JPWO2010150391A1 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

ボックス本体（２０Ａ）の体底面に拡がって設けられた良熱伝導性の放熱板（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）と、太陽電池モジュール（１００）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（１６ａ，１６ｂ）が接続される良熱伝導性の４枚の端子板（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）とを備えており、逆負荷時バイパス用として設けられたダイオード（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）の封止部（８ａ）は、放熱板（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）と端子板（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）との間に挟まれている。封止部（８ａ）の下面から放熱板（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）を介して太陽電池モジュール（１００）に効率よく熱を逃がすことができ、また、封止部（８ａ）の上面から端子板（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）を介して出力リード線及びモジュール連結ケーブル（１６ａ，１６ｂ）に効率よく熱を逃がすことができる。

Description

本発明は、逆流電流による太陽電池セルの破壊を防止する目的で、太陽電池出力をバイパスする逆負荷時バイパス用のバイパスダイオードを備える太陽電池モジュール用端子ボックスに関するものである。

太陽光発電システムでは、家屋の屋根上に敷設した複数の太陽電池モジュールからの直流電力をインバータ等を介して各電気製品に供給するようになっている。複数の太陽電池モジュールは、各太陽電池モジュールの裏側に配置された太陽電池モジュール用端子ボックス（以降、単に端子ボックス）を介して直列に接続された構成となっている。

従来の端子ボックスとしては、筐体の内部に並設されて一端が太陽電池モジュールの裏面側から引き出された出力リードに接続されるとともに他端がモジュール連結ケーブルに接続される複数枚の端子板と、各端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用のバイパスダイオードとを備えたものが知られている。

太陽電池モジュールにおいては、一部の太陽電池セルに影がかかり、太陽光が当たらず未発電状態になると、この未発電状態の太陽電池セルに、発電状態の太陽電池セルから逆方向の電流が流れ、セルを破壊する恐れがある。このような逆流電流による太陽電池セルの破壊を防止するために、通常、バイパスダイオードと呼ばれる逆流電流を防止するためのダイオードが接続されている。このバイパスダイオードは、未発電状態の太陽電池セルを迂回するようにして電流が流れた際、発熱する。そして、この熱を十分に逃がすことが出来ない場合、定格温度を超え破損する恐れがある。

一方、太陽電池モジュールを住宅の屋根上などに設置する場合、通常は取付金具を用いて架台上に取り付けられるが、太陽電池モジュールの裏側には、上述したバイパスダイオードや接続端子を外部環境から保護するための端子ボックスが設置されている。

端子ボックス内で、併設された複数の端子板間に架け渡されるバイパスダイオードは、通常以下の構成である。つまり、バイパスダイオードは、ＰＮ接合に基づく整流機能を持つ封止部と、この封止部から延出する２本の脚部電極とからなり、隣接する２つの端子板のうちの一方の端子板に封止部を支持されるとともに、脚部電極の一方をこの端子板に接続し、脚部電極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（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２６９８０３号公報

上記従来の技術によれば、バイパスダイオードは、発熱する封止部の下面を金属製の端子板に支持されているので、この端子板を介して熱を外部に逃がすことができる。しかしながら、上記従来の技術においては、逃がすことができる熱量がいまだ十分でなく、特に封止部の上面から熱を逃がすことができないので改善が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイパスダイオードに発生した熱をバイパスダイオードの封止部の上下主面から効率良く逃がすことができる太陽電池モジュール用端子ボックスを提供すことを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュール用端子ボックスは、太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスであって、太陽電池モジュールに固定されるボックス本体と、ボックス本体内に併設され太陽電池モジュールから延びる出力リード線及び外部へと延びる外部ケーブルが接続される少なくとも２つの良熱伝導性の端子板と、樹脂封止された封止部と封止部から延びる脚部電極とからなり、端子板間を橋絡する複数の逆負荷時バイパス用の整流素子と、ボックス本体底面に拡がって設けられ整流素子を搭載する良熱伝導性の放熱板とを備え、端子板と放熱板は、整流素子の封止部を挟むことを特徴とする。

