JP5273075B2

JP5273075B2 - 太陽電池モジュール用端子ボックス

Info

Publication number: JP5273075B2
Application number: JP2010066023A
Authority: JP
Inventors: 裕之吉川; 誠東小薗
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: CN102725860A; DE112010005414T5; JP2011199114A; US20130000972A1; WO2011118068A1; US8737042B2

Description

本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。

従来の太陽電池モジュール用端子ボックスが特許文献１に開示されている。このものは、複数の端子板と、対応する２つの端子板に接続される逆負荷時バイパス用のダイオードと、これらダイオード及び端子板が収容される筐体とを備えて構成される。筐体内には、各端子板及びダイオードが収容された後、シリコン樹脂が導入される。また、シリコン樹脂の硬化後、筐体にはカバーが被せ付けられる。

特許第３４９８９４５号公報

ところで、上記の場合、ダイオードで発生した熱が、シリコン樹脂及びカバーを伝わった後、大気に逃がされるようになっている。しかし、このようにダイオードの周りがシリコン樹脂とカバーとで二重に樹脂封止されていると、シリコン樹脂内に熱がこもり易いという事情がある。このため、筐体からの放熱が充分になされず、最悪の場合、ダイオードの整流機能に支障を来たすおそれがある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放熱性に優れた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。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、複数の端子板と、各端子板のうちの対応する２つの端子板に接続される逆負荷時バイパス用のダイオードとを備え、前記端子板及び前記ダイオードの周りが樹脂部でモールド被覆され、前記樹脂部が、前記ダイオードに被着される一次樹脂層と、前記一次樹脂層とは異なる樹脂からなる二次樹脂層とからなり、前記ダイオードの周りを被覆する層が、前記一次樹脂層のみで構成され、前記一次樹脂層が、前記二次樹脂層に比べ、耐熱性が高く、かつ前記ダイオードの膨張係数により近い膨張係数を有しているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記ダイオードが、整流機能を有して前記２つの端子板のうちの一方の端子板に支持されるベアチップと、前記ベアチップと他方の端子板とに架け渡して接続される導体片とからなるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のものにおいて、前記端子板が、太陽電池モジュールからのリードが接続されるリード接続部を有し、前記リード接続部が、筒状の包囲部の開口内に臨むように配置され、前記包囲部が前記二次樹脂層のみで構成されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
端子板及びダイオードの周りが樹脂部でモールド被覆され、ダイオードの周りを被覆する層が一次樹脂層のみで構成されているから、ダイオードで発生した熱が一次樹脂層を介して大気に逃がされる。したがって、大気への放熱経路として、樹脂層が二重とならないため、熱がこもり難く、放熱性に優れる。また、樹脂部が一次樹脂層とは別に二次樹脂層を有するから、一次樹脂層で賄うことができない機能を二次樹脂層で補完することができる。この場合、一次樹脂層が、二次樹脂層に比べ、耐熱性が高く、かつダイオードの膨張係数により近い膨張係数を有しているから、ダイオードが高熱になっても放熱できるとともに、熱膨張によってダイオードに加わる負荷を低減できる。一方、このような特性が強く必要とされない二次樹脂層については一次樹脂層よりも安価な材料で済ますことができる。

＜請求項２の発明＞
ダイオード自体はベアチップと導体片とからなり、樹脂によってパッケージ化されていないため、ダイオードの発熱が一次樹脂層にダイレクトに伝わり、放熱性にいっそう優れる。

＜請求項３の発明＞
端子板がリード接続部を有し、リード接続部が筒状の包囲部の開口内に臨むように配置され、包囲部が二次樹脂層のみで構成されているから、放熱の要請が低いリード接続部の周りが二次樹脂層で包囲され、放熱の要請が高いダイオードに一次樹脂層が被覆されることとなる。これにより、一次樹脂層と二次樹脂層とがそれぞれ必要部位に適宜分配される。

