JP6467529B2 - ソーラーパネル用のソーラー接続箱 - Google Patents

Description

本明細書の主題は、一般に、ソーラーパネル用のソーラー接続箱に関する。

ソーラーパネルなどの光起電（ＰＶ）モジュールまたはアレイは、太陽エネルギーから電気を作り出す。ＰＶモジュールによって電力を作り出すことで、化石燃料および核エネルギーなどの再生可能でない資源から作ることが必要とされるエネルギーの量が低減される。また太陽エネルギー生産により、著しい環境的利益、たとえば化石燃料を燃やすことからくる大気汚染の低減、発電所による水および土地利用の低減、ならびに廃棄副生成物の蓄積の低減が実現される。太陽エネルギーは、騒音を出さず、可動構成要素はほとんどない。またその信頼性のため、ＰＶモジュールにより、消費者に対する家庭用および商業用電力のコストが低減される。

ＰＶセルは、本質的に、大面積の半導体ダイオードである。ＰＶセルが日光などの光源によって照射されると、光起電作用のため、ＰＶセル内で光子のエネルギーが電力に変換される。ＰＶセルは、典型的には、最大１００ワット以上の電力範囲を有するソーラーモジュール内へ相互連結される。大型のＰＶシステムの場合、最大数１００Ｗの典型的な電力範囲を有する特別なＰＶモジュールが作製される。光起電モジュールは、太陽光発電システムの基本的な要素である。ＰＶモジュールは、所望の電圧および電流パラメータに応じて、直列または並列に相互連結された多くのソーラーセルを有する。ＰＶセルは、直列に連結され、底部の裏面シートと上部のガラス層との間に配置される。ＰＶセルは、半導体層上の箔などの薄いコンタクトと相互連結される。箔は、接続箱で終端し、接続箱は、ＰＶセルおよび／またはソーラーパネルからなるグループを電気的に連結することができる。

接続箱は、典型的には、裏面シートなど、ソーラーパネルの後側に連結される。箔は、半導体層から出て、接続箱内の対応する端子で終端する。しかし、接続箱および／または箔の封止には問題がある。加えて、接続箱は、光の一部を阻止し、ＰＶモジュールの効率を低減させる可能性がある。たとえば、一部のＰＶモジュールは、反射した日光が後側で収集される両面パネルである。そのような両面パネルは、裏面シートとしてガラス層を使用しており（たとえば、２重のガラス層パネル）、日光が裏面シートを通って半導体層にあるＰＶセルへ進むのを可能にする。接続箱は、反射した日光を後側で阻止する。加えて、ガラス層内に孔またはスロットを開けることなどによって、後側にあるガラス層を通るように箔を経路指定するのはコストがかかる。少なくともいくつかの知られているＰＶモジュールは、ソーラーパネルの縁部で箔から出る。従来、接続箱をそのような位置で終端するのは、問題があることが分かっている。
たとえば、箔の一部分が露出し、損傷および浸水の影響を受けやすくなる。加えて、ガラスパネルは、様々な厚さを有する可能性があり、したがってそのようなソーラーパネルに接続箱を終端するための普遍的な解決策は提供されていない。

この解決策は、少なくとも１つの光起電セルと、この少なくとも１つのセルに電気的に連結された箔とを含む半導体層を有するソーラーパネル用のソーラー接続箱によって提供され、ソーラーパネルは、半導体層の上のガラス層と、半導体層の下の裏面シートとを有する。ソーラー接続箱は、空胴を画定する壁を有するハウジングを含む。ハウジングは、ソーラーパネルの縁部で取り付けられるように構成される。空胴内には端子が収容されており、この端子は、箔で終端するように構成される。ハウジングから縁部フラップが延びる。縁部フラップは、ソーラーパネルの縁部に施されてソーラーパネルの縁部で箔を封止するように構成された縁部シールを有する。