本発明によれば、ボックス本体底面に拡がって設けられた良熱伝導性の放熱板と、太陽電池モジュールから延びる出力リード線及び外部へと延びる外部ケーブル（モジュール連結ケーブル）が接続される良熱伝導性の端子板とを備えており、逆負荷時バイパス用の整流素子（バイパスダイオード）の封止部は、この放熱板と端子板とに挟まれるので、封止部の下面から放熱板を介して太陽電池モジュールに効率よく熱を逃がすことができるとともに、封止部の上面から端子板を介して出力リード線及び外部ケーブルに効率よく熱を逃がすことができるので、全体として十分な量の熱を逃がすことができるという効果を奏する。

図１は、この発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール用端子ボックスが適用される太陽電池モジュールを示す斜視図である。 図２は、この発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール用端子ボックスが配設される太陽電池モジュールを裏面側から見た斜視図である。 図３は、蓋体を取り外した端子ボックスの斜視図である。 図４は、蓋体及び端子板を取り外した端子ボックスの斜視図である。 図５は、蓋体を取り外した端子ボックスの正面図である。 図６は、図５のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図である。 図７は、図５のＦ−Ｆ線に沿う矢視断面図である。 図８は、整流素子（バイパスダイオード）の正面図である。 図９は、端子ボックス回りの接続状態を示す模式的な回路図である。 図１０は、この発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュール用端子ボックスの蓋体及び端子板を取り外した端子ボックスの正面図である。 図１１は、図１０のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。 図１２は、図１１のＪ部分を拡大して示す縦断面図である。 図１３は、この発明の実施の形態３に係る太陽電池モジュール用端子ボックスの蓋体及び端子板を取り外した端子ボックスの正面図である。 図１４は、図１３のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。 図１５は、図１４のＫ部分を拡大して示す縦断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール用端子ボックス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、この発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール用端子ボックスが適用される太陽電池モジュールを示す斜視図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール用端子ボックスが配設される太陽電池モジュールを裏面側から見た斜視図である。太陽電池モジュール１００は、直列に接続された多数の太陽電池セル１２と、この太陽電池セル１２が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１４とその中間に封入する樹脂により保護されてなる構造体と、この構造体を支持する矩形枠状のアルミニュウム製の支持フレーム１３と、裏面カバー部材１４に取り付けられ太陽電池モジュール１００の出力部を構成する太陽電池モジュール用端子ボックス（以降、単に端子ボックス）２０とから構成されている。

端子ボックス２０は、外殻を構成する概略箱状の筐体を有している。この筐体は、さらにボックス本体２０Ａと蓋体２０Ｂとから構成されている。概略板状の蓋体２０Ｂは、一面を開放する概略直方体箱状のボックス本体２０Ａの開放面を閉塞している。そして、筐体の内部には、太陽電池モジュール１００の出力部が収納されている。この出力部には、太陽電池モジュール１００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）１６ａ，１６ｂが接続されている。

図３は、蓋体２０Ｂを取り外した端子ボックス２０の斜視図である。図４は、蓋体２０Ｂ及び端子板を取り外した端子ボックス２０の斜視図である。図５は、蓋体を取り外した端子ボックスの正面図である。図６は、図５のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図である。図７は、図５のＦ−Ｆ線に沿う矢視断面図である。図８は、整流素子（バイパスダイオード）の正面図である。図９は、端子ボックス回りの接続状態を示す模式的な回路図である。

ボックス本体２０Ａは、概略直方体箱状を成し、底面とその四方を囲む側面とを有し、内部に出力部４を収納している。ボックス本体２０Ａの底面の図示上側の隅部に、辺に沿って矩形のリード線引込口２０ａが形成されている。このリード線引込口２０ａを介して、太陽電池セル１２の内部から延びる図示しない出力リード線が挿入される。出力リード線は、具体的には表面がはんだメッキされた平角銅線である。一方、リード線引込口２０ａと反対側の側面には、モジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂ（図示せず）を引き出すためのケーブル引出孔２０ｂ，２０ｃが形成されている。

