JP2009278146A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】端子板と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業の作業性を向上させることが可能な太陽電池モジュール用端子ボックスを提供する。
【解決手段】ボックス本体１１内に複数の端子板６０，６０，・・・が備えられ、これら複数の端子板６０，６０，・・・のうち互いに隣り合う２つの端子板６０，６０間にバイパスダイオード２０が配設される太陽電池モジュール用端子ボックスを次のような構成とする。端子板６０は、上下２枚の板状体である第１，第２端子板６１，６２を備える構成となっており、太陽電池モジュール側の出力端が第１，第２端子板６１，６２の間に挟み込まれた状態で接続されるようになっている。第１端子板６１の基部６１ａに、予め半田層６３が形成され、半田層６３が第１，第２端子板６１，６２の先端部間に挟まれた状態となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール用の端子ボックスに関する。

近年、環境問題への関心の高まりから、環境にやさしい発電システム、例えば、太陽電池モジュールを用いて発電を行う太陽光発電システムが注目されている。この太陽光発電システムとして、建物の屋根等に複数枚の太陽電池モジュールを、マトリックス状に敷設して太陽光発電を行うものが知られている。このような太陽光発電システムでは、隣接して敷設された太陽電池モジュールを互いに電気的に接続して、各太陽電池モジュールにより発電された電力を取り出すために、各太陽電池モジュールに端子ボックスが備えられている。

この太陽電池モジュール用の端子ボックスには、太陽電池モジュールの太陽電池セルの一部が日陰になった場合等に、その太陽電池モジュールへ逆方向電流が流れることを未然に防ぐために、バイパス用のバイパスダイオードが設けられている。バイパスダイオードは、端子ボックス内の端子板間に配置され、太陽電池モジュールと並列に接続される。このようなバイパスダイオードとして、パッケージタイプのダイオードを用いた太陽電池モジュール用端子ボックスが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８９１８１号公報

ところで、従来では、端子板と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業が困難であった。具体的に言えば、太陽電池モジュール側の出力端には、通常、薄肉の金属箔（例えば銅箔）が設けられているところ、この金属箔を端子板に半田付けによって接続するには、一方の手でピンセット等を用いて金属箔を端子板の所定位置に固定させながら、もう一方の手で半田ごてを動かして接続しなければならなかった。このように、端子板と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業は、困難であり、熟練を要するものとなっていた。

本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、端子板と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業の作業性を向上させることが可能な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。

本発明に係る太陽電池モジュール用端子ボックスは、ボックス本体内に複数の端子板が設けられ、これら複数の端子板のうち互いに隣り合う２つの端子板間にバイパスダイオードが配設される太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、前記ボックス本体は、底部に固定用突起を備え、前記端子板は、下側の板状体に上側の板状体が載置され、上下２枚の前記板状体は、前記固定用突起により前記ボックス本体に固定され、前記板状体のいずれか一方の先端には、前記板状体に挟まれた半田層が形成されており、前記板状体は、前記半田層と他方の板状体との間に、太陽電池モジュール側の出力端を挟持して接続する構成としてあることを特徴とする。

このような構成の太陽電池モジュール用端子ボックスによれば、端子板の接続位置への太陽電池モジュール側の出力端の位置合わせは、太陽電池モジュール側の出力端を２枚の板状体の間に差し込むようにして行うことができる。そして、太陽電池モジュール側の出力端を差し込んだ状態で端子板に固定することができ、端子板と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業の作業性を向上させることが可能となる。

本発明は、上述のような構成であるから、端子板の接続位置への太陽電池モジュール側の出力端の位置合わせは、太陽電池モジュール側の出力端を２枚の板状体の間に差し込むようにして行うことができる。そして、太陽電池モジュール側の出力端を差し込んだ状態で端子板に固定することができ、端子板と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業の作業性を向上させることが可能となる。

