(57)【要約】【課題】  太陽電池パネル用端子ボックスの内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を効率良く放熱させることができ、これによりバイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる太陽電池パネル用端子ボックスを提供する。【解決手段】  筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子板、及び前記複数の端子板を相互に接続するバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、  太陽電池パネルに面することを意図される筺体の底板の上に高熱伝導材料からなる熱伝達部材が配置され、かつ前記熱伝達部材の上に前記バイパスダイオードが密着されており、これにより前記バイパスダイオードの動作時に発生する熱がまず前記熱伝達部材全体に伝達され、次に熱伝達部材の個々の場所から前記底板を介して太陽電池パネルの方に効果的に伝達されることを特徴とする太陽電池パネル用端子ボックス。【選択図】  図３
2006147737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子板、及び前記複数の端子板を相互に接続するバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、
太陽電池パネルに面することを意図される筺体の底板の上に高熱伝導材料からなる熱伝達部材が配置され、かつ前記熱伝達部材の上に前記バイパスダイオードが密着されており、これにより前記バイパスダイオードの動作時に発生する熱がまず前記熱伝達部材全体に伝達され、次に熱伝達部材の個々の場所から前記底板を介して太陽電池パネルの方に効果的に伝達されることを特徴とする太陽電池パネル用端子ボックス。
【請求項２】
前記バイパスダイオードの前記熱伝達部材が配置されている側とは逆の側に高熱伝導材料からなる放熱板が密着して配置され、前記バイパスダイオードが前記熱伝達部材と前記放熱板の間に挟持されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
【請求項３】
前記熱伝達部材又は前記放熱板の端面が立ち上げられていることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池パネル用端子ボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の太陽電池パネルを相互に電気的に接続するための太陽電池パネル用端子ボックスに関する。特に本発明は端子ボックス内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を太陽電池パネルに効率良く放熱させることによって、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる太陽電池パネル用端子ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネルは発電量を増大するため日当たりの良い家屋の屋根等に多数配置される。個々の太陽電池パネルＰはその裏面に図１に示す通り端子ボックスＢが取り付けられており、外部接続用ケーブル５を介して隣接する太陽電池パネルＰの端子ボックスＢ同士を電気的に接続して使用する。
【０００３】
次に、かかる端子ボックスＢの内部の従来例を図２に示す。図２は従来の端子ボックスＢの蓋板を取り除いた内部の模式図である。図中、１は底板、２は底板開口、３は側壁、４は端子板、５は外部接続用ケーブル、６はバイパスダイオードである。
【０００４】
底板１は端子ボックスを太陽電池パネルに取り付けたときに太陽電池パネルに面する筺体の部分である。底板１はまた底板開口２を有していて、底板１を太陽電池パネルに取り付けたとき太陽電池パネルから出ているプラス電極とマイナス電極をこの底板開口２から筺体内部へ通すようになっている。
【０００５】
底板１の外周には側壁３が底板１の外周を取り囲むように立設されている。この側壁には底板１に対向するように底板１から間隔を置いて蓋板（図示せず）が設けられている。これらの底板、側壁及び蓋板は熱伝導率の低い樹脂製のモールド成形品である。
【０００６】
筺体内部には底板１の上に１対の端子板４が取り付けられている。これらの端子板は一端が外部接続用ケーブル５に接続され、他端が太陽電池パネルから出ているプラス電極又はマイナス電極（図示せず）にそれぞれ接続される。また、筺体内部にはバイパスダイオード６が組み込まれており、前記１対の端子板を相互に接続している。
【０００７】
このバイパスダイオードは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から他方の外部接続用ケーブルへ短絡させるためのものである。太陽電池パネルにおいては様々な理由によりパネルの起電力が低下することがある。例えば、石などの重量物の衝突により太陽電池パネルを構成するセルの一部が破損したり、建物の影や降雪等の影響により太陽電池パネルを構成するセルの一部への太陽光の入射が遮られた場合、その太陽電池パネルでの起電力が低下してしまう。この場合、正常に発電している他の太陽電池パネルで発生した電圧が起電力が低下した太陽電池パネルに逆方向電圧という形で印加されることになる。これは太陽電池パネル全体の発電量を低下させるのみならず、起電力が低下した太陽電池パネルでの異常発熱現象（ホットスポット）の発生をもたらす。バイパスダイオードはかかる発電量の低下及び異常発熱現象の発生を防止するために設けられるものであり、逆方向電圧の印加時の電流を一方の接続用ケーブルから他方の接続用ケーブルへ短絡させ、起電力が低下した太陽電池パネルをバイパスさせる役割を果たす。
