JP6058124B2 - 端子ボックス及び太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、端子ボックス及び太陽電池モジュールに関する。

従来、太陽電池モジュールは、透光性の高い前面カバー部材と耐候性に優れた裏面カバー部材との間に直列に接続された複数の太陽電池セルを配置し、前面カバー部材と裏面カバー部材との間に樹脂を封入することによって、直列に接続された複数の太陽電池セルを保護した構造体を備えている。この構造体は、矩形枠状のアルミニウム製支持フレームによって支持される。裏面カバー部材には、直列に接続された複数の太陽電池セルの出力を取り出す端子ボックスが取り付けられる。

特許文献１に開示される太陽電池モジュール用端子ボックスは、直列に接続された複数の太陽電池セルと電気的に接続される回路部と、回路部を収容するボックス本体と、ボックス本体を覆うボックスカバーとを有する。ボックス本体は、裏面カバー部材に接着される取付面、四方の外壁構造とを有する。ボックスカバーは、端子ボックス取付面に対向する外側カバーとその内側に配置される内側カバーとを有する。

特許文献１に開示される端子ボックスは、端子ボックス内の発熱によって生じる外側カバーの変形を、内側カバーを用いることで抑制するものである。

特許第４２３２１５０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、内側カバーを用いることによって部品点数が増加するため、コストアップの要因となる。さらに、端子ボックス内部にて発生した熱は、内側カバーを通じて外側カバーにも伝わるため、外側カバーの変形を十分に抑制できない可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端子ボックス内の発熱によって防水性や防塵性が損なわれにくい端子ボックス及びこれを用いた太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直列に接続された複数の太陽電池セルを有する太陽電池パネルの裏面に取り付けられる端子ボックスであって、底面と、底面の四方を囲む側面をなす外壁とを有し、上面が開放された箱状である箱部と、天板と、天板の一方の面に立設された凸条部とを有し、天板が外壁に囲まれるように箱部の上面へ取り付けられる蓋部とを備えた筐体と、複数の太陽電池セルと電気的に接続され、複数の太陽電池セルの電気出力を外部へ出力する回路部とを含み、凸条部は、蓋部を箱部に取り付けた際に、箱部の内側において外壁に沿うことを特徴とする。

本発明にかかる端子ボックス及び太陽電池モジュールは、端子ボックス内の発熱によって、端子ボックスの蓋部が変形しても、端子ボックスの防水性や防塵性を損なわれにくいという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図である。 図３は、蓋部を取り付けた状態の端子ボックスを示す斜視図である。 図４は、実施の形態１にかかる端子ボックスの構成を示す分解斜視図である。 図５は、蓋部を外した状態の端子ボックスを示す平面図である。 図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う矢視断面図である。 図７は、整流素子（バイパスダイオード）の正面図である。 図８は、端子ボックス周りの接続状態を示す模式的な回路図である。 図９は、蓋部の斜視図である。 図１０は、蓋部の平面図である。 図１１Ａは、蓋部の断面図である。 図１１Ｂは、図１１ＡにおけるＡ部の拡大図である。 図１２は、箱部に蓋部を取り付けた状態での端子ボックスの断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態２にかかる端子ボックスの構成を示す平面図である。 図１４Ａは、実施の形態２にかかる端子ボックスの断面図である。 図１４Ｂは、図１４ＡにおけるＢ部の拡大図である。 図１５は、本発明の実施の形態３にかかる端子ボックスの構成を示す断面図である。 図１６は、本発明の実施の形態４にかかる端子ボックスの構成を示す断面図である。 図１７は、本発明の実施の形態５にかかる端子ボックスの構成を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる端子ボックス及び太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの構成を示す斜視図であり、表側（受光面側）を示している。図２は、実施の形態１の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図であり、裏側を示している。太陽電池モジュール１は、透光性の高い前面カバー部材２０と耐候性に優れた裏面カバー部材３との間に直列に接続された複数の太陽電池セル２を配置し、前面カバー部材２０と裏面カバー部材３との間に樹脂を封入することによって、直列に接続された複数の太陽電池セル２を保護した構造体（太陽電池パネル）２１を備えている。構造体２１は、矩形枠状のアルミニウム製支持フレーム４によって支持される。裏面カバー部材３には、直列に接続された複数の太陽電池セル２の出力を取り出す端子ボックス５が取り付けられる。

図３は、蓋部を取り付けた状態の端子ボックスを示す斜視図である。図４は、蓋部を取り外した端子ボックスの斜視図である。図５は、蓋部を取り外した端子ボックスの平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う矢視断面図である。図７は、整流素子（バイパスダイオード）の正面図である。図８は、端子ボックス周りの接続状態を示す模式的な回路図である。