本発明を適用する太陽電池モジュール用端子ボックスの一実施形態を示す平面図である。 接続ケーブルの導入方向から見た端子ボックスを示す図である。 図１におけるＦ−Ｆ断面図である。 図３における端子板を示す要部側面図である。 端子ボックスのボックス本体の底部を示す平面図である。 ボックス本体内に配置される放熱板を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

本発明を適用する太陽電池モジュール用端子ボックス（以下では、単に「端子ボックス」という。）においては、１つの端子ボックスに設けられる端子板の数は、複数であれば特に限定されない。以下では、４つの端子板を設けた場合について説明する。

図１は、本発明を適用する太陽電池モジュール用端子ボックスの一実施形態を示す平面図である。

図２は、接続ケーブルの導入方向から見た端子ボックスを示す図である。

図３は、図１におけるＦ−Ｆ断面図である。

図４は、図３における端子板を示す要部側面図である。

図５は、端子ボックスのボックス本体の底部を示す平面図である。

図６は、ボックス本体内に配置される放熱板を示す斜視図である。

なお、便宜上、次のように方向を決定する。端子ボックス１０において、２つの接続ケーブル２２、２２が並んでいる方向を左右方向とし、接続ケーブル２２、２２がボックス本体１１に導入される方向を前後方向とする。

図１〜図６に示す端子ボックス１０は、互いに電気的に接続される複数枚の太陽電池セル（図示略）が表面に設けられた太陽電池モジュール（図示略）の裏面側に装着されるものである。このような端子ボックス１０を用いることによって、建物の屋根等に、例えば、マトリックス状に敷設された複数枚の太陽電池モジュールにより太陽光発電を行う太陽光発電システムにおいて、隣接して設けられた太陽電池モジュールを互いに電気的に接続して、各太陽電池モジュールにより発電された電力を取り出すことを可能としている。

端子ボックス１０のボックス本体１１は、例えば、変性ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）やＡＢＳ（アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン）のような耐候性、電気絶縁性、耐衝撃性、耐熱性、難燃性といった特性を有する合成樹脂等により箱形に成形されている。このボックス本体１１は、上面側が開口するとともに、底面側に複数（この例では４つ）の結線用孔１２，１２，・・・が形成されている。さらに、側壁に２つのケーブル導入用の凹部１３，１３が形成されている。また、ボックス本体１１の底部には、端子板６０が固定される固定台１４、端子板６０を固定するための固定用突起１５、バイパスダイオード２０および後述する放熱板を固定するための固定用突起１６が形成されている（図５）。そして、上面側の開口に図示しない板状の蓋体が取り付けられて閉鎖されうるような構造となっている。なお、ボックス本体１１内部の空間には、絶縁性樹脂（例えば、シリコーン樹脂等）が充填されて、ボックス本体１１内部における電気的な接続部分が樹脂封止されるようになっている。

ボックス本体１１の内部には、４つの端子板６０，６０，・・・が備えられている。これら４つの端子板６０，６０，・・・は所定間隔で並べて配置されている。各端子板６０の一端（前端）がボックス本体１１の結線用孔１２に臨むように配置されている。そして、各端子板６０の一端には、太陽電池モジュール側の出力端（図示略）が半田付けにより接続される。また、端子板６０の一部（後部）が、ケーブル固定用の固定部材２４の突出部分（図示略）に載置されており、後述する放熱板とは接触しないようになっている。

端子板６０は、第１端子板６１と、この第１端子板６１の上に設けられる第２端子板６２とを備えている。つまり、端子板６０は、上下２枚の板状体である第１，第２端子板６１，６２を備える構成となっており、太陽電池モジュール側の出力端が上下２枚の第１，第２端子板６１，６２の間に挟み込まれた状態で接続されるようになっている。なお、各端子板６０の第１端子板６１の基部６１ａの先端部（前端部）には、予め半田層６３が形成されている。そして、この半田層６３が第１，第２端子板６１，６２の先端部間に挟まれた状態となっている。

