KR101539653B1 - 결정질 모듈용 태양광 정션박스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정질 모듈용 태양광 정션박스에 관한 것으로, 다수의 열방출 관통공(10a)이 형성되고 직사각 창(10b)을 구비하는 후면 케이스(10)와; 바이패스 다이오드(11)가 실장되고 케이스 홈(21)에 삽입되어 고정되는 금속 방열판(20)과; 상기 후면 케이스(10)에 설치된 힌지핀(31)에 걸리어 상기 금속 방열판(20)의 상단부에 삽입되어 리본을 고정하는 스테인레스 압착클립(30)과; 상기 후면 케이스(10)에 결합되는 표면에 일체형 격자구조(41)를 구비하는 전면 케이스(40)로 구성되어 스테인레스 압착 클립이 모듈의 버스바(Bus bar or Ribbon)를 압착하여 타제품보다 접촉 저항이 뛰어나고, 금속 방열판이 결합된 방열판 고정틀을 외부 케이스에 삽입하는 것만으로 태양광 발전모듈의 리본단자가 정션박스의 접속구에 접속고정됨으로써 작업에 소요되는 인력의 감축뿐만 아니라 작업공정에 소요되는 시간이 단축되어 생산성을 향상할 수 있으며, 발전시 다수의 바이패스 다이오드에서 발생되는 열의 효율적 냉각으로 열에 의한 발전 효율의 저하가 방지되어 발전 효율을 높여 안정적으로 전기를 공급해줄 수 있을 뿐만 아니라 외부케이스에 케이블을 삽입 고정할 수 있는 케이블 고정구를 형성하여 간편하게 조립작업을 할 수 있으면서도 외부케이스의 외부를 일체형 격자구조로 하여 케이스에 충격이 가해져도 견딜 수 있으면서 뛰어난 방수 능력을 갖는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

결정질 모듈용 태양광 정션박스{Solar junction box for crystalline modules}
본 발명은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양광발전(太陽光發電) 모듈([0001] Module)의 전기를 집적하여 안정적으로 공급해 주는 정션박스(Photo voltaic Junction Box)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각판의 냉각 효율을 높여 발전 효율이 높일 수 있으면서도 케이스를 일체형으로 하여 방수 능력이 탁월하고 리본의 납땜 공정을 필요로 하지 않아 공정시간 단축에 따른 생산성을 향상할 수 있는 결정질 모듈용 태양광 정션박스에 관한 것이다.
반도체의 pn접합(p-n junction)에 빛을 조사(Irradiated/照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것이 태양광 전지(Solar Cell)라 하며, 이 전지를 여러개 직ㆍ병렬로 연결한 것이 모듈이라고 하는데 모듈에서 나오는 전기를 서로 안정적으로 연결할 때 쓰는 부품을 정션박스(접속함)라 하며 통상적으로 모듈 뒤쪽에 설치하며 정션박스 내부에는 발전시 역 전류를 막기 위한 바이패스 다이오드(Bypass diodes)와 케이블을 연결하는 접속점 및 컨넥터가 내장되어 있고 이를 거친 외부환경으로부터 차단할 수 있도록 플라스틱 재질의 함으로 보호되어 있다.
현재 이용되고 있는 대부분의 종래 정션박스는 도 1에 도시한 바와 같이 판체의 단부가 상향 절곡되어 접속함 본체(A)의 바닥판(1) 상에 일정한 간격을 두고 배열 고정된 다수의 접속구(2)와, 상기 접속구(2)의 연장부 사이에 접속되는 바이패스 다이오드(3)와, 상기 접속구(2) 중 좌우 양단측 접속구(2)의 하부 단부가 연장되어 관체를 이루는 접속단자에 케이블이 삽입 고정되는 접속구(4, 4')와, 상기 접속구(2) 각각의 상단부마다 연결되는 접속함 본체(A)의 후면에서 관통공을 통해 삽입되는 태양광 전지의 리드선에 연결된 리본단자 및, 상기 접속함 본체(A)를 덮는 덮개(5)로 구성된 구조를 이루고 있다.
