JP5969369B2 - 導体積層体、太陽光発電システム用接続箱、及び太陽光発電システム - Google Patents

Description

本発明は、導体積層体、太陽光発電システム用接続箱、及び太陽光発電システムに関する。

太陽光発電システムは、家屋の屋根上に設置された複数の太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールに電気的に接続され、太陽電池モジュールの保護回路や開閉器が組み込まれた接続箱と、太陽電池モジュールが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを主体に構成されている。太陽光発電システムにおいては、接続箱は、太陽電池で発電した電気を集めてパワーコンディショナに送り出すために用いられる。従来、この接続箱においては、パワーコンディショナと電気的に接続される端子を有する接続用の端子台が備えられる。そして、例えば、家屋の屋根に配設された複数の太陽電池モジュールが発電した電流は、複数の開閉器あるいは整流ダイオードやヒューズ等（以下、総称して「開閉器等」ともいう。）から一枚の導体（バスバー）に集電されて端子台に送られる。

特開平１１−１６３３８１号公報

ところで、導体の断面積が大きくなるほど導体に常時流し得る最大電流値が大きくなるため、導体に流れる最大電流値に合わせて導体の断面積が決定されることになる。従って、従来の太陽光発電システムの接続箱においては、複数の太陽電池モジュールが発電すると、複数個が並んで配列されている開閉器等のそれぞれから流れた電流が集電された時の最も大きい電流値を考慮した断面積を有する１つの導体が用いられることになる。

上述のように採用された１つの導体の各領域に、複数個が並んで配列されている開閉器等から送電されて集電されると、１つの導体であっても、複数個が並んで配列される開閉器等に接続する導体のそれぞれの位置（ないし領域）で流れる電流値が異なることになる。その結果、複数個が並んで配列されている開閉器等に対して、最大電流値に合わせて一様な幅と厚みを有する形状の導体を接続箱に設置することは、効率的な導体の使用を実現することができなくなるとともに、接続箱にこのような導体を配置するためのスペースを確保する必要がある。しかし、導体を過度に小さくすることは、導体が発熱して電流のロスを生じさせることとなる。一方、電力不足の際の代替エネルギーとして今後大きな需要が期待される太陽光発電システムにおいては、接続箱に配置される導体の小型化も望まれる。

本発明は、上述の問題を解決するものであり、導体構造の小型化及びその自由度の向上を図る。その結果、本発明は、太陽光発電システムの接続箱の導体構造の小型化及びその自由度の向上を図る技術の発展に貢献するものである。

本発明者は、太陽光発電システムの接続箱に備えられる導体の構造について、鋭意研究を重ねた。その結果、特に、複数個が並んで、又は近接して配列されている開閉器等に対しては、１つの導体の形状や構造を工夫するのではなく、複数の導体を用いた積層構造を採用することにより、導体構造の小型化及びその自由度の向上が図られ得ることを、本発明者は見出した。その結果、導体構造の小型化を図ることが可能な導体積層体が創出された。

本発明の１つの導体積層体は、集電された電流が流れる導体積層体であって、それぞれの長さが異なる２以上の板状の導体が、長さ方向に沿って厚み方向に積層される。加えて、この導体積層体は、予定される電流値が小さい上流側から予定される電流値が大きい下流側に向けて、導体の積層数が多くなっていく構造を有する。

この導体積層体は、導体積層体を流れる電流の予定される電流値が小さい側（本願では、「上流側」という。）では、積層する板状の導体の数を少なくすることによって、導体積層体の（いわば全体としての）断面積が小さくなるように、積層された又は１枚の板状の導体が配置される。一方、導体積層体を流れる電流の予定される電流値が大きい側（本願では、「下流側」という。）に向かうほど、積層する板状の導体の数を多くすることによって、導体積層体の（いわば全体としての）断面積が大きくなるように、板状の導体が配置される。従って、この導体積層体によれば、複数個が並んで配列される開閉器等に接続する導体のそれぞれの位置（ないし領域）で流れる電流値に応じて、換言すれば、自由度高く断面積を変化させることができる。その結果、導体積層体の効率の良い利用を実現する、導体構造の小型化及びその自由度の向上が図られることになる。また、導体に用いる部材を削減できるので、コストダウンを図ることが可能となる。