【０００８】
ところで、バイパスダイオードが上述の役割を果たす際、ダイオードの順方向へ大電流が流れるため、バイパスダイオードは激しく発熱し、ダイオードの適正な使用温度を超えてしまうことがある。ダイオードがその適正な使用温度を超えるとダイオードとして機能しなくなる（熱暴走）のみならず、ダイオード及び周辺回路が破壊される恐れがある。また、たとえダイオード及び周辺回路が破壊されなかったとしても、このような熱暴走が繰り返されるとダイオードの寿命が著しく短くなる。従って、バイパスダイオードの動作時に発生する熱がバイパスダイオードの適正な使用温度を超えないように発生した熱を効率良く放熱させる必要がある。
【０００９】
太陽電池パネル用端子ボックス内に組み込まれたバイパスダイオードから発生した熱を放熱させる技術としては、端子ボックス表面から周辺大気への放熱や、端子板・外部接続用ケーブルを通した周辺大気への放熱といったバイパスダイオード表面と周辺大気との温度差を利用した技術が従来適用されている。しかし、かかる放熱技術はそれほど効率的ではなく、現状として実使用環境を考慮したときに全ての環境中でバイパスダイオードの温度をダイオードの適正な使用温度内に抑えることは極めて困難である。
【００１０】
一方、ヨーロッパ各国では最近太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度についての規格が変更され、火災防止のため太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を一層低く抑えることが要求されている。かかる傾向は日本国にも将来確実に波及するものと考えられる。従って、バイパスダイオードの温度をダイオードの適正な使用温度内に抑えることにより太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を低く抑えることは日本国においても将来確実に求められる性能である。
【００１１】
ところで、ダイオードから発生した熱を放熱させる技術としてコンピュータの分野では冷却ファンを併用することによる強制冷却やダイオードをヒートシンクに取り付けることによる大気中への放熱が一般的に行われている。
【００１２】
しかし、これらの技術を太陽電池パネル用端子ボックスに組み込まれるバイパスダイオードに単純に適用すると様々な不都合を生ずると考えられる。例えば、冷却ファンを併用するとファンを作動させるための電力がロスとなる上、極めて高コストとなるであろう。また、ヒートタンクを使用すると電力ロスはないものの極めて体積が大きいため、それを包囲する太陽電池パネル用端子ボックスが大型化せざるを得ないであろう。更に、ヒートタンクを使用する場合、風雨にさらされるという太陽電池パネル用端子ボックスの設置環境を考慮すると、錆に対する処理を予め施す必要があり、これはコストの増大を招くであろう。
【００１３】
以上、コンピュータの分野で知られているこれらの放熱技術は太陽電池パネル用端子ボックスに組み込まれるバイパスダイオードに適用するにはいずれも好適でない。従って、太陽電池パネル用端子ボックスに組み込まれるバイパスダイオードに好適な独自の放熱技術を開発する必要がある。
【特許文献１】特開２００１−１３５８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はかかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は端子ボックスの外観を変えずに太陽電池パネル用端子ボックスの内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を効率良く放熱させることによってバイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる太陽電池パネル用端子ボックスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は上記課題を解決するために太陽電池パネル用端子ボックスの内部に組み込まれたバイパスダイオードからの効率的な放熱機構について鋭意研究した結果、バイパスダイオードの発生する熱を周辺大気ではなく太陽電池パネルの方に逃すと効率良く放熱させることができることを意外にも見出し、遂に本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、本発明は筐体、前記筐体内部に組み込まれた複数の端子板、及び前記複数の端子板を相互に接続するバイパスダイオードを含む太陽電池パネル用端子ボックスにおいて、
太陽電池パネルに面することを意図される筺体の底板の上に高熱伝導材料からなる熱伝達部材が配置され、かつ前記熱伝達部材の上に前記バイパスダイオードが密着されており、これにより前記バイパスダイオードの動作時に発生する熱がまず前記熱伝達部材全体に伝達され、次に熱伝達部材の個々の場所から前記底板を介して太陽電池パネルの方に効果的に伝達され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。
【００１７】
本発明の一つの好ましい実施態様においては、前記バイパスダイオードの前記熱伝達部材が配置されている側とは逆の側に高熱伝導材料からなる放熱板が密着して配置され、前記バイパスダイオードが前記熱伝達部材と前記放熱板の間に挟持されている。
【００１８】
