(57)【要約】【課題】組み立ての手間とコストを低減することができ、且つ、小型化することができる、太陽光発電システム用接続箱を提供する。【解決手段】接続箱１を、太陽電池が回路ごとに接続される開閉器１０と、パワーコンディショナに接続される外部出力端子２０と、開閉器１０の出力端子の正極１３を外部出力端子２０の正極２１に接続している一枚の金属板６１と、基板５０上に実装され、開閉器１０の出力端子の負極１４と外部出力端子の負極２２との間に、基板５０にはんだ付けされた配線６２、６４によって接続されている逆流防止ダイオードと、基板５０上に実装され、開閉器１０の出力端子の負極１４と外部出力端子の正極２１との間に、基板５０にはんだ付けされた配線６２、６７によって接続されているサージアブソーバ４０と、それらを収容している函体とを具備する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池が回路ごとに接続される正極及び負極一対の入力端子、該入力端子とそれぞれ接続される正極及び負極一対の出力端子、及び、前記入力端子と前記出力端子との接続をオン・オフする開閉スイッチをそれぞれ有する複数の開閉器と、
パワーコンディショナに接続される正極及び負極一対の外部出力端子と、
複数の前記開閉器それぞれの前記出力端子の正極及び負極の一方を、同極の前記外部出力端子に接続している一枚の金属板と、
基板上に実装されており、複数の前記開閉器それぞれの前記出力端子の正極及び負極の他方と、同極の前記外部出力端子との間に、前記基板にはんだ付けされた配線によって接続されている逆流防止ダイオードと、
該逆流防止ダイオードと同一の前記基板上に実装されており、複数の前記開閉器それぞれの前記出力端子の正極及び負極の他方と、異極の前記外部出力端子との間に、前記基板にはんだ付けされた配線によって接続されているサージアブソーバと、
前記開閉器、前記外部出力端子、及び、前記基板を収容している函体と
を具備することを特徴とする太陽光発電システム用の接続箱。
【請求項２】
前記基板を前記函体の底面に対して立設させていると共に、前記基板より前記底面からの高さが大きい支持フレームと、
該支持フレームの上端から屈曲して延出しているカバー部と
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム用の接続箱。
【請求項３】
前記基板と前記底面との間に配設された放熱シートを更に具備し、
前記支持フレームは、立設した前記基板において下端辺に沿って実装された前記逆流防止ダイオードに当接し、前記逆流防止ダイオードを前記放熱シートに密着させている当接部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム用の接続箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムにおいて太陽電池とパワーコンディショナとを接続する接続箱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムでは、太陽電池から出力された直流電流を、パワーコンディショナで交流電流に変換する。その際、太陽電池セルを数十枚配列した太陽電池モジュールを、更に直列または並列に接続したグループ（ストリング、アレイ）を一つの回路とし、回路ごとに接続箱に直流電流が入力され、接続箱で一回路にまとめた直流電流をパワーコンディショナに出力する。
【０００３】
ここで、図４及び図５に示すように、従来の接続箱１００は、太陽電池の回路ごとに保守点検等の際に回路から切り離すための開閉器１１０と、太陽電池の回路間に電圧差が生じた場合に、電圧の高い太陽電池から電圧の低い太陽電池への電流を防止する逆流防止ダイオード１３０と、雷や静電気等により発生する異常電流からパワーコンディショナを保護するサージアブソーバ１４０と、一つにまとめられた直流電流をパワーコンディショナへ出力するための外部出力端子１２０とが、函体に収容されたものである。
【０００４】
しかしながら、従来の接続箱１００では、複数の回路ごとに（図４及び図５では４回路の場合を例示）、前記の部品が個々に函体の底面上に並べられ、配線コード１６０で繋がれているので、配線コード１６０の数が多くなり、組み立ての手間がかかるという問題があった。加えて、逆流防止ダイオード１３０等の部品と配線コード１６０との接続には、入力端子及び出力端子それぞれに挿脱するコネクタ１６５を使用していたため、多数のコネクタ１６５が必要であり、部品点数が増えると共にコスト高となっていた。