１５の外皮を両ボックス部材２０，３０の接合の際に発生する熱から保護するための被覆部材であるブッシング１６が取り付けられている。つまり、ブッシング１６がボックス本体１０の導入用開口１７と接続ケーブル１５との間に介在されている。ブッシング１６は、ゴム系材料からなる。ブッシング１６は、導入用開口１７に挟み込まれる中央部（挟持部）１６ａよりもその前後の両端部１６ｂ，１６ｃが大径に形成されている。ブッシング１６の中央部１６ａの前後方向の長さは、導入用開口１７の前後方向の長さと等しく形成されている。また、両ボックス部材２０，３０の接合前のブッシング１６の中央部１６ａの外径は、導入用開口１７の内径よりも大きく形成されている。

上述したように、開口部側ボックス部材２０と底面側ボックス部材３０とは、互いの接合面が超音波溶着等によって接合される。両ボックス部材２０，３０の接合は、次のようにして行われる。図１０に示す端子板１２を接続した接続ケーブル１５を底面側ボックス部材３０の所定位置に配置する。このとき、ブッシング１６の中央部１６ａを底面側ボックス部材３０の凹部３７に載せるようにして接続ケーブル１５を配置すればよい。こうすれば、ブッシング１６の中央部１６ａと前後の両端部１６ｂ，１６ｃとの段差によって、ブッシング１６が位置決めされるため、接続ケーブル１５および端子板１２が位置決めされた状態で配置される。これにより、接続ケーブル１５の底面側ボックス部材３０への配置が容易になる。

そして、図８に示す溶着加工前の底面側ボックス部材３０の周壁部３１の上面に、図９に示す開口部側ボックス部材２０を載せ、所定位置に配置した後、超音波溶着を行う。これにより、開口部側ボックス部材２０の周壁部２１の下面と底面側ボックス部材３０の周壁部３１の上面とが接合される。図８には、底面側ボックス部材３０の周壁部３１の上面における溶着箇所Ｐを黒色で塗りつぶして示している。

ここで、両ボックス部材２０，３０の接合前のブッシング１６の中央部１６ａの外径が導入用開口１７の内径よりも大きいので、両ボックス部材２０，３０の接合により、両ボックス部材２０，３０の凹部２７，３７でブッシング１６の中央部１６ａが隙間のない状態で挟み込まれ、接続ケーブル１５がボックス本体１０に固定される。これにより、ボックス本体１０とブッシング１６の中央部１６ａとの間に隙間が生じることが防止され、端子ボックス１の防水性を確保できる。

また、接続ケーブル１５の外皮は樹脂製であるため、その外皮を保護するためのブッシング１６がない場合には、超音波溶着の際に発生する熱によってその外皮が溶けて、ボックス本体１０と接続ケーブル１５との間に隙間が生じる可能性がある。この例では、ゴム製のブッシング１６によって接続ケーブル１５が覆われ、保護されているので、超音波溶着の熱によってそのブッシング１６が溶けることが防止される。このため、超音波溶着の際、ボックス本体１０とブッシング１６（接続ケーブル１５）との間に隙間が生じることが防止され、これにより、端子ボックス１の防水性を確保できる。

そして、この例では、ボックス本体１０が上下方向に直交する面で２分割された構成となっており、両ボックス部材２０，３０の各接合面が、周壁部２１，３１の全周にわたって形成されている。ここで、従来では、図１２、図１３に示すように、ボックス本体１０’において、接続ケーブル１５’が別部材の溶着部品１８’を用いて超音波溶着により固定されていた。この従来構造のボックス本体１０’では、ボックス本体１０’と溶着部品１８’との上下方向に対向する面同士は溶着できるが、左右方向や前後方向に対向する面同士は溶着できない可能性がある。具体的には、図１２、図１３に示す前後方向に延びるラインＱにおいてボックス本体１０’と溶着部品１８’とを接合できない可能性がある。このため、端子ボックス１’の防水性を確保できない可能性がある。この例では、両ボックス部材２０，３０は、上下方向に直交する方向（左右方向および前後方向）に延びる合わせ面同士で互いに接合されており、上下方向に延びる合わせ面がない。これにより、両ボックス部材２０，３０を溶着により接合するとき、従来とは異なって溶着できないラインがなくなるので、周壁部２１，３１の全周にわたって両ボックス部材２０，３０を良好に密着させることができ、端子ボックス１の防水性を向上させることができる。

