WO2007060787A1 - 太陽電池パネル用端子ボックス - Google Patents

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WO2007060787A1
WO2007060787A1 PCT/JP2006/319779 JP2006319779W WO2007060787A1 WO 2007060787 A1 WO2007060787 A1 WO 2007060787A1 JP 2006319779 W JP2006319779 W JP 2006319779W WO 2007060787 A1 WO2007060787 A1 WO 2007060787A1
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diode
terminal box
schottky
temperature
solar cell
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PCT/JP2006/319779
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Inventor
Tsuyoshi Nagai
Jun Ishida
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Onamba Co., Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes
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    • H02S40/345—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes with cooling means associated with the electrical connection means, e.g. cooling means associated with or applied to the junction box
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a terminal box for a crystalline silicon solar cell panel that can effectively prevent a temperature rise of a diode and a terminal box by using a Schottky barrier diode as a bypass diode.
  • a terminal box for a solar cell panel is usually used to short-circuit the current due to application of reverse voltage to one external connection cable force when the photovoltaic panel's electromotive force decreases.
  • a bypass diode is provided.
  • the diode When the bypass diode actually performs this function, the diode usually generates intense heat because a large current flows in the forward direction of the diode. Doing so may damage the diode, shorten the life of the diode, or cause the heat generated by the diode to deform the grease that makes up the terminal box, causing the terminal box to lose its solar panel power.
  • the terminal box is likely to be used because it has been used outdoors for more than 20 years while attached to a solar panel. Therefore, from the viewpoint of improving long-term safety and reliability, it is required to effectively prevent the temperature rise of the diode during the operation of the bypass diode.
  • the present invention was devised in view of the current state of the art, and its purpose is to operate a bypass diode in a terminal box used for a crystalline silicon solar cell panel (that is, an abnormality in the solar cell panel). It is to provide a more effective means for effectively preventing the temperature rise of the diode (when it occurs).
  • the present invention is a terminal box for a crystalline silicon solar cell panel provided with a bypass diode, wherein the bypass diode is a Schottky barrier diode.
  • the Schottky diode has a junction temperature guaranteed value of 150 ° C. or higher, and the Schottky diode has a guaranteed current value of 10 A.
  • Forward voltage drop is 0.50V or less (more preferably 0.45V or less) at a junction temperature of 25 ° C, 0.40V or less (more preferably 0.35V or less) at a junction temperature of 100 ° C, 150 °
  • the junction temperature of C is 0.35V or less (more preferably 0.30V or less).
  • the terminal box comprises a heat sink for releasing heat generated by the no-pass diode and a Z or binos diode. It further includes an enlarged terminal plate for releasing generated heat.
  • the Schottky diode is a surface mount type or non-insulated type package diode.
  • the terminal box of the present invention uses a Schottky diode as a bypass diode, heat generation during the operation of the diode can be remarkably suppressed as compared with a conventionally used PN diode. Further, since the terminal box of the present invention is intended for a crystalline silicon solar cell panel, it can tolerate the drawbacks of a Schottky diode. Therefore, the terminal box of the present invention can prevent the temperature rise of the diode and the terminal box during the diode operation, and the terminal can be prevented from being damaged or shortened in its life and falling off from the solar cell panel due to the deformation of the terminal box. The safety and reliability of the box can be further increased.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the junction temperature (Tj) and the forward voltage drop (VF) of a PN diode and a Schottky barrier diode.
  • FIG. 2 shows an example of a terminal box of the present invention provided with a heat sink.
  • FIG. 3 shows another example of the terminal box of the present invention having an enlarged terminal board.
  • Figure 4 Shows the bottom structure of a surface mount or non-insulated package diode.
  • FIG. 5 shows the structure of the test sample used in the example.
  • FIG. 6 Shows the inside of the test sample housing of Fig. 5.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between forward current (IF) and forward voltage drop value (VF) or junction temperature (Tj) in inventive examples 1 to 3 and a comparative example.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between forward current (IF) and terminal box bottom surface temperature (Tc) in inventive examples 1 to 3 and a comparative example.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the forward current (IF) of the present invention examples 1 to 3 and the comparative example and the total calorific value of the three diodes in the terminal box.
  • the crystalline silicon solar cell panel terminal box of the present invention is a bypass diode.
  • the most important feature is the use of a Schottky diode.
  • a Schottky barrier diode (also abbreviated as a Schottky diode) is a diode that utilizes the rectifying action of the Schottky effect at the interface between a metal and a semiconductor.
  • a Schottky diode has a low forward voltage drop (VF), so it has excellent switching characteristics with a short reverse recovery time. Taking advantage of this characteristic, Schottky diodes have been commonly used in power supply circuits for audio equipment and switching power supplies.
  • the Schottky barrier diode has the characteristic that the amount of heat generated during operation is small because the forward voltage drop (VF) is low.
  • the present invention pays attention to this characteristic, and by using a Schottky barrier diode as a bypass diode of a terminal box for a crystalline silicon solar cell panel, heat generation in the diode during the diode operation is effectively suppressed. To do.
  • Table 1 shows a PN diode (PND), which is a general rectifier diode conventionally used in a terminal box for a crystalline silicon solar cell panel, and a Schottky diode used in a terminal box of the present invention
  • PND PN diode
  • Table 1 compares the typical characteristics of SBD (VF (forward voltage drop), VR (reverse withstand voltage), and IR (leakage current))
  • Fig. 1 shows the junction created based on Table 1.
  • 6 is a graph showing the relationship between temperature (Tj) and forward voltage drop (VF).
  • the PN diodes shown in Table 1 are PN diodes that have been generally used in the field of solar cell terminal boxes.
  • the guaranteed junction temperature (the chip portion (junction) that is the diode core) This is a diode that meets the regulations of the solar cell panel terminal box with a heat-resistant temperature of 150 ° C or higher!
  • the Schottky rear diode (SDB) shown in Table 1 is also a diode that satisfies the restriction that the guaranteed junction temperature is 150 ° C or higher.
  • VF is an index of the amount of heat generated by the diode. The smaller the VF, the smaller the amount of heat generated by the diode.
  • VR will only allow the current to flow in the forward direction. It means the value of the limit voltage at which a large amount of current flows in the direction. Therefore, the VR force of a diode means that if this diode is used in a circuit where a large voltage may be applied in the reverse direction, the resistance of the diode to the reverse voltage is small. If there is a possibility that a large amount of current will always flow in the opposite direction and power generation efficiency will decrease, or in the worst case, the diode will cause thermal runaway and the diode may be destroyed! / means.
  • IR means the amount of current that flows in the reverse direction when a reverse voltage is applied to the diode. Therefore, the IR force of a diode is greater than the IR force ⁇ , which means that when a reverse voltage is applied, the reverse current that should ideally be completely cut off cannot be cut off by this diode. It means that efficiency is reduced and thermal runaway is caused.
  • VF forward voltage drop
  • Tj diode junction temperature
  • the junction temperature (Tj) of the diode is 25 ° C, 1 It is obtained by holding the voltage at 00 ° C or 150 ° C, applying a reverse voltage of 40V to the diode instantaneously in this state, and measuring the value of the current flowing in the reverse direction at that moment. It is a thing.
  • the forward voltage drop (VF) value of the Schottky barrier diode (SBD) is! Even at the junction temperature (Tj), it is significantly smaller than the forward voltage drop of the PN diode.
  • the forward voltage drop value of the Schottky Noria diode is about 0.4V smaller than the forward voltage drop value of the PN diode on average 40% to the forward voltage drop value of the PN diode Only about 50%.
  • the heat value (W) of the diode is equal to the product of the current value (IF) and the forward voltage drop (VF).
  • the heat value of the diode ( W) is proportional to the forward voltage drop value (VF).
  • the value of the current flowing in the forward direction of the diode (nominal maximum output operating current) when an abnormality occurs in the solar cell panel varies greatly depending on the type of solar cell panel, and this value is 0 for amorphous silicon solar cell panels. It is about 9A for crystalline silicon solar panels, compared to about 3A. Therefore, the value of the current flowing in the forward direction of the diode is more than 30 times larger in the crystalline silicon solar cell panel than in the amorphous silicon solar cell panel, and heat is generated when an abnormality occurs in the solar cell panel (that is, during diode operation). This problem is more serious with crystalline silicon solar cell panels.
  • the Schottky diode has a much smaller VR value than the PN diode. Therefore, a Schottky diode with a small VR value S has the disadvantage that a large amount of current may flow in the reverse direction under normal power generation conditions.
  • the operating voltage of the nominal maximum output of the panel which is considered to be the maximum voltage, is as high as about 100 to 300 V for amorphous silicon solar panels, while it is about 10 to 40 V for crystalline silicon solar panels.