本発明の実施形態１において、ケーブルが接続された太陽電池モジュール用端子ボックスの平面図である。各端子板を樹脂部で被覆する前のダイオードモジュールの平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。ダイオードモジュールの平面図である。太陽電池モジュール用端子ボックスの平面図である。図５のＢ−Ｂ断面図である。ダイオードの放熱経路を説明するための概念図である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図７によって説明する。実施形態１に係る太陽電池モジュール用端子ボックス（以下、単に端子ボックス１０という）は、相互に直列接続された多数の太陽電池セルを配する太陽電池パネル１００（図７を参照）の裏面側に取り付けられるものであって、複数の端子板２１と、対応する２つの端子板２１間に架橋される逆負荷時バイパス用のダイオード２２と、各端子板２１及びダイオード２２の周りを覆う一次樹脂層２３とを備えている。そして、この端子ボックス１０は、ダイオードモジュール２０を中間品として一次成形され、その後、二次成形されることによって完成させられる。

端子板２１は、導電性の金属板を切断等して帯状に形成され、図２に示すように、幅方向に４つ横並びで配置されている。各端子板２１の前端部には、太陽電池セル群からの図示しないリードが半田付けにより接続されるリード接続部２４が形成されている。リード接続部２４には、リードが挿入される横長の接続孔２５が開口して形成されている。

各端子板２１のうち、幅方向両端に位置する２つの端子板２１は、太陽電池セル群から起電力を取り出すためのプラス側及びマイナス側の両ケーブル９０がそれぞれ接続されるケーブル接続端子２１Ａとされている。ケーブル接続端子２１Ａの前端部には、リード接続部２４と隣接する位置に、一対のケーブル接続部２６が幅方向両端外方に突出して形成されている。ケーブル接続部２６の中間部には、前方へ段違い状にシフトした屈曲部２７が形成されている。また、両ケーブル接続部２６の先端部には、オープンバレル状のバレル部２８が形成されている。バレル部２８には一対のバレル片２９が立ち上げ形成され（図９を参照）、両バレル片２９がケーブル９０の端末部における芯線部９１に巻き付けられることにより、ケーブル接続端子２１Ａがケーブル９０にかしめ接続されるようになっている。

ダイオード２２は、扁平なベアチップ２２Ａと、ベアチップ２２Ａに接続される金属板状の導体片２２Ｂとからなり、これ自体は樹脂によってパッケージ化されていない。ベアチップ２２Ａは、Ｐ側領域（アノード領域）とＮ側領域（カソード領域）とを積層してなり、端子板２１の表面の幅方向略中央部に直接載せられている。ベアチップ２２Ａの底面は端子板２１の表面に半田付けにより接続されている。本実施形態の場合、４つの端子板２１のうち図示向かって右側３つの端子板２１にベアチップ２２Ａが支持されるようになっている。

導体片２２Ｂは、図３に示すように、一端から他端にかけて幅方向に細長く延びる形態とされ、その幅方向一端部が、ベアチップ２２Ａの天面（ベアチップ２２Ａの底面とは異なる極性）に半田付けにより接続され、その幅方向他端部が、ベアチップ２２Ａを支持する端子板２１と隣接する端子板２１に半田付けにより接続されている。つまり、導体片２２Ｂは、互いに隣接する端子板２１間に架橋され、全体として４つの端子板２１間に３つ配置されている。

ここで、各端子板２１は、ベアチップ２２Ａが発熱した場合にその熱を逃がす放熱板としての機能を兼備している。各端子板２１には、ベアチップ２２Ａを支持する部分と、リード接続部２４及びケーブル接続部２６を有する部分との間に、段差３１が形成され、段差３１を境として、ベアチップ２２Ａを支持する部分の放熱面積が拡張されている。もっとも、ベアチップ２２Ａを支持しない図示向かって左側のケーブル接続端子２１Ａは、放熱の要請が低いため、他の端子板２１よりも面積が小さくされている。これにより、スペース効率の向上が図られるようになっている。

ダイオードモジュール２０は、図４に示すように、上記した各端子板２１及び各ダイオード２２に加え、各ダイオード２２の周りを覆うようにモールド被覆された一次樹脂層２３を備えてなる。言い換えれば、ダイオードモジュール２０は、各ダイオード２２が一次樹脂層２３によって各端子板２１もろとも樹脂パッケージ化された形態になっている。

