JP5528277B2 - 太陽電池モジュール用端子ボックスおよび太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、未発電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未発電セル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器製品に供給する。複数の太陽電池モジュールは、各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、モジュール連結ケーブルにて直列に接続される。

一方、太陽電池モジュールは、一般に複数の太陽電池セルが封止されて作製され、複数の太陽電池セルは出力リード線により直列に接続され、出力リード線は端子ボックスに引き出されている。

端子ボックスは、太陽電池モジュールから引き出された出力リード線が一端に接続されるとともに他端にモジュール連結ケーブルが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未発電セルバイパス用のバイパスダイオードとを備えている。

一般に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は抵抗として働くため、ここに発電状態の太陽電池セルから電流が流れることによって発熱しセルを破壊してしまうことがある。このような未発電状態の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未発電セルバイパス用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てセルの破壊を防止するが、その際に発熱する。そして、この熱を十分に逃がすことが出来ないと定格温度を超え破損する恐れがある。

端子ボックス内で、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素子本体部と、この素子本体から延出する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素子本体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。すなわち、バイパスダイオードの素子本体は端子板に実装されている。そして、パイパスダイオードにて発生した熱は端子板を介して放熱する。このような構造であるため、従来、端子板にフィン構造を設ける等して、放熱性の向上を図る提案がされている（例えば、特許文献１参照）。

一方、従来、端子ボックス内には、防水を目的として熱伝導性絶縁樹脂であるポッティング材が充填されることがある。このポッティング材は、端子ボックス内の各部品の配設・配線が完了した後、溶融状態で各部品間に隙間無く流し込まれ、その後硬化する。ポッティング材は、端子ボックス内を隙間なく封止して電気部品を雨水等から守る。

特開２００６−２６９８０３号公報

上記従来の技術によれば、上記のように放熱性の向上を図って端子板にフィン構造を設けることがあるが、端子板にフィン構造を設けると、ポッティング材の流し込み時の回り込みが悪くなり、各部品間に隙間無く行き渡らず空気層などが形成され、逆に放熱性が低下することがある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、端子板の放熱性を向上させるとともに、ボックス本体に充填される充填材の回り込みを阻害しない太陽電池モジュール用端子ボックスを提供することを目的とする。

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箱状のボックス本体と、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が接続される良熱伝導性の複数の端子板と、端子板に搭載された素子本体、および素子本体から延びる脚部電極からなり、脚部電極にて端子板間を橋絡する複数の未発電セルバイパス用の整流素子と、ボックス本体内に充填される充填材とを備え、端子板は、ボックス本体の底面との間に隙間を空けて支持されて上下面を充填材により封止され、端子板には、充填材がボックス本体に充填される際、溶融状態の充填材が流通可能な流通穴が貫通して設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、端子板に流通穴が形成されることで溶融状態の充填材が流通穴を流通するので、充填材は各部品間に隙間無く良好にゆきわたり、空気層が形成されないので、放熱性がさらに向上す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正面図である。 図４は、端子ボックスにポッティング材（熱伝導性絶縁樹脂）を充填した様子を示す正面図である。 図５は、整流素子（バイパスダイオード）の正面図である。 図６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７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を取り外した端子ボックスの正面図である。 図８は、この発明の実施の形態２の端子板の断面図である。 図９は、比較のために示す端子板の他の例の断面図である。 図１０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端子板の正面図である。 図１１は、図１０のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。

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との間に挟まれて、両カバー部材間に注入された樹脂により封止されてなる太陽電池パネル１５と、この太陽電池パネル１５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、プラスチック等の樹脂材料で作製され、外殻を構成する概略箱状をなしている。この端子ボックス２０は、さらにボックス本体２０Ａと蓋体２０Ｂに分割されている。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、ボックス本体２０Ａ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の正面図である。図４は、端子ボックスにポッティング材（熱伝導性絶縁樹脂）４Ａを充填した様子を示す正面図である。図５は、整流素子（バイパスダイオード）の正面図である。図６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、内部に太陽電池モジュール１００の出力部４を収納している。ボックス本体２０Ａの底面の図３示上側の隅部に、辺に沿って矩形のリード線引込口２０ａが開口している。このリード線引込口２０ａを介して、太陽電池パネル１５の内部から延びる図示しない出力リード線がボックス本体２０Ａ内に挿入される。この出力リード線は、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、外部電線を接続する３枚の端子板（第１〜第３の端子板）１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、未発電セルバイパス用の２個のバイパスダイオード（以降、単にダイオード）８Ａ，８Ｂとを含んで構成されている。ボックス本体２０Ａの底面に突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃが突設されている。３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ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を挿入して、突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃに固定され、ボックス本体２０Ａの底面との間に所定の隙間を空けて支持されている。端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、相互に平行に図３の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の図３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６）。