更には、多数の配線コード１６０や多数のコネクタ１６５を使用することによって、スペースが嵩むことから、小型化への要請があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記の実情に鑑み、組み立ての手間とコストを低減することができ、且つ、小型化することができる、太陽光発電システム用の接続箱の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる太陽光発電システム用の接続箱（以下、単に「接続箱」と称することがある）は、「太陽電池が回路ごとに接続される正極及び負極一対の入力端子、該入力端子とそれぞれ接続される正極及び負極一対の出力端子、及び、前記入力端子と前記出力端子との接続をオン・オフする開閉スイッチをそれぞれ有する複数の開閉器と、パワーコンディショナに接続される正極及び負極一対の外部出力端子と、複数の前記開閉器それぞれの前記出力端子の正極及び負極の一方を、同極の前記外部出力端子に接続している一枚の金属板と、基板上に実装されており、複数の前記開閉器それぞれの前記出力端子の正極及び負極の他方と、同極の前記外部出力端子との間に、前記基板にはんだ付けされた配線によって接続されている逆流防止ダイオードと、該逆流防止ダイオードと同一の前記基板上に実装されており、複数の前記開閉器それぞれの前記出力端子の正極及び負極の他方と、異極の前記外部出力端子との間に、前記基板にはんだ付けされた配線によって接続されているサージアブソーバと、前記開閉器、前記外部出力端子、及び、前記基板を収容している函体とを具備する」ものである。
【０００７】
「金属板」としては、銅やアルミニウムなどの板を例示することができる。金属板の形状や断面積等については、開閉器の数、外部出力端子への距離、電流容量等に応じて、適宜設定可能である。また、金属板の表面にメッキや、導通させる部分を除き絶縁シートで被覆するラミネートを施してもよい。金属板は、開閉器の出力端子の正極側及び負極側の何れを接続するものであってもよいが、複数の開閉器の出力端子の正極側のすべて、或いは、複数の開閉器の出力端子の負極側のすべてを、同極の外部出力端子に一括して接続する。
【０００８】
「基板」としては、樹脂基板やセラミック基板などを用いることができる。基板における導体パターンは、太陽電池の回路の数、これに応じた逆流防止ダイオードやサージアブソーバの数、基板外と接続する配線の位置等に応じて、設計することができる。
【０００９】
「逆流防止ダイオード」は、金属板が開閉器の出力端子の正極側に接続された場合は、開閉器の出力端子の負極側に接続され、金属板が開閉器の出力端子の負極側に接続された場合は、開閉器の出力端子の正極側に接続される。
【００１０】
「サージアブソーバ」としては、バリスタ、アレスタ、シリコンサージ防護素子などを使用可能である。本発明では、サージアブソーバを基板に実装しているとともに、太陽電池の各回路において、正極と負極との間に接続している。例えば、基板において太陽電池の各回路の負極側と接続された配線にサージアブソーバの一方の端子を実装し、他方は、基板において各回路のリーク電流を一括し、外部出力端子の正極側と接続された配線に実装することができる。
【００１１】
「函体」は、その開口を被覆する蓋体を備えたものとすることができる。また、太陽電池からの入力線やパワーコンディショナへの出力線を挿通する孔部を備える構成とすることができる。なお、ダイオード等の部品からの放熱を促すために、アルミニウム板などの放熱板を内部に備える構成とすることができる。
【００１２】
本構成では、逆流防止ダイオード、及びサージアブソーバが同一の基板に実装されており、これらの部品は基板における配線で接続されるため、これらの部品を接続するための配線コードが不要である。また、複数の開閉器の出力端子の正極及び負極の一方は、全て一枚の金属板によって外部出力端子と接続されているため、更に配線コードの数が少ない。加えて、基板と基板外とを接続する配線は基板にはんだ付けされており、従来とは異なりコネクタを使用していないため、部品点数を大幅に削減することができる。また、基板にはんだ付けされた配線は、基板と一体化された一つのユニットとして取り扱うことができるため、組み立ての手間を削減することができる。そして、多数の配線コードを使用することもコネクタを使用することもないため、コストを削減できると共に、スペースを省いて小型化することが可能となる。
【００１３】
本発明にかかる接続箱は、上記構成に加えて、「前記基板を前記函体の底面に対して立設させていると共に、前記基板より前記底面からの高さが大きい支持フレームと、該支持フレームの上端から屈曲して延出しているカバー部とを具備する」ものとすることができる。
【００１４】
「支持フレーム」は、金属製や樹脂製とすることができる。支持フレームの形状としては、基板が取り付けられる面と函体の底面に取り付けられる面とを有する断面Ｌ字状の形状、断面Ｌ字状の上端からカバー部を取り付ける面が屈曲して延出した断面コ字状の形状を挙げることができる。また、このような断面形状の部材が複数連設されて一つの支持フレームを構成しているものであっても、単一断面形状の構成であってもよい。
