WO2005117141A1 - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

Abstract

　ダイオード１３の温度上昇値がそのジャンクション温度を超えない条件を、簡単な構造かつ安価にして満足し得るようにする。 　太陽電池モジュールＭの電極ａが接続される端子板１２間の逆流防止用ダイオード１３を複数並列接続したものとする。その複数並列のダイオード１３の回路に太陽電池モジュールＭの出力電流Ｉが流れれば、その各ダイオード１３に流れる電流ｉは、その並列数分の１、例えば、３並列であれば、３分の１となる。流れる電流値が少なくなれば、発熱量も少なくなる。また、端子板１２に放熱片２０を設ける。このように、複数のダイオード１３により出力電流の負荷を負担し、かつ端子板１２から有効に放熱するようにすれば、高価な耐熱性のダイオードを使用することなく、ダイオード１３の耐熱性の信頼性を維持できる。

Description

明 細 書

太陽電池モジュール用端子ボックス

技術分野

[0001] この発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽光発電シス テムを構成する太陽電池モジュールを相互に接続する際に使用する端子ボックスに 関するものである。

背景技術

[0002] 太陽光電池システムは、図 14に示すように、家屋の屋根に太陽電池パネル (太陽 電池モジュール) Mを配設し、そのモジュール M力も接続箱 Q、インバータ 分配盤 Sを介して各種電気機器 Eに電力供給する。太陽電池モジュール Mは全てが面一と なるように配置され、端子ボックス Bを介して直列又は並列に接続する。端子ボックス Bはシール材による水密性を維持してモジュール Mの裏面に接着固定される。

[0003] その端子ボックス Bは、従来、図 15に示すように、上面開口のボックス本体 1内に、 太陽電池モジュール Mのプラス電極 a及びマイナス電極 aが接続される対の端子板 2 、 2を並列して配設し、その両端子板 2、 2間に逆流防止用（バイパス)ダイオード 3を 設けるとともに、両端子板 2、 2にはそれぞれ外部接続用ケーブル Pを接続した構成 である（特許文献 1参照)。図中、 6はカバーである。

特許文献 1：特開平 11― 26035号公報

[0004] この端子ボックス Bにおいて、今日、太陽電池モジュール Mの性能の向上、集電効 率の面から、端子板 2を 3個以上設けて、複数の太陽電池モジュール Mを接続する 態様のものもある（特許文献 2参照)。この端子ボックス Bも隣り合う各端子板 2間には 逆流防止用ダイオード 3を設けて 、る。

特許文献 2：特開 2002— 359389号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 今日の太陽光電池システムの普及につれ、その耐久性'信頼性が問題となり、端子 ボックス Bも例外ではない。その端子ボックス Bの耐久性 ·信頼性の要求として、例え ば、 75度の周囲温度において、出力電流の 1. 25倍の負荷を 1時間かけても、ダイ オード 3の温度上昇値がそのジャンクション温度 (保証使用温度)を超えな!/、条件が ある。

[0006] その条件を満たすためには、ダイオード 3にジャンクション温度の高いものを使用す れば良いが、そのようなものは高価となる。

[0007] この発明は、上記ダイオード 3の温度上昇値がそのジャンクション温度を超えない 条件を、簡単な構造かつ安価にして満足し得るようにすることを課題とする。

課題を解決するための手段

[0008] 上記課題を達成するために、この発明は、複数のダイオードにより出力電流の負荷 を負担すれば、一つのダイオードが負担する電流値は小さくなることに着目し、隣り 合う各端子板間にダイオードを複数並列に設けたのである。

複数並列のダイオードの回路に太陽電池モジュール Mの出力電流 Iが流れれば、 その各ダイオードに流れる電流 iは、その並列数分の 1、例えば、 3並列であれば、 3 分の 1となる（I = 3i)。流れる電流値が少なくなれば、発熱量も少なくなる。

[0009] ここで、ダイオードを並列に設けた場合、そのダイオードの導通抵抗が同じであれ ば、各ダイオードに等しい電流が流れる。しかし、同一規格のダイオードを均一抵抗 のものに製造することは非常に困難であり、製作するとすれば、高価なものとなる。 一方、一般的には、ダイオードを並列すれば、抵抗値の小さいダイオードに電流が 傾く偏流が生じる。

このため、この偏流が問題とならない限りにおいて、この発明のダイオードを並列し た構成を採用できて、太陽電池モジュール用端子ボックスの低廉ィ匕を図ることができ る。

