JP5612543B2

JP5612543B2 - 太陽電池モジュールの端子構造

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Publication number: JP5612543B2
Application number: JP2011138755A
Authority: JP
Inventors: 康博大森
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP2013008745A

Description

本発明は、太陽電池モジュールから電流を取り出す配線を接続可能な一対の端子部材と、当該一対の端子部材に接続された半導体素子と、を有する太陽電池モジュールの端子構造に関する。

近年、自然エネルギーへの関心が高まりつつあり、建物の屋根等に太陽電池モジュールを設置する例が増えてきている。落葉や風雨等に含まれる汚れ等によって太陽電池モジュールの受光面に照射される光が部分的に遮蔽されることがある。このとき、日陰部分の太陽電池セルが単なる抵抗体となるため、日陰部分の太陽電池セルが日向部分の太陽電池セルの発電エネルギーを消費して太陽電池モジュールの出力が低下したり、日陰部分の太陽電池セルが高温となって太陽電池モジュールにホットスポットが発生することがある。このような太陽電池モジュールの性能低下を防止するために、各太陽電池セルから電流を取り出す配線をそれぞれ接続する端子部材にダイオードを接続して、日陰部分の太陽電池セルに流れる電流をバイパスすることが行なわれている。

ただし、日中と夜間との温度差やダイオードの発熱によって端子部材やダイオードが熱膨張・熱収縮する。このような熱ストレスの繰り返しによってダイオードが端子部材から剥離することがある。この点、例えば、特開２００２−１５８３２４号公報には、平板状の端子部材の一側部にスリットを形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、スリットが形成されない接続部分の剛性が小さく変形し易いため、端子部材やダイオードが熱膨張・熱収縮する際にスリットよりも先端側の部位が揺動する。このようにして、端子部材やダイオードの熱膨張・熱収縮を吸収することができる。

特開２００２−１５８３２４号公報

平板状の端子部材の熱膨張・熱収縮を吸収するにはスリットを深く形成してスリットが形成されない接続部分の剛性を小さくすることが望ましい。ただし、スリットが形成されない接続部分によってスリットよりも先端側の部位が支持されているため、スリットを深く形成するにも限界がある。このため、端子部材の熱膨張・熱収縮が十分に吸収されずにダイオードが端子部材から剥離することがある。また、スリットよりも先端側の部位が揺動する際、接続部分に面内方向の引張変形が生じ易く、熱ストレスの繰り返しによって亀裂が進展する等して端子部材が破損することがある。

本発明の目的は、端子部材と半導体素子の接続状態を良好に維持できる太陽電池モジュールの端子構造を提供する点にある。

本発明の太陽電池モジュールの端子構造は、太陽電池モジュールから電流を取り出す配線を接続可能な一対の端子部材と、当該一対の端子部材に接続された半導体素子と、を有するものであって、その第１特徴構成は、前記端子部材は、前記配線を電気的に接続するよう底部と該底部の一端部から立設した立壁部とを有する端子本体部と、前記半導体素子を電気的に接続するよう前記立壁部の半導体素子側の端部下端から前記底部に沿って延出する素子接続部と、を備え、前記素子接続部の延出方向を、前記半導体素子および前記端子部材の並び方向とは異なる方向に設定してある点にある。

本構成によれば、立壁部から延出する素子接続部の延出方向と半導体素子および端子部材の並び方向とを異ならせてあるから、端子部材や半導体素子の熱膨脹・熱収縮によって端子部材と半導体素子との間隔が前記並び方向に変化する際に、素子接続部が立壁部を支点として前記並び方向に揺動する。このとき、立壁部には面内方向ではなく面外方向の曲げ変形が生じることになり、素子接続部がスムーズに揺動し易くなる。その結果、端子部材や半導体素子の熱膨張・熱収縮による両者間の変位を十分に吸収することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記端子部材は板金部材で構成してあり、前記立壁部と前記底部および前記素子接続部との境界に折曲部を形成するとともに、前記端子本体部と前記素子接続部との間に、開き側端部が前記立壁部とは反対に位置するとともに閉じ側端部が前記折曲部に位置するスリットを形成してある点にある。

本構成によれば、スリットが形成された板金部材を折り曲げるだけの簡単な加工で底部と立壁部とを形成することができる。このように折曲部が形成されることで、端子部材の剛性を容易に向上させることができる。

しかも、スリットの閉じ側端部が折曲部に位置するから、素子接続部が揺動する際に立壁部の面外変形のみで曲げ変形が生じる。これにより、立壁部の曲げ変形能を高めて半導体素子と端子部材との変位吸収能力が高まる。