本発明の他の好ましい実施態様においては、前記熱伝達部材又は前記放熱板の端面が立ち上げられている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば、端子ボックス内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を太陽電池パネルの方に効率良く放熱させることができるため、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。また、結果として太陽電池パネル用端子ボックスの使用時の温度を低く抑えることができる。しかも、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば余分な電力を消費したり端子ボックスを大型化させたりすることなくこれらの効果を奏することができる。さらに、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは従来の端子ボックスの筐体の底板の上に熱伝達部材を追加した構成となっているため、端子ボックスの外観は従来のものと何ら変化がなく、顧客に大きな違和感を与えることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスはバイパスダイオードの動作時に発生する熱が、太陽電池パネルに面することを意図される筺体の底板を介して太陽電池パネルの方に伝達されるような構造を有することを特徴とする。かかる構造としては様々なものが考えられるが、例えば図３に示すような構造を挙げることができる。
【００２１】
図３は本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一実施態様の底板、熱伝達部材とバイパスダイオードを示す概念的模式図である。図３においては説明を容易とするため本発明の太陽電池パネル用端子ボックスを構成する他の部品は描かれておらず、底板及び熱伝達部材の寸法・形状やバイパスダイオードの配置も実際のものとは若干異なる。図３中、１は筐体の底板であり、その上にアルミニウムや銅、ステンレスなどの高熱伝導材料からなる熱伝達部材７が配置されており、この熱伝達部材７の上にバイパスダイオード６が密着されている。なお、本発明においては熱伝達部材の大きさは少なくともバイパスダイオードの底面の大きさより大きいことが本発明の効果を奏するために望ましく、底板と実質的に同じ大きさであることが好ましい。
【００２２】
従来の太陽電池パネル用端子ボックスにおいてはバイパスダイオードは熱伝導率の低い樹脂からなる底板の上に直接配置されるため、バイパスダイオードの動作時に発生する熱が底板を介して太陽電池パネルの方に伝達されることはほとんどなく、もっぱら端子ボックス表面や端子板、外部接続用ケーブルを通して周辺大気に伝達されていた。これに対し、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては底板の上にアルミニウムや銅、ステンレスなどの高熱伝導材料からなる熱伝達部材を配置し、その上にバイパスダイオードを密着しているので、バイパスダイオードの動作時に発生する熱はまず前記熱伝達部材全体に伝達され、次に熱伝達部材の個々の場所から底板を介して太陽電池パネルの方に広範囲に効率的に伝達され、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。
【００２３】
つまり、従来の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては、バイパスダイオードの動作時に発生する熱の太陽電池パネルの方への伝達は、バイパスダイオードの真下にあたる部分の極めて狭い面積の底板のみを介して行われ、しかも底板の熱伝導率が低いため、極めて効率が悪く、ほとんど無視しうるといってよい。これに対し、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては、バイパスダイオードと底板の間に高熱伝導材料からなる熱伝達部材を設けているため、バイパスダイオードの動作時に発生する熱はバイパスダイオードの真下にあたる極めて狭い面積の部分に局在されるのではなく、熱伝達部材全面に速やかに伝達され、次に熱伝達部材の全面から底板を介して太陽電池パネルへ伝達される。従って、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては底板のバイパスダイオードの真下にあたる部分のみならず熱伝達部材に接触する部分全体がバイパスダイオードから太陽電池パネルの方への熱伝達に寄与しうるので、たとえ底板自体の熱伝導率が低くても全体としては十分高い効率で太陽電池パネルの方に熱を伝達することができる。
【００２４】
発熱物体からの放熱は一般に発熱物体表面と放熱先との温度差が大きいほど効率的に行われる。太陽電池パネル用端子ボックスに組み込まれるバイパスダイオードの場合、発熱物体であるバイパスダイオードの動作時の表面温度は１４０℃以上になる。一方、通常の使用環境下においてバイパスダイオード周辺の大気温度は４０℃前後であり、太陽電池パネルの表面温度は８０℃前後である。従って、放熱先としてはバイパスダイオード表面との温度差が大きいバイパスダイオード周辺の大気を選択する方が効率的であると従来考えられていた。これに対し、本発明者は放熱先として太陽電池パネルを選択する方がバイパスダイオード表面との温度差が小さいにもかかわらず結果として効率的に放熱が行われることを意外にも見出した。この理由はバイパスダイオードから熱伝達部材及び底板を介して太陽電池パネルに熱が移動する速度の方がバイパスダイオードから周辺大気に熱が移動する速度よりも大きいためであると考えられる。また、太陽電池パネルの表面積は極めて大きいのでバイパスダイオードから太陽電池パネルに伝達された熱がそこから大気へ効率的に伝達されるためであると考えられる。