一方、３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃのうち、図示左右端の２枚の端子板１Ａ，１Ｃの図３示下端には、ケーブル接続部１ｂが設けられ、モジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂが圧着接合されている。端子板１Ｂの図３示下端には、ケーブル接続部１ｂが設けられてない。端子板１Ｂの図３示下端は、放熱性を図り、幅・長さがともに拡大されて他の端子板１Ａ，１Ｃよりも面積が大きい大面積部１ｆとなっている。そして、この大面積部１ｆに３個の流通穴１ｅが穿孔されている。流通穴１ｅは小径で例えばプレス打ち抜きにより、端子板１Ｂの外形形成と同時に形成される。

図４に示すように、ボックス本体２０Ａの出力部４内には、防水を目的として、熱伝導性絶縁樹脂であるポッティング材（充填材）４Ａが充填される。ポッティング材４Ａは、出力部４の配設・配線が完了し、太陽電池モジュールへ取り付けられた後、溶融状態で各部品間に隙間無く流入され、その後硬化する。このとき、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは上下面をポッティング材４Ａにより封止される。溶融したポッティング材４Ａが流し込まれる際、ポッティング材４Ａは流通穴１ｅ通って流通する。なお、本実施の形態においては、端子板１Ｂのみに流通穴１ｅが設けられているが、流通穴１ｅは、他の端子板１Ａ，１Ｃにも設けられてよい。

ダイオード８Ａは、図５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素子本体８ａとこの素子本体８ａから延びる脚部電極８ｂ、８ｃとからなる。素子本体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。他のダイオード８Ｂも、同様の構成をなしている。そして、ダイオード８Ａ，８Ｂは、素子本体８ａの一方の主面（下面）をそれぞれ端子板１Ａ，１Ｂに面接触させて端子板１Ａ，１Ｂ上に搭載されている。

ダイオード８Ａ，８Ｂ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は、隣接する２つの端子板のうちの一方の端子板に素子本体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との間を橋絡して未発電セルがある場合はバイパスして未発電セルへの電流の流れ込みを防止する。ダイオード８Ｂは端子板１Ｂと端子板１Ｃとの間を橋絡して未発電セルがある場合はバイパスして未発電セルへの電流の流れ込みを防止する（図６）。

ダイオード８Ａ，８Ｂの特に素子本体８ａは熱を発生する発熱源である。モジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂは金属のワイヤを含んでおり大量ではないが放熱の作用を有している。端子板（第１の端子板）１Ａには、ダイオード８Ａの素子本体８ａが搭載されモジュール連結ケーブル１６ａが接続されている。端子板（第２の端子板）１Ｂには、ダイオード８Ｂの素子本体８ａが搭載されモジュール連結ケーブルが接続されていない。端子板（第３の端子板）１Ｃには、ダイオードが搭載されておらずモジュール連結ケーブル１６ｂが接続されている。つまり、放熱に関して端子板１Ｂが最も厳しい環境にある。本実施の形態においては、この端子板１Ｂのリード線接続部１ａと反対側は、他の端子板１Ａ，１Ｃよりも面積が大きくされており、大面積部１ｆとされ放熱性の向上が図られている。

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２０においては、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が接続される良熱伝導性の３数の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、端子板１Ａ，１Ｂに搭載され各端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間を橋絡する複数の未発電セルバイパス用のダイオード８Ａ，８Ｂと、ボックス本体２０Ａ内に充填されるポッティング材４Ａとを備えており、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ボックス本体２０Ａの底面から立設する突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃにより、それぞれ底面との間に隙間を形成して支持されて上下面をポッティング材４Ａにより封止される。そして、端子板１Ｂには流通穴１ｅが開口されており、ポッティング材４Ａがボックス本体に充填される際、溶融状態のポッティング材４Ａがこの流通穴１ｅを通って流通するので、ポッティング材４Ａが端子板１Ｂの裏面を含むボックス本体２０Ａ内の隅々まで良好に回り込み、空気層が形成されないので、ボックス本体２０Ａ内部が適切に冷却され性能が向上する。

実施の形態２．
図７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を取り外した端子ボックスの正面図である。図８は、この発明の実施の形態２の端子板の断面図である。本実施の形態においては、図７示中、中央の端子板（第２の端子板）１Ｂａにおいて、リード線接続部１ａと反対側の大面積部１ｆが、図８に示すように波形に成形されたフィン構造部１ｇとされ放熱性の向上とコンパクト化が図られている。本実施の形態においては、この波形に成形されたフィン構造部１ｇに流通穴１ｅが形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

従来、端子板にこのような波形部を設けるとポッティング材４Ａの回り込みが悪くなることがあり課題となっていたが、本実施の形態においては、フィン構造部１ｇに流通穴１ｅを設けているので、ポッティング材４Ａの回り込みは良好に行われる。

本実施の形態のフィン構造部１ｇの形状は、図８に示すように、波形の山部分と谷部分の高さ方向の中心が概ね平坦部１ｈを含む面の高さとなるようにされている。つまり、平坦部１ｈの高さを基準として、この基準を概略中心として上下方向にうねる波形状にされている。

