KR20100134030A - 태양 전지 모듈용 접속함 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈의 바이패스 다이오드(1), MOSFETs 또는 대응 전력 반도체 소자에서 생성되는 열을 신뢰성 있게 분산시킬 수 있는 접속함에 관한 것이다. 상기 접속함은 하우징 몸체(2) 및 상기 하우징 몸체에 부가되는 하우징 커버(3)로 형성되는 하우징(2,3)을 포함한다. 적어도 하나의 장착용 오목부(5)가 하우징 몸체(2)의 적어도 하나의 측벽에 제공되며, 상기 측벽으로부터 연장되게 돌출된다. 상기 장착 오목부(5) 중의 적어도 하나는 절연 커버(7) 내에 수납되고 장착용 오목부(5)와 하우징 커버(3)의 내측 벽과 단단히 접촉하는 적어도 하나의 전기 부품(1)을 수용한다. 하우징 커버(3)는 압출된 알루미늄으로 형성되며 냉각 핀을 가지며 하우징 몸체(2)의 외형을 넘어 돌출한다. 접속함은 최대 16A 및 그보다 큰 바이패스 전류를 위한 태양 전지 모듈용으로 사용될 수 있다.

Description

태양 전지 모듈용 접속함 {JUNCTION BOX FOR SOLAR MODULES}

본 발명은 태양 전지 모듈의 바이패스 다이오드, MOSFETs 또는 대응 전력 반도체 소자에서 생성되는 열을 신뢰성 있게 분산시킬 수 있는 접속함에 관한 것이다.

태양 전지 설비의 작동 중에, 예를 들어 구름 또는 낙엽으로 인해 개개의 태양 전지가 차광되는 것을 전체적으로 방지하는 것은 절대로 불가능하다. 보호 수단 없이, 소위 제너 효과(zener effect)는 차광 태양 전지에 높은 전력 손실을 생성함으로써 태양 전지에 고온 스폿(hot spot)을 유발하여 관련 태양 전지를 거의 항상 파괴한다.

이러한 이유로, 바이패스 다이오드, MOSFETs 또는 대응 전력 반도체 소자와 같은 전자 부품을 태양 전지 또는 직렬 연결된 태양 전지의 열(row)에 평행하게 연결하는 것이 보통이었다. 차광의 경우에, 관련 태양 전지 또는 태양 전지의 열은 상기 전자 부품들과 연결됨으로써, 차광되지 않은 태양 전지에 의해 생성된 전류가 이제는 태양 전지를 파괴함이 없이 계속해서 흐를 수 있게 된다.

태양 전지가 차광될 때, 전자 부품은 높은 전력 값을 처리해야 한다. 그 결과, 전자 부품들이 적절히 냉각되지 않으면, 그와 같은 전자 부품들은 고온으로 되어서 전자 부품들의 수명이 급격히 단축되게 된다. 극한의 경우에, 이는 전자 부품들의 즉각적인 고장을 초래할 수 있다.

전자 부품들은 보통, 개개의 태양 전지 모듈을 서로 연결하는 역할을 하는 접속함 내에 수용된다. 후자의 목적을 위해, 플라스틱으로 제조된 접속함(다른 것들 중에서도 DE 203 11 184 U1, DE 11 2005 002 898 T5 및 EP 1 102 354 A2 참조)을 사용하는 것이 일반적이며, 그와 같은 접속함의 사용을 통해서 단지 저조한 수준으로만 열 분산을 유도한다.

DE 10 2004 010 658 A1호에서, 상당히 양호한 열 전도율을 나타내는 실리콘 수지로 접속함을 라이닝하는 것과 내후성 수지로 코팅한 금속 판으로 접속함의 커버를 제조하는 것을 제안했다. 그러나, 열 분산이 부적절한 채로 남아 있다. 또한, 결함 있는 부품의 교체가 실제로 불가능하다.

태양 전지 시스템의 설치 횟수가 증가하면서, 접속함에 대한 요구도 덩달아 증가하고 있다. 동시에, 접속함의 품질에 대한 요구도 커지며 재생에너지원법(Renewable Energy Sources Act, EEG)에서 규정한 감세 정책의 결과로써 비용에 관한 점점 늘어나는 압박 요인이 더 생겨났다. 또한, 8...16 A의 역방향 전류가 발생하는 훨씬 더 강력한 태양전지 모듈로 지향되는 경향이다. 그러나, 시장에서 인기있는 접속함은 최대 8 A까지의 전류 전용으로만 주로 설계되고 있어 시대에 뒤지고 있다.

그러므로, 현재 전자 부품으로부터 개선된 열 분산을 보증하는 종래 기술에 따른 접속함이 공지되어 있다(예를 들어, DE 100 50 614 C1, WO 2006/117895 A1, US 7,288,717 B1 및 DE 10 2004 036 697 A1).