一次樹脂層２３は、各端子板２１の前端部には形成されておらず、各端子板２１のうち前端部を除く部分の全体に被着されている。これにより、ダイオードモジュール２０には、リード接続部２４及びケーブル接続部２６が露出して配置される。そして、一次樹脂層２３は、平面視矩形の扁平マット状をなし、各端子板２１のうち段差３１の直前方位置から後方の部分に表裏両面に亘って薄く被着されている。かかる一次樹脂層２３は、各端子板２１間を所定間隔に保つとともに、各端子板２１と各ダイオード２２との間に過大な応力が作用するのを回避し、かつ、各端子板２１及び各ダイオード２２を絶縁被覆する役割をになっている。

一次樹脂層２３の表面には、ダイオード２２の外形に沿った凸状の外形をなす被着部３２が形成されている。被着部３２は、一次樹脂層２３の前後方向略中央部において幅方向の略全幅に亘って直線状に延びる形態とされている。被着部３２を含む一次樹脂層２３の厚みは、端子板２１の表面からダイオード２２の表面にかけてほぼ一定とされている（図６を参照）。

また、一次樹脂層２３の表面には、被着部３２よりも前方に、爪状の突条部３３が形成されている。突条部３３は、幅方向の略全幅に亘って直線状に延びる形態をなしている。さらに、一次樹脂層２３の表面には、突条部３３よりも前方となる前端部に、横長スリット状の凹溝３４が形成されている。凹溝３４は、幅方向の略全幅に亘って直線状に延びる形態をなし、凹溝３４を通して各端子板２１の表面が露出している。

一次樹脂層２３は、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳ）等の耐熱性に優れた熱可塑性樹脂によって構成されている。また、一次樹脂層２３には、ガラス繊維が含有されており、これによって耐熱性の向上が実現されている。

続いて、端子ボックス１０について説明すると、端子ボックス１０は、上記したダイオードモジュール２０に加え、二次樹脂層４１からなる包囲部４２を備えてなる。さらに、包囲部４２は、一次樹脂層２３の前端部に一体に連結される平板状の連結部４３と、連結部４３の前方において各リード接続部２４及び両ケーブル接続部２６の周りを取り囲むようにして立ち上がる筒状の筒部４４とからなる。本実施形態においては、一次樹脂層２３と二次樹脂層４１とによって樹脂部５０が構成される。

連結部４３は、図６に示すように、一次樹脂層２３の前端部の表面に薄く被着され、その後端が突条部３３に密着するとともに、その表面が突条部３３の突端とほぼ同一高さで配置されている。二次樹脂層４１の成形時には、突条部３３によって溶融樹脂が塞き止められるようになっている。
二次樹脂層４１は、ポリフェニレンエーテル（以下、ＰＰＥ）等の対候性、機械的性質に優れた熱可塑性樹脂によって構成され、ここにガラス繊維は含まれていない。一次樹脂層２３を構成するＰＰＳは、二次樹脂層４１を構成するＰＰＥに比べ、線膨張係数が小さく、かつ各端子板２１及び各ダイオード２２の導体片２２Ｂを構成する銅合金等の金属により近い線膨張係数を有している。

筒部４４は、ダイオードモジュール２０の全幅を越える平面視横長円形の開口部４５を有し、この開口部４５内に、各リード接続部２４及び両ケーブル接続部２６が臨むように配置されている。筒部４４の後部の根元部分は凹溝３４内に入り込み、これによって二次樹脂層４１が一次樹脂層２３に緊密に密着されるようになっている。

筒部４４の幅方向両端部の外面には、図５に示すように、円筒状のケーブル挿入部４６が突出して形成されている。ケーブル挿入部４６内には、ケーブル９０が挿入される挿入孔４７が幅方向に貫通して形成されている。ケーブル９０は、筒部４４の挿入孔４７から幅方向両端外方に引き出されるようになっている。また、ケーブル挿入部４６の外周面には、環状溝４８が全周に亘って形成され、さらにゴム栓８０が嵌着されるようになっている（図１を参照）。ゴム栓８０は、挿入孔４７とケーブル９０との間の隙間を埋めることにより、筒部４４内に水が浸入するのを阻止する役割をになっている。