  • this value is definitely smaller than the VR of Schottky barrier diode (usually around 50 ⁇ : LOOV).
  • the Schottky noria diode has a drawback that the IR value is considerably larger than that of the PN diode.
  • the maximum operating voltage of crystalline silicon solar panels is considerably lower than that of amorphous silicon solar panels as described above !, the amount of heat generated by the diode due to leakage current in normal power generation is actually not much. The problems of lower power generation efficiency and higher terminal box temperature due to the increase are sufficiently acceptable.
  • the IR of a Schottky noria diode increases exponentially as the diode temperature rises, where the temperature dependence is extremely large. Therefore, in a Schottky noria diode, and when the temperature of the diode rises, the IR increases rapidly, and the rapidly increased IR then causes a rapid increase in the amount of heat generated, resulting in a rapidly increased heat generation. The amount then leads to a more rapid temperature rise, and this vicious cycle causes the so-called thermal runaway that the diode temperature rises to a very high temperature above the heat resistance temperature of the diode and the diode is eventually destroyed. Easy to wake up.
  • the IR of a Schottky barrier diode is about 10mA even at the maximum operating temperature rating of 100 ° C for the terminal box for crystalline silicon solar cell panels. Therefore, the amount of heat generated by the Schottky noria diode is the maximum rated voltage (reverse withstand voltage) of the Schottky noria diode. 50 ⁇ : Even if LOOV is applied to the diode, it is only 0.5 to 1 W. The problem of runaway is actually well tolerated.
  • bypass diode when a bypass diode is incorporated in a solar cell panel, the space for incorporating the bypass diode is wide enough! Therefore, many bypass diodes can be incorporated. Therefore, the number of photovoltaic cells that a single bypass diode can handle can be reduced, and the value of the reverse voltage applied to each bypass diode can be reduced.
  • the volume of the terminal box is usually small, so the number of bypass diodes that can be incorporated in the terminal box is limited to a small number. Therefore, the number of solar cells handled by one bypass diode is high, and the value of the reverse voltage applied to each bypass diode is high in the normal power generation state of the solar panel.
  • the solar cell panel when a bypass diode is incorporated in the solar cell panel, the solar cell panel has a flat structure that is much larger in volume and thinner than the terminal box, so it has excellent heat dissipation.
  • the terminal box when a bypass diode is installed in a terminal box, the terminal box is usually small in volume and sealed in a cabinet, so that heat flows when current flows through the bypass diode to generate heat. It is inferior in the property to escape (heat dissipation).
  • bypass diode used in the terminal box has a large VR and a small IR.
  • PN diode When using a PN diode, it is not a hindrance, but when using a Schottky diode with small VR and large IR Is an extremely impeding factor.
  • IR In particular, the IR of Schottky barrier diodes increases exponentially as the temperature rises as described above, and there is a strong concern that the diodes may cause thermal runaway.
  • the present inventor has considered that the conventional technical common knowledge of those skilled in the art considered that a Schottky diode cannot be used in a terminal box for a solar cell panel without considering the type of the solar cell panel. I found out that it was not too much.
  • the present inventors have further studied, and among the solar cell panels, the crystalline silicon solar cell panel has a larger nominal maximum output operating current and a nominal maximum output operating voltage than the amorphous silicon solar cell panel. Because it is small, the shortcomings of Schottky diodes are negligible (for small VR) or well within acceptable levels (for large IR), and only the advantages of Schottky diodes with low VF can be exploited. Heading The present invention has been completed.
  • a small voltage drop value in the forward direction and a small amount of heat generated by the diode can be used as long as the Schottky diode is used.
  • this is a Schottky barrier diode with a junction temperature guarantee value of 150 ° C or higher, and a current of 10 A is applied.
  • the forward voltage drop (VF) force of the Schottky barrier diode is 0.5 V or less at a junction temperature of 25 ° C, 0.40 V or less at a junction temperature of 100 ° C, and 0 at a junction temperature of 150 ° C.
  • a Schottky diode having a voltage of 35 V or less More preferably, it is a Schottky diode having a guaranteed junction temperature of 150 ° C or more, and the forward voltage drop (VF) force of the Schottky barrier diode when a current of 10A is applied is 25 ° C.
  • VF forward voltage drop
  • a Schottky barrier diode with a junction temperature of 0.45V or less, a junction temperature of 100 ° C of 0.35V or less, and a junction temperature of 150 ° C of 0.30V or less The forward voltage drop at each junction temperature described above was measured by the procedure described above with reference to Table 1.
  • the guaranteed junction temperature value means the heat resistant temperature of the diode.
  • the guaranteed junction temperature value indicates that the diode is not destroyed until this temperature.
  • U, Schottky barrier diode junction temperature guaranteed value is limited to 150 ° C or more. In general, the required junction temperature is 150 ° C.
  • the reason why the current conduction condition of the forward voltage drop (VF) of the diode is 10A is that the maximum output current of the crystalline silicon solar cell is about 9A, so that it is 10A with a margin.
  • VF is specified at three junction temperatures of 25 ° C, 100 ° C and 150 ° C is to reflect the actual usage environment as follows. That is, 25 ° C reflects the use at normal temperature, and 100 ° C is the upper limit (rated temperature) of the operating temperature of a typical solar panel (this temperature is actually 90 ° C. At 100 ° C 150 ° C reflects the use of the standard junction temperature guaranteed values required in the industry for the diodes of the terminal bot- tom for solar panel used in Japan.
  • the VF of the Schottky barrier diode used in the terminal box of the present invention is preferably not more than a certain value at each junction temperature described above. If VF exceeds these values, the amount of heat generated by the Schottky barrier diode will increase when an abnormality occurs in the solar cell panel (i.e., when the diode is operating), and the advantage of using a Schottky diode is reduced. Because.
  • a Schottky barrier diode that satisfies the above-described requirements can be appropriately selected from commercially available Schottky barrier diodes having various junction temperature guaranteed values and VF characteristics.
  • VF junction temperature guaranteed value
  • the Schottky noria diodes sold by the inventors that have a junction temperature guaranteed value of 150 ° C or higher 55V rated type (with reverse withstand voltage of 55V), 55V rated low leakage type (reverse) Current of 10A was applied to three types of schiyote key barrier diodes called directional withstand voltage of 55V and power with low leakage current) and 100V rated type (with reverse withstand voltage of 100V)
  • directional withstand voltage of 55V and power with low leakage current was applied to three types of schiyote key barrier diodes called directional withstand voltage of 55V and power with low leakage current
  • 100V rated type with reverse withstand voltage of 100V
  • the value of the leakage current varies with temperature, and the value of the leakage current increases as the temperature increases. Therefore, if the structure of the terminal box and the type of Schottky diode are devised to release the heat generated by the Schottky diode to the surroundings and lower the diode temperature, the leakage current value can be further reduced. Therefore, it is possible to effectively prevent a decrease in power generation efficiency during normal power generation and a temperature rise in the terminal box.
  • the terminal box is usually provided with a heat radiating plate for releasing the heat generated by the diode, or the terminal plate is usually used for releasing the heat generated by the diode. It is conceivable to expand in a plane from the dimension of.
  • FIG. 2 shows an example of the terminal box of the present invention having a heat sink.
  • Fig. 2 (a) is a perspective view with the terminal box lid removed, (b) is a perspective view of the inside of the terminal box with the housing (a) removed, and (c) is (a) FIG.
  • a single Schottky NOR diode electrically connects a pair of terminal plates to each other and functions as a bypass diode.
  • each terminal board is connected to an electrode (not shown) drawn from the solar cell panel, and the other end is connected to an external connection cable.
  • the adjacent solar cell panel is connected via these cables. Electrical Connected to.
  • a heat dissipation plate with a thin plate such as a metal with high thermal conductivity, is provided under the Schottky noria diode so as to be in thermal contact with the bottom surface of the diode, and the heat generated by the diode Is released through a heat sink.
  • FIG. 3 shows another example of the terminal box of the present invention having an enlarged terminal board.
  • (a) is a perspective view with the terminal box lid removed
  • (b) is a perspective view of the inside of the terminal box with the housing (a) removed
  • (c) is (a) FIG.
  • the terminal box of Fig. 3 three Schottky Noria diodes are used, and two pairs of (four) terminal boards are electrically connected to each other and function as binos diodes.
  • the two (outer) terminal boards at both ends have one end connected to an electrode (not shown) drawn from the solar cell panel and the other end connected to an external connection cable.
  • the inner two terminal boards are connected to electrodes (not shown) drawn from the solar cell panel.
  • the three terminal boards excluding the rightmost terminal board among the four terminal boards are enlarged in a plane from the normal dimensions, and the heat generated by the diodes is expanded. It comes to escape through the terminal board.
