JP5060786B2 - 太陽電池モジュール用接続具 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール用接続具に関し、特に、太陽電池モジュールをバイパスするダイオードを備えたものに関する。

太陽電池モジュールの設置現場において、複数の太陽電池モジュールを直列に接続するために接続具が使用される。この接続具には、その内部に、太陽電池モジュールをバイパスするためのバイパスダイオードが設けられているものがある。この接続具を薄型にするために、技術的な改良が行われてきた。例えば日本国特許第３４９８９４５号の明細書には、バイパスダイオードに保護パッケージを備えておらず裸の状態であるベアーチップダイオードを使用し、太陽電池モジュール接続具のボックス内を樹脂封止する際に、ベアーチップダイオードもパッケージする技術が開示されている。しかし、この技術では、この接続具が並列に接続されている太陽電池モジュールが発電していないとき、この太陽電池モジュールと直列に接続されている他の太陽電池モジュールからの電流が、発電していない太陽電池モジュールに並列に接続されている接続具のダイオードを介して流れる。この際に、ダイオードが発熱するが、その放熱が充分に行われない。この点を改善しようとする例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されている技術では、絶縁体製の箱の内部を互いに平行な３つのゾーンに区画されている。３つのゾーンのうち、一方の端のゾーンが太陽電池モジュールリード線用端子ゾーンであり、中央のゾーンがダイオード放熱板ゾーンであり、他方の端のゾーンが入出力ケーブル用端子ゾーンである。ダイオード放熱板ゾーンの底壁には、開口が形成され、この開口に４つの長方形状の放熱板が１列に配置されている。一方の端にある放熱板から順に３つの放熱板上に、ダイオードが取り付けられている。ダイオードは、絶縁物製のモールド内にダイオードの半導体チップが埋め込まれたものである。その半導体チップのアノードがモールドの底部に露出した外部導体に接続されている。カソードがリードによってモールドから導出されている。３つのダイオードの外部導体が上述した３つの放熱板上に取り付けられ、カソードがそれぞれ隣接する放熱板に接続され、その結果、３つのダイオードが直列に接続されている。各放熱板の太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン側の端部に一端が位置し、他端が太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン内に位置するように、モジュールリード線用端子がそれぞれ設けられている。また、各放熱板のうち両側にあるものの入出力ケーブル用端子ゾーン側の端部側に一端が位置し、他端が入出力用端子ゾーン内に位置するように、入出力ケーブル用端子がそれぞれ設けられている。この状態において、ダイオード放熱板ゾーンに絶縁樹脂が各ダイオードを埋め込むように充填されている。この充填後に、太陽電池パネルの裏面側に箱を固定する。この際、箱の底壁側に露出している放熱板は熱伝導性絶縁シートを介して太陽電池パネルに接しさせている。各太陽電池モジュールリード線用端子に太陽電池モジュールリード線を介して各太陽電池モジュールを接続して、各ダイオードを太陽電池パネルの各太陽電池モジュールに並列に接続する。入出力ケーブル用端子に入出力ケーブルを接続することによって、各太陽電池モジュールから電流を入出力することができるようにする。なお、太陽電池モジュールリード線は、モジュールリード線用端子に半田付けされ、入出力ケーブルも、入出力用端子に半田付けされている。その後に、太陽電池モジュールリード線用端子ゾーン内に、太陽電池モジュールリード線及び太陽電池モジュールリード線用端子を埋め込むように絶縁性樹脂が充填され、入出力ケーブル用端子ゾーン内に、入出力ケーブル及び入出力ケーブル用端子を埋め込むように絶縁性樹脂が充填される。

特開２００５−２０９９７１号公報

特許文献１に開示された接続具では、或る太陽電池モジュールが発電していないとき、他の太陽電池モジュールからの電流は、発電していない太陽電池モジュールに並列に接続されているダイオードを介して流れる。特許文献１の技術では、この熱は、放熱板から熱伝導性絶縁シートを介して太陽電池パネルに放熱される。しかし、２００５年４月公布の国際電気標準会議（ＩＥＣ）の太陽電池モジュールに関する規格ＩＥＣ６１２１５を満たすためには、放熱板を大型にしなければならず、箱が大型になる。その結果、この接続具全体が大型になる。また、箱の放熱板ゾーンに絶縁樹脂を充填しなければならず、この接続具を大量生産する際、生産性が低くなる。また、太陽電池パネルが屋根の上に設置されると、それの太陽電池モジュールの温度が上昇し、これに伴い各太陽電池モジュールに接続されている接続具内のダイオードの温度も上昇する。この温度上昇の繰り返しが、ダイオードに機械的な歪を与えたり、ダイオードの電気的特性を変化させたりする。