DE 10 2006 027 104 B3 호에는 가압 부재 예를 들어, 스프링 클립에 의해 전자 부품의 형상에 대응하도록 오목부 내측으로 전자 부품을 가압하는 접속함이 기재되어 있다. 동시에, 전기 절연, 바람직하게 열 전도성 실리콘 고무가 하우징과 전자 부품 사이에 제공되어 있다.

DE 10 2005 022 226 A1호에는 히트 싱크(heat sink)가 제공된 커버 판이 열 부하를 받는 부품 상으로 가압되며, 하우징(예를 들어, 태양 전지 모듈용 연결함) 내에 배열되는 전자 부품으로부터 열 분산시키기 위한 장치가 설명되어 있다. 히트 싱크는 압출된 알루미늄 프로파일이나, 하우징 베이스는 사출-몰딩 플라스틱이다. 커버 상의 단지 히트 싱크만이 열 분산을 위해 사용되나, 압출된 프로파일이 충분히 높은 열 전도율을 나타냄으로써 주조된 알루미늄보다 높은 냉각 효과를 가지므로, 이러한 단점은 대부분 보상된다. 압출된 알루미늄 프로파일을 포함하는 히트 싱크 또는 하우징의 개선된 냉각 효과는 예를 들어, DE 102 49 436 A1 및 US 6,374,912 B1호에서 사용된다.

두 가지 해결책에 의해 개선된 열 분산을 달성하였다. 전자 부품과 하우징 사이의 전기 절연도 보장된다. 그러나, 전자 부품이 측벽의 오목부 내에 위치되거나 하우징 커버에 대해 가압되는 박스(함) 형태를 취하는 것으로 추정된다. 이러한 조밀한 배열은 표면 대 부피의 높은 비율을 달성할 수 있는, 하우징이 박스 형태로부터 일탈되어 있는 설계에 비해서 전자 부품들로부터 열등한 열 분산을 초래한다.

본 발명의 목적은 전자 부품으로부터 개선된 열 분산을 보장할 수 있는 접속함을 제조하고자 하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 특허청구범위 제 1항의 특징부에 의해 달성된다. 추가의 유리한 실시예들이 특허청구범위 제 2 항 내지 제 11항으로부터 유도될 수 있다.

태양 전지 모듈용 접속함은 하우징 몸체 및 상기 하우징 몸체에 부가되는 하우징 커버에 의해 형성되는 하우징을 포함한다. 상기 접속함의 하우징은 전기 부품 및 전기 접속 부재들을 포함한다. 본 발명에 따라, 하나 이상의 장착 오목부가 하나 이상의 측벽에 제공되어 그 측벽으로부터 멀리 돌출된다. 장착 오목부 중의 하나 이상에서, 절연 커버 내에 수납된 하나 이상의 전기 부품이 삽입되어, 전기 부품은 장착 오목부의 내측 벽 및 커버와 단단히 접촉한다.

하나 이상의 전기 부품은 다이오드, MOSFETs 또는 태양 전지 모듈을 보호하는 역할을 하는 다른 전력 반도체와 같은 전자 부품일 수 있다고 이해해야 한다. 이는 이러한 목적으로 사용될 수 있는 바이패스 다이오드 또는 바이패스 MOSFETs가 보통이다.

이러한 방식으로 전기 부품을 외부로 이동시킴으로써, 부품 냉각에 대한 지속적인 개선이 달성된다. 또한, 태양 전지 모듈의 후방에 보통 장착되는 하우징 몸체에 작동시 열 집중이 덜 됨으로써 태양 전지 모듈의 과열이 방지된다.

절연 커버는 바람직하게 실리콘 고무이다. 절연 커버의 두께는 보통 밀리미터 범위 내에서 변경됨으로써 고전압 강력 절연(high-voltage-strength isolation)이 달성된다. 동시에, 실리콘 고무의 사용으로 균일한 압력 분포 및 양호한 써멀 인터페이스(thermal interface)를 보장한다. 클립 및 브레이스(brace)와 같은 장착 보조물의 사용도 생략할 수 있다.

하우징 커버는 압출된 알루미늄이며 여러 개의 냉각 핀을 가진다. 압출에 의해 제조된 알루미늄 부품들은 적절한 다이-캐스팅 알루미늄 부품의 열 전도율의 대략 3 배의 열 전도율을 갖는 것으로 알려졌다.

하우징 커버는 하우징 몸체의 윤곽을 넘어 돌출하는 크기를 갖는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 커버 양측의 돌출 영역에서 냉각제가 유동되므로 커버의 냉각 효과가 증가하며, 또한 냉각 공기의 유체 역학적 특징들이 굴뚝 효과(chimney effect) 의 형성을 통해 개선된다. 동시에, 특대형 하우징 커버는 기계적 영향력에 대한 케이블 엔트리(cable entry) 및 접합 조인트의 개선된 보호력을 제공한다.