また、本発明の１つの太陽光発電システム用接続箱は、太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュールと太陽電池モジュールが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナとの間に配置される太陽光発電システム用接続箱である。加えて、この接続箱は、例えば上述の導体積層体と、該パワーコンディショナと電気的に接続される端子を有する接続用の端子台と、を備えている。さらに、この接続箱は、前述の導体積層体が、前述の端子台と電気的に接続され、かつ、前述の端子台側端部に向かうほど、その導体の積層数が多くなっていく構造を有する。

この太陽光発電システム用接続箱によれば、搭載される導体の構造の小型化及びその自由度の向上を図ることができる。その結果、太陽光発電システム用接続箱の収納スペースの有効活用や太陽光発電システム用接続箱自体の小型化を図ることが可能となる。

本発明の１つの導体積層体によれば、複数個が並んで配列される開閉器等に接続する導体のそれぞれの位置（ないし領域）で流れる電流値に応じて、換言すれば、自由度高く断面積を変化させることができる。その結果、導体積層体の効率の良い利用を実現する、導体構造の小型化及びその自由度の向上が図られることになる。

第１の実施形態の太陽光発電システムの構成を概略的に示す図である。 第１の実施形態の接続箱の内部構成を概略的に示す図である。 第１の実施形態の収納ボックスの一部の内部構造の一例を示す斜視図である。 第１の実施形態の導体積層体を構成する導体の平面図である。 第１の実施形態の収納ボックスに備えられた導体積層体の構造を示す斜視図である。 第１の実施形態の導体積層体の構造を示す概略側面図である。 第２の実施形態の導体積層体の構造を示す概略側面図である。

本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の太陽光発電システム１の構成を概略的に示す図である。また、図２は、第１の実施形態の接続箱２００の内部構成を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の太陽光発電システム１は、家屋の屋根上に設置された複数の太陽電池モジュール、太陽電池モジュールに電気的に接続された接続箱２００、及び太陽電池モジュールが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを含む。

また、本実施形態においては、一例として、接続箱２００は、太陽電池モジュールとパワーコンディショナとの間に配置される。図２に示すように、太陽光発電システム１内に設置される接続箱２００は、金属性の筐体２２０内に設けられた内箱１５０内に、収納ボックス１００と複数の開閉器２０とを備える。さらに、本実施形態においては、収納ボックス１００は、ヒューズ３０を保持するための複数のヒューズホルダ４０，５０，６０を備えている。また、本実施形態においては、ヒューズ３０は、回路の保護及び加熱や発火等の事故防止のため、パワーコンディショナと開閉器２０との間に設けられている。

また、本実施形態においては、パワーコンディショナと電気的に接続される端子を有する接続用の端子台７０，７２が、収納ボックス１００の側面部に一体となって設けられている。また、本実施形態の接続箱２００は、筐体２２０内に、太陽電池モジュールをサージ電圧から保護する図示しないサージアブソーバなどを備えている。そして、太陽電池モジュールから送られて集電された電流が流れる導体積層体８０，８２が、端子台７０，７２と電気的に接続されている。具体的には、導体積層体８０が端子台７０と電気的に接続され、導体積層体８２が端子台７２と電気的に接続される。後述するように、本実施形態においては、導体積層体８０，８２は、それぞれ、長さが異なる４枚の板状の導体が積層されたものである。また、接続箱２００内には、複数の開閉器２０が設けられる。開閉器２０は、ＯＮ（接続状態）またはＯＦＦ（非接続状態）に切替え可能なレバースイッチ１０を備える。

図３は、本実施形態の収納ボックス１００の一部の内部構造の一例を示す斜視図である。収納ボックス１００は、回路の保護及び加熱や発火等の事故防止のためのヒューズ３０と、ヒューズ３０を保持するヒューズホルダ４０，５０，６０とを収納する。ヒューズ３０については、公知のものが採用され得る。

収納ボックス１００内では、ヒューズホルダ４０とヒューズホルダ５０とが対となって、あるヒューズ３０を保持するとともに、ヒューズホルダ６０とヒューズホルダ５０とが対となって、他のヒューズ３０を保持する。ヒューズホルダ４０は、固定ネジ９５により導体積層体８０にネジ止めされることにより、収納ボックス１００に装着される。ヒューズホルダ６０は、固定ネジ９５を用いて導体積層体８２にネジ止めされることにより、収納ボックス１００に装着される。また、ヒューズホルダ５０は、開閉器２０に接続する。図３に示すように、本実施形態においては、ヒューズホルダ４０およびヒューズホルダ５０に挟持されたヒューズ３０ｂが、導体積層体８０を介して端子台７０と電気的に接続され、ヒューズホルダ６０およびヒューズホルダ５０に挟持されたヒューズ３０ａが、導体積層体８２を介して端子台７２と電気的に接続される。