以下、本発明について、添付の図面を参照して例として説明する。

例示的な実施形態によって形成された光起電（ＰＶ）システムを示す図である。 例示的な実施形態によって形成されたＰＶシステムのソーラー接続箱の部分分解図である。 ＰＶシステムのソーラーパネルに取り付けられようとしている状態のソーラー接続箱を示すＰＶシステムを示す図である。 ソーラー接続箱の縁部フラップによってソーラーパネルに取り付けられたソーラー接続箱を開いた位置で示すＰＶシステムの一部分を示す図である。 縁部フラップを部分的に閉じた位置で示すＰＶシステムの別の図である。 縁部フラップを閉じた位置で示すＰＶシステムの別の図である。

一実施形態では、少なくとも１つの光起電セルと、この少なくとも１つのセルに電気的に連結された箔とを含む半導体層を有するソーラーパネル用のソーラー接続箱が提供され、ソーラーパネルは、半導体層の上のガラス層と、半導体層の下の裏面シートとを有する。ソーラー接続箱は、空胴を画定する壁を有するハウジングを含む。ハウジングは、ソーラーパネルの縁部で取り付けられるように構成される。空胴内には端子が収容されており、この端子は、箔で終端するように構成される。ハウジングから縁部フラップが延びる。縁部フラップは、ソーラーパネルの縁部に施されてソーラーパネルの縁部で箔を封止するように構成された縁部シールを有する。

別の実施形態では、少なくとも１つの光起電セルと、この少なくとも１つのセルに電気的に連結された箔とを含む半導体層を有するソーラーパネル用のソーラー接続箱が提供され、ソーラーパネルは、半導体層の上のガラス層と、半導体層の下の裏面シートとを有する。ソーラー接続箱は、空胴を画定する側壁および端壁を有するハウジングを含む。ハウジングは、箔がガラス層と裏面シートとの間からソーラーセルを出る箔出口付近において、ソーラーパネルの縁部で裏面シートに取り付けられるように構成される。空胴内には端子が収容されており、この端子は、箔で終端するように構成される。ハウジングから縁部フラップが延びる。縁部フラップは、側壁と、側壁に対して概して直交するように向けられた端壁とを有する。側壁は、ソーラーパネルの縁部に沿って延び、ソーラーパネルの縁部を封止し、端壁は、ガラス層に沿って延び、ガラス層を封止する。縁部フラップは、箔出口でソーラーパネルの縁部に施されてソーラーパネルの縁部で箔を封止するように構成された縁部シールを有する。

さらなる実施形態では、少なくとも１つの光起電セルと、この少なくとも１つのセルに電気的に連結された箔とを含む半導体層を有するソーラーパネルを含む光起電システムが提供される。ソーラーパネルは、半導体層の上のガラス層と、半導体層の下の裏面シートとを有する。ソーラーパネルは、縁部を有し、箔は、箔出口で縁部を出る。光起電システムはまた、ソーラーパネルに結合されたソーラー接続箱を含む。ソーラー接続箱は、空胴を画定する側壁および端壁を有するハウジングを含む。ハウジングは、箔出口付近において縁部でソーラーパネルに取り付けられる。空胴内には端子が収容されており、この端子は、箔で終端する。ハウジングから縁部フラップが延びる。縁部フラップは、ソーラーパネルの縁部に施されて箔出口で箔を封止する縁部シールを有する。

図１は、例示的な実施形態によって形成された光起電（ＰＶ）システム１００を示す。ＰＶシステム１００は、コネクタアセンブリ１０４（たとえば、ケーブルコネクタアセンブリ）によって電気的に連結することができる１つまたは複数のソーラー接続箱１０２（図１には１つを示す）を含む。ＰＶシステム１００は、複数のＰＶ構成要素１０６を含む。例示的な実施形態では、ＰＶ構成要素１０６は、ソーラーパネルなどの電気を生成するために使用されるＰＶモジュールもしくはアレイなどの任意のタイプのＰＶ構成要素、または電力貯蔵デバイス、センサ、コントローラなどのＰＶシステム１００内で使用される他のＰＶ構成要素とすることができる。図示の実施形態では、ＰＶ構成要素１０６はソーラーパネルであり、以下、ソーラーパネル１０６と呼ぶことができる。ソーラーパネル１０６は、電気を生成するように構成された複数のＰＶセル１０８を有する。