しかし、その偏流を防止したい場合、この発明は、その偏流防止用抵抗等を採用す ることとしたのである。

[0010] また、ダイオードは抵抗値の差により発熱量が異なり、その偏流は、その発熱によつ てダイオードに温度差が生じれば、抵抗値差も大きくなる等によってさらに大きくなる このため、この発明は、そのダイオードの発熱を放出する（放熱する）ようにしたので ある。また、並列ダイオード間の温度の均一化を図ることとしたのである。 発明の効果

[0011] この発明は、以上のように、複数のダイオードにより出力電流の負荷を負担するよう にしたので、高価な耐熱性のダイオードを使用することなぐダイオードの信頼性を維 持できる。これは、安価なものとなり、その構造も簡単なものである。

また、偏流防止用抵抗等を設けたり、ダイオードの発熱を放出 (放熱)させたり、並 列ダイオード間の温度の均一化を図れば、偏流を防止できる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1(a)]—実施例の一部省略正面図

[図 1(b)]同実施例の側面図

[図 1(c)]同実施例の一部省略背面図

[図 1(d)]同実施例のカバーを除去した一部省略正面図

[図 1(e)]図 Idの X—X線断面図

[図 1(D]図 Idの Y— Y線断面図

[図 2]他の実施例の概略正面図

[図 3]他の実施例の概略正面図

[図 4(a)]他の実施例の一部省略正面図

圆 4(b)]同実施例の背面図

[図 4(c)]同実施例の端子板の組み立て前の平面図

[図 4(d)]同実施例の端子板等の斜視図

[図 4(e)]同実施例のケーブルロックの偏心止め具を示し、（a)は平面図、（b)は正面 図、（c)は下面図、（d)は斜視図

[図 5]他の実施例のカバーを除去した一部省略正面図

[図 6(a)]他の実施例のカバーを除去した一部省略正面図

[図 6(b)]同実施例の切断側面図

[図 6(c)]同実施例の端子板等の部分斜視図

[図 7]同実施例の端子板を示し、（a)は平面図、（b)は側面図、（c)は切断側面図、（ d)は（a)の X— X線断面図、（e)は同 Y— Y線断面図 [図 8]太陽電池モジュールと端子ボックスの概略電気接続配線図

[図 9]ヒートトランス板の各例の斜視図

[図 10]ヒートトランス板の他例の平面図

[図 11]他の実施例のカバーを除去した一部省略正面図

[図 12]他の実施例のカバーを除去した斜視図

[図 13]同実施例の各部品の斜視図であり、（a)はヒートトランス板、（b)は放熱板、 (c) はボックス本体である。

[図 14]太陽光発電システムの概略図

[図 15] (a)は従来例の平面図、（b)は同縦断面図

符号の説明

[0013] 1、 11 ボックス本体

2、 12 端子板

3, 13 逆流防止用ダイオード 13a 逆流防止用ダイオードのリード脚 15 放熱シート

18 偏流防止用抵抗

19 温度スィッチ

20 放熱片

30 ヒートトランス板

31 逆流防止用ダイオード取付用嵌合溝

a 太陽電池モジュールの電極

B 端子ボックス

M 太陽電池モジュール

P 外部接続用ケーブル

発明を実施するための最良の形態

[0014] この発明の一実施形態としては、ボックス本体内に、太陽電池モジュールの電極が 接続される複数の端子板を配設し、その隣り合う各端子板間に逆流防止用ダイォー ドを設けた太陽電池モジュール用端子ボックスにお 、て、前記ダイオードを複数並列 に前記隣り合う各端子板間に設けた構成を採用できる。

[0015] このとき、各ダイオードには偏流防止用抵抗をそれぞれ直列接続して、各ダイォー ドの担う負荷を均一にすることが好ましい。その各抵抗は、各ダイオードの取付態様 に基づく温度上昇を実験等により得て、その値に基づき適宜に設定する。

また、各ダイオードに温度スィッチをそれぞれ直列接続し、各ダイオードが自己のジ ヤンクシヨン温度に達する前に、そのスィッチにより、電流を遮断し、ダイオードの温度 が下がれば、そのスィッチがオンしてダイオードに電流を流すようにして、そのダイォ ードの温度上昇を防止するようにし得る。

[0016] さらに、各ダイオードに連続して接するヒートトランス板を設け、そのヒートトランス板 により、各ダイオードの放熱を図るとともに温度の均一化を図るようにすることもできる 。この各ダイオードの放熱及び温度の均一化によって、偏流が防止される。