  • examples of types of Schottky noria diodes that are effective for releasing the heat generated by the Schottky noria diode to the surroundings and lowering the temperature of the diode include, for example, surface mount type or non-insulated type package diodes. be able to.
  • the surface-mounting type or non-insulating type knocking diode has a portion not covered with an insulating grease on the bottom surface of the lead frame of the diode. Therefore, if a surface-mounted or non-insulated Schottky Noria diode is used, the heat generated by the diode can be efficiently released around this partial force.
  • the bottom surface of the surface mount type or non-insulated type of knock diode is covered with an insulating grease, and the part is soldered or thermally conductive to the terminal box or heat sink of the terminal box. By fixing the contact with a screw or the like via grease, the heat generated by the Schottky noria diode can be effectively released to the terminal board and heat sink via the bottom of the diode.
  • the temperature of the diode can be lowered by further providing a heat sink or an enlarged terminal board in the terminal box, or by using a surface mount type or non-insulated type package diode as a Schottky noria diode. If the leakage current value is further reduced, The problem of reduced power generation efficiency during power generation and temperature rise of the terminal box can be suppressed to a level that can be completely ignored.
  • a test sample with the structure shown in Fig. 5 was prepared using a 55V rated Schottky barrier diode shown in Table 2 as a bypass diode.
  • two pairs (four) of terminal boards are placed inside a resin casing, and three surface-mounting type key diodes are electrically connected to them.
  • the three terminal boards excluding the one on the right end are enlarged in size in plan (see also the plan view inside the housing shown in FIG. 6).
  • Three heat sinks are mounted on the enlarged terminal board, respectively.
  • test sample was prepared in the same manner as in Example 1 of the present invention except that the diode in the test sample shown in FIG. 5 was changed to a 55 V rated low-leakage type Schottky key diode shown in Table 2.
  • test sample was prepared in the same manner as Example 1 except that the diode in the test sample shown in FIG. 5 was changed to a 100 V rated Schottky diode shown in Table 2.
  • test sample was prepared in the same manner as Example 1 except that the diode in the test sample shown in FIG. 5 was changed to the PN diode shown in Table 1. [0040] Measurement procedure
  • thermocouple was attached to the part considered to have many.
  • a and B in FIG. 6 of the exposed metal portion of the surface mount diode of the test samples of Examples 1 to 3 of the present invention and the test sample of the comparative example.
  • a lead wire is attached to each of the positions shown in the section where the electrical polarity is opposite to that of A) so that the voltage between A and B can be measured.
  • a thermocouple was attached to the part of the terminal box, which is directly under the diode, in order to measure the actual temperature measured at the bottom of the terminal box.
  • silicone grease was applied to the back surfaces of the test samples of Examples 1 to 3 of the present invention and the test sample of the comparative example, and attached to a glass panel to prepare a solar cell module.
  • this solar cell module was installed in a temperature-controlled room at 75 ° C so that the module did not come into contact with the inner surface of the temperature-controlled room.
  • this temperature of 75 ° C is a temperature defined by the standard for measuring the heat-resistant temperature of the terminal box for solar cell panels, and is the highest temperature that can occur under actual usage conditions of the terminal box for solar cell panels. It is said that.
  • each test sample was energized with 6. OA, 8.8A or 11.
  • OA DC current for 1 hour in the forward direction, and the diode temperature measured value after 1 hour, forward direction The measured voltage drop and the measured temperature at the bottom of the terminal box were measured.
  • 6. OA energizing current corresponds to the general maximum output operating current value of small crystalline silicon solar cell panels
  • 8.8 A energizing current is the current normal size crystalline silicon. It corresponds to the general maximum output operating current value of the solar panel.
  • the OA current amount is required to be used in the temperature test of the terminal box for solar panel. Equivalent to 8A with a 25% margin).
  • the measured diode temperature measured force also estimated the junction temperature (Tj).
  • Tj junction temperature
  • the thermal resistance value between each diode junction (heat generation part) and the diode temperature measurement position is 0.5 ° C
  • the product of the heat generation value of each diode and the above thermal resistance value is the temperature from the heat generation part. It was calculated according to the following formula, assuming that the temperature was lost up to the actual measurement position.
  • Estimated junction temperature (estimated Tj) (measured diode temperature) +0.5 X (diode Calorific value)
  • the amount of heat generated by the diode is the product of the amount of current flow and the voltage drop value (VF) in the forward direction.
  • Examples 1 to 3 of the invention and the terminal boxes of the comparative example and these measurement results and The calculation results are shown in Table 3 (Part 1) to Table 3 (Part 4) below.
  • V F 0.2808V 0.2791V 0.2821V 0.2807V
  • Fig. 7 shows a graph showing the relationship between Tj
  • Fig. 8 shows a graph showing the relationship between forward current (IF) and terminal box bottom surface temperature (Tc).
  • Fig. 8 shows the relationship between forward current (IF) and terminal box.
  • Figure 9 shows the relationship between the total heat generation of the three diodes.
  • the forward voltage drop value of the terminal box of Example 1 of the present invention using a 55V rated Schottky NOR diode ( VF) was a little smaller than the VF of the terminal box of the comparative example using PN diodes at any current level, and on average it was about 0.4V. Since the VF is small in this way, the calorific value, which is the product of VF and IF, is also on average that the terminal box of Example 1 of the present invention is significantly smaller than the terminal box of the comparative example, as shown in FIG. It was about 40% of the calorific value.
  • the difference in calorific value became larger as the energization flow rate (IF) increased.
  • the junction temperature (Tj) of the diode and the bottom surface temperature (Tc) of the terminal box show the same tendency as the heat generation (Figs. 7 and 8), and the terminal box of Example 1 of the present invention is the terminal of the comparative example.
  • Example 1 of the present invention was observed in the terminal boxes of Invention Example 2 and Invention Example 3 with different types of Schottky diodes, but a comparative example using PN diodes was also observed.
  • Forward voltage drop value with terminal box of VF difference, calorific value difference, diode junk The difference in the chilling temperature Tj and the difference in the bottom temperature Tc of the terminal box were smaller in the present invention example 2 than in the present invention example 1 and in the present invention example 3 compared with the present invention example 2.
  • the heat resistance temperature of the resin constituting the terminal box is normally about 120 ° C, and therefore Tc may be 120 ° C or less. It is highly desirable to prevent the deformation of the resin and enhance the safety and reliability of the terminal box.
  • the comparative example terminal box has 8.8 A and 11.
  • the bottom temperature (Tc) of the terminal box exceeds 120 ° C, and 6.
  • the flow rate of OA is slightly below 120 ° C.
  • the terminal box bottom temperature (Tc) of the terminal box of Invention Example 1 and Invention Example 2 is much lower than 120 ° C at any energization flow rate, so the safety and reliability of the terminal box are reduced. Very high!
  • the bottom temperature (Tc) of the terminal box was 120 ° C when the energization amount was 11. OA. Slightly exceeding force When the energization amount was 6. OA and 8.8A, it was below 120 ° C. 11.
  • the energization amount OA is a test value based on the standard, and it is an energization amount with a margin 25% greater than the amount of current flowing through the bypass diode under actual usage conditions. Therefore, it can be said that the terminal box of Invention Example 3 can actually be used sufficiently for the current crystalline silicon solar cell panel.
  • the solar cell panel terminal box of the present invention can be suitably used in the field of solar cell panel terminal boxes that require extremely high safety and reliability over a long period of use (20 years or more). is there.

