(57)【要約】【課題】  バイパスダイオードにおける熱の発生自体を抑制すること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】  バイパスダイオードと、前記バイパスダイオードに並列に接続された感熱式開閉器を具備する太陽電池パネル用端子ボックスであって、  前記感熱式開閉器が熱を感知した場合にのみ接続するタイプのものであり、かつ前記バイパスダイオードの発生する熱を検知することができる位置に接続されてい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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイパスダイオードと、前記バイパスダイオードに並列に接続された感熱式開閉器を具備する太陽電池パネル用端子ボックスであって、
前記感熱式開閉器が熱を感知した場合にのみ接続するタイプのものであり、かつ前記バイパスダイオードの発生する熱を検知することができる位置に接続されていることを特徴とする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における熱の発生をできる限り抑制することによって、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ものである。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Ｃ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。また、端子ボックスＢの内部にはバイパスダイオード（図示せず）が設けられている。
【０００３】
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に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（図２も参照）。
【０００４】
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、高い電気抵抗を有する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抑制する必要がある。
【０００５】
特に、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。
【０００６】
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する方法としては、バイパスダイオードに発生した熱を放熱させることが従来から広く採用されている。この方法はバイパスダイオードから発生した熱を端子ボックス表面から周辺大気へ放熱させたり、端子板・外部接続用ケーブルを通して周辺大気へ放熱させるものであり、要するに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放熱技術に基づくものである。しかし、かかる放熱技術は実際に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。
【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】
【０００７】
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、その目的はバイパスダイオードにおける熱の発生自体を抑制することにより、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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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における熱の発生の効果的な抑制方法について鋭意研究した結果、感熱式開閉器をバイパスダイオードに並列にかつバイパスダイオードの発生する熱を検知することができる位置に接続することにより、太陽電池パネルに異常が発生したときでもバイパスダイオードにできる限り電流を流すことなく（従ってバイパスダイオードができる限り発熱することなく）バイパス機能を発揮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。
【０００９】
即ち、本発明はバイパスダイオードと、前記バイパスダイオードに並列に接続された感熱式開閉器を具備する太陽電池パネル用端子ボックスであって、
前記感熱式開閉器が熱を感知した場合にのみ接続するタイプのものであり、かつ前記バイパスダイオードの発生する熱を検知することができる位置に接続されてい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。
【発明の効果】
【００１０】
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における熱の発生をできる限り抑制す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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスを図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