４つの第１端子板６１，６１，・・・のうち、左右両端に配置されている２つの第１端子板６１，６１は、太陽電池モジュールの出力端と接続される基部６１ａと、この基部６１ａから左右いずれか一方向に延びるダイオード接続用のダイオード接続部６１ｂと、基部６１ａから後方に延びるケーブル接続用のケーブル接続部６１ｃとからなる。基部６１ａには、固定用の取付孔６１ｄが形成されている。これに対し、４つの端子板１８，１８，・・・のうち、左右両端以外に配置されている２つの第１端子板６１，６１は、基部６１ａと、左右双方向に延びる２つのダイオード接続用のダイオード接続部６１ｂ，６１ｂとからなる。基部６１ａには、同様に固定用の取付孔６１ｄが形成されている。

各第１端子板６１は、ボックス本体１１の固定台１４に配設されている。各第２端子板６２は、矩形の金属板であって、第１端子板６１の基部６１ａと、平面視で略一致する位置に配設されている。第２端子板６２には、固定用の取付孔６２ａが形成されている。そして、各端子板６０は、第１，第２端子板６１，６２の取付孔６１ｄ，６２ａに挿入されたボックス本体１１の固定用突起１５によりボックス本体１１に固定されている。

端子板６０をボックス本体１１に配設する際には、まず、第１端子板６１の取付孔６１ｄにボックス本体１１の固定用突起１５を挿入しながら、固定台１４の溝１４ａに第１端子板６１の基部６１ａを嵌め込む。次に、第２端子板６２の取付孔６２ａに固定用突起１５を挿入しながら、第２端子板６２を第１端子板６１の上に載置する。そして、第２端子板６２の取付孔６２ａから突出している固定用突起１５の頂部を加熱変形することによって第１，第２端子板６１，６２をボックス本体１１に固定する。

ボックス本体１１内部の隣り合う２つの端子板６０，６０の間には、バイパスダイオード２０が配設されている。この例の場合、１つの端子ボックス１０に用いられるバイパスダイオード２０は３つとなる。バイパスダイオード２０は、２つの端子板６０，６０間に太陽電池モジュールと並列に接続されており、これにより、太陽電池モジュールへ逆方向電流が流れることを未然に防ぐようにしている。なお、この例では、バイパスダイオード２０として、合成樹脂等でモールドして形成されているパッケージタイプのダイオードが用いられている。

ボックス本体１１内にバイパスダイオード２０を配設する際には、バイパスダイオード２０のリード線部分を端子板６０のダイオード接続部６１ｂに半田付けにより接続する。このとき、バイパスダイオード２０の先端部分に形成されている挿入孔２０ａにボックス本体１１の固定用突起１６を挿入し、さらにこの固定用突起１６の頂部を加熱変形することによってバイパスダイオード２０をボックス本体１１に固定する。このバイパスダイオード２０の固定は、後述するように、放熱板のボックス本体１１への固定とともに行われるようになっている。

また、ボックス本体１１内部には、複数の放熱部が備えられている。この例では、各バイパスダイオード２０に対する放熱部３０，４０，５０が設けられている。放熱部３０，４０，５０は、バイパスダイオード２０の熱を逃がすための放熱用として設けられており、これにより、バイパスダイオード２０発熱による温度上昇を回避するようにしている。放熱部３０，４０，５０は、放熱用部材としての放熱板、例えば、アルミニウム、銅、ステンスレス鋼等のような熱伝導性に優れる金属板により形成されている。放熱部３０，４０，５０の詳細については後述する。

ボックス本体１１内部の左右両端の端子板６０，６０には、接続ケーブル２２，２２が接続されている。接続ケーブル２２は、ボックス本体１１の側壁に形成されているケーブル導入用の凹部１３からボックス本体１１内部へ導入されて、端子板６０のケーブル接続部６１ｃに接続されている。そして、接続ケーブル２２，２２は、上方からケーブル固定用の固定部材２４が被せられている（図２）。固定部材２４は、ボックス本体１１と同じ材質で形成されており、この固定部材２４が超音波溶着によりボックス本体１１に固着されることによって、接続ケーブル２２，２２がボックス本体１１に固定されている。一方、各接続ケーブル２２は、ボックス本体１１の外部では、外部接続用コネクタ２３に接続されており、外部接続用コネクタ２３を介して、他の太陽電池モジュールに備えられた端子ボックス１０の接続ケーブル２２等と互いに連結可能となっている。