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Abstract

　結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、バイパスダイオードの動作時のダイオードの温度上昇を効果的に防止する手段を提供する。結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、バイパスダイオードとしてショットキーバリアダイオードを使用することを特徴とする。ショットキーバリアダイオードの順方向電圧降下は特定のジャンクション温度で特定の値以下であることが好ましく、ショットキーバリアダイオードは特に面実装型又は非絶縁型のパッケージダイオードを用いることが好ましい。

Description

明 細 書
太陽電池パネル用端子ボックス
技術分野
[0001] 本発明は、バイパスダイオードとしてショットキーバリアダイオードを用いることにより ダイオード及び端子ボックスの温度上昇を効果的に防止することができる結晶系シリ コン太陽電池パネル用端子ボックスに関する。
背景技術
[0002] 太陽電池パネル用端子ボックスには通常、太陽電池パネルの起電力が低下した時 に逆方向電圧の印加による電流を一方の外部接続用ケーブル力 他方の外部接続 用ケーブルへ短絡させるためにバイパスダイオードが具備されている。バイパスダイ オードが実際にこの機能を果たす際、ダイオードの順方向へ大電流が流れるため、 ダイオードは通常、激しく発熱する。そうするとダイオードが破損したり、ダイオードの 寿命が著しく短くなつたり、ダイオードの発生する熱により、端子ボックスを構成する 榭脂が変形して端子ボックスが太陽電池パネル力も脱落する可能性がある。特に、 端子ボックスは太陽電池パネルに取り付けられた状態で野外で 20年以上も使用され るため、その可能性が高い。従って、長期間の安全性や信頼性の向上の観点カもバ ィパスダイオードの動作時のダイオードの温度上昇を効果的に防止することが求めら れている。
[0003] ダイオードの温度上昇を効果的に防止するための手段としては従来、端子ボックス 内に放熱板などを設けてダイオードの発生する熱を周囲に逃がす手段が一般的に 採用されている。これらの手段は要するに、発生したダイオードの熱を効率良く放熱 することでダイオードの温度上昇を抑制しょうというものである。
[0004] 一方、近年、太陽電池の高出力化の要求に伴いアモルファス系シリコン太陽電池 より結晶系シリコン太陽電池が多く用いられるようになっているが、結晶系シリコン太 陽電池はアモルファス系シリコン太陽電池より出力電流が 30倍以上大きいため、ダイ オードの動作時にダイオードに流れる電流量、ひいては発熱量もアモルファス系シリ コン太陽電池よりかなり大きい。従って、結晶系シリコン太陽電池に用いられる端子ボ ックスにお 、ては、発生したダイオードの熱を単に放熱板などで放熱すると 、う従来 の一般的な手段だけではダイオードの温度上昇を十分抑制できなくなってきている。 特許文献 1 :特開 2005— 150277号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 本発明は力かる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は結晶系 シリコン太陽電池パネルに用いられる端子ボックスにおいてバイパスダイオードの動 作時 (即ち、太陽電池パネルの異常発生時)のダイオードの温度上昇を効果的に防 止するためのさらに有効な手段を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明者は上記課題を解決すベぐ結晶系シリコン太陽電池パネルに用いられる 端子ボックスにおいてダイオードの温度上昇を効果的に防止するための手段につい て鋭意検討した結果、発生したダイオードの熱を放熱するという手段ではなぐダイォ ード自体の発熱を抑制することを想起した。そして、その具体的な手段についてさら に検討したところ、ダイオードとしてショットキーノ リアダイオードを用いることによりダ ィオード自体の発熱を効果的に抑制できるとともに、ショットキーノ リアダイオードの持 つ欠点を露呈させることなく使用できることを意外にも見出し、本発明を完成するに 至った。
[0007] 即ち、本発明はバイパスダイオードを具備する結晶系シリコン太陽電池パネル用端 子ボックスであって、前記バイパスダイオードがショットキーバリアダイオードであること を特徴とする太陽電池パネル用端子ボックスである。本発明の端子ボックスの好まし い実施態様によれば、前記ショットキーノ リアダイオードは 150°C以上のジャンクショ ン温度保証値を有し、 10Aの電流を通電したときの前記ショットキーノ リアダイオード の順方向電圧降下は、 25°Cのジャンクション温度で 0. 50V以下（さらに好ましくは 0 . 45V以下）、 100°Cのジャンクション温度で 0. 40V以下（さらに好ましくは 0. 35V 以下）、 150°Cのジャンクション温度で 0. 35V以下（さらに好ましくは 0. 30V以下）で ある。本発明の端子ボックスの他の好ましい実施態様によれば、端子ボックスは、ノ ィ パスダイオードの発生する熱を逃すための放熱板及び Z又はバイノスダイオードの 発生する熱を逃がすための拡大された端子板をさらに具備する。本発明の端子ボッ タスのさらに他の好ましい実施態様によれば、ショットキーノ リアダイオードは面実装 型又は非絶縁型のパッケージダイオードである。
発明の効果
[0008] 本発明の端子ボックスではバイパスダイオードとしてショットキーノ リアダイオードを 用いているため、従来用いられていた PNダイオードと比べて、ダイオードの動作時の 発熱を著しく抑制することができる。また、本発明の端子ボックスは、結晶系シリコン 太陽電池パネルを対象とするため、ショットキーノ リアダイオードが持つ欠点を許容 することができる。従って、本発明の端子ボックスではダイオード動作時のダイオード 及び端子ボックスの温度上昇を未然に防止することができ、ダイオードの破損や寿命 の短縮、端子ボックスの変形による太陽電池パネルからの脱落がなぐ端子ボックス の安全性及び信頼性を一層高めることができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]PNダイオードとショットキーバリアダイオードのジャンクション温度 (Tj)と順方向 の電圧降下 (VF)との関係を示すグラフである。
[図 2]放熱板を具備する本発明の端子ボックスの一例を示す。
[図 3]拡大された端子板を具備する本発明の端子ボックスの別の例を示す。
[図 4]面実装型又は非絶縁型パッケージダイオードの底面構造を示す。
[図 5]実施例で用いた試験サンプルの構造を示す。
[図 6]図 5の試験サンプルの筐体内部を示す。
[図 7]本発明例 1〜3と比較例の順方向の通電流 (IF)と順方向の電圧降下値 (VF) 又はジャンクション温度 (Tj)の関係を示すグラフである。
[図 8]本発明例 1〜3と比較例の順方向の通電流 (IF)と端子ボックス底面温度 (Tc) の関係を示すグラフである。
[図 9]本発明例 1〜3と比較例の順方向の通電流 (IF)と端子ボックス内の三つのダイ オードの合計発熱量の関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 本発明の結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスは、バイパスダイオードとし てショットキーノ リアダイオードを用いることを最大の特徴とする。ショットキーバリアダ ィオード (ショットキーダイオードとも略される）は、金属と半導体との接合面のショット キー効果の整流作用を利用したダイオードである。ショットキーノ リアダイオードは順 方向の電圧降下 (VF)が低いため、逆回復時間が短ぐスイッチング特性に優れる。 この特性を活力、して、ショットキーノ リアダイオードはオーディオ機器の電源回路ゃス イッチング電源で従来一般的に用いられている。また、ショットキーバリアダイオード は順方向の電圧降下 (VF)が低いので、動作時の発熱量が小さいという特性を有す る。本発明はこの特性に着目したものであり、結晶系シリコン太陽電池パネル用端子 ボックスのバイパスダイオードとしてショットキーバリアダイオードを用いることにより、ダ ィオードの動作時のダイオードでの発熱自体を効果的に抑制するものである。
[0011] 以下の表 1は、結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスで従来用いられてき た一般的な整流ダイオードである PNダイオード (PND)と本発明の端子ボックスで用 いるショットキーノ リアダイオード (SBD)の代表的な特性 (VF (順方向の電圧降下）、 VR (逆方向耐電圧）、及び IR (漏れ電流)）を比較した表であり、図 1は表 1に基づい て作成したジャンクション温度 (Tj)と順方向の電圧降下 (VF)との関係を示すグラフ である。
[0012] [表 1] 表 1 . PNDと SBDの代表的な特性の比較表
Figure imgf000006_0001
SBD :ショットキ一バリアダイオード
IF:順方向電流
Tj :ジャンクション温度