図４は、導体積層体８０，８２を構成するそれぞれの長さが異なる４枚の導体８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ（以下、８０ａ〜８０ｄともいう。）、および８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ（以下、８２ａ〜８２ｄともいう。）の平面図である。本実施形態の導体８０ａ〜８０ｄ（８２ａ〜８２ｄ）は、矩形の板状体であり、導体８０ｄ（８２ｄ）が一番短く、８０ｄ，８０ｃ，８０ｂ，８０ａ（８２ｄ，８２ｃ，８２ｂ，８２ａ）の順に長くなっている。

また、導体８０ａ〜８０ｄ（又は８２ａ〜８２ｄ）各々には、長手方向の一端部側に１つの端子ネジ挿通孔８５（８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ）が設けられている。さらに、導体８０ａ〜８０ｄ（又は８２ａ〜８２ｄ）には、固定ネジ９５を挿通させるための固定ネジ挿通孔８７が１つ乃至複数個設けられている。より具体的には、一番短い導体８０ｄ（８２ｄ）に、１つの固定ネジ挿通孔８７ｄが設けられ、導体８０ｄ，８０ｃ，８０ｂ，８０ａ（８２ｄ，８２ｃ，８２ｂ，８２ａ）の順に、設けられる固定ネジ挿通孔８７の数が１つずつ増えて、一番長い導体８０ａ（８２ａ）に、４つの固定ネジ挿通孔８７ａが設けられている。従って、本実施形態の導体８０ａ〜８０ｄ（又は８２ａ〜８２ｄ）の固定ネジ挿通孔８７は、図３に示すように、複数個が並んで配列される開閉器２０に接続する導体のそれぞれの位置に合わせて設けられている。

なお、導体８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ（８２ａ〜８２ｄ）は、導電性を有する金属から形成される。本実施形態の導体８０ａ〜８０ｄ（又は８２ａ〜８２ｄ）の材料としての金属は、電気伝導性が良好であれば任意のものを選択でき、例えば、ベリリウム銅、リン青銅等の銅合金や銅を使用することができる。

図５は、収納ボックス１００に備えられた導体積層体８０，８２の構造を示す斜視図である。また、図５においては、便宜上収納ボックス１００を省略している。

図５に示すように、図２の端子台７０は、負荷側となるパワーコンディショナに接続される端子板７１を有し、図２の端子台７２は、同様にパワーコンディショナに接続される端子板７３を有する。導体積層体８０は、それぞれの長さが異なる４枚の板状の導体８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄが、長さ方向に沿って厚み方向に重ね合わせた積層体にて形成されている。また、導体積層体８２も、それぞれの長さが異なる４枚の板状の導体８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄが、長さ方向に沿って厚み方向に重ね合わせた積層体にて形成されている。

また、図６は、導体積層体８０の構造をより詳細に示す概略側面図である。図６においては、便宜上収納ボックス１００および端子板７１の一部を省略している。また、矢印Ｆ１乃至Ｆ４は、図示しない太陽電池モジュールから端子台に向けて送られた電流が、導体積層体８０を流れる向きを示す。

図６に示すように、積層された４枚の導体８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、長手方向の一端部が揃うように積層されるとともに、長手方向の他端部が紙面下方に向かう逆階段状に積層されている。見方を変えれば、導体８０ａ〜８０ｄは、導体８０ｄ，８０ｃ，８０ｂ，８０ａの順で上層側の導体へいくほど、該長手方向の他端部が順次に前述の他端側へ（階段状に）突出するように設けられている。図示しない導体積層体８２においても、導体積層体８０と同様に、積層された４枚の導体８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄが、長手方向の一端部が揃うように積層されるとともに、長手方向の他端部が紙面下方に向かう逆階段状に積層されている。

