JP2012527767A - 電気絶縁された熱放散接続箱 - Google Patents

Abstract

光起電性パネルへの電気的接続を行うために使用される接続箱である。接続箱は、第１のチャンバーおよび第２のチャンバー、ならびに両方のチャンバーを区切る共有の壁を含む２つのチャンバーを有する。この壁は、その間を通して電気的接続を有するよう構成されていても良い。この２つの蓋は、それぞれ２つのチャンバーを密閉するように構成されている。この２つの蓋は、光起電性パネルに対して接続箱の反対側にある。この２つの蓋は、異なる密閉度を有するよう異なる密閉処理を使用して取り付け可能であっても良い。第１のチャンバーは、回路基板を受けるよう構成されていても良い。この接続箱は、第１のチャンバーに、プリント回路基板を取り付けるための支持部を含んでいても良い。第２のチャンバーは、光起電性パネルへの電気的接続用に構成される。金属製のヒートシンクは、第１のチャンバー内に接着されていても良い。第１のチャンバーは、電力変換用の回路基板を受けるよう構成され、金属製のヒートシンクは、回路基板によって生成される熱を放散するよう構成されている。

Description

本発明は、電源用の接続箱に関し、特に、光起電性パネルに電気的に接続された接続箱に関する。

光起電性モジュールまたは光起電性パネルは、パッケージ化された、太陽電池とも呼ばれる光電池の相互接続されたアセンブリである。単一の光起電性モジュールは、限定された電力量のみしか生み出せないため、商業的設置には、直列および並列で太陽電池アレイの形に相互接続した複数のモジュールまたはパネルを含む。電気的接続は、目的の出力電力を達成する、および／または目的の電流源能力量を提供するため直列に行われる。太陽電池の設置は一般に、光起電性モジュール、インバータ、バッテリ、および相互接続ワイヤを含む。

光起電性モジュールの一部が陰になると、陰になった電池は、陰になっていない電池と同じ電流を生み出すことはない。太陽電池は直列で接続されているため、同じ量の電流が、すべての直列に接続されている電池に流れなければならない。陰になっていない電池は、陰になっている電池に、より多くの電流を強制的に流す。陰になっている電池がより高い電流で動作できるようにする唯一の方法は、系統に正味電圧の損失を起こす負電圧の領域で動作することである。電流とこの負電圧とを乗じた値が、陰になった電池により生み出される負の電力である。陰になっている電池は熱として電力を放散し、「ホットスポット」を発生させる。バイパスダイオードは従って、光起電性モジュールと一体化して、光起電性モジュールが部分的に陰になった場合に電池が過熱しないようにする。

ブロッキングダイオードは、バッテリからモジュールに夜電流が逆方向に流れるのをブロックしたり、日中、損傷したモジュールに並列接続されたモジュールから逆方向に流れるのをブロックしたりするなど、逆方向の電流の漏出をブロックするため、電池またはモジュールと直列で配置して良い。

電気的モジュールは、たとえば直流（ＤＣ）から直流の変換などの電気的変換、マイクロインバータなどの電気的インバージョン、あるいはパフォーマンスの監視および／または盗難防止といったその他の機能などを実行する光起電性モジュールと統合しても良い。

米国特許第ＵＳ７２９１０３６号明細書では、接続箱の内部のプリント回路基板に取り付けられた面搭載ダイオードを使用する接続箱を含む太陽電池接続システムを開示している。接続箱は、ダイオードからの熱を放散するためのヒートシンクとして接続箱の蓋内部に取り付けた金属製のプレートを任意で含む。

本明細書で使用する「ケーブルグランド」という言葉は、電子機器に挿入する電気ケーブルまたはコードの入り口に使用される装置を指し、電子機器の1つに挿入している電気ケーブルをしっかりと固定するために使用される。
本発明の背景における「原位置で」という言葉は、たとえば射出成形などの部品の製造後に取り付けるのではなく、製造過程で接着あるいは取り付けてあることを指す。