このヒートトランス板は、上記各実施態様に設けることができ、そのとき、上記端子板 に連続して一体に設けることができる。

[0017] この発明の他の実施形態としては、ボックス本体内に、太陽電池モジュールの電極 が接続される複数の端子板を配設し、その隣り合う各端子板間に逆流防止用ダイォ ードを設けた太陽電池モジュール用端子ボックスにお 、て、前記各端子板に放熱片 を設けた構成を採用することができる。

この放熱片による放熱により、偏流が防止される。この放熱片の態様は、実験など により、その効果を充分に得ることができるように適宜に設定する。この放熱片も上記 端子板に連続して一体に設けることができる。

[0018] 上記ダイオードの並列接続又はヒートトランス板と放熱片の実施態様は併用するこ とができ、その際、放熱片 (端子板)の全部又は一部でもってそのヒートトランス板を 兼用することもできる。また、その併用の実施態様のみならず、個別の実施態様にお いて、ボックス本体に放熱プレート、放熱フィン、放熱穴を形成して、ダイオードの温 度上昇を抑制することができる。

[0019] さらに、上記各実施態様において、上記隣り合う各端子板間の並列に設けた複数 の逆流防止用ダイオードを各端子板の並列方向に向かって千鳥足状に配置すること ちでさる。

このようにすれば、発熱源となる逆流防止用ダイオードが各端子板間にお 、てその 並列方向に向力つて左右に交互にずれることとなって、その発熱源が散らばるため、 端子板等を介した放熱効率が高まり、ダイオードの温度上昇をさらに抑制することが できる。

このとき、ダイオードは前記端子板間の端に寄せて、散らばり範囲を広げることが好 ましい。

[0020] 上記各構成において、端子板への逆流防止用ダイオードの接続は、その逆流防止 用ダイオードの脚を端子板の嵌合孔に嵌め込み固定することが好ましい。半田付け によって、ダイオードは少な力もず損傷を受けて抵抗値の変動が生じるが、この嵌合 接続とすれば、従来の半田付けによる接続が不必要となり、その半田付による抵抗 値の変動をなくすことができる。

実施例

[0021] 一実施例を図 1 (a)〜図 1 (f)に示し、この実施例は、上面開口のポリフエ-レンォキ サイド (PPO)榭脂又はポリフエ-レンエーテル (PPE)榭脂製四角形状ボックス本体 11内に、太陽電池モジュール Mのプラス電極 a及びマイナス電極 aが接続される 2対 の端子板 12 (4枚の端子板 12)を並列に配設している。その各電極 a、 aは透孔 11a を通して端子板 12の中程に半田付けされる。その電極 aの端子板 12の接続個所に は予め予備半田 14が設けられている。

[0022] 隣り合う各端子板 12間には上下にそれぞれ逆流防止用（バイパス)ダイオード 13が 設けられ、その端子板 12等の表全面に高熱伝導性榭脂からなる放熱シート 15が被 せられて!/、る。その放熱シート 15には電極 aの接続作業用穴 15aが形成されて 、る。

[0023] ボックス本体 11下側（図 la下側）両端には 2本の外部接続用ケーブル Pが接続され 、このケーブル Pは、その導体を並列する両端の端子板 12にそれぞれ圧着又は溶着 等することにより接続されて、抜け止めリング 17a等力もなるケーブルロック 17によりボ ックス本体 11に固定されている。ケーブル Pの他端にはそれぞれ雄コネクタ 21又は 雌コネクタ 22が設けられ、これらの雌又は雄コネクタ 21、 22は、隣の端子ボックス B の雄又は雌コネクタ 22、 21に接続される。

[0024] ボックス本体 11の上面開口には PPO榭脂又は PPE榭脂製のカバー 16を防水リン グ（図示せず)を介し嵌着して防水性とする。ボックス本体 11内にはシリコン榭脂など を適宜に充填する。ボックス本体 11の裏面はシボカ卩ェし、その裏面の接着テープ 23 でもって端子ボックス Bを太陽電池モジュール Mの裏面に固定する。

[0025] この実施例の端子ボックス Bは、モジュール Mの裏面などにシール材による水密性 を維持して接着固定により取付け、各端子ボックス Bのケーブル Pを隣の端子ボックス Bの雌又は雄コネクタ 22、 21に適宜に接続する。その接続態様を適宜に選択するこ とにより、各端子ボックス Bは直列又は並列に接続する。

[0026] この実施例においては、 2対の並列のダイオード 13、 13の回路に太陽電池モジュ ール Mの出力電流 Iが流れれば、その各ダイオード 13、 13に流れる電流 iは、 2分の 1となり（I = 2i)、その電流値による発熱量がジャンクション温度を超えないダイオード 13を使用すればよいこととなる。