導体積層体８０を構成する４枚の導体８０ａ〜８０ｄおよび導体積層体８２を構成する４枚の導体８２ａ〜８２ｄは、固定ネジ９５と固定ネジ９５に螺着されたナット９６によって固定される。また、固定ネジ９５とナット９６によって、ヒューズホルダ４０が導体積層体８０に固定され、ヒューズホルダ６０が導体積層体８２に固定される。このように、複数の導体どうしが、固定ネジ９５とナット９６によって固定されて積層されることになるため、導体の固定又は電気的接続のための半田工程が不要となる。従って、接続箱２００内の機器の組み付けが極めて容易となるため、作業性の向上を図ることが可能となる。さらに、本実施形態の導体８０ａ〜８０ｄを用いれば、長さの異なる板状の導体を自由に組み合せて積層させることにより、端子板から複数個の開閉器等への無駄のない電気的接続が可能となる。従って、本実施形態によれば、接続箱内の開閉器等の配置や個数に対する導体の設計ないし設置の自由度が格段に高められることになる。

次に、導体積層体８０，８２を流れる電流について、導体積層体８０を例にして、より詳細に説明する。図６に示すように、導体積層体８０には、図示しない複数の太陽電池モジュールから送られた電流が、それぞれヒューズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを介して端子台７０に向けて流れる。

ここで、矢印Ｆ４は、ヒューズ３０ｄを介して流れる電流を示し、矢印Ｆ３は、ヒューズ３０ｃおよびヒューズ３０ｄを介して流れる電流が合流した電流を示す。また、矢印Ｆ２は、ヒューズ３０ｂ、ヒューズ３０ｃ、およびヒューズ３０ｄを介して流れる電流が合流した電流を示し、矢印Ｆ１は、ヒューズ３０ａ、ヒューズ３０ｂ、ヒューズ３０ｃ、およびヒューズ３０ｄを介して流れる電流が合流した電流を示す。

本実施形態の導体積層体８０においては、端子板７１とヒューズ３０ａとの間の領域に、一番大きい電流が集電されることになる。そこで、導体積層体８０においては、一番電流値が大きくなる端子板７１とヒューズ３０ａとの間の領域には、４枚の導体８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄが積層されている。そのため、電流が一番集中する領域が一番厚く、換言すれば、全体としての断面積が大きくなっている。すなわち、導体積層体８０は、予定される電流値が小さい上流側から予定される電流値が大きい下流側に向けて導体の積層数が多くなっている。その結果、一番電流値が小さくなる領域であるヒューズ３０ｃからヒューズ３０ｄまでの領域は、１つの導体８０ａのみで構成される。導体積層体８２についても同様の構成である。

このように、本実施形態の導体積層体８０によれば、導体積層体８０を流れる電流の予定される電流値が小さい上流側では、積層する板状の導体８０ａ〜８０ｄの数を少なくすることによって、導体積層体８０の全体としての断面積を小さくする。一方、導体積層体８０を流れる電流の予定される電流値が大きい下流側では、積層する板状の導体８０ａ〜８０ｄの数を多くしていくことによって、導体積層体８０の全体としての断面積が大きくなるように導体積層体８０が配置される。

従って、導体積層体８０が、各領域で流れる電流値に応じて断面積を変化させているため、導体積層体の効率の良い利用を実現する、導体構造の小型化及びその自由度の向上が図られることになる。また、導体に用いる部材を削減できるので、コストダウンを図ることが可能となる。さらに、複数の導体どうしが、ネジと前記ネジに螺着されたナットによって固定されて積層されることになるため、導体の固定における半田工程が不要となる。従って、接続箱内の機器の組み付けが極めて容易となるため、作業性の向上を図ることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、導体積層体８４が３枚の導体８４ａ，８４ｂ，８４ｃから構成され、導体積層体８４と３つのヒューズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃとが異なる間隔で電気的に接続されている点を除いては、第１の実施形態の接続箱２００と同様である。従って、第１の実施形態の説明と重複する説明は省略する。

図７は、導体積層体８４の構造を詳細に示す概略側面図である。積層された３枚の導体８４ａ，８４ｂ，８４ｃは、長手方向の一端部が揃うように積層されるとともに、長手方向の他端部が紙面下方に向かう逆階段状に積層されている。図示しない複数の太陽電池モジュールから送られた電流は、それぞれヒューズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを介して端子台７０に向けて流れる。矢印Ｆ１乃至Ｆ３は、図示しない太陽電池モジュールから端子台に向けて送られた電流が、導体積層体８０を流れる向きを示す。