本発明に従うと、光起電性パネルに電気的接続を行うために使用される接続箱が提供されている。接続箱は、第１のチャンバーおよび第２のチャンバー、ならびに両方のチャンバーを区切る共有の壁を含む、２つのチャンバーを有する。この壁は、その間を通して電気的接続を有するよう構成されていても良い。この２つの蓋は、それぞれ２つのチャンバーを密閉するように構成されている。この２つの蓋は、光起電性パネルに対して接続箱の反対側に構成されている。この２つの蓋は、異なる密閉処理を使用して取り付け可能であっても良い。１つの蓋は、第１のチャンバーを密閉するように構成され、もう１つの蓋は第１のチャンバーの密閉度と異なる密閉度で第２のチャンバーを密閉するように構成されていても良い。第１のチャンバーは、光起電性パネルの電力出力の電力変換用の回路基板を受けるよう構成されていても良い。この接続箱は、第１のチャンバーに、プリント回路基板を取り付けるための支持部を含んでいても良い。第２のチャンバーは、光起電性パネルへの電気的接続用に構成される。第２のチャンバーは、任意で、たとえばバイパスおよび／またはブロッキングダイオードなどのダイオードを含むように構成しても良い。接続箱は、光起電性パネルへの回路の接続用に第２のチャンバー内部に取り付けた電気接続端子を有していても良い。金属製のヒートシンクは、第１のチャンバー内に接着されていても良い。第１のチャンバーは、電力変換用の回路基板を受けるよう構成され、金属製のヒートシンクは、回路基板によって生成される熱を放散するよう構成されている。ヒートシンクは、接続箱の製造過程で射出成形で配置される。接続箱はさらに、回路基板と金属製ヒートシンクとの間で熱伝導と電気絶縁を行うよう構成されているパッドを含んでいても良い。金属製のヒートシンクは、接続箱と金属製ヒートシンクが相互に分離するのを防ぐように構成されているあり継ぎ構造を含んでいても良い。あり継ぎ構造は、空洞でも良い。

本発明は、光起電性パネルに電気的接続を行うために使用される接続箱を提供する。接続箱は、第１のチャンバーに原位置で接着されている金属製ヒートシンクを有する。第１のチャンバーは、電力変換用の回路基板を受けるよう構成され、金属製のヒートシンクは、回路基板によって生成される熱を放散するよう構成されている。接続箱は、任意で、第１のチャンバーおよび第２のチャンバー、ならびに両方のチャンバーを区切る共有の壁を含む、２つのチャンバーを有しても良い。２つの蓋は、それぞれ２つのチャンバーを密閉するように構成されている。金属製のヒートシンクは、接続箱と金属製ヒートシンクが相互に分離するのを防ぐように構成されているあり継ぎ構造を含んでいても良い。19. この壁は、その間を通した電気的接続を有していても良い。

本発明は、本明細書において、例示のみを用いて、添付図面を参照しながら説明される。

図１Ａは、本発明の一実施形態による接続箱の等角図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態による接続箱の等角図である。 図１Ａの破線で示した接続箱の断面ＸＸの詳細である。 図１Ａの破線で示した接続箱の断面ＹＹの詳細である。 図３Ａは、本発明の別の実施形態によるヒートシンクの等角図である。 図３Ｂは、本発明の別の実施形態によるヒートシンクの等角図である。

前述のおよび／またはその他の態様は、添付の図面と以下の詳細な説明を共に検討すると明らかになるであろう。

ここで、本発明の実施形態が詳細に参照され、その実施例は添付図面に例証されている。同じ参照番号は全体を通して同じ要素を示す。実施形態は、これらの図面を参照することにより、本発明を説明するために以降で説明される。

導入部を通って、光起電性モジュールに取り付けられている接続箱内のダイオードおよび／または電気モジュールは熱を放散する。絶縁接続箱を使用する場合、熱はほとんどが接続箱内部の空気から放散されなければならない。金属製の接続箱を使用する場合、熱は接続箱から直接放散しても良い。しかし、金属製の接続箱の使用は、接地できる金属製表面と、追加の配線を用意しなければならない規制のために不便である場合がある。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は後述の説明または図面での図示で説明したコンポーネントの設計の詳細への適用に限定されるものではない。本発明は、他の実施形態、またはさまざまな方法で実践あるいは実行されることができる。また、本明細書で使用されている用語および専門用語は説明のためであり、限定しているとみなすべきではないことは理解されよう。

ここで図面を参照すると、図１Ａは本発明の実施形態に従った接続箱１２の等角図１０Ａである。接続箱１２は、光起電性パネル１６の背面（または非光起電性側）４に取り付けられているように示されている。接続箱１２は、接続箱１２の内側でケーブルを終端できるケーブルグランド１３０を有する。接続箱１２は外側筐体１０２を有し、蓋１０６を使用して接続箱１２内にアクセスする。