コネクタアセンブリ１０４は、同じソーラーパネル１０６のソーラー接続箱１０２または異なるソーラーパネル１０６のソーラー接続箱１０２に結合することができる。コネクタアセンブリ１０４は、ＰＶ構成要素１０６間の伝達経路に沿って電力および／またはデータを伝達する。

例示的な実施形態では、ソーラーパネル１０６は、ガラス層１１２と裏面シート１１４との間に挟まれた半導体層１１０を含む。ガラス層１１２は、ソーラーパネル１０６の上層を画定することができ、裏面シート１１４は、ソーラーパネル１０６の底層を画定することができる。半導体層１１０は、セル１０８と、セル１０８を直列に連結する導体箔１１６などの導体とを含む。任意選択で、ＰＶセル１０８を封入するために使用される層など、１つまたは複数のＥＶＡ層（たとえば、熱可塑性物質を含有するエチレン酢酸ビニル）を使用することができる。箔１１６は、セルおよびソーラー接続箱１０２を電気的に連結するバスリボンとすることができる。セル１０８のグループは、対応するソーラー接続箱１０２に電気的に連結することができる。たとえば、箔１１６は、ソーラー接続箱１０２内で対応する端子で終端することができる。例示的な実施形態では、ソーラー接続箱１０２は、ソーラーパネル１０６の縁部１１８でソーラーパネル１０６に取り付けられる。箔１１６は、縁部からソーラー接続箱１０２へ延びることができる。

ガラス層１１２は、半導体層１１０の上に位置決めされ、日光が半導体層１１０を通ってセル１０８へ進むのを可能にする。裏面シート１１４は、半導体層１１０の下に位置決めされる。裏面シート１１４は、プラスチック層とすることができる。別法として、裏面シート１１４は、別の材料から製造することができる。たとえば、裏面シート１１４は、別のガラス層とすることができる。たとえば、いくつかの様々な実施形態では、ソーラーパネル１０６は、ソーラーパネル１０６の両側から日光を受けるように構成された２焦点ソーラーパネルとすることができる。たとえば、後側（裏面シート１１４）は、反射した日光を受けることができる。半導体層１１０からの箔１１６は、縁部１１８で箔出口１２０からソーラーパネル１０６を出る。箔出口１２０は、ガラス層１１２と裏面シート１１４との間に位置する。箔１１６は、ソーラー接続箱１０２へ経路指定され、ソーラー接続箱１０２は、図示の実施形態では、裏面シート１１４など、ソーラーパネル１０６の後側に取り付けられる。

ソーラー接続箱１０２は、箔１１６を覆って封止するために使用される縁部フラップ２００（図１には開いた位置で示す）を含む。縁部フラップ２００は、ソーラーパネル１０６の様々な厚さに対応する。図１は、裏面シート１１４に取り付けられたソーラー接続箱１０２を示す底面斜視図であるが、使用の際、ガラス層１１２は、太陽の方を向くように上に位置し、または上向きになっているはずであり、ソーラー接続箱１０２は、ソーラーパネル１０６の後側に取り付けられるはずである。他の向きも可能であり、向きを示す用語（たとえば、上部、底部、上、下など）は、使用の際の向きではなく、この特定の図に示す向きに関するものとすることができる。

図２は、例示的な実施形態によって形成されたソーラー接続箱１０２の部分分解図である。ソーラー接続箱１０２は、ソーラーパネル１０６に取り付けられるように構成されたハウジング１３０を含む。ハウジング１３０は、ベース１３２と、ベース１３２から延びる複数の壁１３４とを含む。特定の応用例に対して適当な形状のハウジングを提供するために、任意の数の壁１３４を設けることができる。図示の実施形態では、壁１３４は、側壁１３６と、側壁１３６間に延びる端壁１３８とを含む。任意選択で、ハウジング１３０は、細長い矩形の断面を有することができ、側壁１３６は、端壁１３８より長い。代替実施形態では、他の形状も可能である。