보통, 3 개 또는 4 개의 전기 부품(바이패스 다이오드 또는 바이패스 MOSFETs)가 접속함 내에 수용된다. 그러나, 이러한 경향은 고성능 태양 전지 모듈를 지향하는 쪽으로 이동하고 있으며, 이는 각각의 접속함 내에 수용되어야 할 전기 부품의 수가 미래에 증가될 수 있음을 의미하며, 이는 본 발명에 따른 접속함에 의해 용이하게 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 접속함은 실시예 및 다음 도면들에 의해 이후에 더욱 상세히 설명된다.

도 1은 개방 접속함의 평면도이며,
도 2는 플라스틱 커버를 갖는 개방 접속함의 사시도이며,
도 3은 폐쇄 접속함의 사시도이다.

접속함은 각각 3 개의 측벽으로부터 연장하는 발코니 돌출 방식으로 형성되는 장착 오목부(5)를 갖는 다이-캐스팅 알루미늄 하우징 몸체(2)를 포함한다. 전기 부품, 여기서는 바이패스 다이오드(1)는 열 전도성 실리콘 고무의 절연 커버(7) 내에 수납되어 있으며 장착용 오목부의 내벽 및 하우징 커버(3)와 단단히 접촉하고 있다. 3 개의 장착용 오목부(5)에는 냉각 핀(6)이 제공되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 장착용 오목부(5)의 바닥은 하우징 몸체의 바닥에 비해 상승되어 있는데, 이는 상기 바이패스 다이오드(1)의 형상 때문이며 바이패스 다이오드(1)의 냉각 개선을 초래한다.

절연 커버(7)는 대략 1 mm의 두께를 가지며, 과전압 손상으로부터 바이패스 다이오드를 보호한다. 동시에, 절연 커버들은 열 전달 층으로서의 역할을 한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 냉각 핀이 제공되어 있고 4 개의 나사(4)에 의해 하우징 몸체(2)에 부착되어 있는 압출된 알루미늄 하우징 커버(3)는 3 개의 장착용 오목부(5)를 완전히 덮으며 여러 지점에서 하우징 몸체(2)의 외형을 넘어 충분히 돌출해 있다. 그러한 돌출 영역에서, 하우징 커버는 양면 히트 싱크로서의 역할을 한다. 또한, 발생된 굴뚝 효과는 하우징 커버(3)의 위와 주위로 더 양호한 공기 유동을 달성한다. 개선된 냉각으로 인해, 최대 16 A 및 그보다 큰 바이패스 전류에 대한 설치 목적으로 접속함이 사용될 수 있다. 그와 같은 용도로 필요하다면, 추가의 장착용 오목부 내에 4 개 또는 그보다 많은 바이패스 다이오드를 수용하는 것도 가능하다.

접속함에 대한 적합한 압력 보상을 보장하기 위해, 부직포 복합물(8)의 방수 가능하나 공기 투과형 막이 하우징 커버(3) 내에 설치된다.

1 : 바이패스 다이오드/전기 부품
2 : 하우징 몸체
3 : 하우징 커버
4 : 나사
5 : 장착용 오목부
6 : 냉각 핀
7 : 절연 커버
8 : 부직포 복합물 막

Claims (11)

1. 하우징 몸체(2) 및 상기 하우징 몸체에 부가되는 하우징 커버(3)를 갖춘 하우징을 포함하며, 상기 하우징 내에 전기 부품(1) 및 전기 접속 부재가 배열되는 태양 전지 모듈용 접속함에 있어서,
   하나 이상의 장착용 오목부(5)가 상기 하우징 몸체(2)의 하나 이상의 측벽에 제공되고 상기 측벽으로부터 연장되어 돌출하며, 하나 이상의 상기 전기 부품(1)이 절연 커버(7) 내에 수납되며, 상기 절연 커버(7) 내에 수납된 하나 이상의 상기 전기 부품(1)이 상기 장착용 오목부(5) 내에 배열되고 상기 장착용 오목부(5) 및 상기 하우징 커버(3)의 내벽과 단단히 접촉하는 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   하나 이상의 상기 장착용 오목부(5)의 하나 이상의 외측면에 냉각 핀(6)이 형성되는 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 하우징 커버(3)는 알루미늄으로 형성되며 상기 커버의 표면에는 열 분산을 개선하기 위한 확대 구조물, 예를 들어 냉각 핀이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 하우징 커버(3)는 압출되는 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징 커버(3)는 상기 하우징 몸체(2)의 외형을 넘어 돌출하는 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   하나 이상의 상기 전기 부품(1)은 전자 부품인 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전자 부품은 전력 반도체인 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 전력 반도체는 MOSFET 또는 다이오드인 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 다이오드가 바이패스 다이오드이거나 상기 MOSFET가 바이패스 MOSFET인 것을 특징으로 하는,
   태양 전지 모듈용 접속함.
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 커버(7)는 양호한 열 전도성을 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    태양 전지 모듈용 접속함.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    양호한 열 전도성을 갖는 상기 재료는 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는,
    태양 전지 모듈용 접속함.

Images