図１Ｂは、光起電性パネル１６から取り外した接続箱１２の下側の等角図である。この等角図は、接続箱１２のグランド１３０と２つの部分ＡおよびＢを示す。チャンバーＡはディメンジョンＺ×Ｘで区切られ、チャンバーＡは蓋１０８により覆われる。蓋１０８から接続箱１２のチャンバーＡにアクセスできる。チャンバーＢはデメンジョンＸ×Ｙで区切られた開放部で、端子１０４が現れている。バイパスダイオード１１０は端子１０４間に接続される。本発明の特徴に従うと、チャンバーＢにアクセスするために取り外された蓋１０６と、チャンバーＡにアクセスするために使用される蓋１０８は、接続箱１２の反対側にある。

図２Ａは、図１Ａに破線で示した接続箱１２の断面ＸＸの詳細を示す図で、本発明の特徴を示している。断面ＸＸは、光起電性パネル１６の非光起電性側４にクリップ２１６で取り付けた接続箱１２のチャンバー部ＡおよびＢを示す。接続箱１２と光起電性パネル１６の間のクリップ２１６を使用した機械的留め具は、接続箱１２が光起電性パネル１６上に平らになるようにし、ガスケットを使用してチャンバーＢの開放端を密閉しても良い。

チャンバーＡは、回路基板２６０、熱伝導パッド２６２、ヒートシンク２６４、外側筐体１０２および蓋１０８を含む。回路基板２６０は、回路基板２６０を受けるようなされた支持部上に取り付けられることが好ましい。熱パッド２６２は、ヒートシンク２６４と回路基板２６０との間で電気絶縁と熱伝導性を実現する。回路基板２６０のコンポーネント側は、回路基板２６０のコンポーネントにより生み出された熱が、熱パッド２６２を介してヒートシンク２６４により放散されるよう熱パッド２６２に接触していることが好ましい。回路基板２６０の動作の結果接続箱１２から排出される無線周波妨害（ＲＦＩ）は、電気的に伝導性のシールド１０８ａで蓋１０８の側面を覆うことで低減する。シールド１０８ａは、接続箱１２からのＲＦＩ排出を抑えるファラデー箱を形成するため電気的にヒートシンク２６４に接続する。

本発明の態様による蓋１０８は、射出成形過程で製造されることが好ましい。蓋２０７の射出成形過程で、シールド１０８ａは原位置で配置し射出成形過程で蓋１０８に接着しても良い。このように、蓋１０８が箱のチャンバーＡに取り付けられている場合、接続箱１２はヒートシンク２６４およびシールド１０８ａにより電気的に絶縁される。外側筐体１０２および蓋１０８はさらに、パネル１６の背面４と接続箱１２の外側との間のヒートシンク２６４とシールド１０８ａに非電気的伝導体絶縁を提供する。蓋１０８は任意で、恒久的におよび／または密性的にチャンバーＡに密閉される。

チャンバーＢは端子１０４、支持部２１４、バイパスダイオード１１０、蓋１０６、バスバー２１２および壁２０２を含む。壁２０２はチャンバー部ＡおよびＢ間の物理的分離を提供する。チャンバーＡの回路基板２６０とチャンバーＢの電気的コネクター１０４との間の電気的接続はバスバー２１２を経由する。バスバー２１２は、たとえば水や湿度の浸入を防ぐといったチャンバーＡの目的の密閉性を保持するような方法で壁２０２内に密閉される。電気的コネクター１０４とバスバー２１２は支持部２１４により機械的に支持される。支持部２１４はまた、バスバー２１２に接続するコネクター１０４の片端と光起電性パネル１６により提供される接続部へ接続するコネクター１０４のもう片端との間の密閉性密封および／または電気絶縁も提供して良い。コネクター１０４に接続されるバイパスダイオード１１０は、支持部２１４とパネル１６の背面４との間または支持部２１４と蓋１０６との間に配置しても良い。蓋１０６はチャンバーＢへのアクセスを備え、一方で接続箱１２は光起電性パネル１６に物理的に取り付けられるがパネル１６からは電気的に絶縁される。蓋１０６を接続箱１２に取り付ける好ましいメカニズムは、チャンバーＢが密閉的に、たとえば水／湿度が蓋１０６からチャンバーＢに浸入するといったことから保護するためゴムのガスケットの配列を使用して密閉されることである。