VR順方向の電圧降下
VR :逆方向耐電圧
IR:漏れ電流
typ. ：実効値 [0013] 表 1に示した PNダイオードは従来より太陽電池パネル用端子ボックスの分野で一 般的に用いられてきた PNダイオードであり、ジャンクション保証温度 (ダイオードのコ ァであるチップ部分 (ジャンクション)の耐熱温度）が 150°C以上と!/、う太陽電池パネ ル用端子ボックスでの規制を満たすダイオードである。一方、表 1に示したショットキ ーノリアダイオード (SDB)も、ジャンクション保証温度が 150°C以上という規制を満た すダイオードである。
[0014] 表 1中、 VFは、ダイオードの発熱量の指標であり、 VFが小さいほどダイオードの発 熱量は小さくなる。
VRは、この電圧の値を越える電圧をダイオードの逆方向に印加すると、順方向にし か電流を流さな ヽと ヽぅダイオードの本質的な機能が破壊されて本来電流が流れな いはずの逆方向に多量の電流が流れてしまう限界の電圧の値を意味する。従って、 あるダイオードの VR力 、さいということは、逆方向の電圧に対するこのダイオードの 耐性が小さぐ逆方向に大きな電圧が印加される可能性のある回路にこのダイオード を用いると、本来電流が流れな!/、はずの逆方向に多量の電流が常時流れて発電効 率が低下したり、最悪の場合はダイオードが熱暴走を起こしてダイオードが破壊され る恐れがあると!/、うことを意味する。
IRは、ダイオードに逆方向の電圧が印加されているときに逆方向に流れる電流量 を意味する。従って、あるダイオードの IR力^より大きいということは、逆方向の電圧が 印加されている場合に理想的には完全に遮断すべきである逆方向への電流をこの ダイオードは遮断しきれず、発電効率の低下や熱暴走を招くということを意味する。
[0015] 表 1中、 VF (順方向の電圧降下）の値は、各ダイオードの周囲空気を強制的に加 熱することによりダイオードのジャンクション温度 (Tj)を 25°C、 100°C又は 150°Cにそ れぞれ保持させておき、この状態で 10Aの順方向ノ ルス電流を瞬間的にダイオード に流して、その瞬間の順方向の電圧降下 (VF)を測定することにより求めたものであ る。また、 VR (逆方向耐電圧）の値は、各ダイオードに逆方向に電圧を印加して増大 させていき、電流が急激に流れ始めたときの逆方向電圧を測定することにより求めた ものである。また、 IR (漏れ電流）の値は、 VFの値の測定と同様に各ダイオードの周 囲空気を強制的に加熱することによりダイオードのジャンクション温度 (Tj)を 25°C、 1 00°C又は 150°Cにそれぞれ保持させておき、この状態で 40Vの逆方向の電圧を瞬 間的にダイオードに印加して、その瞬間に逆方向に流れる電流の値を測定すること により求めたものである。
[0016] 表 1の VF (順方向の電圧降下）の欄及び図 1のグラフから理解される通り、ショットキ 一バリアダイオード（SBD)の順方向の電圧降下（VF)の値は!、ずれのジャンクション 温度 (Tj)においても PNダイオードの順方向の電圧降下の値より著しく小さい。具体 的には、ショットキーノリアダイオードの順方向の電圧降下値は PNダイオードの順方 向の電圧降下値より平均で 0. 4V程度も小さぐ PNダイオードの順方向の電圧降下 値の 40%〜50%程度にすぎない。ここで、ダイオードの発熱量 (W)は通電電流値（ IF)と順方向の電圧降下 (VF)の積に等 、ため、通電電流値 (IF)が一定であれば 、ダイオードの発熱量 (W)は順方向の電圧降下値 (VF)に比例し、順方向の電圧降 下値 (VF)が小さいほどダイオードの発熱量 (W)は小さくなる。従って、ショットキー ノリアダイオードの発熱量は一般的な整流ダイオードである PNダイオードの発熱量 より著しく小さぐ PNダイオードの発熱量の 40%〜50%程度であると考えられる。一 方、太陽電池パネルの異常発生時にダイオードの順方向に流れる電流 (公称の最大 出力動作電流）の値は太陽電池パネルの種類によって大きく異なり、アモルファス系 シリコン太陽電池パネルではこの電流の値は 0. 3A程度であるのに対し、結晶系シリ コン太陽電池パネルでは 9A程度である。従って、ダイオードの順方向に流れる電流 の値は結晶系シリコン太陽電池パネルの方がアモルファス系シリコン太陽電池パネ ルより 30倍以上大きく太陽電池パネルの異常発生時 (即ち、ダイオードの動作時)の 発熱の問題は結晶系シリコン太陽電池パネルではより深刻である。それ故、結晶系 シリコン太陽電池パネル用端子ボックスで VFの小さいショットキーノリアダイオードを 用いることは、太陽電池パネルの異常発生時 (即ち、ダイオードの動作時)のダイォ ード自体の発熱という問題を効果的に抑制する点で極めて有利である。
[0017] なお、表 1の VR (逆方向耐電圧）の欄から理解される通り、ショットキーノ リアダイォ ードは PNダイオードより VRの値がかなり小さい。従って、 VRの値力 S小さいショットキ ーノリアダイオードは正常な発電状態で逆方向に多量の電流が流れる可能性がある という欠点を有する。しかし、太陽電池パネル用端子ボックスに印加される可能性が あると考えられる最大の電圧であるパネルの公称の最大出力の動作電圧はァモルフ ァス系シリコン太陽電池パネルでは 100〜300V程度と高いのに対し、結晶系シリコ ン太陽電池パネルでは 10〜40V程度にすぎず、この値はショットキーバリアダイォー ドの VR (通常 50〜： LOOV程度)より確実に小さい。従って、結晶系シリコン太陽電池 パネル用の端子ボックスにショットキーノリアダイオードを用いてもその VRを越える大 きさの電圧がダイオードに印加される可能性はなぐ正常な発電状態でダイオードの 逆方向に多量の電流が常時流れて発電効率が低下したりダイオードが熱暴走を起こ してダイオードが破壊されるなどの問題は全く生じない。
[0018] また、表 1の IR (漏れ電流）の欄から理解される通り、ショットキーノリアダイオードは PNダイオードより IRの値がかなり大きいという欠点も有する。しかし、結晶系シリコン 太陽電池パネルでは上述の通り最大出力の動作電圧がアモルファスシリコン太陽電 池パネルよりかなり小さ!/、ので、正常な発電状態での漏れ電流によるダイオードの発 熱量は実際にはそれほど大きくなぐそれによる発電効率の低下や端子ボックスの温 度上昇の問題は十分許容できるレベルである。
特に、ショットキーノリアダイオードの IRは表 1から理解される通り温度依存性が極 めて大きぐダイオード温度が上昇するにつれて IRは指数関数的に増大する。従つ て、ショットキーノリアダイオードでは、ー且ダイオードが温度上昇するとそれに伴つ て IRが急激に増大し、急激に増大した IRは次に発熱量の急激な増大を招き、急激 に増大した発熱量は次にさらに急激な温度上昇を招くことになり、この悪循環により ダイオードの温度がダイオードの耐熱温度以上の極めて高い温度に上昇してダイォ ードが最終的に破壊されるといういわゆる熱暴走を起こしやすい。しかし、表 1から理 解されるように、ショットキーバリアダイオードの IRは結晶系シリコン太陽電池パネル 用端子ボックスの最大使用温度定格の 100°Cであっても 10mA程度である。従って、 ショットキーノリアダイオードの発熱量はショットキーノリアダイオードの最大定格電圧 (逆方向耐電圧）である 50〜： LOOVがダイオードに印加されたとしてもわずか 0. 5〜1 W程度であり、熱暴走の問題は実際には十分許容できるレベルである。
[0019] 結局、結晶系シリコン太陽電池パネル用の端子ボックスでは、 VRが小さいというシ ヨットキーバリアダイオードの欠点は無視でき、また IRが大きいというショットキーバリア ダイオードの欠点は十分許容できるレベルであるため、ショットキーバリアダイオード を用いることが総合的に有利である。
[0020] 従来、太陽電池パネル内でバイノスダイオードとしてショットキーノ リアダイオードを 使用した例はいくつか知られている力 端子ボックス内でショットキーバリアダイオード を使用した例は今まで知られていない。これは、端子ボックス内でバイパスダイオード としてショットキーノ リアダイオードを使用しょうとする場合、太陽電池パネル内で使用 する場合と比べて逆方向電圧が高くかつ放熱性が悪いため、逆方向耐電圧 (VR)が 小さく漏れ電流 (IR)が大き、、と!、うショットキーノ リアダイオードの欠点が極めて大き な阻害要因であると考えられて 、たためである。
[0021] 即ち、太陽電池パネル内にバイパスダイオードを組込んで使用する場合は、バイパ スダイオードを組込む空間は十分広！、ため、多数のバイパスダイオードを組込むこと ができる。従って、一つのバイパスダイオードが受け持つ太陽電池セルの数は少なく することができ、個々のバイパスダイオードに印加される逆方向電圧の値は低くする ことができる。これに対し、端子ボックス内にバイパスダイオードを組込んで使用する 場合、端子ボックスの体積は通常小さいため、端子ボックス内に組込むことができる バイパスダイオードの数は少数に制限される。従って、一つのバイパスダイオードが 受け持つ太陽電池セルの数は多ぐ太陽電池パネルの正常な発電状態で個々のバ ィパスダイオードに印加される逆方向電圧の値が高い。