本発明は、信頼性を高めて長期の使用に耐える生産性が高い薄型の太陽電池モジュール用接続具を提供することを目的とする。

本発明の一態様の太陽電池モジュール接続具は、ダイオードモジュールとモジュールボックスとを有している。ダイオードモジュールには、ダイオードチップが内蔵されている。１つのダイオードチップを内蔵することも可能であるし、直列に接続した複数のダイオードチップを内蔵することも可能である。ダイオードモジュールは、ダイオードチップを太陽電池モジュールに接続可能に、かつ太陽電池モジュールからの電流を取り出し可能に構成されている。なお、複数のダイオードモジュールが直列に接続されている場合、各ダイオードチップの両端をそれぞれ対応する太陽電池モジュールに接続可能とする。モジュールボックスは、絶縁体製で、前記ダイオードモジュールが収容されている。前記ダイオードチップを太陽電池モジュールに接続するためのリード線と、ダイオードチップからの電流を取り出すためのリード線とをモジュールボックス内に導入するリード線導入部が、モジュールボックスに形成されている。前記モジュールボックスは、太陽電池モジュールに接触する面を有し、この面に開口が形成されていることが望ましい。この場合、この開口に、ダイオードモジュールが嵌められている。更に、ダイオードモジュールの開口に嵌められている面は、平坦でかつ平面に形成されていることが望ましい。更に、ダイオードモジュールの開口に嵌められている面と、前記開口が形成されているモジュールボックスの面とが、一致していることが望ましい。

モジュールボックスは、カバーを有し、このカバーがダイオードモジュールに面接触している部分を有することが安全上、放熱上望ましい。

本発明の第１実施形態の接続具に使用されるダイオードモジュールの正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態の接続具の正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態の接続具の正面図である。 本発明の第３の実施形態の接続具の正面図である

本発明の第１の実施形態の太陽電池モジュール用接続具１は、図１に示すようなダイオードモジュール２を有している。このダイオードモジュール２は、複数、例えば２つの放熱板４ａ、４ｂを備えている。これら放熱板４ａ、４ｂは、厚さが例えば１ｍｍ以上の矩形の金属製で、それらの長辺が互いに平行となるように、空間絶縁距離Ｇを隔てて配置されている。放熱板４ｂの表面に、バイパスダイオード、例えば薄板状のダイオードチップ６の矩形のアノード６Ａが半田付けされている。このダイオードチップ６のカソード６Ｃが、接続導体８を介して放熱板４ａの表面に接続されている。このダイオードチップ６のアノードの４隅に、これら４隅をそれぞれ囲むようにスリットを形成することが望ましい。これらスリットによって、ダイオードチップ６の位置決めを行うことができるし、ダイオードチップ６の発熱による熱応力の分散に役立つ。

放熱板４ａ、４ｂの一方の短辺に連ねて、太陽電池モジュールリード線接続用端子１０、１０が形成されている。これら端子１０は、放熱板４ａ、４ｂの短辺にほぼ垂直に外方に突出し、これらは太陽電池モジュールのリードに接続するように適応されている。

放熱板４ａ、４ｂの長辺のうち外側にある長辺から、太陽電池入出力ケーブル用端子１２、１２が、これら長辺にほぼ垂直に外方に突出している。これら端子１２の先端部にケーブルの取付け部１２ａが形成されている。また、これら端子１２、１２の中途には、これら端子１２に垂直に、端子１２の一方側から他方の側まで突起１２ｂ、１２ｂが形成されている。