次に、放熱部３０，４０，５０について、図５、図６等により詳しく説明する。

上述したように、放熱部は、端子ボックス１０に備えられる各バイパスダイオード２０に対して設けられている。この例では、左側のバイパスダイオード２０に対する放熱部３０、中央のバイパスダイオード２０に対する放熱部４０、右側のバイパスダイオード２０に対する放熱部５０が設けられている。それら左側、中央、右側の各放熱部３０，４０，５０は、互いに上下に重ね合わせて配置されている複数枚の放熱板を備えている。各放熱部３０，４０，５０に備えられる放熱板の数は特に限定されないが、この例では、上中下３枚の放熱板が備えられている。

ここで、左側のバイパスダイオード２０に対する放熱部３０について説明する。放熱部３０には、互いに上下に重ね合わせて配置される上側の放熱板３１と中央の放熱板３２と下側の放熱板３３とが設けられている。それら上中下の３枚の放熱板３１，３２，３３は、ボックス本体１１内に順次載置されており、さらに、上側の放熱板３１の上にバイパスダイオード２０が載置されている。

上側の放熱板３１および下側の放熱板３３は、平面視略Ｌ字状の同一形状で、しかも、平面視で一致する位置に配置されている。上側の放熱板３１は、前後方向に延びる前後部分３１ａと、この前後部分３１ａの前端部から左方に突出する突出部分３１ｂとからなっている（下側の放熱板３３についても同様）。そして、前後部分３１ａに上述したボックス本体１１の固定用突起１６が挿入される挿入孔３１ｃが形成されている。

一方、中央の放熱板３２は、平面視略Ｌ字状で、前後方向に延びる前後部分３２ａと、この前後部分３２ａの後端部から右方に突出する突出部分３２ｂとからなっている。そして、前後部分３２ａにボックス本体１１の固定用突起１６が挿入される挿入孔３２ｃが形成されている。この中央の放熱板３２は、前後部分３２ａの一部が、上下の放熱板３１，３３の前後部分３１ａ，３３ａの一部と、互いに上下に重なり合うように配置されている。さらに、各放熱板３１，３２，３３の挿入孔３１ｃ，３２ｃ，３３ｃには、ボックス本体１１の固定用突起１６が挿入されており、これにより、各放熱板３１，３２，３３がボックス本体１１に固定されている。なお、中央の放熱板３２の上には、上述したケーブル固定用の固定部材２４が載置されている。

上側の放熱板３１の前後部分３１ａの上に、バイパスダイオード２０を、バイパスダイオード２０の先端部分の挿入孔２０ａに固定用突起１６を挿入するようにして載置する。そして、バイパスダイオード２０の挿入孔２０ａから突出している固定用突起１６の頂部を加熱変形することによって、バイパスダイオード２０および３枚の放熱板３１，３２，３３をボックス本体１１に固定する。このようなシンプルな固定方法であっても、放熱部３０の３枚の放熱板３１，３２，３３だけではなく、バイパスダイオード２０も併せてボックス本体１１に容易かつ確実に固定することができる。

次に、右側のバイパスダイオード２０に対する放熱部５０について説明する。放熱部５０は、上述の左側のバイパスダイオード２０に対する放熱部３０と、左右対称に配設されている点で異なり、それ以外の点では同様である。このため、詳しい説明は省略する。放熱部５０には、互いに上下に重ね合わせて配置される上側の放熱板５１と中央の放熱板５２と下側の放熱板５３とが設けられており、これら上中下の３枚の放熱板５１，５２，５３は、ボックス本体１１内に順次載置され、さらに、上側の放熱板５１の上にバイパスダイオード２０が載置されている。