【００１５】
「カバー部」は、支持フレームと別体であっても一体であってもよい。支持フレームと別体の場合、カバー部の材質は支持フレームと同じであっても異なっていてもよい。また、カバー部の形状としては、支持フレームの立設部分と重畳する面と支持フレームの上端から延出する部分とを有する断面Ｌ字状の形状、支持フレームの上端から延出する部分のみからなる平板状の形状を、例示することができる。
【００１６】
本構成では、逆流防止ダイオードやサージアブソーバが実装された基板が立設されていることによって、図５に示す従来の接続箱のように函体の底面上にこれらの部品が並べられている場合に比べて、これらの部品と開閉器及び外部出力端子との配線距離を、短くすることができる。加えて、基板が立設されていることにより、実装された部品が上下に位置する関係となるため、これらの部品を函体の底面上に並べていた従来に比べ、必要なスペースを大きく削減することできる。
【００１７】
また、支持フレームの上端から屈曲して延出しているカバー部を有するため、作業者の手などが基板に直接触れることが抑止される。更に、カバー部によって、基板や基板上の部品にホコリやゴミが付着するおそれが低減される。加えて、カバー部の上面は、回路図、部品の規格、警告などの情報を表示する面として利用することができる。
【００１８】
本発明にかかる接続箱は、上記の構成に加え、「前記基板と前記底面との間に配設された放熱シートを更に具備し、前記支持フレームは、立設した前記基板において下端辺に沿って実装された前記逆流防止ダイオードに当接し、前記逆流防止ダイオードを前記放熱シートに密着させている当接部を有する」ものとすることができる。
【００１９】
「放熱シート」としては、熱伝導率の高い材料のシートを用いることができ、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂のシート、上記の樹脂にアルミナや炭化ケイ素などのフィラーを含有させたシートを例示することができる。
【００２０】
「当接部」としては、支持フレームにおいて函体の底面から立設している部分の下端近傍から水平方向に延出し、逆流防止ダイオードの上面に当接させた平板状の構成、支持フレームが複数の部材を連設した構成である場合に、複数の部材を連設する横材を逆流防止ダイオードの上面に当接する高さに設けた構成、上記の横材から逆流防止ダイオードの上面に当接させる平板状の部分を突設させた構成、を例示することができる。
【００２１】
本構成では、発熱しやすい逆流防止ダイオードを函体の底面近くに配置することで、放熱を促している。逆流防止ダイオードは、支持フレームの当接部によって放熱シートに密着させられており、更に放熱シートを介して、函体の底面との間に空隙が形成されることなく密着させられているため、放熱の効率がよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の効果として、組み立ての手間とコストを低減することができ、且つ、小型化することができる、太陽光発電システム用接続箱を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態である接続箱の函体の内部の構成を示す平面図である。
【図２】図１の接続箱の基板近傍の分解斜視図である。
【図３】図１の接続箱の電気回路及び配線を示す図である。
【図４】従来の接続箱の電気回路図である。
【図５】従来の接続箱の函体の内部の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態である接続箱について図１乃至図３を用いて説明する。
【００２５】
本実施形態の接続箱１は、太陽電池が回路ごとに接続される正極１１及び負極１２一対の入力端子と、該入力端子とそれぞれ接続される正極１３及び負極１４一対の出力端子、及び、入力端子と出力端子との接続をオン・オフする開閉スイッチ１５をそれぞれ有する複数の開閉器１０と、パワーコンディショナに接続される正極２１及び負極２２一対の外部出力端子２０と、複数の開閉器１０それぞれの出力端子の正極１３を、外部出力端子２０の正極２１に接続している一枚の金属板６１と、基板５０上に実装されており、複数の開閉器１０それぞれの出力端子の負極１４と外部出力端子２０の負極２２との間に、基板５０にはんだ付けされた配線６２、６４によって接続されている逆流防止ダイオード３０と、逆流防止ダイオード３０と同一の基板５０上に実装されており、複数の開閉器１０それぞれの出力端子の負極１４と外部出力端子２０の正極２１との間に、基板５０にはんだ付けされた配線６２、６７によって接続されているサージアブソーバ４０と、開閉器１０、外部出力端子２０、及び、基板５０を収容している函体とを具備している。