端子ボックス５は、外殻を構成する概略箱状の筐体３０を有している。筐体３０は、箱部９と蓋部１０とから構成されている。箱部９は、一面を開放する概略直方体箱状を成し、底面７とその四方を囲む外壁８とを有している。概略板状の蓋部１０は、箱部９の開放面を閉塞している。箱部９及び蓋部１０は、難燃性及び耐候性を有する樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）で形成されている。そして、筐体３０の内部（換言すると箱部９の内部）には、太陽電池モジュール１の出力部をなす回路部６が収納されている。回路部６には、太陽電池モジュール１の出力を取り出す目的で、また他の太陽電池モジュールと接続する目的で、外部に延びるモジュール連結ケーブル（外部ケーブル）５ａ，５ｂが接続されている。

回路部６は、箱部９の底面７に配設され、外部電線を接続する４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、逆負荷時バイパス用の３個のバイパスダイオード（以降、単にダイオード）８Ａ，８Ｂ，８Ｃとを含んで構成されている。箱部９の底面７の例えば図５の図示上端に、辺に沿って矩形のリード線引込口３０ａが開口している。リード線引込口３０ａを介して、太陽電池パネル２１の内部から延びる不図示の出力リード線が箱部９に引き込まれている。この出力リード線は、具体的には表面にはんだめっきが施された平角銅線である。一方、リード線引込口３０ａと反対側の外壁８には、モジュール連結ケーブル５ａ，５ｂを引き出すためのケーブル引出孔３０ｂ，３０ｃが形成されている。

箱部９の底面７には、端子取付部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが突設されている。４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、良熱伝導性の材料で作製され、予め穿孔されている取付穴に端子取付部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが挿入されて、端子取付部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに固定されている。端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、相互に平行に図５の図示左右方向に並んで配置され、各々図５の図示上下方向に延びる長尺形状をなしている。それぞれの端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの図５の図示上端には、リード線引込口３０ａを介して箱部９内に挿入された不図示の出力リード線がはんだ接合されるリード線接続部１Ａ_１，１Ｂ_１，１Ｃ_１，１Ｄ_１が設けられている。リード線接続部１Ａ_１，１Ｂ_１，１Ｃ_１，１Ｄ_１には、直列に接続された複数の太陽電池セル２の一端から延びる不図示の出力リード線が各々接合される（図５、図８）。一方、４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのうち、図５の図示左右端の２枚の端子板１Ａ，１Ｄの図示下端には、モジュール連結ケーブル５ａ，５ｂが圧着接合されるケーブル接続部１Ａ_２，１Ｄ_２が設けられている（図５、図８）。

ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、１Ｄの配列に対して、この配列と直交する方向に配置されている。つまり、ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、１Ｄの配列方向に対して、この配列と直交する方向に配置されている。ダイオード８Ａは、図７に示すように、半導体素子が絶縁樹脂材にて樹脂封止された封止部８ａとこの封止部８ａから延びる脚部電極８ｂ、８ｃとからなる。封止部８ａは、矩形偏平状をなし放熱性を向上させるため一方の主面にはヒートシンクが露呈している。他の２つのダイオード８Ｂ，８Ｃも、同様の構成をなしている。

ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、ＰＮ接合に基づく整流機能を持っており、２本の脚部電極８ｂ，８ｃは、それぞれＮ極とＰ極となっている。そして、２本の脚部電極８ｂ，８ｃにて、端子板間を跨ぐようにして橋絡する。すなわち、このダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのうちの隣接する二つのうちの一方に封止部８ａを支持されるとともに、脚部電極８ｂ，８ｃの一方をこの端子板に接続し、脚部電極８ｂ，８ｃの他方を他方の端子板側へ延出して両端子板間を橋絡する。ダイオード８Ａは端子板１Ａと端子板１Ｂとの間を橋絡して両者間に流れる逆電流を防止する。ダイオード８Ｂは端子板１Ｂと端子板１Ｃとの間を橋絡して両者間に流れる逆電流を防止する。ダイオード８Ｃは端子板１Ｃと端子板１Ｄとの間を橋絡して両者間に流れる逆電流を防止する（図８）。

以上のように本実施の形態の太陽電池モジュール用端子ボックスにおいては、太陽電池モジュール１に固定される箱部９と、箱部９内に併設され太陽電池モジュール１から延びる出力リード線及び外部へと延びるモジュール連結ケーブル５ａ，５ｂが接続される４枚の良熱伝導性の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、樹脂封止された封止部８ａとこの封止部８ａから延びる脚部電極８ｂ，８ｃとからなり、４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ間をそれぞれ橋絡する複数の逆負荷時バイパス用のダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃとを備える。