이와 같이 종래의 정션박스는 단순히 케이블과 바이패스 다이오드(3)를 연결하여 접속하는 기능만을 갖는 것으로서, 태양광발전(太陽光發電) 모듈(Module)과의 연결시 태양광 발전모듈의 리드선에 연결된 리본단자를 일일이 작업자가 접속구(2)에 연결해 주어야 하며, 이러한 연결 작업은 접속구(2) 마다 리본단자를 삽입하여 볼트 등을 체결하여 고정하거나, 접속구(2) 마다 리본단자를 삽입하여 납땜으로 연결 고정하여야 하므로 작업 인력의 증가에 따른 소요 경비가 상승하는 결점과 더불어 작업에 소요되는 시간이 길어지게 되어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라 납땜 연결의 경우에는 태양광 발전모듈의 리드선에 연결된 리본단자를 정션박스의 접속구(2)에 연결시 통상적으로 4개의 접속구(2) 마다 납땜을 하여야 하고, 납땜 부위는 5년 후부터 산화가 진행되어 단선 등 결함이 발생하게 되므로 태양광발전에 소요되는 각종 기기들의 품질보증 기간이 20년 이상임을 감안하면 상기한 납땜 부위의 결함이 제품의 신뢰성 저하를 초래한다고 하는 문제점이 있었다.
또한 상기한 종래의 정션박스는 발전시 바이패스 다이오드(3)에서 발생하는 열을 냉각할 수 있는 기능이 없기 때문에 태양광 발전시 온도에 민감하여 온도가 1℃ 높아질 때마다 발전 효율이 0.2% ∼ 0.5%씩 떨어지는 태양광 발전모듈에 있어서는 발전 효율이 떨어지는 단점을 감수해야만 하는 결점이 있었다.
이와 같이 태양전지 패널을 구성하는 태양전지 셀은 리본 와이어에 의해 상호 전기적으로 연결되고, 리본 와이어의 종단 부분은 태양전지 패널의 배면에 장착된 정션박스의 접속단자에 연결되어 각각의 태양전지 셀에서 생산된 전력이 수집될 수 있다.
정션박스는 다수의 태양전지 패널에 의해 생성된 전력을 모아서 전력망에 제공하기 위하여 구비될 수 있다. 각각의 정션박스에는 서로 다른 태양전지 패널을 서로 연결하기 위한 전력 케이블이 접속되며, 각각의 전력 케이블의 터미널은 정션박스 내의 접속 터미널에 체결될 수 있다.
일반적으로 정션박스 내부에는 태양전지 패널과 연결된 리본 와이어의 단부를 체결하기 위한 복수 개의 리본 와이어 고정장치(또는 리본 와이어 접속단자)가 구비되며, 이웃하는 리본 와이어 접속단자들 사이에는 다이오드가 구비되며, 구비된 다이오드는 장애가 발생한 태양전지 셀이 연결된 특정 리본 와이어를 통한 전력 공급라인을 우회시키거나, 정션박스에 후단의 인버터 등의 전기 시스템으로부터 정션박스로 유입되는 역전류 등을 차단하는 기능을 제공한다. 상기 복수개의 리본 와이어 고정장치 중 최외측에 위치한 두 리본 와이어 고정장치에는 전력케이블의 터미널이 전기적으로 연결될 수 있다.
종래기술에 따른 정션박스에 있어서, 특히 리본 와이어 접속단자에 리본 와이어를 체결하는 방법으로는 밴딩된 탄성 터미널 사이의 틈에 리본 와이어의 단부를 끼워넣는 방식이 주로 사용되었다. 즉, 종래에는 리본 와이어 접속장치의 리본 와이어 접속용 탄성 터미널 사이의 틈을 확대하기 위하여 전용 공구를 이용하는 방법이 사용되었다.
구체적으로, 리본 와이어 접속장치의 리본 와이어 접속용 탄성 터미널 사이의 틈을 벌린 상태에서 리본 와이어의 단부를 삽입하고, 전용 공구를 제거하여 리본 와이어 접속장치의 리본 와이어 접속용 탄성 터미널의 탄성 복원력에 의하여 리본 와이어의 단부를 가압하는 방법으로 리본 와이어를 리본 와이어 고정장치에 고정할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 리본 와이어 고정방법은 전용 공구가 필요하고, 전용 공구에 의한 작업시 리본 와이어 접속용 탄성 터미널의 손상(탄성 한계 이상의 변형 등)이 발생하여 리본 와이어의 단부의 고정역할을 충분히 수행할 수 없다.