出力部４は、ボックス本体２０の底面に配設された３枚の放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃ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、外部電線を接続する４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとを含んで構成されている。３枚の放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、良熱伝導性の材料で作製され、ボックス本体２０の底面にほぼ全面にわたって広がり、ボックス本体２０の底面を介して太陽電池モジュール１００（図示せず）と対向している（図４）。この３枚の放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃ上に、３個のダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃが搭載されている。

また、ボックス本体２０Ａの底面に突設された突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが、放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃを貫通してボックス本体２０Ａ内に突出している。４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、良熱伝導性の材料で作製され、自らに穿孔された取付穴に突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを挿入して、突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに固定されている。端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、相互に平行に図示左右方向に並んで配置され、各々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の図示上端には、リード線引込口２０ａを介して挿入された出力リード線がはんだ接合されるリード線接続部１ａが設けられている。このリード線接続部１ａには、直列に接続された複数の太陽電池セル１２の一端から延びる出力リード線が各々接合される（図５、図９）。一方、４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのうち、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１６ａ，１６ｂが圧着接合されるケーブル接続部１ｂが設けられている（図５、図９）。

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交互に往復するように相互に離れて配置されている。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千鳥状に離れて配置されている。そして、ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃと端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄとの間に挟まれている。ダイオード８Ａは、図８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。そして、ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、封止部８ａの一方の主面（下面）をそれぞれ放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃに面接触させて放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃ上に搭載され、封止部８ａの他方の主面（上面）を端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄに面接触させて両者間に挟まれている。

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、隣接する２つの端子板のうちの一方の端子板に封止部８ａを支持されるとともに、脚部電極の一方をこの端子板に接続し、脚部電極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９）。

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１００に固定されるボックス本体２０Ａと、ボックス本体２０Ａ内に併設され太陽電池モジュール１００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１６ａ，１６ｂ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、ボックス本体２０Ａの底面に拡がって設けられダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃを搭載する良熱伝導性の放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃとを備え、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄと放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃを上下方向に挟む。

このような構成の太陽電池モジュール用端子ボックスにおいては、ボックス本体２０Ａの底面に拡がって設けられた良熱伝導性の放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃと、太陽電池モジュール１００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１６ａ，１６ｂが接続される良熱伝導性の４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとを備えており、逆負荷時バイパス用として設けられたダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃの封止部８ａは、放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃと端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄとの間に挟まれるので、封止部８ａの下面から放熱板９Ａ，９Ｂ，９Ｃを介して太陽電池モジュール１００に効率よく熱を逃がすことができるとともに、封止部８ａの上面から端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄを介して出力リード線及びモジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂに効率よく熱を逃がすことができるので、全体として十分な量の熱を逃がすことができる。

また、ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、相互間の距離が十分に離れるように、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、１Ｄの配列方向に対して、配列と直交する方向に千鳥状に離れて配置されているので、各ダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃから端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄに伝導した熱が１箇所に集中して滞ってしまうことがない。

なお、絶縁性を向上させる目的で、ボックス本体２０Ａ内の出力部を収納している空間には、ポッティング材（熱伝導性絶縁樹脂）が充填される場合があるが、ポッティング材を充填することで、封止部８ａの上面から端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを介して、このポッティング材に効率よく熱を逃がすことができるので、全体としてさらに十分な量の熱を逃がすことができる。

なお、本実施の形態においては、４枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと３個のダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃであるが、最低２枚の端子板と１個のダイオードを有している端子ボックスであれば、本実施の形態を適用することができる。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュール用端子ボックスの蓋体及び端子板を取り外した端子ボックスの正面図である。図１１は、図１０のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。図１２は、図１１のＪ部分を拡大して示す縦断面図である。本実施の形態の放熱板９Ｂは、ケーブル引出孔２０ｂ，２０ｃ側の端部に断面Ｓ字形に折り曲げられて形成された放熱フィン９ａを有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成の太陽電池モジュールによれば、放熱板９Ｂの熱は、放熱フィン９ａを介して効率よく発散する。これにより、ダイオード８Ｂにて発生した熱は放熱板９Ｂへと伝動して放熱フィン９ａを介して効率よく放熱される。そのため、全体としてさらに十分な量の熱を逃がすことができる。なお、放熱フィン９ａは、他の２つの放熱板９Ａ，９Ｃに設けられてもよい。