図９は、蓋部の斜視図である。図１０は、蓋部の平面図であり、内側から見た状態を示している。図１１Ａは、蓋部の断面図であり、図１０におけるＸＩＡ−ＸＩＡ線に沿った断面を示している。図１１Ｂは、図１１ＡにおけるＡ部の拡大図である。図１２は、箱部に蓋部を取り付けた状態での端子ボックスの断面図である。蓋部１０は、箱部９の底面７とほぼ同じ大きさである天板１１と、天板１１の一方の面に立設された凸条部としての樹脂突起部１２と、もう一方の面に凸部１７ａ，１７ｂ、１７ｃを備えている。蓋部１０は、天板１１が外壁８に囲まれるように箱部９の上面に取り付けられて、箱部９の上面を塞ぐ。樹脂突起部１２は、天板１１の周縁１１ａよりも天板１１の中心寄りの位置から立ち上がっている。また、外壁８の先端部８ａには、天板１１の周縁１１ａと係合する切り欠き８ｂが設けられている。このような形状とすることにより、箱部９と蓋部１０との突き合わせ部分において、箱部９と蓋部１０との隙間２３は、屈曲して全長が長くなり、防水性や防塵性が向上する。さらに凸部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを設けることにより、蓋部１０の変形も抑制できる。

凸の形状としては、断面形状が矩形形状である凸部１７ａや三角形状である凸部１７ｂや半円形状である凸部１７ｃのいずれでも良い。凸部１７ａ，１７ｂ，１７ｃの位置は、天板１１のいずれにあっても良く、個数も複数設けても良い。例えば凸部１７ａ，１７ｂ，１７ｃのいずれかを１個設ける場合は天板１１の中心位置に、凸部１７ａ，１７ｂ，１７ｃのいずれかを２個設ける場合は天板１１を２分割したそれぞれの中心位置に設ければ良い。

蓋部１０を箱部９に取り付けた際、樹脂突起部１２は、箱部９の内側で外壁８に沿う。このため、天板１１が熱変形して外壁８から離れても、樹脂突起部１２が外壁８に沿って配置されているため、箱部９と蓋部１０との間に隙間は生じない。このため、蓋部１０が変形しても、端子ボックス５の防水性や防塵性は損なわれにくい。

樹脂突起部１２の天板１１からの突出量（高さ）は、小さすぎると、箱体９と蓋部１０との間に隙間が生じることを防ぐ効果が小さくなる。逆に、樹脂突起部１２の天板１１からの突出量が大きすぎると、樹脂の使用量が必要以上に多くなって材料コストが高くなる。樹脂突起部１２は、箱部９の厚さの１／２以上の高さとすれば、箱体９と蓋部１０との間に隙間が生じることを防ぐ効果が十分に得られる。

上記の例では、樹脂突起部１２は、回路部６を収容する箱部９の外壁８の全周に沿う構造を挙げたが、樹脂突起部１２は、外壁８の一部に沿う構造であっても良い。換言すると、樹脂突起部１２は、必ずしも閉じた環状に形成される必要はなく、途中で途切れていても良い。また、蓋部１０の変形は、天板１１の長手方向に発生する可能性が高いため、外壁８の一部に沿うように樹脂突起部１２を設ける場合には、天板１１の長手方向に沿って樹脂突起部１２を設けることで、箱部９と端子ボックス１０との間に隙間が生じることを防ぐ効果を高めることができる。

実施の形態１にかかる端子ボックスは、天板１１が熱変形して外壁８から離れても、箱部９と蓋部１０との間に隙間は生じることを防止することができる。

実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２にかかる端子ボックスの構成を示す平面図である。図１４Ａは、実施の形態２にかかる端子ボックスの断面図であり、図１３におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を示している。図１４Ｂは、図１４ＡにおけるＢ部の拡大図である。実施の形態２においては、樹脂突起部１２の先端部には、天板１１の中央側に突出するように係合突起１３が形成されている。また、箱部９には係合受部２２が形成されている。

蓋部１０を箱部９に取り付けた際、係合突起１３は、箱部９の内側で係合受部２２に係合する。このため、天板１１に熱が伝わっても、天板１１が外壁８から浮き上がるように蓋部１０が変形することは抑制される。

また、係合突起１３と係合受部２２との係合によって箱部９と蓋部１０との嵌合が可能となる。

この他については実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
図１５は、本発明の実施の形態３にかかる端子ボックスの構成を示す断面図である。実施の形態２においては、箱部９は、外壁８の内側に内壁１４を有する二重構造になっている。外壁８と内壁１４との間隔は、底面７側ほど狭くなっている。また、樹脂突起部１２は、先端側ほど薄くなっている。