또한, 회전가능한 가압부재 등을 사용하는 경우라도 탄성부재에 의한 리본 와이어의 고정력이 충분하지 않은 문제점도 발생할 수 있다.
또한, 종래의 정션박스에 있어서, 특히 리본 와이어 접속장치에서 리본 와이어와 전력 케이블이 각각 체결되는 지지부재는 리본 와이어의 삽입되어 고정되는 설치면이 정션박스의 하우징 바닥면에 대하여 수평을 이루도록 구성되는 경우가 많다. 따라서, 리본 와이어는 정션박스의 내부 바닥면과 평행한 각도로 단부가 지지부재와 일체로 구성된 리본 와이어 접속용 탄성 터미널과 지지부재의 설치면 사이에 수평한 상태로 삽입될 수 있다.
이와 같이, 리본 와이어가 설치면에 대하여 수평을 유지한 상태로 삽입되도록 구성되는 정션박스는 협소한 내부공간에서 리본 와이어를 정션박스 하우징의 설치면과 수평한 상태로 삽입하고, 전용 공구 등을 통하여 리본 와이어 접속용 탄성 터미널을 변형시켜 리본 와이어의 고정작업을 수행해야 하기 때문에 리본 와이어의 고정작업이 상당히 불편하다.
또한, 종래의 정션박스는 단자대의 높이나 정션박스의 두께 등의 제약을 고려할 때 지지부재의 설치면과 정션박스의 바닥면 간의 높이차를 크게 형성하는 것은 바람직하지 않으므로 충분한 높이차를 갖도록 구성할 수 없다.
이로 인해 바닥면 위에 도포되는 방수 또는 절연용 실리콘이 지지부재와 리본 와이어 사이에 침투하여 접속불량을 유발하는 문제가 있다.
본 발명은 종래 통상적인 태양광 발전모듈용 정션박스에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점 들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 스테인레스 압착 클립이 모듈의 버스바(Bus bar or Ribbon)를 압착하여 타 제품보다 접촉 저항이 뛰어난 결정질 모듈용 태양광 정션박스를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속 방열판이 결합된 방열판 고정틀을 외부 케이스에 삽입하는 것만으로 태양광 발전모듈의 리본단자가 정션박스의 접속구에 접속고정됨으로써 리본단자를 삽입하여 고정하는 볼트의 체결 작업이나 납땜 작업을 필요로 하지 않아 작업에 소요되는 인력의 감축뿐만 아니라 작업공정에 소요되는 시간이 단축되어 생산성을 향상할 수 있는 결정질 모듈용 태양광 정션박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 넓은 면적의 금속 방열판을 구비하도록 함과 더불어 외부케이스에 공기 순환구를 형성하여 공기 순환구가 발생하는 열의 발산통로로 작용하도록 함으로써 발전시 다수의 바이패스 다이오드에서 발생되는 열의 효율적 냉각으로 열에 의한 발전 효율의 저하가 방지되어 발전 효율을 높여 안정적으로 전기를 공급해줄 수 있는 결정질 모듈용 태양광 정션박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부케이스에 케이블을 삽입 고정할 수 있는 케이블 고정구를 형성하여 로봇에 의한 태양광 발전모듈 조립작업시 별도로 케이블을 잡아주어야 하는 번거로움 없이 간편하게 조립작업을 할 수 있으면서도 외부케이스의 외부를 일체형 격자구조로 하여 케이스에 충격이 가해져도 견딜 수 있으면서 뛰어난 방수 능력을 갖는 태양광 발전모듈용 정션박스를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 결정질 모듈용 태양광 정션박스는 다수의 열방출 관통공(10a)이 형성되고 직사각 창(10b)을 구비하는 후면 케이스(10)와; 바이패스 다이오드(11)가 실장되고 케이스 홈(21)에 삽입되어 고정되는 금속 방열판(20)과; 상기 후면 케이스(10)에 설치된 힌지핀(31)에 걸리어 상기 금속 방열판(20)의 상단부에 삽입되어 리본을 고정하는 스테인레스 압착클립(30)과; 상기 후면 케이스(10)에 결합되는 표면에 일체형 격자구조(41)를 구비하는 전면 케이스(40)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 스테인레스 압착 클립이 모듈의 버스바(Bus bar or Ribbon)를 압착하여 타제품보다 접촉 저항이 뛰어나고, 금속 방열판이 결합된 방열판 고정틀을 외부 케이스에 삽입하는 것만으로 태양광 발전모듈의 리본단자가 정션박스의 접속구에 접속고정됨으로써 리본단자를 삽입하여 고정하는 볼트의 체결 작업이나 납땜 작업을 필요로 하지 않아 작업에 소요되는 인력의 감축뿐만 아니라 작업공정에 소요되는 시간이 단축되어 생산성을 향상할 수 있으며, 넓은 