まず、従来の端子ボックスにおいて太陽電池パネルに異常が発生した際に端子ボックス内のバイパスダイオードが発熱する機構について説明する。
【００１３】
図２は感熱式開閉器を有さない従来の太陽電池パネル用端子ボックスを設けた太陽電池パネルシステムを示す概念図である。図２中、（ａ）は太陽電池パネルシステムの通常発電時の状態を示しており、（ｂ）は異常発生時の状態を示している。なお、図２（ａ）、（ｂ）においては説明の都合上、三つの太陽電池パネルがそれぞれ端子ボックスによって電気的に接続されたものが示されているが、太陽電池パネルの個数は三つに限定されるものではない。また図２においては理解を容易とするため端子ボックス自体は図示せず、代わりに端子ボックス内のバイパスダイオードのみを図示している。
【００１４】
図２（ａ）に示す通常発電時においては、太陽光は全ての太陽電池パネルに順調に照射されており、太陽電池パネルの起電力はいずれのパネルにおいても十分であるので、各パネルで発生した電流は全て各パネルを通って流れ、バイパスダイオードには電流は流れない。従って、この場合はバイパスダイオードには何ら問題が生じない。
【００１５】
ところが、図２（ｂ）に示す異常発生時、例えば中央の太陽電池パネルの上に降雪等による部分日陰が存在する場合においては、その太陽電池パネルには太陽光が入射しない。このとき、中央の太陽電池パネルでは発電が行われず起電力が低下するため、左側の太陽電池パネルで発生した電流は中央の太陽電池パネルに設けられた端子ボックスのバイパスダイオードを通って（即ち、中央の太陽電池パネルをバイパスして）右側の太陽電池パネルへと流れる。これにより太陽電池パネル全体の発電量の低下、及び起電力が低下した中央の太陽電池パネルでの異常発熱現象の発生は防止されるが、電気抵抗が比較的大きいバイパスダイオードに大電流が流れるため、中央の太陽電池パネルに設けられた端子ボックスの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おそれがある。従来の端子ボックスにおいてはバイパスダイオードから発生した熱を周辺大気へと放熱させることによりこの問題に対応しようとしているが、かかる放熱技術は実際に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。
【００１６】
これに対し、本発明はバイパスダイオードにおける熱の発生自体を抑制することにより、バイパスダイオードの温度を適正な使用温度内に抑えようとするものである。即ち、本発明は太陽電池パネル用端子ボックスにおいて感熱式開閉器をバイパスダイオードに並列に接続することにより、太陽電池パネルに異常が発生した時でもバイパスダイオードにできる限り電流を流すことなく（従ってバイパスダイオードができる限り発熱することなく）バイパス機能を発揮させようとするものである。以下、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの構成及び作用機構について図面を用いて詳述する。
【００１７】
図３は感熱式開閉器を有する本発明の太陽電池パネル用端子ボックスの一実施態様を設けた太陽電池パネルシステムを示す概念図である。図３中、（ａ）は太陽電池パネルシステムの通常発電時の状態を示しており、（ｂ）は異常発生時の状態を示している。図２との違いは、図３においては感熱式開閉器がバイパスダイオードに並列に接続されていることである。
【００１８】
本発明の端子ボックスで使用する感熱式開閉器としては、熱を感知した場合にのみ接続するタイプのものである限り、従来公知のいかなるものも使用できる。感熱式開閉器の設定温度及びディファレンシャル（ＯＮ／ＯＦＦの温度差）は様々な設定温度及びディファレンシャルのものが市販されているので、使用条件に応じて好適なものを選択すればよい。例えば、用いるバイパスダイオードの適正な使用温度の上限が１５０℃である場合、感熱式開閉器の設定温度はバイパスダイオードから少し離れて位置することを考慮して１２０℃とすることができ、ディファレンシャルは３０℃とすることができる。この場合、感熱式開閉器は温度が１２０℃にまで上昇すると接続し、９０℃にまで低下すると切断することになる。感熱式開閉器の接続位置は感熱式開閉器がバイパスダイオードの発生する熱を検知することができればいかなる場所に設けてもよい。
【００１９】
なお、図３に示す実施態様においては各端子ボックスは１個のバイパスダイオード及び１個の感熱式開閉器を有するが、バイパスダイオード及び感熱式開閉器の個数はもちろん１個に限定されるものではなく、複数個のバイパスダイオード及び感熱式開閉器を設けてもよい。また、１個のバイパスダイオードに対して必ずしも１個の感熱式開閉器を設ける必要はなく、バイパスダイオード１個当たり複数個の感熱式開閉器を設けることもでき、その逆もまた可能である。
【００２０】
次に図３に示す太陽電池パネルシステムにおける本発明の端子ボックスの作用機構を図３及び図４ａ〜図４ｃを用いて説明する。図４ａ〜図４ｃは図３に示す太陽電池パネルシステムの異常発生時における本発明の端子ボックスの作用機構を時系列に沿って示す概念図である。まず、図３（ａ）及び図４ａの（１）に示す通常発電時においては、図２（ａ）と同様、太陽光は全ての太陽電池パネルに順調に照射されており、太陽電池パネルの起電力はいずれのパネルにおいても十分であるので、各パネルで発生した電流は各パネルを通って流れ、バイパスダイオードには電流は流れない。従って、この場合はバイパスダイオードには何ら問題が生じない。