本発明の第３特徴構成は、前記半導体素子のリード線を前記素子接続部に固定する切込部を、前記素子接続部の先端に形成し、前記リード線を載置可能な段部を、前記切込部の基端位置に設けてある点にある。

本構成によれば、半導体素子を設置するとリード線が切込部に固定されるとともにリード線が段部に載置される。よって、リード線と切込部との固定の手間が省ける。また、例えば半田付けの際にリード線の状態が安定化し、半田付け作業が確実となる。しかも、半導体素子と端子部材との相対位置が変化して、素子接続部に対してリード線が位置変化しようとする場合でも、前記段部によってリード線の自由な動きが規制される。よって、リード線が素子接続部に対して良好に固定され、半田付け箇所の損傷が軽減される。

本発明の第４特徴構成は、前記端子本体部は、前記底部の他端部から立設した他の立壁部を有する点にある。

本構成のように他の立壁部を形成することで、端子部材の表面積を増やすことができ、放熱性能を向上させることができる。この場合、端子部材の平面寸法は拡大しないため、平面方向における端子部材のコンパクト性は維持される。また、端子本体部の断面形状を略コ字状に構成することで剛性も更に向上する。

本発明の第５特徴構成は、前記切込部が、前記他の立壁部の延長面上に位置させてある点にある。

本構成によれば、素子接続部の長さが底部の延出方向に亘る全長と同じ長さに形成されることになる。これにより、素子接続部のアーム長を十分確保でき、素子接続部の変位量に対する立壁部の曲げ変形量の割合が小さくなって端子部材全体の変形能が高まる。

本発明の第６特徴構成は、前記素子接続部の先端に、前記他の立壁部と同一平面上に位置する第３の立壁部を設け、当該第３の立壁部に前記切込部を設けてある点にある。

本構成のように、素子接続部の先端に、前記他の立壁部と同一平面となる第３の立壁部を設け、この第３の立壁部に前記切込部を設けることで、半導体素子のリード線を接続するときに、リード線の先端を素子接続部の延出方向に曲げつつ切込部に固定することが多くなる。よって、素子接続部が揺動するときにリード線にも折曲変形する余裕が生まれる。このようなリード線の折曲変形によって素子接続部の変位量の一部を吸収するから、素子接続部の揺動が抑えられ、全体として半導体素子と端子部材との変位吸収能力がより高まる。

本発明の第７特徴構成は、太陽電池モジュールの端子構造を筺体の内部に備えて端子ボックスとした点にある。

本構成のごとく、太陽電池モジュールの端子構造を筺体の内部に備えた端子ボックスを構成することで、端子の接続状態を良好に維持しつつ太陽電池モジュールの端子構造を適切に保護できる。

端子部材および半導体素子を示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。端子部材および半導体素子を示す分解斜視図である。半導体素子および端子部材の熱膨張・熱収縮に伴って素子接続部が揺動する様子を示す平面図である。別実施形態における端子部材を示す斜視図である。別実施形態における端子部材を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１，図２に示すように、本発明の端子ボックスは、筺体１と、その筺体１の内部に左右に振り分け配置された端子部材２と、それら端子部材２間に配置されて該端子部材２を電気的に接続するダイオード３（半導体素子の一例）と、を備えている。端子部材２は太陽電池モジュールから電流を取り出す配線２８に電気的に接続されている。
尚、半導体素子としては、ダイオード３等の整流素子に限られるものではなく、バリスタ等のサージ保護素子であってもよく、半導体素子の種類は特に限定されない。本実施形態のごとく、端子部材２やダイオード３を有する太陽電池モジュールの端子構造を筺体１の内部に備えることで、端子の接続状態を良好に維持しつつ太陽電池モジュールの端子構造を適切に保護できる。

図１，図３，図４に示すように、端子部材２は、銅合金等の板金部材を折曲加工して形成してあり、端子本体部４と、その端子本体部４のダイオード３の側に位置する素子接続部５と、を備えている。端子本体部４は、配線２８を通すための開口１６を有する底部６と、底部６の前後方向の一端部から立設する一方の側壁部７（立壁部の一例）と、底部６の前後方向の他端部から立設する他方の側壁部８（他の立壁部の一例）とを備えて、左右方向視で上向きコ字状に構成してある。一方の側壁部７と底部６および素子接続部５との境界には一方の折曲部１５（折曲部の一例）が形成され、他方の側壁部８と底部６との境界には他方の折曲部１７が形成されている。