これら放熱板４ａ、４ｂ、ダイオードチップ６、接続導体８がモールド部１６内に含まれ、端子１０、１０、１２、１２がモールド部１６から露出している。モールド部１６は、絶縁モールド材、例えばエポキシ樹脂のような合成樹脂のトランスファモールド成型によって、形成されている。この絶縁モールド材には、熱伝導性の高い添加剤を加えることが望ましい。ダイオードチップ６がモールドされているので、ダイオードチップ６の防湿性と耐衝撃性とが向上している。また、トランスファモールド成型しているので、生産性が高い。モールド部１６は、図１及び図２に示すように、概略直方体状であり、放熱板４ａ、４ｂは、このモールド部の底壁１６ａに近い位置にある。底壁１６ａは、平滑でかつ平坦に形成されている。モールド部１６の底壁１６ａと対向する上面１６ｂの周縁には段１６ｃが形成されている。

ダイオードモジュール２は、図３に示すように、モジュールボックス２０に収容されている。モジュールボックス２０は、底壁２０ａの周囲に、これを囲うように側壁２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを有している。側壁２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの底壁２０ａと反対側に開口が形成されている。モジュールボックス２０は、例えば合成樹脂製である。この合成樹脂としては、耐水性、熱伝導性が良好なものが望ましく、例えば変性ポリフェニレンを使用することが望ましい。底壁２０ａは、放熱性の向上のため、その厚さを薄く形成することが望ましい。モジュールボックス２０では、側壁２０ｂと２０ｃとが平行に位置している。ダイオードモジュール２は、側壁２０ｃ側に端子１０、１０が位置し、側壁２０ｄ、２０ｅ側に端子１２、１２が位置するように、モジュールボックス２０内に配置されている。

モジュールボックス２０の底壁２０ａにおける、ダイオードモジュール２に対応する位置に、矩形の開口２２が形成され、この開口２２にダイオードモジュール２が嵌められている。この嵌められた状態において、ダイオードモジュール２のモールド部１６の底壁１６ａの外面とモジュールボックス２０の底壁２０ａの外面とは、図４及び図５に示すように一致している。

モジュールボックス２０内に、予めトランスファモールドされたダイオードモジュール２を配置する構成であるので、モジュールボックス内に、放熱板に取り付けたダイオードチップを配置して、これら放熱板及びダイオードチップを埋め込むように絶縁材をモジュールボックスひとつひとつに充填する場合よりも、生産性が向上し、大量生産する場合に適している。

端子１０に対応する底壁２０ａの位置に、リード線導入部、例えば矩形の開口２４が形成されている。図５に示すように、開口２４を介して例えば平角線からなる太陽電池モジュールリード線２５、２５がモジュールボックス２０内に導入され、端子１０、１０に半田付けによって接続されている。開口２４は、底壁２０ａ以外の側壁に形成することも可能であるが、後述するように太陽電池モジュールに、この接続具１を取り付けた際に、防水がしやすいので、底壁２０ａに形成することが望ましい。

端子１２、１２に対応して、側壁２０ｄ、２０ｅには、図４に示すように、リード線挿入部、例えば太陽電池入出力ケーブル挿通孔２６、２６が形成されている。挿通孔２６、２６に挿通された太陽電池入出力ケーブル２７、２７の先端が、端子１２の取付け部１２ａ、１２ａに半田付けされる。なお、この側壁２０ｄ、２０ｅの近傍の底壁２０ａにも開口２８、２８が形成されている。

底壁２０ａの開口２２の周囲には、モジュール位置規制部材、例えば爪３０ａ、３０ｂ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｃが形成されている。これら爪３０ａ、３０ｂ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｃは、モジュールボックスと同一の合成樹脂製で、可撓性を有している。爪３０ａは、図５に示すように、側壁２０ｂ側でモールド部１６の段部１６ｃに係合して、ダイオードモジュール２の重量を受けて撓みながらダイオードモジュール２を開口２４側に押圧しており、かつダイオードチップ２が底壁２０ａと反対側に移動することを規制している。また、爪３０ｂ、３０ｂは、開口２４側でモールド部１６の段部１６ｃに係合して、側壁２０ｂ、２０ｃ側へのダイオードモジュール２の移動を規制している。爪３０ｃ、３０ｃは、開口２２の側壁２０ｄ、２０ｅ側でモールド部１６の段部１６ｃに係合して、ダイオードモジュール２の側壁２０ｄ、２０ｅ方向への移動を規制している。