ここで、矢印Ｆ３は、ヒューズ３０ｃを介して流れる電流を示し、矢印Ｆ２は、ヒューズ３０ｂおよびヒューズ３０ｃを介して流れる電流が合流した電流を示す。また、矢印Ｆ１は、ヒューズ３０ａ、ヒューズ３０ｂ、およびヒューズ３０ｃを介して流れる電流が合流した電流を示す。本実施形態においても、導体積層体８４は、予定される電流値が小さい上流側から予定される電流値が大きい下流側に向けて導体の積層数が多くなっている。

このように、本実施形態の導体積層体８４においても、長さの異なる板状の導体を自由に組み合せて積層させることにより、端子板から複数個の開閉器等への無駄のない電気的接続が可能となる。従って、本実施形態のように、接続箱内の開閉器等の配置や個数が異なっても、少なくとも第１の実施形態と同様の効果が奏され得る。従って、導体の設計ないし設置の自由度が格段に高められることになる。

＜その他の実施形態＞
ところで、上述の実施形態においては、導体積層体８０を構成する導体の枚数が４枚であったが、導体積層体を構成する導体の枚数は４枚に限定されない。より具体的には、導体積層体を構成する導体の枚数は、２以上であれば特に限定されず、導体積層体を流れる電流値に応じて任意に設定することが可能である。また、導体積層体を構成する板状の導体の長さ、厚み、及び形態等は、積層することが可能であれば特に限定されない。

また、上述の実施形態においては、ヒューズ３０は、パワーコンディショナと開閉器２０との間に設けられているが、ヒューズ３０が設けられる位置は、その実施形態に限定されない。例えば、ヒューズ３０が、太陽電池モジュールと開閉器２０との間に設けられる態様は、上述の実施形態と同様の効果が奏され得る変形例の一つである。

また、上述の実施形態における接続箱２００においては、導体積層体８０，８２にヒューズ３０が電気的に接続されていたが、電気的な接続のための装置又は部品は、ヒューズに限定されない。例えば、図１に示すように、ヒューズ３０の代わりに、電圧の高い太陽電池から電圧の低い太陽電池への電流流入を防止する整流ダイオードを収納ボックス１００に備えてもよい。これらの変形例においても上述と同様の効果が奏され得る。

上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

１ 太陽光発電システム
１０ レバースイッチ
２０ 開閉器
３０ａ、３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ ヒューズ
４０，５０，６０ ヒューズホルダ
７０，７２ 端子台
７１，７３ 端子板
８０，８２，８４ 導体積層体
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ 導体
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ 導体
８４ａ，８４ｂ，８４ｃ 導体
８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ 端子ネジ挿通孔
８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄ 固定ネジ挿通孔
９５ 固定ネジ
９６ ナット
１００ 収納ボックス
１５０ 内箱
２００ 接続箱
２２０ 筐体

Claims (6)

1. 集電された電流が流れる導体積層体であって、
   それぞれの長さが異なる３つ以上の板状の導体が、前記長さ方向に沿って前記厚み方向に積層され、かつ、
   予定される電流値が小さい上流側から予定される電流値が大きい下流側に向けて前記導体の積層数が多くなっていく、
   導体積層体。
2. 前記導体が、前記長さ方向に沿って前記厚み方向に、組合わせ自在に積層される、
   請求項１に記載の導体積層体。
3. 積層された前記導体が、ネジと前記ネジに螺着されたナットによって固定される、
   請求項１又は請求項２に記載の導体積層体。
4. 太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュールと太陽電池モジュールが発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナとの間に配置される太陽光発電システム用接続箱であって、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の導体積層体と、
   前記パワーコンディショナと電気的に接続される端子を有する接続用の端子台と、
   を備え、
   前記導体積層体が、前記端子台と電気的に接続され、かつ、
   前記端子台の側端部に向かうほど、前記導体の積層数が多くなっていく、
   太陽光発電システム用接続箱。
5. 前記導体積層体にヒューズまたは整流ダイオードが電気的に接続される、
   請求項４に記載の太陽光発電システム用接続箱。
6. 請求項４又は請求項５に記載の太陽光発電システム用接続箱を備える、
   太陽光発電システム。