これにより、端子部材２の表面積を増やすことができ、放熱性能を向上させることができる。この場合、端子部材２の平面寸法は拡大しないため、平面方向における端子部材２のコンパクト性は維持される。また、端子本体部４の断面形状を略コ字状に構成することで剛性も更に向上する。加えて、端子本体部４に配線２８の先端部２８ａを半田付けする際に、溶融した半田が側壁部７，８を越えて外部に流出し難くなる。よって、流出した半田による短絡を防止しながら半田付けを確実に実施できる。

図１，図４，図５に示すように、端子本体部４のダイオード３とは反対側の両隅部には、それぞれ第１切欠９が形成されている。双方の側壁部７，８の上端部の中間には、それぞれ第２切欠１０が形成されている。筺体１の底部には、一対の第１位置決め部１１、一対の第２位置決め部１２、および一対のフック部１３が形成されている。

端子部材２をそれら位置決め部１１，１２およびフック部１３の内方側に差し込むと、第１位置決め部１１が側壁部７，８に当接し、第２位置決め部１２が第１切欠９に入り込むとともに、フック部１３が第２切欠１０に係合する。これにより、端子部材２を筺体１に確実に固定できる。

端子本体部４と素子接続部５との間には、他方の側壁部８に開口するスリット１４が形成されている。スリット１４の開き側端部が他方の折曲部１７に位置し、スリット１４の閉じ側端部が一方の折曲部１５に位置している。

素子接続部５は、一方の側壁部７に左右方向に揺動可能に片持ち支持されており、一方の側壁部７におけるダイオード３の側の端部下端から底部６に沿って延出するアーム部２２と、アーム部２２の先端から他方の側壁部８に沿って延出する第３の立壁部と、を備えている。第３の立壁部２３は、他方の側壁部８と同一平面上に位置し、その上端中央に切込部２１を設けてある。アーム部２２の先端側であって第３の立壁部２３の基端位置には段部２２ａが形成されている。

これにより、アーム部２２が底部６の延出方向に亘る全長と同じ長さに形成されることになる。これにより、アーム部２２のアーム長を十分確保でき、アーム部２２の変位量に対する一方の側壁部７の曲げ変形量の割合が小さくなり、一方の側壁部７が破損し難くなる。

ダイオード３は、円筒状のダイオード本体２４と該ダイオード本体２４の両端から突出するリード線２５とを備えている。リード線２５の先端側には屈曲部２５ａが形成されており、この屈曲部２５ａが切込部２１に固定可能にしてある。
尚、第３の立壁部２３における一方側部位２３ａおよび他方側部位２３ｂによって屈曲部２５ａを挟持可能にしてもよい。

これにより、アーム部２２が揺動するときにリード線２５の先端側および基端側の間の折れ曲がり部位にも折曲変形する余裕が生まれる。このようなリード線２５の折曲変形によってアーム部２２の変位量の一部を吸収するから、アーム部２２の揺動が抑えられ、全体としてダイオード３と端子部材２との変位吸収能力がより高まる。

ダイオード３を端子部材２に取り付ける作業について説明する。
図１〜３に示すように、筺体１の底部には、ダイオード収容部２６およびダイオード支持部２７が形成されている。ダイオード支持部２７の上端部には、係合凹部２７ａが形成されている。図４に示すように、ダイオード本体２４をダイオード収容部２６に収容すると、リード線２５が係合凹部２７ａに係合し、屈曲部２５ａが段部２２ａに載置されるとともに切込部２１に固定される。

これにより、屈曲部２５ａと切込部２１との固定の手間が省くことができる。その後、屈曲部２５ａと切込部２１とを半田付けする。よって、例えば半田付けの際に屈曲部２５ａの状態が安定化し、半田付け作業が容易かつ確実となる。しかも、ダイオード３と端子部材２との相対位置が変化して、素子接続部５に対して屈曲部２５ａが位置変化しようとする場合でも、段部２２ａによって屈曲部２５ａの自由な動きが規制される。よって、屈曲部２５ａが素子接続部５に対して良好に固定され、半田付け箇所の損傷が軽減される。
尚、ダイオード３と端子部材２との固定方法は半田付けに限られるものではなく、溶接や圧着等種々の方法が可能である。