モジュールボックス２０内には、図５に示すように、端子１０及び太陽電池モジュールリード線２５、２５、端子１２、１２、太陽電池入出力ケーブル２７、２７をその内部に埋め込むように絶縁充填材３２がモジュール部１６の上面１６ｂを除いて充填されている。図３及び図４には、図示を簡略化するために絶縁性充填材３２は示していない。端子１０及び太陽電池モジュールリード線２５が、絶縁性充填材３２内に埋め込まれているので、これらは、防水される上に、モジュールボックス２０内で移動することもない。

モジュールボックス２０の底壁２０ａと反対側にある開口が、絶縁材、例えば熱伝導性が良好な絶縁材製のカバー３４によって覆われている。このカバー３４は、ダイオードモジュール２のモールド部１６の上面１６ｂに面接触している接触部３４ａを有している。この接触部３４ａは、図４及び図５に示すようにモールド部１６の上面全域に面接触していることが望ましい。このように面接触することにより、カバー３４とモールド部１６との間に空気層が形成されず、ダイオードモジュール２からカバー３４を介して放熱される。なお、カバー３４の材料の節約及び放熱の良好性を確保するために、接触部３４ａは、図４及び図５に示すようにカバー３４におけるモールド部１６の上面に対応する位置を窪ませて形成することが望ましい。なお、図３では、図が錯綜するので、カバー３４は示していない。

この接続具１は、ダイオードモジュール２をモジュールボックス２０内の開口２２に嵌め、かつ端子１２、１２に太陽電池出力ケーブル２７、２７を接続した状態で、図示していない太陽電池モジュールの設置現場に搬送される。設置現場では、太陽電池モジュールの太陽電池モジュールリード線２５、２５を開口２４からモジュールボックス内に挿入し、端子１０、１０に半田付けする。接続具１を取り付ける太陽電池モジュールの部分に接着剤を塗布し、その接着剤の上にモジュールボックス２０の底壁２０ａ及びモールド部１６の底壁１６ａを押し付ける。この状態において、モジュールボックス２０の底壁２０ａの外面及びモジュール部１６の底壁１６ａの外面が一致して太陽電池モジュールに接触し、かつモジュール部１６の底壁１６ａが平滑な平面であるので、太陽電池モジュールにモジュール部１６の底壁１６ａが密着している。その後、絶縁性充填材３２が充填される。そして、接触部３４ａがモールド部１６の上面１６ａに接触するように、カバー３４がモジュールボックス２０の開口に取り付けられる。

このような状態で接続具１が使用されているので、ダイオードチップ６で発熱が生じると、その熱は放熱板４ａ、４ｂからモールド部１６を介して太陽電池モジュールに伝導される。特に、上述したように、トランスファモールド成型されたモジュール部１６が太陽電池モジュールに密着しているので、ダイオードチップ６からの放熱が良好に行われる。また、カバー３４の接触部３４ａがモールド部１６の上面に接触しているので、カバー３４からも放熱が行われる。従って、モジュールボックス２０を大型にしなくても、良好に放熱が行われる。

第２の実施形態の接続具１ａを図６に示す。この接続具１ａでは、複数、例えば４つの放熱板４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが使用され、これらのうち放熱板４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃのアノードが接続されている。これらダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃのカソードは、接続導体８０を介して隣接する放熱板４０ａ、４０ｂ、４０ｃに接続されている。各放熱板４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄには、端子１００がそれぞれ一体に設けられ、両外側に位置する放熱板４０ａ、４０ｄに端子１２０、１２０が設けられている。端子１００は、第１の実施形態の端子１０と同一であり、端子１２０も第１の実施形態の端子１２と同一のものである。これら放熱板４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、第１の実施形態と同様にモールド部１６０によってモールドされている。モールド部１６０が収容されているモジュールボックス２００の構成は、第１の実施形態のモジュールボックス２０と同様である。同等部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。