【００２６】
加えて、基板５０を函体の底面に対して立設させていると共に、基板５０より函体の底面からの高さが大きい支持フレーム７０と、支持フレーム７０の上端から屈曲して延出している平板状のカバー部８０とを具備している。
【００２７】
また、基板５０と函体の底面との間に配設された放熱シート９５を更に具備し、支持フレーム７０は、立設した基板５０において下端辺に沿って実装された逆流防止ダイオード３０に当接し、逆流防止ダイオード３０を放熱シート９５に密着させている当接部７３を有している。
【００２８】
具体的に説明すると、函体は金属製で有底筒状の函本体（図示しない）と、函本体の内部に設けられたアルミニウム製の放熱板９０とを備えている。この放熱板９０はＬ字状で、Ｌ字をなす二面のうち一方の面９１が函本体の底面との間に隙間を設けた状態で固定されているとともに、他方の面９２が函本体の内側面に接着されている。開閉器１０、基板５０、外部出力端子２０は、放熱板９０において函本体の底面側の面９１上に配置されている。この放熱板９０における面９１が、本発明の「函体の底面」に相当する。
【００２９】
本実施形態の接続箱１は太陽電池の回路の４つと接続される。太陽電池からの４つの入力線（図示しない）は、それぞれ正極及び負極一対であり、函体に設けられた引込孔を介して函体の内部に引き入れられ、４つの開閉器１０の入力端子の正極１１及び負極１２にそれぞれ接続される。４つの開閉器１０は同じ向きに並べられており、これら開閉器１０に隣接して外部出力端子２０が配されている。
【００３０】
４つの開閉器１０の出力端子の正極１３すべては、一枚の金属板６１によって外部出力端子２０の正極２１と接続されている。この金属板６１は銅製であり、各開閉器１０の正極１３にそれぞれ接続される４つの帯状片と、外部出力端子２０の正極２１に接続される帯状片とが、細長い板状の部分で連結された形状である。
【００３１】
一方、開閉器１０の出力端子の負極１４は、基板５０を介して、外部出力端子２０の負極２２に接続されている。基板５０は樹脂製で、基板５０の内部には銅配線による導体パターンが形成されており、この導体パターンに沿って逆流防止ダイオード３０と、サージアブソーバ４０としてのバリスタが配置されている。
【００３２】
より具体的には、まず、４つの開閉器１０それぞれの出力端子の負極１４に、配線６２の一端がねじ留めで接続されており、配線６２の他端は、基板５０の接点Ｐ１〜Ｐ４にそれぞれはんだ付けされている。基板５０には、これらの接点Ｐ１〜Ｐ４に加えて接点Ｐ５〜Ｐ８が形成されており、接点Ｐ１とＰ５との間、接点Ｐ２とＰ６との間、接点Ｐ３とＰ７との間、接点Ｐ４とＰ８との間に、それぞれ逆流防止ダイオード３０が銅配線６３によって接続されている。ここで、逆流防止ダイオード３０を接続する銅配線６３は、逆流防止ダイオード３０が基板５０の一つの端辺に沿って並ぶように配されている。接点Ｐ５〜Ｐ８には、それぞれ配線６４の一端がはんだ付けされており、これら４本の配線６４は２本ずつまとめられて、他端が外部出力端子２０の負極２２にねじ留めで接続されている。
【００３３】
接点Ｐ１〜Ｐ４からは、それぞれサージアブソーバ４０に接続される分岐路としての銅配線６５が形成されており、サージアブソーバ４０はリーク電流を一つにまとめる銅配線６６を介して接点Ｐ９に接続されている。接点Ｐ９には配線６７の一端がはんだ付けされており、他端は外部入力端子の正極２１にねじ留めによって接続されている。
【００３４】
逆流防止ダイオード３０とサージアブソーバ４０が上記のように実装された基板５０は、はんだ付けされた配線６２、６４、６７と共に予め一つのユニットとして組み立てられている。この基板５０は放熱板９０の面９１上に敷かれた放熱シート９５の上に、逆流防止ダイオード３０が配された側の端辺を下側にして、立設している。本実施形態では、放熱シート９５として電気絶縁性のシリコーン樹脂系シートを使用している。
【００３５】
基板５０を立設させている支持フレーム７０は、断面略コ字形の縦材７１の二つが横材７２によって連結された形状であり、縦材７１の下端部が放熱シート９５を介して放熱板９０の面９１に留め付けられていると共に、縦材７１の中間部に基板５０が当接され留め付けられている。ここで、基板５０は、逆流防止ダイオード３０やサージアブソーバ４０が実装された面が、縦材７１に当接している。支持フレーム７０の横材７２からは、逆流防止ダイオード３０の上面に当接する高さの当接部７３が突設されており、逆流防止ダイオード３０を放熱シート９５に密着させている。
【００３６】