ダイオード３および端子部材２の熱膨張・熱伸縮に伴うアーム部２２の動作について説明する。
図５に示すように、ダイオード３および端子部材２が熱膨張・熱伸縮すると、屈曲部２５ａが左右に平行移動し、屈曲部２５ａに固定されたアーム部２２が一方の側壁部７を支点として左右方向に揺動する。このとき、一方の側壁部７のみに面外方向の曲げ変形が生じることになり、アーム部２２がスムーズに揺動し易くなる。その結果、端子部材２やダイオード３の熱膨張・熱収縮に伴う両者間の変位を十分に吸収することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、端子本体部４の一方側に素子接続部５を設けた端子部材２を例示したが、端子本体部４の両側にそれぞれ素子接続部５を設けた端子部材２であってもよい。例えば、図６に示すように、素子接続部５の延出方向を同じ方向に構成したり、図７に示すように、素子接続部５の延出方向を反対方向に構成してもよい。このような端子部材を複数並べて設置し、隣接する端子部材にダイオードを接続することにより、使用する端子部材の数を減少させるとともに装置のコンパクト化を図ることができる。

上記端子部材において、一方の素子接続部にダイオードを接続し、他方の素子接続部に配線を接続してもよい。さらに、他方の素子接続部に代えて配線を接続する圧着端子を形成してもよい。

（２）端子部材２が太陽電池モジュールから電流を取り出す配線に接続されるものに限られるものではなく、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルから電流を取り出す配線に接続されるものであってもよい。

（３）切込部に代えて、第３の立壁部２３にリード線２５の屈曲部２５ａが貫通可能な穴を形成してもよい。

（４）リード線２５の先端側には必ずしも屈曲部２５ａが形成されている必要はなく、直線状のリード線２５を接続できるよう端子部材を形成してもよい。このときのダイオード３の取付方法としては、例えば、左右の端子部材２を素子接続部５の延出方向が反対方向になるよう設置し、その間にダイオード３を左右の端子部材２の並び方向から傾斜させて設置する。これにより、リード線２５の向きも傾斜する。これに合わせて、リード線２５が切込部２１にスムーズに嵌り込むよう第３の立壁部２３をリード線２５に直交する位置に形成しておくとよい。
あるいは、左右の端子部材２を素子接続部５の延出方向が同じ方向になるよう設置するとともに、第３の立壁部２３同士が対向するように、素子接続部５の延出方向に対して第３の立壁部２３を直交する方向に形成しておき、リード線２５の先端を切込部に固定してもよい。このとき、リード線２５の向きはダイオード３と端子部材２との並び方向となる。

本発明の端子構造は、各種端子ボックスや中継ボックスの他、太陽光発電システムや燃料電池等に用いられる中継ボックスやパワーコンディショナ等に適応可能である。

２端子部材
３半導体素子
４端子本体部
５素子接続部
６底部
７，８，２３立壁部
１４スリット
１５折曲部
２２ａ段部
２１切込部
２５リード線
２５ａ屈曲部
２８配線

Claims

太陽電池モジュールから電流を取り出す配線を接続可能な一対の端子部材と、当該一対の端子部材に接続された半導体素子と、を有する太陽電池モジュールの端子構造であって、
前記端子部材は、前記配線を電気的に接続するよう底部と該底部の一端部から立設した立壁部とを有する端子本体部と、前記半導体素子を電気的に接続するよう前記立壁部の半導体素子側の端部下端から前記底部に沿って延出する素子接続部と、を備え、
前記素子接続部の延出方向を、前記半導体素子および前記端子部材の並び方向とは異なる方向に設定してある太陽電池モジュールの端子構造。
前記端子部材は板金部材で構成してあり、前記立壁部と前記底部および前記素子接続部との境界に折曲部を形成するとともに、前記端子本体部と前記素子接続部との間に、開き側端部が前記立壁部とは反対に位置するとともに閉じ側端部が前記折曲部に位置するスリットを形成してある請求項１に記載の太陽電池モジュールの端子構造。
前記半導体素子のリード線を前記素子接続部に固定する切込部を、前記素子接続部の先端に形成し、
前記リード線を載置可能な段部を、前記切込部の基端位置に設けてある請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールの端子構造。
前記端子本体部は、前記底部の他端部から立設した他の立壁部を有する請求項３に記載の太陽電池モジュールの端子構造。
前記切込部が、前記他の立壁部の延長面上に位置させてある請求項４に記載の太陽電池モジュールの端子構造。
前記素子接続部の先端に、前記他の立壁部と同一平面上に位置する第３の立壁部を設け、当該第３の立壁部に前記切込部を設けてある請求項４又は５に記載の太陽電池モジュールの端子構造。
請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池モジュールの端子構造を筺体の内部に備えた端子ボックス。