図９は、比較のために示す他の例の端子板１Ｂｂの断面図である。図９に示す端子板１Ｂｂは、平坦部１ｈを含む面の上方にてうねる波形状となっている（波形の山部分と谷部分の高さ方向の中心が平坦部１ｈを含む面よりも高い位置となっている）。このような形状とすると、端子板１Ｂｂを収納する空間を波の高さ方向に大きく必要とすることとなり小型化の弊害となる。これに較べ本実施の形態のフィン構造部１ｇは、上記のように、平坦部１ｈを含む面の高さを中心として上下にうねる波形状であるのでコンパクト化に貢献する。

なお、流通穴１ｅは、フィン構造部１ｇを形成したのち穿孔してもよいし、流通穴１ｅを穿孔したのちフィン構造部１ｇを形成してもよい。本実施の形態のフィン構造部１ｇは、上記のように端子板１Ｂｂの一部を波形に折り曲げて形成されたものであるが、一般的なフィン構造のように、板状のフィンが立設されたものでもよい。

実施の形態３．
図１０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端子板の正面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態の端子板１Ｂｃの大面積部１ｆに形成された３個の流通穴１ｊは、切り起こしにより作製されている。すなわち、平板にコ字型の切れ込みが形成され、切れ込み内部の四角片が切れ込みのない１辺にて折り曲げられて立ち上げられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このような構成によれば、立ち上げられた四角片が放熱フィンとして動作をすることとなり穴を形成することにより減少する表面積の量をすくなくすることができ、上記実施の形態と同様に、ポッティング材４Ａの回り込み性の向上と放熱性の向上を同時に得ることができまる。

なお、上記実施の形態１から３においては、３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃと２個のダイオード８Ａ，８Ｂを有するものであるが、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。

本発明にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスにおいては、ポッティング材が端子板の裏面を含むボックス本体内の隅々まで良好に回り込み、空気層が形成されないので、ダイオードの放熱性能が向上する。したがって本発明にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスを使用する太陽電池モジュールにおいてもその信頼性が向上する。一般に太陽電池モジュールは住宅の屋根の上に設置されることが多く、故障が生じた際の点検、交換等の作業にはかなりの労力を要するため、信頼性の向上に伴う効果は極めて大きい。

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未発電セル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 第１の端子板
１Ｂ 第２の端子板
１Ｃ 第３の端子板
１ａ 出力リード線接続部
１ｂ ケーブル接続部
１ｅ 流通穴
１ｆ 大面積部
１ｇ 波形部
１ｈ 平坦部
１ｊ 流通穴（切り起こしによる流通穴）
４ 出力部
４Ａ ポッティング材（熱伝導性絶縁樹脂）
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 突起
８Ａ，８Ｂ バイパスダイオード（整流素子）
８ａ 素子本体
８ｂ，８ｃ 脚部電極
１２ 太陽電池セル
１３ 支持フレーム
１４ 裏面カバー部材
１５ 太陽電池パネル
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 (9)

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箱状のボックス本体と、
   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が接続される良熱伝導性の複数の端子板と、
   前記端子板に搭載された素子本体、および前記素子本体から延びる脚部電極からなり、前記脚部電極にて前記端子板間を橋絡する複数の未発電セルバイパス用の整流素子と、
   前記ボックス本体内に充填される充填材と、を備え
   前記端子板は、ボックス本体の底面との間に隙間を空けて支持されて上下面を前記充填材により封止され、
   前記端子板には、前記充填材が前記ボックス本体に充填される際、溶融状態の前記充填材が流通する流通穴が貫通して設けられている
   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、表面積を拡大するフィン構造部が設けられ、前記流通穴は、前記フィン構造部に形成されている
   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. 前記フィン構造部は、前記端子板の少なくとも一部が波形に形成されたものである
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
4. 前記複数の端子板には、電力を取り出す為の外部へと延びる外部ケーブルが前記出力リード線と反対側に接続された第１の端子板と、前記外部ケーブルが接続されない第２の端子板とを含み、
   前記第２の端子板の前記出力リード線と反対側は、前記第１の端子板の前記出力リード線の反対側よりも面積が大きくされて大面積部とされ、前記流通穴は、前記大面積部に形成されている
   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。
5. 前記複数の端子板には、電力を取り出す為の外部へと延びる外部ケーブルが前記出力リード線と反対側に接続された第１の端子板と、前記外部ケーブルが接続されない第２の端子板とを含み、
   前記第２の端子板の前記出力リード線と反対側は、前記第１の端子板の前記出力リード線の反対側よりも面積が大きくされて大面積部とされ、前記フィン構造部および前記流通穴は、前記大面積部に形成されている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
6. 前記フィン構造部の波形は、平坦部の高さを中心として上下にうねる形状である
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
7. 前記流通穴は、切り起こしにて作製されている
   ことを特徴とする請求項１から６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。
8. 前記流通穴は、小径の穴が複数個形成されてなる
   ことを特徴とする請求項１から７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。
9. 請求項１から８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を使用した太陽電池モジュール。

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