筒部４４の開口部４５は、その幅方向両端側の底面部が閉止板４９によって閉止され、閉止板４９には両ケーブル接続端子２１Ａのバレル部２８が載せられている。閉止板４９には、バレル部２８と対応する位置に、治具孔６１が開口して形成されている。筒部４４の開口部４５の上端には、段付き状の受け部６２が全周に亘って形成され、受け部６２には、カバー（図示せず）の周縁部が支持可能とされている。

次に、本実施形態に係るダイオードモジュール２０及び端子ボックス１０の製造方法等について説明する。
まず、各端子板２１にダイオード２２を半田付けにより接続させる（図２を参照）。このとき、各端子板２１と各ダイオード２２との接続部位に過剰な応力が作用しないよう、各端子板２１間がキャリアで一体に連結されているとよい。かかるキャリアは一次樹脂層２３の成形後に切断して除去され得る。

続いて、上記の各端子板２１と各ダイオード２２とが一体化されたものを一次成形用の金型（図示せず）内にセットし、この金型内に溶融樹脂を射出充填する。すると、リード接続部２４及びケーブル接続部２６を除く各端子板２１の部分及び各ダイオード２２の周りに溶融樹脂が薄く被着され、溶融樹脂の硬化後、一次樹脂層２３が形成される。かくしてダイオードモジュール２０が製造される（図４を参照）。

次に、ダイオードモジュール２０を二次成形用の金型（図示せず）内にセットし、この金型内に溶融樹脂を射出充填する。溶融樹脂の硬化後、一次樹脂層２３の前端部には、リード接続部２４及びケーブル接続部２６の周りを取り囲むようにして二次樹脂層４１としての包囲部４２が一体に形成される。かくして、端子ボックス１０が製造される（図５及び図６を参照）。

その後、ケーブル挿入部４６の挿入孔４７に両側外方からケーブル９０を挿入する。バレル部２８にケーブル９０の芯線部９１を支持させた状態で、治具孔６１に下方からかしめ治具（図示せず）を挿入し、このかしめ治具の操作によってバレル片２９に曲げ加工を施すことにより、ケーブル接続部２６にケーブル９０を接続固定する。そして、ケーブル９０に予め貫通させたゴム栓８０をケーブル挿入部４６側に引き上げ、ケーブル挿入部４６の外周面にゴム栓８０を嵌着させる（図１を参照）。このとき、ケーブル挿入部４６の環状溝４８にゴム栓８０の内周部が入り込むことで、ケーブル挿入部４６に対するゴム栓８０の密着性が高められる。

次いで、太陽電池パネル１００の裏面に端子ボックス１０の底面を接着剤等で取り付ける。取り付けの過程で、筒部４４の開口部４５内にリードを引き込み、接続孔２５を介して、対応する端子板２１のリード接続部２４にリードの先端部を半田付けにより接続させる。続いて、筒部４４内にシリコン樹脂等の絶縁樹脂からなる封止材を導入充填し、封止材の硬化後、受け部６２にカバーを嵌着して、筒部４４の蓋締めを行う。かくして、端子ボックス１０の太陽電池パネル１００への装着が完了する。

ところで、ダイオード２２は、使用時に高温になるため、自身の熱によってダメージを受け、整流機能に支障を来たすことが懸念される。しかるに本実施形態によれば、図７に概略的に示すように、ダイオード２２で発生した熱が、各端子板２１を介して一次樹脂層２３の底面から太陽電池パネル１００側へ迅速に逃がされるとともに、一次樹脂層２３の天面から大気側へ迅速に逃がされるため、ダイオードモジュール２０（端子ボックス１０）内に熱がこもるのが回避される。しかも、ダイオード２２の周りに被着部３２が被着され、この被着部３２がダイオード２２の外形に沿った外形をなしているから、被着部３２の厚みが極小さく抑えられ、放熱性が格段に向上する。

また、ダイオードモジュール２０には、リード接続部２４及びケーブル接続部２６が露出して配置されているから、ダイオードモジュール２０の成形後に、リードの接続作業及びケーブル９０の接続作業を円滑に行うことができる。