[0027] 図 2、図 3には他の実施例を示し、図 2に示す実施例は、各ダイオード 13に偏流防 止用抵抗 18をそれぞれ直列接続して、各ダイオード 13の担う負荷を均一にしたもの である。その均一化は、各ダイオード 13を設置後、実際の導通試験によって、ダイォ ード 13に均一の電流が流れるように (ダイドード 13と抵抗 18の各直列回路の抵抗値 が同じになるように）その抵抗値を適宜に設定して行う。

[0028] 図 3に示す実施例は、各ダイオード 13にサーモスタットスィッチなどの温度スィッチ 19をそれぞれ直列接続し、各ダイオード 19が自己のジャンクション温度に達する前 に、そのスィッチ 19のオフにより、電流を遮断し、ダイオード 13の温度が下がれば、 そのスィッチ 19がオンしてダイオード 13に電流を流すようにして、そのダイオード 13 の温度上昇を防止するようにしたものである。

[0029] 図 4に示す実施例は、端子板 12に放熱片 20を連続して一体に設けたものであり、 その端子板 12は、同図（c)に示すように、従来の端子板の両側縁に放熱片 20を突 出させて、その表面積の拡大を図っている。この端子板 12は、同図（d)に示すように 、その放熱片 20を起立屈曲させてボックス本体 11に嵌め、その放熱片 20による表面 積の拡大により、放熱効果は向上する。

この実施例でのケーブルロック 17は、ボックス本体 11に一体の筒 17bに、同図（e) に示す偏心止め具 17cを嵌めてその側面をケーブル Pに当接し、その偏心止め具 1 7cの表面の数字に基づく回転度合による圧接度によりケーブル Pを固定 ·抜け止め し、その状態をビス 17d止めする構成としている。 [0030] 上記各実施例において、端子板 12の並列枚数は、一の端子ボックス Bに接続され る太陽電池モジュール Mの数に応じて、例えば、接続するモジュール Mが 3枚であ れば、 3対、計 6枚となる等、 2枚、 3枚、図 5に示す 5枚、 6枚 · · ·等と任意である。また 、ダイオード 13の並列数も、 2個に限らず、図 4に示す 3個、 4個、 5個 · · '等と任意で ある。

端子板 12が偶数の場合には、 1モジュール Mに対し対の端子板 12、 12を対応さ せるが、奇数の場合には、例えば、図 8の接続態様とする。

放熱片 20付の端子板 12の態様としては、放熱効果を得ることができる限りにおい て、任意であり、例えば、図 6 (a)〜図 6 (c)及び図 7に示す、放熱片 20を波状に屈曲 させた態様等を採用し得る。この態様では、端子板 12が立ったものとなって放熱効 果が向上する。すなわち、端子板 12が放熱片 20の機能を有するものとなる。

[0031] さらに、各ダイオード 13に連続して接するヒートトランス板 30を設け、そのヒートトラ ンス板 30により、各ダイオード 13の放熱を図るとともに温度の均一化を図るようにす れば、各ダイオード 13の温度が均一となって偏流を防止できる。

そのヒートトランス板 30としては、高熱伝導性がよいものであれば、何れの素材でも 良ぐ例えば、黄銅製として、図 9 (a)、同 ）に示す並列のダイオード 13の数に応じ たそのリード脚 13aの嵌合溝 31を有する態様が考えられる。その取付は、同（a)のも のは図 1 (d)、同（b)のものは図 4 (a)、図 6 (a)同（c)の各鎖線で示す取付態様が考 えられる。

[0032] また、図 10の鎖線で示すように、ダイオード 13をその本体が立った態様の端子板 1 2に接するようにすれば、その接した端子板 12の部分力 Sヒートトランス板 30となる (端 子板 12の一部分力 Sヒートトランス板 30となる)。このとき、端子板 12が放熱板 20を兼 ねるため、その接する部分のみでも良い (端子板 12の全部でヒートトランス板 30を兼 用しても良い)。

[0033] さらに、図 11に示すように、各端子板 12間の並列に設けた複数の逆流防止用ダイ オード 13、 13を各端子板 12の並列方向に向力つて千鳥足状に配置すれば、発熱 源となるダイオード 13が各端子板 12間においてその並列方向に向力つて左右に交 互にずれることとなって、その発熱源が散らばるため、端子板 12等を介した放熱効率 が高まり、ダイオード 13の温度上昇をさらに抑制したものとすることができる。このとき 、ダイオード 13は端子板 12間の端に寄せて、散らばり範囲を広げることが好ましい。