カバー部８０は支持フレーム７０とは別体の樹脂製で、支持フレームの縦材７１の上端部に取り付けられるカバー面部８１と、カバー面部８１の端辺から屈曲して延出した支持面部８２とを有した断面Ｌ字状である。カバー面部８１を支持面部８２との境界近くで縦材７１の上端部に取り付けると、支持面部８２が縦材７１の背面に当接し、カバー部８０の姿勢が安定する。カバー面部８１の上面には、回路図、部品の規格、警告などの情報が表示されている。
【００３７】
上記構成の本実施形態の接続箱１では、逆流防止ダイオード３０、及びサージアブソーバ４０が同一の基板５０に実装されており、これらの部品は基板５０における配線６３、６５、６６で接続されているため、これらの部品を接続するための配線コードが不要である。また、複数の開閉器１０の出力端子の正極１３は全て、一枚の金属板６１によって外部出力端子２０と接続されているため、更に配線の数が少ない。更に、従来とは異なりコネクタを使用していないため、部品点数が大幅に削減されている。加えて、基板５０にはんだ付けされた配線６２，６４，６７と基板５０に実装された部品は、基板５０と一体化された一つのユニットとして取り扱うことができるため、組み立ての手間が少ない。加えて、配線の本数が少なくコネクタも使用していないため、従来の接続箱１より小型化されていると共に、コストを削減することができる。
【００３８】
また、逆流防止ダイオード３０やサージアブソーバ４０が実装された基板５０が立設されているため、基板５０を配置するためのスペースが少ないと共に、配線６２、６４、６７が短くて済み、より小型化されている。
【００３９】
加えて、逆流防止ダイオード３０は、立設した基板５０において下端辺側に配置されており、支持フレーム７０の当接部７３によって押圧されて放熱シート９５に密着しているため、発熱する逆流防止ダイオード３０の放熱が促されている。なお、放熱シート９５が敷かれた面９１を有する放熱板９０はＬ字状で、Ｌ字をなすもう一方の面９２は、外気で冷却される函体の側面に接着されているため、より放熱の効率がよい。
【００４０】
また、函本体及び放熱板９０は金属製であり導電性であるが、放熱シート９５は絶縁性であるため、逆流防止ダイオード３０が立設した基板５０において下端辺側に配置されていても、ホコリ等の存在によって逆流防止ダイオード３０の導通部分が導電性の部分と短絡するおそれがない。
【００４１】
更に、カバー部８０を有しているため、基板５０に実装された部品や、配線６２、６４、６７と基板５０との接点Ｐ１〜Ｐ９の上方がカバー部８０で被覆され、ホコリやゴミ等が付着するおそれが低減されていると共に、作業者の手が基板５０等に直接接触することが抑止されている。
【００４２】
加えて、カバー部８０のカバー面部８１には、回路図や警告等の情報が表示されている。従来、このような情報は、函体の底面や内側面に複数のシール等を貼着することにより表示しており、手間がかかると共に、表示も見えにくいものであった。これに対し、本実施形態ではカバー部８０が情報の表示面を兼ねているため、複数のシール等を貼着する従来に比べて、取り付けの手間を削減することができる。また、カバー面部８１の上面は函体の開口に臨んでいるため、表示が見やすい利点がある。
【００４３】
上述のように、本実施形態では、基板５０を立設させる支持フレーム７０が、逆流防止ダイオード３０を放熱シート９５に密着させる役割や、カバー部８０を支持するという役割をも兼ねているため、接続箱１の全体の構成が極めて簡易である。
【００４４】
以上、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４５】
例えば、本実施形態では、接続箱１に入力される太陽電池の回路が４つであり、これに応じて、開閉器１０、逆流防止ダイオード３０、サージアブソーバ４０の数が４つである場合を例示したが、これに限定されない。金属板６１の帯状片の数や基板５０の導体パターンの設計変更等により、接続箱１に入力される太陽電池の回路の数によらず、一つにまとめてパワーコンディショナへ出力することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  接続箱
１０  開閉器
１１  正極（開閉器の入力端子の正極）
１２  負極（開閉器の入力端子の負極）
１３  正極（開閉器の出力端子の正極）
１４  負極（開閉器の出力端子の負極）
２０  外部出力端子
２１  正極（外部出力端子の正極）
２２  負極（外部出力端子の負極）
３０  逆流防止ダイオード
４０  サージアブソーバ
５０  基板
６１  金属板
６２、６４、６７  配線
７０  支持フレーム
７３  当接部
８０  カバー部
９５  放熱シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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