実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３に係る太陽電池モジュール用端子ボックスの蓋体及び端子板を取り外した端子ボックスの正面図である。図１４は、図１３のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。図１５は、図１４のＫ部分を拡大して示す縦断面図である。本実施の形態の端子板１Ｂは、リード線接続部１ａと反対側の端部に断面波状に折り曲げられて形成された放熱フィン１ｃを有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成の太陽電池モジュールによれば、端子板１Ｂの熱は、放熱フィン１ｃを介して効率よく発散する。これにより、ダイオード８Ｂにて発生した熱は端子板１Ｂへと伝動して放熱フィン１ｃを介して効率よく放熱される。そのため、全体としてさらに十分な量の熱を逃がすことができる。なお、放熱フィン１ｃは、ダイオード８Ａ，８Ｃと接触する他の２枚の端子板１Ａ，１Ｄに設けられてもよい。

なお、上記実施の形態１から３の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄは、単純にダイオード８Ａ，８Ｂ，８Ｃの封止部８ａと面接触しているが、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄの面接触している部分に弾性を持たせ、所定の押圧力をもって端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｄと接触させてもよい。具体的には、例えば、端子板の全体を湾曲させたり、接触する部分を一部切り起こし形状とするなどしてこれを実現することができる。これにより、確実な接触が得られ放熱効果も向上する。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスは、太陽電池出力をバイパスする逆負荷時バイパス用の整流素子を備える太陽電池モジュール用端子ボックスに適用されて有用であり、特に、発熱量の大きいバイパス用整流素子を搭載するものに適用されて最適なものである。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 端子板
１ａ 出力リード線接続部
１ｂ ケーブル接続部
１ｃ 放熱フィン
４ 出力部
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 突起
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ バイパスダイオード（整流素子）
８ａ 封止部
８ｂ，８ｃ 脚部電極
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 放熱板
９ａ 放熱フィン
１２ 太陽電池セル
１３ 支持フレーム
１４ 裏面カバー部材
１６ａ，１６ｂ モジュール連結ケーブル（外部ケーブル）
２０ 端子ボックス
２０Ａ ボックス本体
２０Ｂ 蓋体
２０ａ リード線引込口
２０ｂ，２０ｃ ケーブル引出孔
１００ 太陽電池モジュール

Claims (6)

1. 太陽電池モジュールの出力部を構成する端子ボックスであって、
   前記太陽電池モジュールに固定されるボックス本体と、
   前記ボックス本体内に併設され前記太陽電池モジュールから延びる出力リード線及び外部へと延びる外部ケーブルが接続される少なくとも２つの良熱伝導性の端子板と、
   樹脂封止された封止部と前記封止部から延びる脚部電極とからなり、前記端子板間を橋絡する複数の逆負荷時バイパス用の整流素子と、
   前記ボックス本体底面に拡がって設けられ前記整流素子を搭載する良熱伝導性の放熱板とを備え、
   前記端子板と前記放熱板は、前記整流素子の前記封止部を挟む
   ことを特徴とする太陽電池モジュール用端子ボックス。
2. 前記端子板は、３つ以上が並んで設けられ、
   前記整流素子は、隣り合う前記端子板間にそれぞれ１個が設けられ、
   複数の前記整流素子は、前記端子板の配列に対して、前記配列と直交する方向に交互に往復するように離れて配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
3. 前記端子板は、波状に形成された放熱フィンを有している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記放熱板は、波状に形成された放熱フィンを有している
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
5. 前記ボックス本体内に充填された熱伝導性絶縁樹脂をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記端子板は、所定の押圧力を持って前記整流素子の前記封止部に接触する弾性部を有している
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

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