また、太陽電池パネル内にバイパスダイオードを組込んで使用する場合は、太陽電 池パネルは端子ボックスに比べて体積が格段に大きくし力も薄く平坦な構造を有する ため、放熱性に優れる。これに対し、端子ボックス内にバイパスダイオードを組込んで 使用する場合、端子ボックスは体積が通常小さくしカゝも密閉されているため、バイパス ダイオードに電流が流れて発熱した場合にその熱を外部に逃がす特性 (放熱性）に 劣る。
[0022] このような端子ボックス内にバイパスダイオードを組込んで使用する場合の逆方向 電圧の高さや放熱性の悪さの問題は、端子ボックス内で使用するバイパスダイオード として VRが大きく IRが小さい従来の PNダイオードを採用する場合は特に阻害要因 とはならないが、 VRが小さく IRが大きいショットキーノ リアダイオードを採用する場合 は極めて大きな阻害要因となる。特に IRについては、ショットキーバリアダイオードの I Rは上述のように温度上昇につれて指数関数的に増大するので、ダイオードが熱暴 走を起こす危険性が強く懸念されていた。
[0023] それ故、ショットキーノ リアダイオードは太陽電池パネル内では使用できるが端子ボ ックス内では使用できな 、とするのが当該技術分野の従来の常識であった。
このことは以下の事実からも明らかである。即ち、ダイオードの中でも整流用ダイォ 一ドと 、えば、 PNダイオードとショットキーノ リアダイオードの二種類しか存在しな!ヽ 。ここで、ショットキーノ リアダイオードが PNダイオードより発熱量 (VF)が小さいこと は当業者には知られていたのだから、端子ボックス内で PNダイオードの代わりにショ ットキーノ リアダイオードを使用した例があってもよさそうなものである。それにもかか わらず、太陽電池パネル用端子ボックス内でショットキーノ リアダイオードを使用した 例は今まで全く存在せず、太陽電池パネル内での使用例しか見出されていない。か かる事実は、発熱量 (VF)が小さいというショットキーノ リアダイオードの利点よりも逆 方向耐電圧 (VR)が小さいとか漏れ電流 (IR)が大きいというショットキーノ リアダイォ ードの欠点の方が当業者にとっては大きな考慮事項 (阻害要因)であり、これらの欠 点は太陽電池パネル内でショットキーノ リアダイオードを使用する場合には問題とな らないが端子ボックス内でショットキーノ リアダイオードを使用する場合は無視できな い大きな問題となり、そのために端子ボックス内ではショットキーノ リアダイオードを使 用することができないというのが従来の当業者の共通の技術常識であったことを如実 に物語っている。
[0024] 本発明者は力かる従来の当業者の技術常識が太陽電池パネルの種類を考慮せず に一律にショットキーノ リアダイオードを太陽電池パネル用端子ボックス内では使用 できないとみなしていたものにすぎないことを見出した。そして、本発明者らはさらに 研究を進め、太陽電池パネルの中でも結晶系シリコン太陽電池パネルはァモルファ ス系シリコン太陽電池パネルと比べて公称の最大出力動作電流が大きくかつ公称の 最大出力動作電圧が小さいため、ショットキーノ リアダイオードの欠点は無視できる（ VRの小ささについて）か又は十分許容できるレベル内であり（IRの大きさについて） 、VFが小さいというショットキーノ リアダイオードの利点のみを活用できることを見出し 、本発明の完成に至った。
[0025] 本発明の端子ボックスで用いるショットキーノ リアダイオードとしては、順方向での電 圧降下値が小さくダイオード発熱量が小さ 、ショットキーノ リアダイオードであれば ヽ かなるものも用いることができるが、実際の使用環境でダイオードの動作時のダイォ ードの温度上昇を確実に防止するためには、 150°C以上のジャンクション温度保証 値を有するショットキーバリアダイオードであって、 10Aの電流を通電したときのショッ トキ一バリアダイオードの順方向電圧降下 (VF)力 25°Cのジャンクション温度で 0. 50V以下、 100°Cのジャンクション温度で 0. 40V以下、 150°Cのジャンクション温度 で 0. 35V以下であるショットキーノ リアダイオードを用いることが好ましい。さらに好ま しくは、 150°C以上のジャンクション温度保証値を有するショットキーノ リアダイオード であって、 10Aの電流を通電したときのショットキーバリアダイオードの順方向電圧降 下（VF)力 25°Cのジャンクション温度で 0. 45V以下、 100°Cのジャンクション温度 で 0. 35V以下、 150°Cのジャンクション温度で 0. 30V以下であるショットキーバリア ダイオードを用いる。なお、前述の各ジャンクション温度での順方向の電圧降下は表 1に関して上述した手順で測定されたものである。
[0026] 上記規定のうち、ジャンクション温度保証値はダイオードの耐熱温度を意味する。
即ち、ジャンクション温度保証値は、この温度まではダイオードが破壊されないことを 保証することを表わす。ここで本発明の端子ボックスで用いることが好ま U、ショットキ 一バリアダイオードのジャンクション温度保証値を 150°C以上に限定したのは、 日本 国内で使用される太陽電池パネル用端子ボックスのダイオードについて業界で要求 される一般的なジャンクション温度保証値が 150°Cである力 である。
また、ダイオードの順方向電圧降下 (VF)の電流通電条件を 10Aとしているのは、 結晶系シリコン太陽電池の最大出力電流が約 9Aであるので余裕を持たせて 10Aと したものである。
また、 VFを 25°C、 100°C及び 150°Cの三種類のジャンクション温度で規定している のは、それぞれ次のような実際の使用環境を反映させるためである。即ち、 25°Cは常 温での使用を反映し、 100°Cは一般的な太陽電池パネルの使用温度の上限 (定格 温度）（この温度は実際には 90°Cである力 ここでは余裕を持たせて 100°Cとしてい る）での使用を反映し、 150°Cは日本国内で使用される太陽電池パネル用端子ボッ タスのダイオードについて業界で要求される一般的なジャンクション温度保証値での 使用を反映している。
本発明の端子ボックスで用いるショットキーバリアダイオードの VFは、上述の各ジャ ンクシヨン温度で一定値以下であることが好ましい。 VFがこれらの値を上回ると、太 陽電池パネルの異常発生時 (即ち、ダイオード動作時)のショットキーバリアダイォー ドの発熱量が大きくなり、ショットキーノ リアダイオードを使用する利点が小さくなるか らである。
[0027] 上述のような要件を満たすショットキーバリアダイオードは、様々なジャンクション温 度保証値や VF特性を有する市販のショットキーバリアダイオードの中から適宜選択 することができる。例えば本発明者らが 150°C以上のジャンクション温度保証値を有 する巿販のショットキーノリアダイオードのうち、 55V定格型（逆方向耐電圧が 55Vで あるもの）、 55V定格低リーク型 (逆方向耐電圧が 55Vでありし力も漏れ電流が小さい もの）、及び 100V定格型（逆方向耐電圧が 100Vであるもの）と称される三種類のシ ヨットキーバリアダイオードについて 10Aの電流を通電したときの各温度での VF特性 を調べたところ、以下の表 2に示すようなデータが得られた。
[0028] [表 2] 表 2 . 市販の三種類のショットキ一バリアダイオードの V F特性の比較
Figure imgf000013_0001
表 2から理解される通り、 lOOV定格型は 25°Cでの VFが 0. 50V以下、 100°Cでの VFが 0. 40V以下、 150°Cでの VF力 O. 35V以下という要件を満たさないが、 55V 定格低リーク型及び 55V定格型はこの要件を満たす。また、 55V定格型は 25°Cで の VFが 0. 45V以下、 100°Cでの VFが 0. 35V以下、 150°Cでの VF力0. 30V以下 という一段階厳しい要件も満たす。従って、本発明の端子ボックスで用いるショットキ 一バリアダイオードとしては、これらの三種類のショットキーバリアダイオードのうちで は 100V定格型より 55V定格低リーク型や 55V定格型が好ましぐさらに 55V定格型 が最も好ましいことがわかる。
[0030] 上述の通り、結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスでショットキーバリアダ ィオードを用いる場合には、 VRが小さ 、と!/、うショットキーバリアダイオードの一方の 欠点は無視できる力 IRが大きいというショットキーノ リアダイオードのもう一方の欠点 は完全には無視できず、許容可能なレベルに留まる。しかし、本発明者は、端子ボッ タスの構造やショットキーバリアダイオードの種類を工夫すれば、 IRが大き 、と!/、ぅシ ヨットキーノ リアダイオードのもう一方の欠点も無視できるレベルに抑えることができる ことを見出している。
即ち、表 1からわかる通り、漏れ電流の値は温度によって変化し、温度が高くなると 漏れ電流の値も増大する。従って、端子ボックスの構造やショットキーノ リアダイォー ドの種類を工夫してショットキーノ リアダイオードの発生する熱を周囲に逃がしてダイ オードの温度を下げるようにすれば、漏れ電流の値をさらに低く抑えることができ、正 常発電時の発電効率の低下や端子ボックスの温度上昇を効果的に防止することが できる。
[0031] このために有効な端子ボックスの構造としては、例えばダイオードの発生する熱を 逃がすための放熱板を端子ボックスに具備させることやダイオードの発生する熱を逃 がすために端子板を通常の寸法より平面的に拡大することが考えられる。