次いで、中央のバイパスダイオード２０に対する放熱部４０について説明する。中央の放熱部４０は、上述の左右の放熱部３０，５０の間に設けられており、左右の放熱部３０，５０と互いに接触しないように設けられている。放熱部４０には、互いに上下に重ね合わせて配置される上側の放熱板４１と中央の放熱板４２と下側の放熱板４３とが設けられている。それら上中下の３枚の放熱板４１，４２，４３は、ボックス本体１１内に順次載置されており、さらに、上側の放熱板４１の上にバイパスダイオード２０が載置されている。

上側の放熱板４１および下側の放熱板４３は、平面視略Ｔ字状の同一形状で、しかも、平面視で一致する位置に配置されている。上側の放熱板４１は、前後方向に延びる前後部分４１ａと、この前後部分４１ａの前端部から左右双方に突出する突出部分４１ｂ，４１ｂとからなっている（下側の放熱板４３についても同様）。そして、前後部分４１ａにボックス本体１１の固定用突起１６が挿入される挿入孔４１ｃが形成されている。

一方、中央の放熱板４２は、平面視略Ｔ字状で、前後方向に延びる前後部分４２ａと、この前後部分４２ａの後端部から左右双方に突出する突出部分４２ｂ，４２ｂとからなっている。そして、前後部分４２ａにボックス本体１１の固定用突起１６が挿入される挿入孔４２ｃが形成されている。この中央の放熱板４２は、前後部分４２ａの一部が、上下の放熱板４１，４３の前後部分４１ａ，４３ａの一部と、互いに上下に重なり合うように配置されている。さらに、各放熱板４１，４２，４３の挿入孔４１ｃ，４２ｃ，４３ｃには、ボックス本体１１の固定用突起１６が挿入されており、これにより、各放熱板４１，４２，４３がボックス本体１１に固定されている。また、中央の放熱板４２の上には、ケーブル固定用の固定部材２４が載置されている。なお、放熱部４０の３枚の放熱板４１，４２，４３のボックス本体１１内における配設方法は、上述した放熱部３０の場合と同様であり、詳しい説明は省略する。

以上のように、端子ボックス１０において、各バイパスダイオード２０に対する放熱部３０，４０，５０が設けられている。そして、各放熱部３０，４０，５０の上側の放熱板３１，４１，５１がバイパスダイオード２０に直接的に接しているため、バイパスダイオード２０の熱を効率よく逃がすことができる。これにより、放熱性に乏しいパッケージタイプのダイオードをバイパスダイオード２０として用いた場合であっても、バイパスダイオード２０の発熱による温度上昇を回避することができる。

また、各放熱部３０，４０，５０の放熱板が３枚に分割されており、上下に重ね合わせて設けられているため、各放熱部３０，４０，５０の放熱板の合計の表面積が大きくなり、各放熱部３０，４０，５０の放熱板による放熱量が大きくなる。したがって、各放熱部３０，４０，５０が１枚のみの放熱板で構成される場合と比べて、放熱に必要な表面積の放熱板を配置するためのスペースが小さくて済む。つまり、各放熱部３０，４０，５０の放熱板の２次元方向（前後左右方向）の広がりを抑えることができ、ボックス本体１１内の限られたスペースに効率よく放熱板を配置できる。そして、効率的な放熱が可能となる。これにより、パッケージタイプのダイオードをバイパスダイオード２０として用いた場合であっても、バイパスダイオード２０の発熱による温度上昇を効率的に防止することができる。この結果、ボックス本体１１、ひいては端子ボックス１０の小型化を図ることができ、コスト低減を実現することができる。また、端子ボックス１０の小型化により、絶縁封止用のシリコーン樹脂の充填量が少なくなり、コスト低減を図ることができる。