この第２の実施携帯の接続具１ａでは、端子１００の隣接する２つが、直列に接続された３つの太陽電池モジュール（図示せず）それぞれの両端間に接続され、これによって３つの太陽電池モジュールとダイオードチップ６０ａ乃至６０ｃとが個別に並列に接続される。なお、この接続具１ａでは、放熱板４０ａ乃至４０ｄを全て同じ大きさとしたが、放熱板４０ａ上にはダイオードチップは配置されていないので、各放熱板４０ａ乃至４０ｄが放熱する放熱量は等しくない。そこで放熱板のうち、ダイオードが搭載されておりかつ周囲に放熱しにくくそのままでは高温になりやすいものを最も広幅にし、順次ダイオードが搭載されておりかつ周囲に放熱しやすい放熱板をそれよりは狭幅にして、ダイオードの搭載されていない周囲に放熱しやすい放熱板を最も狭幅にして、各放熱板の最高温度を規定温度以下にし、かつ小型になるようにすることが好ましい。即ち、放熱板４０ａ乃至４０ｄの幅寸法を放熱板４０ｃの幅≧放熱板４０ｄの幅≧放熱板４０ｂの幅＞放熱板４０ａの幅のように異ならせることが望ましい。

図７に第３の実施形態の接続具１ｂを示す。この実施形態では、モジュールボックス２００は、先の２つの実施形態と同様な底壁２００ａを有し、その周囲に側壁２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅを有する。側壁２００ｄ、２００ｅは、中途でダイオードモジュール２側に向かって折り曲がり、その折り曲がった部分がダイオードモジュール２の両側に接触している。従って、位置規制用の爪３０ｃ、３０ｃが省略されている。また、側壁２００ｃにもダイオードモジュール２は接触している。ダイオードモジュール２は、第１の実施の形態とほぼ同様に形成されているが、端子１０に相当する端子２１０、２１０が側壁２００ｄ、２００ｅ側に延長され、これら延長部分２１０ａ、２１０ａに太陽電池入出力ケーブル２７、２７が接続されている。その代わりに端子１２、１２に相当するものが省略されている。太陽電池入出力ケーブル挿通孔２６０ａ、２６０ａは、側壁２００ｄ、２００ｅの折り曲がっている部分の外側に形成されている。端子２１０、２１０、太陽電池モジュールリード線２５、２５、太陽電池入出力ケーブル２７、２７が埋め込まれるように絶縁充填材（図示せず）がモジュールボックス２００ａ内に充填されている。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、同等部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。

第１の実施形態のモジュールボックス２０では、底壁２０に開口２２、２４、２８を形成したが、放熱板４ａ、４ｂからの熱が太陽電池モジュールに伝導されるような薄さに底壁２０の厚さを設定するなら、開口２２、２４、２８は不要である。他の実施形態においても同様である。第２の実施の形態の接続具を第３の実施の形態の接続具と同様に変形することも可能である。

Claims (4)

1. ダイオードチップが内蔵され、該ダイオードチップを太陽電池モジュールに接続可能に、かつ前記太陽電池モジュールからの電流を取り出し可能に構成されたダイオードモジュールと、
   このダイオードモジュールが収容され、前記ダイオードチップを前記太陽電池モジュールに接続するリード線と、ダイオードチップからの電流を取り出すリード線とを導入するリード線導入部が形成されている絶縁体製のモジュールボックスとを、
   具備し、前記モジュールボックスは、前記太陽電池モジュールに接触する面を有し、この面に開口が形成され、この開口に、前記ダイオードモジュールの一面が露出して嵌められている
   太陽電池モジュール接続具。
2. 請求項１記載の太陽電池モジュール接続具において、
   前記モジュールボックスの開口に嵌められている前記ダイオードモジュールの面は、平坦でかつ平面に形成されている
   太陽電池モジュール接続具。
3. 請求項２記載の太陽電池モジュール接続具において、
   前記モジュールボックスにおける前記開口が形成されている面と、該開口に嵌められている前記ダイオードモジュールの面とが、一致している
   太陽電池モジュール接続具。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の太陽電池モジュール接続具において、
   前記モジュールボックスは、カバーを有し、該カバーが前記ダイオードモジュールに面接触している部分を有する
   太陽電池モジュール接続具。

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