면적의 금속 방열판을 구비하도록 함과 더불어 외부케이스에 공기 순환구를 형성하여 공기 순환구가 발생하는 열의 발산통로로 작용하도록 함으로써 발전시 다수의 바이패스 다이오드에서 발생되는 열의 효율적 냉각으로 열에 의한 발전 효율의 저하가 방지되어 발전 효율을 높여 안정적으로 전기를 공급해줄 수 있을 뿐만 아니라 외부케이스에 케이블을 삽입 고정할 수 있는 케이블 고정구를 형성하여 로봇에 의한 태양광 발전모듈 조립작업시 별도로 케이블을 잡아주어야 하는 번거로움 없이 간편하게 조립작업을 할 수 있으면서도 외부케이스의 외부를 일체형 격자구조로 하여 케이스에 충격이 가해져도 견딜 수 있으면서 뛰어난 방수 능력을 갖는 각별한 장점이 있다.
도 1은 종래 태양광 발전모듈용 정션박스의 구조를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명 결정질 모듈용 태양광 정션박스의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전후면 케이스의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 금속 방열판과 금속 접속구의 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 후면 케이스의 배면도 이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 결정질 모듈용 태양광 정션박스의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명 결정질 모듈용 태양광 정션박스의 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 전후면 케이스의 분해 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 금속 방열판과 금속 접속구의 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 도 5는 본 발명에 따른 후면 케이스의 배면도로서, 본 발명 결정질 모듈용 태양광 정션박스는 다수의 열방출 관통공(10a)이 형성되고 직사각 창(10b)을 구비하는 후면 케이스(10)와; 바이패스 다이오드(11)가 실장되고 케이스 홈(21)에 삽입되어 고정되는 금속 방열판(20)과; 상기 후면 케이스(10)에 설치된 힌지핀(31)에 걸리어 상기 금속 방열판(20)의 상단부에 삽입되어 리본을 고정하는 스테인레스 압착클립(30)과; 상기 후면 케이스(10)에 결합되는 표면에 일체형 격자구조(41)를 구비하는 전면 케이스(40)로 구성되어 있다.
상기 후면 케이스(10)는 다수의 열방출 관통공(10a)이 형성되고 다수의 금속 방열판(20)이 실장되도록 케이스 홈(21)이 형성된 내부 바닥판(10c)과; 상부 압착클립 설치대(10d)와; 전후좌우 측면에 형성된 결합구(10e)와; 앞측면 좌우에 형성된 케이블 삽입공(10f, 10f')을 갖는 볼트(10g, 10g')로 이루어져 있다.
상기 금속 방열판(20)으로는 구리에 니켈을 도금한 것이 많이 사용되지만, 이에 한정되지 않고 열 도전율이 높아 방열효율이 우수한 것이면 다양한 재료가 사용될 수 있다.
또한, 상기 스테인레스 압착클립(30)은 프라스틱 지지대(30a)와 상기 플라스틱 지지대(30a) 일측 하면에 설치된 스테인레스 클립(30b)으로 이루어져 일측 단부가 힌지핀(31)에 끼워지고, 스테인레스 클립(30b)이 금속 방열판(20)의 단부에 삽입 고정되도록 구성되어 있다.
그리고, 상기 전면 케이스(40)는 표면에 구비되는 일체형 격자구조(41)와 표시부(42) 및; 전후좌우 측면에 형성된 결합구(40a)와; 케이블 삽입공(10f, 10f')에 삽입되는 케이블 고정용 너트(43)를 보호하도록 형성된 돌기(44)로 이루어져 있다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명 결정질 모듈용 태양광 정션박스의 조립 및 사용에 대한 설명으로 그 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명 태양광 발전모듈용 정션박스를 사용할 때에는 먼저 도 4에 도시한 금속 방열판(20)을 구성하는 데 이때에는 사전에 금속 방열판(20)을 상기 후면 케이스(10)의 내부 바닥면(10c)에 형성되어 있는 케이스 홈(21)에 삽입한 다음 바이패스 다이오드(11)의 다리를 밀어주면서 금속 방열판(20)과 결합하여 피스(22)를 체결하여 금속 방열판(20)을 후면 케이스(10)의 내에 고정한다.