[0032] 放熱板や拡大された端子板の具体的な構成や端子ボックスでの配置は当業者に は十分知られているものと思料する力 例えば図 2又は図 3に示すようなものであるこ とができる。図 2は放熱板を具備する本発明の端子ボックスの一例を示す。図 2中、 ( a)は端子ボックスの蓋部を取り除いた斜視図であり、 (b)は (a)の筐体を取り除いた 端子ボックス内部の斜視図であり、（c)は (a)の真上力もみた平面図である。図 2の端 子ボックスでは一つのショットキーノ リアダイオードが一対の端子板を相互に電気的 に接続しており、バイパスダイオードとして機能している。各端子板の一端は太陽電 池パネルから引き出された電極（図示せず）に接続され、他端は外部接続用ケープ ルに接続されており、これらのケーブルを介して隣接する太陽電池パネルが電気的 に接続される。図 2の端子ボックスでは、熱伝導率の高い金属などの薄板力 なる放 熱板がショットキーノリアダイオードの下にダイオードの底面と熱的に接触するように 設けられており、ダイオードの発生する熱を放熱板を介して逃がすようになつている。
[0033] 図 3は拡大された端子板を具備する本発明の端子ボックスの別の例を示す。図 3中 、（a)は端子ボックスの蓋部を取り除いた斜視図であり、（b)は (a)の筐体を取り除い た端子ボックス内部の斜視図であり、（c)は（a)の真上力もみた平面図である。図 3の 端子ボックスではショットキーノリアダイオードが三つ用いられ、二対の（四枚)の端子 板をそれぞれ相互に電気的に接続しており、バイノスダイオードとして機能して 、る。 四枚の端子板のうち、両端の (外側の）二枚の端子板は一端が太陽電池パネルから 引き出された電極 (図示せず）に接続され、他端が外部接続用ケーブルに接続され る。また、内側の二枚の端子板は太陽電池パネルから引き出された電極（図示せず） に接続される。図 3の端子ボックスでは、四枚の端子板のうち右端の端子板を除いた 三枚の端子板が通常の寸法より平面的に拡大されており、ダイオードの発生する熱 をこれらの拡大された端子板を介して逃がすようになって 、る。
[0034] また、ショットキーノリアダイオードの発生する熱を周囲に逃がしてダイオードの温 度を下げるのに有効なショットキーノリアダイオードの種類としては、例えば面実装型 又は非絶縁型のパッケージダイオードを挙げることができる。
[0035] 面実装型又は非絶縁型のノ ッケージダイオードは、図 4に示すようにダイオードのリ ードフレームの底面に絶縁性榭脂で被覆されていない部分を有する。従って、面実 装型又は非絶縁型のショットキーノリアダイオードを用いれば、ダイオードの発生す る熱をこの部分力 周囲に効率良く逃がすことができる。具体的には、面実装型又は 非絶縁型のノ ッケージダイオードの底面の絶縁性榭脂で被覆されて 、な 、部分を端 子ボックスの端子板や放熱板にハンダ付けや熱伝導性のグリスを介したビス止めなど で接触固定させることにより、ショットキーノリアダイオードの発生する熱をダイオード の底面を介して端子板や放熱板に効果的に逃がすことができる。
[0036] 従って、放熱板や拡大された端子板を端子ボックスにさらに具備させたり、面実装 型や非絶縁型のパッケージダイオードをショットキーノリアダイオードとして用いること により、ダイオードの温度を下げることができ、漏れ電流の値をさらに低くして正常発 電時の発電効率の低下や端子ボックスの温度上昇の問題を完全に無視できるレべ ノレに抑えることができる。
実施例
[0037] 以下、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによるダイオード及び端子ボックス の温度上昇防止効果を具体的に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
[0038] 本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの実際の使用条件下でのダイオード及び 端子ボックスの温度上昇防止効果を示すため、以下の試験サンプルを用いて以下の 測定手順でモデル実験を行った。
[0039] 試験サンプルの準備
(1)本発明例 1
バイパスダイオードとして表 2に示す 55V定格型のショットキーバリアダイオードを用 Vヽて図 5に示すような構造の試験サンプルを準備した。図 5の試験サンプルでは榭脂 製の筐体の内部に二対（四枚)の端子板が配置され、それらに三つの面実装型のシ ヨットキーノ リアダイオードが電気的に接続されている。四枚の端子板のうち、右端の 一枚を除く三枚の端子板は通常より寸法を平面的に拡大されている（図 6に示す筐 体内部の平面図も参照)。力 tlえて、拡大された端子板の上に三枚の放熱板がそれぞ れ取り付けられている。
(2)本発明例 2
図 5に示す試験サンプルにおいてダイオードを表 2に示す 55V定格低リーク型のシ ヨットキーノ リアダイオードに変更した以外は本発明例 1と同様にして試験サンプルを 準備した。
(3)本発明例 3
図 5に示す試験サンプルにおいてダイオードを表 2に示す 100V定格型のショットキ ーノ リアダイオードに変更した以外は本発明例 1と同様にして試験サンプルを準備し た。
(4)比較例
図 5に示す試験サンプルにおいてダイオードを表 1に示す PNダイオードに変更し た以外は本発明例 1と同様にして試験サンプルを準備した。 [0040] 測定丰順
ダイオード温度実測値の測定のため、本発明例 1〜3の試験サンプル及び比較例 の試験サンプルの図 6の Aに示す位置（面実装型ダイオードの露出されている金属 部分のうち、最も発熱量が多いと考えられる部分）に熱電対を取り付けた。また、順方 向の電圧降下値測定のため、本発明例 1〜3の試験サンプル及び比較例の試験サ ンプルの図 6の A及び B (面実装型ダイオードの露出されている金属部分のうち、 Aと 電気的極性が逆である部分）に示す位置にそれぞれリード線を取り付け、 A— B間の 電圧を測定できるようにした。また、端子ボックスの底面部分の温度実測値の測定の ため、ダイオードの真下にあたる端子ボックスの部分に熱電対を取り付けた。
[0041] 次に、本発明例 1〜3の試験サンプル及び比較例の試験サンプルの裏面にシリコ ーングリスを塗布し、ガラスパネルに貼り付けて太陽電池モジュールを作成した。
[0042] 次に、この太陽電池モジュールを 75°C雰囲気の恒温室中に、モジュールが恒温室 の内面と接触しないように吊り下げて設置した。なお、この 75°Cという温度は太陽電 池パネル用端子ボックスの耐熱温度測定の規格で定められて 、る温度であり、太陽 電池パネル用端子ボックスの実使用状況下で生じうる最高温度であるとされている。
[0043] 次に、定電流電源を用いて各試験サンプルに 6. OA, 8. 8A又は 11. OAの直流 電流を順方向に 1時間通電し、 1時間後のダイオード温度実測値、順方向の電圧降 下値及び端子ボックスの底面部分の温度実測値をそれぞれ測定した。なお、 6. OA という通電電流量は小型の結晶系シリコン太陽電池パネルの一般的な最大出力動 作電流値に相当し、 8. 8Aという通電電流量は現在の通常の大きさの結晶系シリコン 太陽電池パネルの一般的な最大出力動作電流値に相当し、 11. OAという通電電流 量は太陽電池パネル用端子ボックスの温度試験で用いることが要求されて 、る規格 上の試験値（8. 8Aに 25%の余裕を持たせた値）に相当する。
また、測定したダイオード温度実測値力もジャンクション温度 (Tj)を推定した。この 推定は各ダイオードのジャンクション (発熱部分）とダイオード温度実測位置との間の 熱抵抗値を 0. 5°Cとし、各ダイオードの発熱量と上述の熱抵抗値の積を発熱部分か ら温度実測位置までに損失された温度であるとして、以下の式に従って計算した。 推定ジャンクション温度 (推定 Tj) = (ダイオード温度実測値） +0. 5 X (ダイオード の発熱量）
なお、ダイオードの発熱量は、通電電流量と順方向の電圧降下値 (VF)の積である 本発明例 1〜本発明例 3及び比較例の端子ボックスにつ 、てのこれらの測定結果 及び計算結果を以下の表 3 (その 1)〜表 3 (その 4)に示す。
[表 3] 表 3. (その1) 本発明例 1 ( 55 V定格型ショットキーバリアダイオード）の VF-温度測定結果
ダイオード位置
左 ¾s 中夹 ¾¾ 平均又は合計 順方向の電圧降下値 （V F) 0.2696V 0.2697V 0.2708V 0.2700V (平均） ダイオード発熱量 1.62W 1.62W 1.62W 4.86W (合計） 順 6.0A ダイオード温度実測値 98.0°C 98.3°C 97.5°C 97.9°C (平均） 方 推定ジャンクション温度 (堆定 Ti) 98.8°C 99.1°C 98.3°C 98.7°C (平均） 向 端子ボックス底面温度実測 fil(Tc) 88.3°C 89.4°C 88.4°C 88.7°C (平均） の 順方向の電圧降下値 (V F) 0.2755V 0.2747V 0.2771V 0.2758V (平均） 通 ダイオード発熱量 2.42W 2.42W 2.44W 7.28W (合計） 電 8.8A ダイオード温度実測値 112.2°C 112.5。C 110.5°C 111.7°C (平均） 量 推定ジャンクション温度 (堆定 Ti) 113.4°C 113.7°C 111.7°C 112.9°C (平均） 端子ボックス 溫度実測 fit(Tc) 96.0°C 98.0°C 95.4°C 96.5¾ (平均）