側壁１３６および端壁１３８は、ハウジング１３０の空胴１４０を画定する。ソーラー接続箱１０２はまた、蓋またはカバー１４２を含む。ソーラー接続箱１０２は、空胴１４０内で箔１１６の１つまたは複数に電気的に連結するように構成された電気構成要素を保持する。カバー１４２は、空胴１４０および電気構成要素を覆う。例示的な実施形態では、ソーラー接続箱１０２は、空胴１４０内に正端子１５０および負端子１５２を含む。例示的な実施形態では、ソーラー接続箱１０２は、端子１５０、１５２間にバイパスダイオード１５４を含む。代替実施形態では、ソーラー接続箱１０２は、他の電気構成要素を含むことができる。正端子１５０は、対応する箔１１６で終端し、負端子１５２は、対応する箔１１６で終端する。端子１５０および／または１５２は、電気コネクタまたはケーブルなどの他の構成要素で終端することができる。

例示的な実施形態では、ソーラー接続箱１０２は、ベース１３２から延びる縁部位置合わせ機構１６０を含む。縁部位置合わせ機構１６０は、側壁１３６の１つに設けることができる。縁部位置合わせ機構１６０は、ソーラーパネル１０６の縁部１１８（図１に示す）に係合してソーラーパネル１０６の縁部１１８でソーラー接続箱１０２を位置合わせするように構成される。図示の実施形態では、縁部位置合わせ機構１６０は、ベース１３２から延びるタブまたはポストである。１対の縁部位置合わせ機構１６０が設けられ、各縁部位置合わせ機構１６０は、両端壁１３８またはその付近に位置する。代替実施形態では、任意の数の縁部位置合わせ機構１６０を設けることができる。

例示的な実施形態では、ソーラー接続箱１０２は、側壁１３６の１つ（たとえば、縁部位置合わせ機構１６０を有するのと同じ側壁１３６）に沿ってトラック１７０を含む。トラック１７０は、縁部フラップ２００を受け入れる。トラック１７０は、ベース１３２とは反対側の上部で開くことができる。任意選択で、トラック１７０は、トラック１７０の両側で１対のレール１７２によって画定される。レール１７２は、端壁１３８に設けることができる。レール１７２は、対応する側壁１３６に沿ってスロット１７４を形成する。任意選択で、ソーラー接続箱１０２は、上部またはその付近に保持部１７６を有することができる。保持部１７６は、トラック１７０内で縁部フラップ２００を保持することができる。縁部フラップ２００は、トラック１７０内で上下に垂直に進み、保持部１７６は、縁部フラップ２００がトラック１７０内に保持されることを確実にすることができる。トラック１７０は、トラック１７０の底部または基部で閉じることができる。

縁部フラップ２００は、ソーラーパネル１０６の縁部１１８を覆うために使用される。縁部フラップ２００は、箔１１６を対応する箔出口１２０で封止するために使用される（どちらも図１に示す）。例示的な実施形態では、縁部フラップ２００は、角２０６で交わる側壁２０２および端壁２０４を含む。任意選択で、端壁２０４は、側壁２０２に対して概して直交することができる。縁部フラップ２００は内部２１０を含み、内部２１０は、内部２１０の反対側の外部２１２内でソーラーパネル１０６に面するように構成される。

例示的な実施形態では、縁部フラップ２００は、側壁２０２から延びるピン２１４を含む。任意選択で、ピン２１４は、側壁２０２の両縁部に位置することができる。ピン２１４は、トラック１７０の対応するレール１７２内に受け入れられるように構成される。例示的な実施形態では、ピン２１４は、トラック１７０内でレール１７２に沿って進むことができる。したがって、縁部フラップ２００は、トラック１７０内でハウジング１３０に摺動可能に結合するように構成される。例示的な実施形態では、縁部フラップ２００は、トラック１７０内でピン２１４の周りを回転可能である。したがって、縁部フラップ２００は、ハウジング１３０に対して回転することができる。