また、ブッシング１６の両端部１６ｂ，１６ｃが中央部１６ａよりも大径に形成されているので、その両端部１６ｂ，１６ｃが抜け止めとなって、ボックス本体１０からブッシング１６が抜け落ちることが防止される。つまり、ブッシング１６の両端部１６ｂ，１６ｃが、上述したようなブッシング１６の位置決め手段としてだけではなく、ブッシング１６の抜け止め手段としても機能している。

上述した例では、端子ボックス１に２つの端子板１２が備えられている場合について説明したが、１つの端子ボックスに備えられる端子板の数は、複数であれば特に限定されない。したがって、１つの端子ボックスに３つ以上の端子板を備える構成としてもよい。また、隣り合う端子板間に逆流防止用のバイパスダイオードを設ける構成としてもよい。

上述した例では、ボックス本体１０の開口部側ボックス部材２０および底面側ボックス部材３０の接合を超音波溶着によって行う場合について説明したが、他の接合手段、例えば、熱溶着等によって両ボックス部材２０，３０を接合してもよい。

上述した例では、両ボックス部材２０，３０の接合前のブッシング１６の中央部１６ａの外径が導入用開口１７の内径よりも大きい場合について説明したが、両ボックス部材２０，３０の接合前のブッシング１６の中央部１６ａの外径は導入用開口１７の内径と等しくてもよい。つまり、ブッシング１６の中央部１６ａの外径が導入用開口１７の内径に比べて同等またはそれよりも大きく形成されていればよい。

本発明を適用する端子ボックスの一実施形態を示す平面図である。 同じく右側面図である。 接続ケーブルの導入方向から見た端子ボックスを示す後面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 端子ボックスのボックス本体を示す平面図である。 図５におけるＢ−Ｂ断面図である。 図５におけるＣ−Ｃ断面図である。 溶着加工前のボックス本体の底面側ボックス部材を示す平面図である。 ボックス本体の開口部側ボックス部材を示す平面図である。 端子板が接続された接続ケーブルを示す平面図である。 端子ボックスの一体化された開口部側ボックス部材および底面側ボックス部材を示す後面図である。 接続ケーブルが溶着部品を用いて超音波溶着により固定された従来構造の端子ボックスのボックス本体を示す平面図である。 同じく従来構造の端子ボックスのボックス本体を示す後面図である。

符号の説明

１ 太陽電池モジュール用端子ボックス
１０ ボックス本体
１１ Ｏリング
１２ 端子板
１５ 接続ケーブル
１６ ブッシング
１７ 導入用開口
２０ 開口部側ボックス部材
２７ 凹部
３０ 底面側ボックス部材
３７ 凹部
４０ 蓋体

Claims (6)

1. 一面が開口して有底ケース状に形成されたボックス本体と、このボックス本体の開口を閉鎖する蓋体とを備え、ボックス本体内に太陽電池モジュールの出力端に接続される端子が複数配設された太陽電池モジュール用端子ボックスであって、
   前記ボックス本体は、開口部側ボックス部材と底面側ボックス部材とが溶着により接合されて形成されており、
   前記開口部側ボックス部材および底面側ボックス部材には、環状の周壁部がそれぞれ設けられ、前記開口部側ボックス部材の周壁部の下面、および前記底面側ボックス部材の周壁部の上面が、溶着による接合面となっており、
   前記ボックス本体の開口部側ボックス部材と前記蓋体との間には、Ｏリングが介装されており、
   前記ボックス本体の両ボックス部材の各接合面には、前記端子に接続される外部接続用ケーブルをボックス本体内へ導入するための凹部がそれぞれ形成されており、
   前記各凹部によって形成される開口と前記外部接続用ケーブルとの間には、この外部接続用ケーブルの外周を覆う被覆部材が介在され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. 前記被覆部材は、両ボックス部材の接合の際に発生する熱から外部接続用ケーブルを保護する部材であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
3. 前記被覆部材がゴム系材料からなることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記被覆部材の前記ボックス本体の両ボックス部材の各凹部に挟み込まれる挟持部分の外径が、前記各凹部によって形成される開口の内径に比べて、両ボックス部材の接合前には同等またはそれよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
5. 前記被覆部材の挟持部分よりも、この挟持部分の両端部分が大径に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記両ボックス部材の各接合面が、前記各周壁部の全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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