また、各端子板２１が横一列に並んで配置され、並び方向両端に位置するケーブル接続端子２１Ａのリード接続部２４に隣接してケーブル接続部２６が一体に連結されているから、ダイオードモジュール２０が、一次樹脂層２３でモールド被覆される領域と、リード接続部２４及びケーブル接続部２６を有する領域とに、二分割され、成形性に優れる。

また、各端子板２１がインサートによって一次樹脂層２３と一体化された射出成形品とされているから、成形が容易であるとともに、一次樹脂層２３の各端子板２１への被着量を微少に調整できる。

また、ダイオードモジュール２０の先端部に筒状の包囲部４２が後付けで形成されているから、ダイオードモジュール２０から端子ボックス１０を容易に製造できる。

さらに、筒部４４の開口部４５内に絶縁性の封止材が導入され、筒部４４に封止材を覆うようにカバーが被せ付けられるから、封止材の導入量を筒部４４の内部のみに少なく抑えることができる。

さらに、本実施形態によれば、樹脂部５０が一次樹脂層２３とは別に二次樹脂層４１を有しているから、一次樹脂層２３で賄うことができない機能を二次樹脂層４１で補完することができる。

また、ダイオード２２自体はベアチップ２２Ａと導体片２２Ｂとからなり、樹脂によってパッケージ化されていないため、ダイオード２２の発熱が一次樹脂層２３にダイレクトに伝わり、放熱性にいっそう優れる。

また、一次樹脂層２３が、二次樹脂層４１に比べ、耐熱性が高く、かつダイオード２２の膨張係数により近い膨張係数を有しているから、ダイオード２２が高熱になっても放熱できるとともに、熱膨張によってダイオード２２に加わる負荷を低減できる。一方、このような特性が強く必要とされない二次樹脂層４１については一次樹脂層２３よりも安価に済ますことができる。

また、各端子板２１がリード接続部２４を有し、リード接続部２４が筒部４４の開口部４５内に臨むように配置され、筒部４４を含む包囲部４２が二次樹脂層４１のみで構成されているから、放熱の要請が低いリード接続部２４の周りが二次樹脂層４１で包囲され、放熱の要請が高いダイオード２２に一次樹脂層２３が被覆されることとなる。これにより、一次樹脂層２３と二次樹脂層４１とがそれぞれ必要部位に適宜分配される。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）樹脂部が、ダイオードの周りのみに被着される構成であってもよい。
（２）ケーブル接続部がケーブル接続端子のうちリード接続部の形成側とは反対側の前端部に形成されるものであってもよい。
（３）ＰＰＳに代えて、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることも可能である。
（４）ダイオードとしては、ベアチップと導体片とを樹脂パッケージ化したパッケージダイオードを用いることも可能である。
（５）各端子板が、２つのケーブル接続端子のみで構成され、ダイオードが両ケーブル接続端子間に橋絡して１つだけ形成されるものであってもよい。

１０…太陽電池モジュール用端子ボックス（端子ボックス）
２０…ダイオードモジュール
２１…端子板
２２…ダイオード
２３…一次樹脂層
２４…リード接続部
２６…ケーブル接続部
４１…二次樹脂層
４２…包囲部
４５…開口部
５０…樹脂部
９０…ケーブル
１００…太陽電池パネル

Claims

複数の端子板と、各端子板のうちの対応する２つの端子板に接続される逆負荷時バイパス用のダイオードとを備え、
前記端子板及び前記ダイオードの周りが樹脂部でモールド被覆され、前記樹脂部が、前記ダイオードに被着される一次樹脂層と、前記一次樹脂層とは異なる樹脂からなる二次樹脂層とからなり、前記ダイオードの周りを被覆する層が、前記一次樹脂層のみで構成され、
前記一次樹脂層が、前記二次樹脂層に比べ、耐熱性が高く、かつ前記ダイオードの膨張係数により近い膨張係数を有し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。
前記ダイオードが、整流機能を有して前記２つの端子板のうちの一方の端子板に支持されるベアチップと、前記ベアチップと他方の端子板とに架け渡して接続される導体片とからなる請求項１記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
前記端子板が、太陽電池パネルからのリードが接続されるリード接続部を有し、前記リード接続部が、筒状の包囲部の開口内に臨むように配置され、前記包囲部が前記二次樹脂層のみで構成されている請求項１又は２記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。