【００２１】
ところが、図３（ｂ）に示す異常発生時、即ち例えば中央の太陽電池パネルの上に部分日陰が存在する場合においては、図２（ｂ）と同様に中央の太陽電池パネルには太陽光が入射しない。このとき、中央の太陽電池パネルでは発電が行われず起電力が低下するため、左側の太陽電池パネルで発生した電流は最初、中央の太陽電池パネルに設けられた端子ボックスのバイパスダイオードを通って（即ち、中央の太陽電池パネルをバイパスして）右側の太陽電池パネルへと流れる（図４ａ（２））。これにより、中央の太陽電池パネルに設けられた端子ボックスのバイパスダイオードは発熱を開始し、バイパスダイオードの温度が上昇する。
【００２２】
この温度上昇は、バイパスダイオードに並列にかつバイパスダイオードの発生する熱を検知することができる位置に接続されている感熱式開閉器により検知される。検知温度が感熱式開閉器の設定温度以上に上昇すると、感熱式開閉器は接続状態へと切り換わり、図４ａの（３）に示す状態になる。この状態においては電気抵抗が極めて小さいバイパス回路がバイパスダイオードに並列に形成されるため、大部分の電流はこのバイパス回路の方に流れ、バイパスダイオードに流れる電流量が減少する。これにより図４ｂの（４）に示すようにバイパスダイオードの発熱量は低下し、バイパスダイオードの温度が低下する。
【００２３】
検知温度が感熱式開閉器のディファレンシャル以上に低下すると、図４ｂの（５）に示すように感熱式開閉器は初期の切断状態（復帰状態）に戻り、電流は再びバイパスダイオードのみに流れる。これによりバイパスダイオードの電流量が増大するのでバイパスダイオードは再び発熱を開始し、バイパスダイオードの温度が再び上昇する。これは図４ａの（２）に示す状態と本質的に同一である。
【００２４】
部分日陰等が除去されず、太陽電池パネルの異常状態が継続する限り、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスは図４ａの（３）から図４ｂの（５）に示す動作を繰り返す。これにより、異常発生時であってもバイパスダイオードに流れる電流量は最小限に抑えられるので、バイパスダイオードの発熱も最小限に抑えられる。
【００２５】
異常状態の原因である部分日陰等が除去され、太陽電池パネルの異常状態が解除されると、太陽電池パネルの起電力が上昇するので、電流は正常に太陽電池パネルを通って流れるようになり、バイパスダイオードには電流はもはや流れない。このとき、感熱式開閉器が図４ｂの（５）に示すような切断状態にあれば、感熱式開閉器を含むバイパス回路にも電流は流れず、本発明の端子ボックスは完全に正常状態に復帰する。逆に、このとき感熱式開閉器が図４ａの（３）又は図４ｂの（４）に示すような接続状態にあれば、図４ｃの（３−ａ）に示す通り、異常状態の解除直後の端子ボックスにおいては感熱式開閉器がショート状態にあるため、電流は太陽電池パネルのみならず感熱式開閉器を含むバイパス回路にも流れる。この場合、ある程度時間が経過し、バイパスダイオードの温度が低下するとそれを検知して感熱式開閉器が切断状態に切り換わり、図４ｃの（３−ｂ）に示す状態になるので、感熱式開閉器を含むバイパス回路にはもはや電流は流れず、本発明の端子ボックスは完全に正常状態に復帰する。
【００２６】
以上、要するに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を、それと並列に設けられた感熱式開閉器を含むバイパス回路を接続状態に切り換えるためのヒーターとして用いるものである。これにより、太陽電池パネルの異常発生時において大部分の電流は電気抵抗の小さいバイパス回路の方に流れるため、バイパスダイオードの発熱は最小限に抑えられる。従って、本発明の太陽電池パネル用端子ボックスによれば太陽電池パネルの異常発生時においても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、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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】太陽電池パネルの裏面を示す模式図である。
【図２】従来の太陽電池パネル用端子ボックスを設けた太陽電池パネルシステムを示す概念図である。
【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を設けた太陽電池パネルシステムを示す概念図である。
【図４ａ】図３に示す太陽電池パネルシステムの異常発生時における本発明の端子ボックスの作用機構を時系列に沿って示す概念図である。
【図４ｂ】図３に示す太陽電池パネルシステムの異常発生時における本発明の端子ボックスの作用機構を時系列に沿って示す概念図である。
【図４ｃ】図３に示す太陽電池パネルシステムの異常発生時における本発明の端子ボックスの作用機構を時系列に沿って示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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