例示的な実施形態では、縁部フラップ２００は、内部２１０内に形成された１つまたは複数の凹部２１６を含む。たとえば、縁部フラップ２００は、側壁２０２および／または端壁２０４に沿って凹部２１６を含む。たとえば、第１の凹部２１６は、側壁２０２から端壁２０４へ角２０６の周りに及ぶことができる。縁部フラップ２００は、端壁２０４内に第２の凹部２１８を含むことができる。第１の凹部２１６は、縁部フラップ２００をソーラーパネル１０６の縁部１１８に封止することができる縁部シール２２０を受け入れるように構成される。任意選択で、縁部シール２２０は、凹部２１６に施されたシリコン封止剤とすることができる。代替実施形態では、エポキシ、ガスケット、または別のタイプのシーラなど、他のタイプの縁部シールを設けることができる。例示的な実施形態では、第２の凹部２１８内に両面テープなどの接着テープ２２２を設けることができる。テープ２２２は、ソーラーパネル１０６に対して縁部シール２２０を施して封止することができるまで、縁部フラップ２００をソーラーパネル１０６に対して閉じた位置で最初に保持するために使用することができる。

図３は、ソーラーパネル１０６に取り付けられようとしている状態のソーラー接続箱１０２を示すＰＶシステム１００を示す。箔１１６は、縁部１１８で箔出口１２０からソーラーパネル１０６を出る。箔１１６は、縁部１１８に沿って裏面シート１１４の周りを取り囲む。箔１１６は、裏面シート１１４の外面に沿って延び、ソーラーパネル１０６から離れる方へ曲がっており、ソーラー接続箱１０２がソーラーパネル１０６に取り付けられたとき、ソーラー接続箱１０２内へ装入される。ソーラー接続箱１０２は、ハウジング１３０のベース１３２に施されるベースシール２３０を含む。ベースシール２３０は、ソーラー接続箱１０２をソーラーパネル１０６に取り付けるために使用される。たとえば、箔１１６は、ソーラー接続箱１０２内の箔開口を通過することができる。

ベースシール２３０は、ベース１３２を裏面シート１１４の外面に封止する。任意選択で、ベースシール２３０は、シリコン接着剤とすることができる。ベースシール２３０は、ベース１３２内のポケット内に受け入れられてもよい。任意選択で、ベース１３２に両面テープなどの接着テープを施して、ベースシール２３０が硬化または凝固する間に、ソーラー接続箱１０２をソーラーパネル１０６上で定位置に保持することができる。

図４は、ソーラーパネル１０６に取り付けられたソーラー接続箱１０２を示すＰＶシステム１００の一部分を示す。図４は、縁部フラップ２００を開いた位置で示す。図５は、縁部フラップ２００を部分的に閉じた位置で示すＰＶシステム１００の別の図である。図６は、縁部フラップ２００を閉じた位置で示すＰＶシステム１００の別の図である。ソーラー接続箱１０２は、縁部１１８またはその付近でソーラーパネル１０６に結合される。縁部位置合わせ機構１６０は、ソーラーパネル１０６の縁部１１８に係合して、ソーラー接続箱１０２をソーラーパネル１０６と位置合わせする。ソーラー接続箱１０２は箔１１６を覆い、箔１１６は裏面シート１１４に沿って延びる。箔１１６は、ソーラー接続箱１０２内で電気的に終端するために、ソーラー接続箱１０２内へ経路指定することができる。

組立て中、縁部フラップ２００は最初、開いた位置（図４）で保持される。凹部２１６内などで、縁部フラップ２００に縁部シール２２０を施すことができる。縁部シール２２０は、縁部フラップ２００を縁部１１８および箔出口１２０の箔１１６に封止する領域内に施される。任意選択で、テープ２２２は、凹部２１８内などで縁部フラップ２００に施すことができる。テープ２２２上のライナは、縁部フラップ２００をソーラーパネル１０６に取り付ける用意をするために剥がすことができる。