[0034] 端子板 12の他の態様を図 13 (a)、 (b)に示し、この端子板 12は、放熱機能及び取 付け態様によってヒートトランス機能も発揮し、その端子ボックス B内への装填態様と しては、例えば、同図（c)に示すボックス本体 11にその端子板 12を適宜に設けて図 12に示す態様とすることができる。

その図 12に示す態様は、図 13 (a)に示す端子板 12はその係止片 32をボックス本 体 11の係止片 l idに係止することにより取付ける。図 13 (b)に示す端子板 12はその 係止孔 (係止片） 21をボックス本体 11の爪 11cに嵌めることによって取付ける。この 態様において、各端子板 12は、放熱片 20の放熱機能を発揮し、ダイオード 13の本 体が接すれば、ヒートトランス板 30の温度均一化の機能を発揮する。

[0035] 因みに、端子板 12間にダイオード 13を設けない場合において、その端子板 12間 を導通させる場合には、図 12に示すように、導体 33を両端子板 12の間にその嵌合 溝 31に嵌めることによって行う。その導体 33の数は任意である。

[0036] なお、各実施例にお!、て、ボックス本体 11に放熱プレート、放熱フィン、放熱穴を 一体又は別個に形成して、ダイオード 13の温度上昇を抑制することもできる。

また、図 6c、図 9、図 12等に示すように、ダイオード 13をそのリード脚 13aを溝 31に 嵌合して端子板 13などに接続し、その溝 31への嵌合によってダイオード 13の端子 板 12への接続特性が担保されれば、半田付けが不要となって、半田付接続時の熱 ストレスが無くなり、その熱ストレスによるダイオード 13の性能低下を防止でき、その 性能低下などに基づく抵抗値の変動をなくすことができる。

[0037] さらに、半田付けによるダイオード 13の端子板 12への接続においても、放熱片 20 等を設けてダイオード 13をその長いリード脚 13aでその放熱片 20等を介して端子板 12に接続できる場合には、図 11に示すように、ダイオード本体力も離れた位置で半 田付け bをするようにしてその半田付接続時の熱ストレスを極力少なくすることが好ま しい。このとき、その半田付接続を溝 31への嵌合接続と併用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] ボックス本体 11内に、太陽電池モジュール Mの電極 aが接続される複数の端子板 1

2を配設し、その隣り合う各端子板 12間に逆流防止用ダイオード 13を設けた太陽電 池モジュール用端子ボックス Bにおいて、

上記逆流防止用ダイオード 13を複数並列に上記隣り合う各端子板 12間に設けた 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] 上記各逆流防止用ダイオード 13に偏流防止用抵抗 18をそれぞれ直列接続したこ 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] 上記各逆流防止用ダイオード 13に温度スィッチ 19をそれぞれ直列接続し、その温 度スィッチ 19のオン ·オフにより、各逆流防止用ダイオード 13の温度上昇を防止する ようにした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。

[4] 上記各逆流防止用ダイオード 13に連続して接するヒートトランス板 30を設け、その ヒートトランス板 30により、各逆流防止用ダイオード 13の放熱を図るとともに温度の均 一化を図るようにしたことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の太陽電池 モジュール用端子ボックス。

[5] 上記端子板 12に上記ヒートトランス板 30を連続して一体に設けたことを特徴とする 請求項 4に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

[6] ボックス本体 11内に、太陽電池モジュール Mの電極 aが接続される複数の端子板 1

2を配設し、その隣り合う各端子板 12間に逆流防止用ダイオード 13を設けた太陽電 池モジュール用端子ボックス Bにおいて、

上記各端子板 12に放熱片 20を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール用端 子ボックス。

[7] 請求項 1乃至 5に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス Bにおいて、

上記各端子板 12に放熱片 20を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール用端 子ボックス。

[8] 請求項 7で引用する請求項 4又は 5に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス B において、

上記放熱片 20を上記ヒートトランス板 30と兼用したことを特徴とする太陽電池モジ ユール用端子ボックス。

[9] 上記端子板 12への逆流防止用ダイオード 13の接続を、その逆流防止用ダイォー ド 13の脚 13aを端子板 12の嵌合孔に嵌め込み固定することにより行うことを特徴とす る請求項 1乃至 8のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

[10] 上記隣り合う各端子板 12間の並列に設けた複数の逆流防止用ダイオード 13を各 端子板 12の並列方向に向かって千鳥足状に配置したことを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。

[11] ボックス本体 11に放熱プレート、放熱フィン、又は放熱穴を形成したことを特徴とす る請求項 1乃至 10のいずれかに記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。