本発明の別の実施形態によると、接続箱１２はチャンバーＡとチャンバーＢが相互に分離可能で再取り付け可能な二重壁２０２で構築される。同様に、コネクター２１２はチャンバーＡとチャンバーＢとの間で再接続可能である。この実施形態では、回路基板２６０の電子機器内の故障は、チャンバーＡを新しい回路基板２６０に、チャンバーＢを光起電性パネル１６から取り外さずに交換することで修理できる。同様に、電子機器のアップグレードは簡単に行える。

筐体１０２、蓋１０８／１０６、ヒートシンク２６４、熱パッド２６２を含む接続箱１２は、ＩＥＣ ６１２１５（Ｅｄ.２）の温度および絶縁標準またはその他の光起電性パネルへの接続で使用する該当する業界標準に準拠するようなされていることが好ましい。接続箱１２および蓋１０８／１０６は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、熱可塑性物質、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリ（ｐ-フェニレン オキサイド）（ＰＰＯ）、またはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の射出成形により製造されていても良い。

図２Ｂは、本発明の実施形態による図１Ａに破線で示した接続箱１２の断面ＹＹの詳細を示す図である。断面ＹＹは、光起電性パネル１６の背面４に取り付けられたチャンバーＡの断面である。断面ＹＹは、外側筐体１０２、あり継ぎ構造２６４を有するヒートシンク２６４、熱伝導パッド２６２、回路基板２６０および電気シールド１０８ａを有する蓋１０８を示す。

本発明の好ましい実施形態における接続箱１２の箱チャンバー部ＡおよびＢの製造は、射出成形過程によるものでる。射出成形過程で、あり継ぎ２６４ａを伴うまたは伴わないヒートシンク２６４は、チャンバーＡの内部に配置され、原位置で、射出成形過程の結果として箱チャンバーＡに接着される。

ヒートシンク２６４と箱チャンバーＡ間でさらに接着の強度をあげるため、ヒートシンク２６４の一体化部分にあっても良いあり継ぎ構造２６４ａにより提供しても良い。あり継ぎ２６４ａのさらなる機能により、ヒートシンク２６４とチャンバーＡ間の接着が、たとえば接続箱１２がチャンバーＡ内部で動作する電子コンポーネント、周囲の熱の高さ、および光起電性パネルに取り付けてある接続箱１２に日光が当たった結果として熱応力に影響を受ける場合などに損傷しないように保証する。ここで、ネジなどの留め具が、チャンバーＡをヒートシンク２０２に固定するために使用され、あり継ぎ構造２６４ａの水平方向の寸法は一般に、留め具のサイズに対応するために拡大する。あり継ぎ構造２６４ａのさらなる特徴として、あり継ぎ２６４ａの変形を可能にするあり継ぎ２６４ａ内の空洞構造がある。あり継ぎ２６４ａの変形により、ヒートシンク２６４とチャンバーＡの筐体１０２との間の接着の硬化／冷却時に筐体１０２とヒートシンク２６４／あり継ぎ２６４ａがさまざまな熱膨張度を取ることが可能になる。

ここで本発明の別の実施形態に従って、ヒートシンク２６４の等角図を示した図３Ａと３Ｂを参照する。ヒートシンク２６４は４つの穴３０２を有する。穴３０２は、ヒートシンク２６４を接続箱１２のチャンバーＡにネジを用いて取り付けるために使用される。ヒートシンクのチャンバーＡへの取り付けは、接続箱１２の射出成形後の追加手順として、あるいは射出成形していない接続箱１２の追加手順としてあっても良い。追加の熱パッドは、ヒートシンク２６４が筐体１０２に取り付けられた後のヒートシンク２６４と筐体１０２の良好な接触を確実にするため、ヒートシンク２６４と筐体１０２との間に配置しても良い。熱パッドの変形可能な性質は、ヒートシンク２６４および筐体１０２の、ヒートシンク２６４／筐体１０２の製造によって起こる均一でない表面に対応するために使用される。または、熱伝導性接着剤または埋め込み素材をヒートシンク２６４と筐体１０２との間に配置しても良い。