縁部フラップ２００は、トラック１７０内に摺動可能に受け入れられており、ハウジング１３０に対して回転可能である。縁部フラップ２００が閉じるとき、縁部フラップ２００を閉じる方向に回転させることができる（図５）。縁部フラップ２００は、ソーラーパネル１０６の縁部１１８の周りを回転し、その結果、端壁２０４は縁部１１８の周りを取り囲んで、ガラス層１１２に沿って位置決めされる。縁部フラップ２００は、側壁２０２がソーラーパネル１０６の縁部１１８に当接するまで、回転させて閉じることができる。側壁２０２は、閉じた位置で縁部１１８および箔出口１２０の箔１１６を覆う。箔１１６が裏面シート１１４の縁部に沿って延びるとき、側壁２０２は箔１１６を覆う。縁部シール２２０は、箔１１６を水などの環境的劣化から保護するように、箔１１６を封止することができる。

縁部フラップ２００が概して閉じた位置（図６）へ回転し、側壁２０２がソーラーパネル１０６に当接した後、端壁２０４をガラス層１１２に押し付けることによって、縁部フラップ２００を押して閉じることができる。縁部フラップ２００は、トラック１７０内で摺動可能であり、端壁２０４がガラス層１１２の外部に当接するまで摺動させることができる。角２０６は、ガラス層１１２の角に及ぶ。端壁２０４の縁部シール２２０は、ガラス層１１２に押し付けられる。テープ２２２は最初、縁部フラップ２００を閉じた位置で定位置に保持する。テープ２２２は、縁部シール２２０が硬化または凝固するまで、縁部フラップ２００を一時的に保持する。縁部シール２２０が硬化した後、縁部シール２２０は、縁部フラップ２００をソーラーパネル１０６上で定位置に恒久的に保持する。縁部シール２２０は、ソーラーパネル１０６に対する縁部フラップ２００のための恒久的な機械的連結を提供する。縁部シール２２０はまた、縁部１１８および箔１１６を封止する。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの光起電セル（１０８）と、前記少なくとも１つのセルに電気的に連結された箔（１１６）とを含む半導体層（１１０）を有するソーラーパネル（１０６）用のソーラー接続箱（１０２）であって、前記ソーラーパネルは、前記半導体層の上のガラス層（１１２）と、前記半導体層の下の裏面シート（１１４）とを有し、前記ソーラー接続箱は、
   空胴（１４０）を画定する壁（１３４）を有し、前記ソーラーパネルの縁部（１１８）で取り付けられるように構成されたハウジング（１３０）と、
   前記空胴内に収容されており、前記箔で終端するように構成された端子（１５０）と、
   前記ハウジングから延び、前記ソーラーパネルの前記縁部に施されて前記ソーラーパネルの前記縁部で前記箔を封止するように構成された縁部シールを有する縁部フラップ（２００）とを備えている、ソーラー接続箱（１０２）。
2. 前記縁部フラップ（２００）は、前記ハウジング（１３０）に摺動可能に結合されている、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。
3. 前記縁部フラップ（２００）は、前記ソーラーパネル（１０６）の前記縁部（１１８）および前記ガラス層（１１２）に沿って延び、その結果、前記ソーラーパネルの一部分が、前記ハウジング（１３０）のベース（１３２）と前記縁部フラップとの間に位置決めされている、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。
4. 前記縁部フラップ（２００）は、側壁（２０２）と、前記側壁に対して概して直交するように向けられた端壁（１１８、２０４）とを含み、前記側壁は、前記縁部に沿って延び、前記端壁は、前記ガラス層（１１２）に沿って延び、前記縁部シール（２２０）は、少なくとも前記側壁に施されて前記ソーラーパネル（１０６）の前記縁部で前記箔（１１６）を封止している、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。
5. 前記ハウジング（１３０）は、前記壁（１３４）の１つにトラック（１７０）を含み、前記縁部フラップ（２００）は、前記トラック内に受け入れられ、前記トラック内で可動である、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。
6. 前記縁部フラップ（２００）は、ピン（２１４）を含み、前記ピンは、前記ハウジング（１３０）に結合され、前記縁部フラップは、前記ピンの周りで回転可能である、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。
7. 前記縁部シール（２２０）は、シリコーン封止剤である、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。
8. 前記縁部フラップ（２００）は、凹部（２１８）を含み、前記縁部シールは、前記凹部内に受け入れられている、請求項１に記載のソーラー接続箱（１０２）。

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