【００２５】
次に、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスのいくつかの応用的実施態様を図４〜６を参照して説明する。図４〜６も図３と同様、概念的模式図であり、説明を容易とするため本発明の太陽電池パネル用端子ボックスを構成する他の部品は描かれておらず、底板及び熱伝達部材の寸法・形状やバイパスダイオードの配置も実際のものとは若干異なる。
【００２６】
図４に示す実施態様は図３に示す実施態様においてバイパスダイオード６の熱伝達部材７が配置されている側とは逆の側に放熱板８が密着して配置され、バイパスダイオード６が熱伝達部材７と放熱板８の間に挟持されているものである。この放熱板８はアルミニウムや銅、ステンレスなどの高熱伝導材料からなる薄板であり、熱伝達部材７と同一の素材からなることができる。かかる放熱板８を配置することにより、バイパスダイオード６の動作時に発生する熱の一部が放熱板８を介して端子ボックスの蓋板側の周辺大気に広範囲に伝達されるので、一層効率的に放熱を行わせることができる。
【００２７】
なお、本発明の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を熱伝達部材及び／又は放熱板に直接密着させる必要はなく、バイパスダイオードが非絶縁タイプのものである場合は安全のため絶縁材料を介して熱伝達部材及び／又は放熱板に密着させることができる。ただし、この場合、絶縁材料は極力伝熱を妨げないようなものである必要がある。
【００２８】
図５及び図６に示す実施態様は図４に示す実施態様において熱伝達部材７の端面が立ち上げられたもの（図５）又は放熱板８の端面が立ち上げられたもの（図６）である。このように熱伝達部材７又は放熱板８の端面を立ち上げることにより、バイパスダイオード６の動作時に発生する熱の一部が端子ボックスの側壁側の周辺大気に広範囲に伝達されるので、一層効率的に放熱を行わせることができる。
【００２９】
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいては熱伝達部材及び／又は放熱板にアルマイト処理等の耐候性処理が施されていることが防錆の観点から好ましい。このように、熱伝達部材及び／又は放熱板に耐候性処理を施すことにより筺体の蓋板や側壁の一部を省略することができ、熱伝達部材や放熱板から周辺大気への放熱を一層効率的に行わせることができる。
【００３０】
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスにおいて熱伝達部材及び／又は放熱板を形成する高熱伝導材料は例えばアルミニウム、銅又はステンレスであることができる。また、熱伝達部材及び／又は放熱板の表面は黒色に彩色加工されていることが好ましく、これにより熱伝達部材及び／又は放熱板からの熱放射による放熱効率の向上を期待できる。
【００３１】
本発明の太陽電池パネル用端子ボックスを太陽電池パネルに取り付ける際、太陽電池パネルの裏面に不規則な凹凸形状がある場合は、底板と太陽電池パネルの裏面との間に熱伝導率の良いスポンジ・ジェル・両面テープ等の高分子材料からなる柔軟なシート・粘性物質を適用することにより底板から太陽電池パネルの方への熱伝達を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上、本発明によれば余分な電力を消費したり端子ボックスを大型化させたりすることなく端子ボックス内部に組み込まれたバイパスダイオードの発生する熱を効率良く放熱させ、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えることができる。また、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは従来の端子ボックスの筐体の底板の上に熱伝達部材を追加した構成となっているため、端子ボックスの外観は従来のものと何ら変化がなく、顧客に大きな違和感を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】太陽電池パネルの裏面を示す模式図である。
【図２】従来の端子ボックスの蓋板を取り除いた内部の模式図である。
【図３】本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一実施態様の概念的模式図である。
【図４】本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの応用的実施態様の概念的模式図である。
【図５】本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの応用的実施態様の概念的模式図である。
【図６】本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの応用的実施態様の概念的模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ｐ  太陽電池パネル
Ｂ  端子ボックス
１  底板
２  底板開口
３  側壁
４  端子板
５  外部接続用ケーブル
６  バイパスダイオード
７  熱伝達部材
８  放熱板
【図１】
2006147737.tif 000003
【図２】
2006147737.tif 000004
【図３】
2006147737.tif 000005
【図４】
2006147737.tif 000006
【図５】
2006147737.tif 000007
【図６】
2006147737.tif 000008