I 順方向の電圧降下値 （V F) 0.2808V 0.2791V 0.2821V 0.2807V (平均）
F ダイオード発熱量 3.09W 3.07W 3.10W 9.26W (合計）
11. OA ダイオード温度実測値 121.9°C 122.3°C 119.9°C 121.4°C (平均） 推定ジャンクション温度 (堆定 ΤΊ) 123.4°C 123.8°C 121.5°C 122.9°C (平均） 端子ボックス底面温度実測値 (Tc) 101.7°C 105.0°C 100.8°C 102.5°C (平均）
表 3. (その 2) 本発明例 2 (5 5V定格低リーク型ショットキーバリアダイオード） の VF 温度測定結果
Figure imgf000019_0001
表 3. (その 3) 本発明例 3 ( 1 00V定格低リーク型ショットキーバリアダイオード）
の VF 温度測定結果 ダイォ一ド位置
左端 中央 右端 平均又は合計 順方 1 の電圧降下値 （VF) 0.6151V 0.6092V 0.6162V 0.6135V (平均） ダイオード発熱量 3.69W 3.66W 3.70W 11.04W (合計） 順 6.0A ダイオード温度実測値 124.0 : 126.3T: 123.7 124.6T: (平均） 方 推定ジャンクション温度 （推定 Tj) 125.8で 128.lt： 125.5 126.5で （平均） 向 端子ボックス底面温度実測値（Tc) 鳳 5で m.ir 鳳 9で 109.5で （平均） の 順方向の電圧降下値 （VF) 0.5726V 0.5651V 0.5720V 0.5699V (甲-均） 通 ダイオード発熱量 5.04W 4.97W 5.03W 15.04W (合計) 電 8.8A ダイオード温度実測値 143.lt： 146.6で 143.6で 144.4で （平均） m 推定ジャンクション温度 （推定 Tj) 145.6 : 149.lt： 146.lt： 146.9 (平均) 端子ポックス底面温度実測値（T C ) 118.9で 119.9T: 119.6 119.5t: (平均） 順方向の電圧降下値 （VF) 0.5340V 0.5233V 0.5311V 0.5295V (甲-均）
I
ダイオード発熱量 5.87W 5.76W 5.84W 17.47W ( t計)
F
11.0A ダイオード温度実測値 156.3で 162.0で 15S.1V 158.8 （平均） 推定ジャンクション温度 （推 ¾Tj) 159.2で 164.9 161. O 161.7^ (甲-均) 端子ボックス底面温度実測値（Tc) 125. 130.5 127.7T: 128.0T: (平均) 表 3. (その4) 比較例（PNダイオード）の VF-温度測定結果
Figure imgf000020_0001
[0045] また、表 3 (その 1)〜表 3 (その 4)のデータの最大値に基づいて作成した順方向の 通電流 (IF)と順方向の電圧降下値 (VF)又はジャンクション温度 (Tj)の関係を示す グラフを図 7に、順方向の通電流 (IF)と端子ボックス底面温度 (Tc)の関係を示すグ ラフを図 8に、順方向の通電流（IF)と端子ボックス内の三つのダイオードの合計発熱 量の関係を示すグラフを図 9にそれぞれ示す。
[0046] 表 3 (その 1)、表 3 (その 4)及び図 7からわ力る通り、 55V定格型ショットキーノ リア ダイオードを用いた本発明例 1の端子ボックスの順方向の電圧降下値 (VF)は、どの 通電量でも PNダイオードを用いた比較例の端子ボックスの VFより著しく小さぐ平均 して 0. 4V程度小さ力つた。このように VFが小さいため、 VFと IFの積である発熱量も 図 9に示す通り本発明例 1の端子ボックスの方が比較例の端子ボックスより著しく小さ ぐ平均で比較例の端子ボックスの発熱量の 40%程度であった。特に、発熱量の差 は通電流量 (IF)が増大するにつれて一段と大きくなつた。ダイオードのジャンクショ ン温度 (Tj)及び端子ボックスの底面温度 (Tc)も発熱量と同様の傾向を示し（図 7及 び図 8)、本発明例 1の端子ボックスの方が比較例の端子ボックスより著しく低ぐその 差は通電量が増大するにつれて一段と大きくなつた。
[0047] また、ショットキーノ リアダイオードの種類を変えた本発明例 2及び本発明例 3の端 子ボックスでも本発明例 1と同様の傾向が見られたが、 PNダイオードを用 、た比較 例の端子ボックスとの順方向電圧降下値 VFの差、発熱量の差、ダイオードジャンク シヨン温度 Tjの差、及び端子ボックスの底面温度 Tcの差は、本発明例 1より本発明 例 2の方が小さぐまた本発明例 2より本発明例 3の方が小さ力つた。
[0048] 特に、端子ボックスの底面温度 (Tc)につ ヽては、端子ボックスを構成する榭脂の耐 熱温度は通常 120°C程度であるため、 Tcは 120°C以下であることが榭脂の変形を防 止して端子ボックスの安全性及び信頼性を高める上で極めて望ま 、が、表 3及び 図 8からわかる通り、比較例の端子ボックスでは 8. 8A及び 11. OAの通電流量では 端子ボックスの底面温度（Tc)が 120°Cを超えており、 6. OAの通電流量でも 120°C のわずかに下である。これに対し、本発明例 1及び本発明例 2の端子ボックスではい ずれの通電流量でも端子ボックスの底面温度 (Tc)は 120°Cを大きく下まわるので、 端子ボックスの安全性及び信頼性が極めて高 、と!/、える。
[0049] また、ショットキーノ リアダイオードの種類を 100V定格型に変えた本発明例 3の端 子ボックスでは、通電量が 11. OAの場合は端子ボックスの底面温度 (Tc)は 120°C を若干超えた力 通電量が 6. OA及び 8. 8Aの場合は 120°Cを下まわった。 11. OA という通電量は上述の通り、規格上の試験値であり、実際の使用状況下でバイパスダ ィオードに流れる電流量より 25%大きい余裕を持たせた通電量である。従って、本発 明例 3の端子ボックスでも実際には現在の結晶系シリコン太陽電池パネルに対して 十分使用可能であるといえる。
[0050] 以上の実験結果から、バイノスダイオードとしてショットキーノ リアダイオードを用い た本発明例 1〜3の端子ボックスによれば、ダイオード及び端子ボックスの温度上昇 を効果的に防止して端子ボックスの安全性及び信頼性を高めることができることは明 らかである。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明の結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスによれば、ダイオードの動 作時の発熱を抑制してダイオード及び端子ボックスの温度上昇を効果的に防止する ことができるため、ダイオードの破損や端子ボックスの変形の恐れが全くない。従って 、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは、長期間（20年以上)の使用期間にわ たって極めて高い安全性及び信頼性が求められる太陽電池パネル用端子ボックス の分野において好適に利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] ノ ィパスダイオードを具備する結晶系シリコン太陽電池パネル用端子ボックスであ つて、前記ノ ィパスダイオードがショットキーノ リアダイオードであることを特徴とする 太陽電池パネル用端子ボックス。
[2] ショットキーノ リアダイオードが 150°C以上のジャンクション温度保証値を有すること 、及び 10Aの電流を通電したときのショットキーバリアダイオードの順方向電圧降下 力 25°Cのジャンクション温度で 0. 50V以下、 100°Cのジャンクション温度で 0. 40 V以下、 150°Cのジャンクション温度で 0. 35V以下であることを特徴とする請求項 1 に記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
[3] 10Aの電流を通電したときのショットキーノ リアダイオードの順方向電圧降下力 2 5°Cのジャンクション温度で 0. 45V以下、 100°Cのジャンクション温度で 0. 35V以下 、 150°Cのジャンクション温度で 0. 30V以下であることを特徴とする請求項 2に記載 の太陽電池パネル用端子ボックス。
[4] ノ ィパスダイオードの発生する熱を逃すための放熱板及び/又はバイパスダイォ ードの発生する熱を逃がすための拡大された端子板をさらに具備することを特徴とす る請求項 1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
[5] ショットキーノ リアダイオードが面実装型又は非絶縁型のパッケージダイオードであ ることを特徴とする請求項 4に記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
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