蓋部１０を箱部９に取り付けた際、樹脂突起部１２は、外壁８と内壁１４との間に挿入される。樹脂突起部１２の先端の厚さＬ_１は、底面７での外壁８と内壁１４との間隔Ｌ_２よりも大きくなっているため、樹脂突起部１２は外壁８と内壁１４との間に挟まれる。外壁８と内壁１４との間で樹脂突起部１２が保持されるため、天板１１に熱が伝わったとしても、天板１１が外壁８から浮き上がるように蓋部１０が変形することは抑制される。

この他については実施の形態１と同様である。

実施の形態４．
図１６は、本発明の実施の形態４にかかる端子ボックスの構成を示す断面図である。実施の形態４においては、箱部９の内部は、充填材１５が充填されている。充填材１５は、熱伝導性絶縁樹脂である。樹脂突起部１２の先端部は、充填材１５に埋もれている。樹脂突起部１２が、充填材１５に囲まれて保持されるため、天板１１に熱が伝わったとしても、天板１１が外壁８から浮き上がるように蓋部１０が変形することは抑制される。

この他については実施の形態１と同様である。

実施の形態５．
図１７は、本発明の実施の形態５にかかる端子ボックスの構成を示す断面図である。実施の形態５において、箱部９は接着剤１６にて太陽電池モジュール１に接着されている。樹脂突起部１２の先端は接着剤１６まで達している。樹脂突起部１２は、固化した接着剤１６で保持されるため、天板１１に熱が伝わったとしても、天板１１が外壁８から浮き上がるように蓋部１０が変形することは抑制される。

この他については実施の形態１と同様である。

以上のように、本発明にかかる端子ボックスは、端子ボックス内の発熱で防水性や防塵性が損なわれにくい点で有用であり、太陽電池モジュールへの適用に適している。

１ 太陽電池モジュール、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 端子板、１Ａ_１，１Ｂ_１，１Ｃ_１，１Ｄ_１ リード線接続部、１Ａ_２，１Ｄ_２ ケーブル接続部、２ 太陽電池セル、３ 裏面カバー部材、４ 支持フレーム、５ 端子ボックス、５ａ，５ｂ モジュール連結ケーブル、６ 回路部、７ 底面、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 端子取付部、８ 外壁、８ａ 封止部、８ｂ，８ｃ 脚部電極、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ バイパスダイオード、９ 箱部、１０ 蓋部、１１ 天板、１２ 樹脂突起部、１３ 係合部、１４ 内壁、 １５ 充填材、１６ 接着剤、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 凸部、２０ 前面カバー部材、２１ 構造体、２２ 係合受部、２３ 隙間、３０ 筐体、３０ａ リード線引込口、３０ｂ，３０ｃ ケーブル引出孔。

Claims (6)

1. 直列に接続された複数の太陽電池セルを有する太陽電池パネルの裏面に取り付けられる端子ボックスであって、
   底面と、該底面の四方を囲む側面をなす外壁とを有し、上面が開放された箱状である箱部と、前記底面と略同じ大きさの天板と、該天板の一方の面に立設された凸条部とを有し、前記天板が前記外壁に囲まれるように前記箱部の上面へ取り付けられる蓋部とを備えた筐体と、
   前記複数の太陽電池セルと電気的に接続され、該複数の太陽電池セルの電気出力を外部へ出力する回路部とを含み、
   前記凸条部は、前記蓋部を前記箱部に取り付けた際に、前記箱部の内側において前記外壁に沿い、
   前記箱部は、前記外壁の内側に内壁を有する二重構造であり、
   前記外壁と前記内壁との間隔は、前記底面側ほど狭くなっており、
   前記凸条部は、先端側ほど薄くなっており、前記蓋部が前記箱部へ取り付けられた際に、前記外壁と前記内壁とに挟まれて保持されることを特徴とする端子ボックス。
2. 前記凸条部は、前記蓋部が前記箱部へ取り付けられた際に、前記箱部の内側において前記外壁の全周に亘って沿うことを特徴とする請求項１に記載の端子ボックス。
3. 前記凸条部が、前記天板の長手方向に沿って設けられ、
   前記蓋部が前記箱部へ取り付けられた際に、前記凸条部は前記箱部の内側において前記外壁の長手側に沿うことを特徴とする請求項１に記載の端子ボックス。
4. 前記凸条部は、前記天板の周縁よりも該天板の中心寄りの位置で前記天板から立ち上がっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の端子ボックス。
5. 前記蓋部の外側に凸部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の端子ボックス。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の端子ボックスを、前記太陽電池パネルの裏面側に設置した太陽電池モジュール。

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