本明細書で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、「ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ（１つまたは複数の）」を意味する。たとえば、「ａ ｈｅａｔ-ｓｉｎｋ（ヒートシンク）」、「ａ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ（回路基板）」は「ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ（１つまたは複数の）」の意味を持ち、「ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｈｅａｔ-ｓｉｎｋｓ（１つまたは複数のヒートシンク）」あるいは「ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄｓ（１つまたは複数の回路基板）」を意味する。

本発明の実施形態のうち選択したものを示して説明しているが、本発明は説明した実施形態のみに制限されるものではないことは理解されよう。それどころか、本発明の原理、精神、特許請求の範囲で定義された範囲、およびその他同等の内容から逸脱しないで、これらの実施形態に対する変更も認められよう。

Claims (20)

1. 光起電性パネルへの電気的接続を行うために使用する接続箱であって、
   第１のチャンバーおよび第２のチャンバーを含む２つのチャンバーと、
   両方のチャンバーを分離する共有の壁と、
   前記それぞれ２つのチャンバーを密閉するように構成されている２つの蓋と、
   を備えた接続箱。
2. 前記２つの蓋が、前記光起電性パネルに対して前記接続箱の反対側に構成されている、請求項１に記載の接続箱。
3. 前記壁が、それを通って電気的接続を有するように構成されている、請求項１に記載の接続箱。
4. 前記２つの蓋が、異なる密閉処理を使用して取り付け可能な、請求項１に記載の接続箱。
5. 前記第１のチャンバーを密閉するように構成されている前記２つの蓋のうちの１つと、異なる密閉度で前記第２のチャンバーを密閉する前記２つの蓋のうちのもう片方とを、さらに備える、請求項１に記載の接続箱。
6. 前記第１のチャンバーが、前記光起電性パネルの電力出力の電力変換用の回路基板を受けるよう構成されている、請求項１に記載の接続箱。
7. 前記第１のチャンバーに、プリント回路基板を取り付けるための支持部をさらに備えた、請求項１に記載の接続箱。
8. 前記第２のチャンバーが、前記光起電性パネルへの電気的接続用に構成されている、請求項１に記載の接続箱。
9. 前記第２のチャンバーがダイオードを含むよう構成された、請求項１に記載の接続箱。
10. 回路を前記光起電性パネルに接続するための電気接続端子をさらに備え、前記電気接続端子が前記第２のチャンバー内に取り付けられている、請求項１に記載の接続箱。
11. 前記第１のチャンバー内に接着された金属製ヒートシンクをさらに備えた、請求項１に記載の接続箱。
12. 前記第１のチャンバーが、電力変換用の回路基板を受けるよう構成され、前記金属製のヒートシンクが、前記回路基板によって生成される熱を放散するよう構成されている、請求項１１に記載の接続箱。
13. 前記ヒートシンクが前記接続箱の製造の射出成形過程で原位置にて鋳造される、請求項１１に記載の接続箱。
14. 前記金属製のヒートシンクが、前記金属製のヒートシンクと前記接続箱との相互分離を防ぐよう構成された、あり継ぎ構造を含む、請求項１１に記載の接続箱。
15. 前記あり継ぎ構造が空洞である、請求項１４に記載の接続箱。
16. 前記回路基板と前記金属製のヒートシンクとの間で熱伝導および電気絶縁を行うよう構成されるパッドをさらに備えた、請求項１１に記載の接続箱。
17. 光起電性パネルへの電気的接続を行うために使用する電気的に絶縁した接続箱であって、前記第１のチャンバー内に原位置で接着された金属製のヒートシンクであって、前記第１のチャンバーは電力変換用の回路基板を受け、前記金属製ヒートシンクは前記回路基板により生み出される熱を放散するよう構成されるヒートシンクを備えた、接続箱。
18. 請求項１７に記載の電気的に絶縁した接続箱であって、さらに、
    第１のチャンバーおよび第２のチャンバーを含む２つのチャンバーと、
    両方のチャンバーを分離する共有の壁と、
    前記それぞれ２つのチャンバーを密閉するように構成されている２つの蓋と、
    を備えた接続箱。
19. 前記金属製のヒートシンクが、前記ヒートシンクと前記接続箱との相互分離を防ぐよう構成されたあり継ぎ構造を含む、請求項１７に記載の電気的に絶縁した接続箱。
20. 前記壁が、それを通って電気的接続を有するように構成されている、請求項１７に記載の電気的に絶縁した接続箱。

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