ここでまた、各放熱部３０，４０，５０の中央の放熱板３２，４２，５２の一部がケーブル固定用の固定部材２４とボックス本体１１の底部との間に挟まれて配置されている。従来では、固定部材２４の下方はデッドスペースとなっていたが、この例では、このような従来のデッドスペースに各放熱部３０，４０，５０の中央の放熱板３２，４２，５２の一部を配置することによって、ボックス本体１１内部のスペースを有効的に利用することができる。さらに、上述したように、固定部材２４の突出部分（図示略）に端子板６０の一部（後部）が載置されており、端子板６０が各放熱部３０，４０，５０の放熱板と接触しないようになっている。このように、固定部材２４の突出部分（図示略）が、端子板６０と各放熱部３０，４０，５０の放熱板（中央の放熱板３２，４２，５２）との間に挟まれて配置されているため、安定して絶縁を確保することができる。また、これにより、安定した絶縁に必要となる端子板６０と各放熱部３０，４０，５０の放熱板との距離を短くすることが可能となり、この結果、ボックス本体１１の上下方向の寸法を抑えることができ、ひいては端子ボックス１０の小型化を図ることができる。

端子板６０を用いることによって、次に述べるように、端子板６０と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業の作業性を向上させることが可能となる。ここで、太陽電池モジュール側の出力端には、通常、薄肉の金属箔（例えば銅箔）が設けられており、この金属箔が端子板６０の第１，第２端子板６１，６２の先端部間に半田付けにより接続されるようになっている。この半田付けは、太陽電池モジュール側の出力端の金属箔が端子板６０の第１，第２端子板６１，６２の先端部間に挟み込まれている状態で行われる。このとき、端子板６０の接続位置への太陽電池モジュール側の出力端の金属箔の位置合わせは、金属箔を第１，第２端子板６１，６２の先端部間に差し込むようにして行うことができ、この作業を容易に行うことができる。そして、金属箔を第１，第２端子板６１，６２の先端部間に挟み込んだ状態で、半田付けを行うことができるようになり、端子板６０と太陽電池モジュール側の出力端との接続作業の作業性を向上させることができる。また、第１端子板６１上に予め形成されている半田層６３を利用することで半田付け作業を容易に行うことができる。

１０ 端子ボックス
１１ ボックス本体
１２ 結線用孔
１３ ケーブル導入用の凹部
１４ 固定台
１４ａ 溝（凹部）
１５ 固定用突起
１６ 固定用突起
２０ バイパスダイオード
２０ａ 挿入孔
２２ 接続ケーブル
２３ 外部接続用コネクタ
２４ 固定部材
３０，４０，５０ 放熱部
３１，４１，５１ 上側の放熱板
３１ａ，４１ａ，５１ａ 前後部分
３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ 突出部分
３１ｃ，４１ｃ，５１ｃ 挿入孔
３２，４２，５２ 中央の放熱板
３２ａ，４２ａ，５２ａ 前後部分
３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ 突出部分
３２ｃ，４２ｃ，５２ｃ 挿入孔
３３，４３，５３ 下側の放熱板
３３ａ，４３ａ，５３ａ 前後部分
３３ｂ，４３ｂ，５３ｂ 突出部分
３３ｃ，４３ｃ，５３ｃ 挿入孔
６０ 端子板
６１ 第１端子板
６２ 第２端子板
６１ａ 基部
６１ｂ ダイオード接続部
６１ｃ ケーブル接続部
６１ｄ ６２ａ 取付孔
６３ 半田層

Claims (1)

1. ボックス本体内に複数の端子板が設けられ、これら複数の端子板のうち互いに隣り合う２つの端子板間にバイパスダイオードが配設される太陽電池モジュール用端子ボックスにおいて、
   前記ボックス本体は、底部に固定用突起を備え、
   前記端子板は、下側の板状体に上側の板状体が載置され、
   上下２枚の前記板状体は、前記固定用突起により前記ボックス本体に固定され、
   前記板状体のいずれか一方の先端には、前記板状体に挟まれた半田層が形成されており、
   前記板状体は、前記半田層と他方の前記板状体との間に、太陽電池モジュール側の出力端を挟持して接続する構成としてあること
   を特徴とする太陽電池モジュール用端子ボックス。

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