여기서 바이패스 다이오드(11)는 태양광 발전모듈의 열점현상(Hot Spots)과 역전류를 방지하기 위해 사용된다.
이때 케이블 삽입공(10f, 10f')으로 케이블을 삽입한 후 볼트(10g, 10g')에 너트(44)를 체결하여 케이블을 금속 방열판(20)에 연결되어 고정되도록 한다.
다음으로 후면 케이스(10)의 압착클립 설치대(10d)에 설치되어 있는 힌지핀(31)에 스테인레스 압착클립(30)의 일측 단부가 끼워지고, 스테인레스 클립(30b)이 금속 방열판(20)의 단부에 삽입 고정되어 모듈의 버스바 즉, 리본을 금속 방열판(20)에 연결 고정함으로써 접촉저항이 뛰어나게 된다.
마지막으로 후면 케이스(10)의 결합구(10e)에 전면 케이스(40)의 결합구(40a)를 서로 결합시켜 고정함으로써 태양광 발전모듈과 정션박스의 접속이 완료된다.
그에 따라 종래 납땜 작업과 같은 번거로운 작업 없이 태양광 발전모듈과 정션박스의 접속을 간편한 작업으로 완료할 수 있게 되어 생산성을 향상할 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한 정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
10 : 후면 케이스 10a : 열방출 관통공
10b : 직사각 창 10c : 바닥판
10d : 압착클립 설치대 10e : 결합구
10f, 10f' : 케이블 삽입공 10g, 10g' : 볼트
11 : 바이패스 다이오드 20 : 금속 방열판
21 : 케이스 홈 22 : 피스
30 : 스테인레스 압착클립 30a : 플라스틱 지지대
30b : 스테인레스 클립 31 : 힌지핀
40 : 전면 케이스 40a : 결합구
41 : 격자구조 42 : 표시부
43 : 너트 44 : 돌기

Claims (4)

  1. 상부 압착클립 설치대(10d)와, 전후좌우 측면에 형성된 결합구(10e) 및 앞측면 좌우에 형성된 케이블 삽입공(10f, 10f')을 갖는 볼트(10g, 10g')를 구비하는 후면 케이스(10)와; 바이패스 다이오드(11)가 실장되고 케이스 홈(21)에 삽입되어 고정되는 금속 방열판(20)과; 플라스틱 지지대(30a)와 상기 프라스틱 지지대(30a) 일측 하면에 설치된 스테인레스 클립(30b)으로 이루어져 일측 단부가 힌지핀(31)에 끼워지고, 스테인레스 클립(30b)이 금속 방열판(20)의 단부에 삽입 고정되도록 구성되어 상기 후면 케이스(10)에 설치된 힌지핀(31)에 걸리어 상기 금속 방열판(20)의 상단부에 삽입되어 리본을 고정하는 스테인레스 압착클립(30)과; 상기 후면 케이스(10)에 결합되는 표면에 일체형 격자구조(41)를 구비하는 전면 케이스(40)로 구성된 결정질 모듈용 태양광 정션박스에 있어서;
    상기 후면 케이스(10)는 다수의 열방출 관통공(10a)이 형성되고 다수의 금속 방열판(20)이 실장되도록 케이스 홈(21)이 형성된 내부 바닥판(10c)과; 상부 압착클립 설치대(10d)와; 전후좌우 측면에 형성된 결합구(10e) 및와; 앞측면 좌우에 형성된 케이블 삽입공(10f, 10f')을 갖는 볼트(10g, 10g')로 이루어고;
    상기 전면 케이스(40)는 표면에 구비되는 일체형 격자구조(41)와 표시부(42) 및; 전후좌우 측면에 형성된 결합구(40a)와; 케이블 삽입공(10f, 10f')에 삽입되는 케이블 고정용 너트(43)를 보호하도록 형성된 돌기(44)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 결정질 모듈용 태양광 정션박스.
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