(57)【要約】【課題】  端子ボックスと太陽電池モジュールとの間に空気層が形成され、太陽電池モジュール側への放熱性を低下させる。【解決手段】  本発明に係る端子ボックス１００は、太陽電池モジュールの出力部として太陽電池モジュールに取り付けられる。端子ボックス１００は、複数の端子板２ａ，２ｂ，２ｃ、バイパスダイオード４ａ，４ｂ、筐体１および充填材を備える。バイパスダイオード４ａ，４ｂは、端子板２ａ，２ｂ，２ｃの間を接続する筐体１は、端子板２ａ，２ｂ，２ｃおよびバイパスダイオード４ａ，４ｂを有する回路構成部２０を内部に収める。充填材は、回路構成部２０に充填され、筐体１よりも熱伝導率の高い。筐体１の取り付け面には、バイパスダイオード４ａ，４ｂと対向する領域に放熱孔が設けられる。充填材は、バイパスダイオード４ａ，４ｂと太陽電池モジュールとの間に充填される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールの出力部として太陽電池モジュールに取り付けられる端子ボックスであって、
複数の端子板と、
前記端子板の間を接続するバイパスダイオードと、
前記端子板および前記バイパスダイオードを有する回路構成部を内部に収める筐体と、
前記回路構成部に充填され、前記筐体よりも熱伝導率の高い充填材と
を備え、
前記筐体の取り付け面には、前記バイパスダイオードと対向する領域に放熱孔が設けられ、
前記充填材が、前記バイパスダイオードと前記太陽電池モジュールとの間に充填されている端子ボックス。
【請求項２】
前記端子板には、前記放熱孔と対向する面に、充填材を注入するための孔を有する請求項１に記載の端子ボックス。
【請求項３】
前記放熱孔は、隣接する前記端子板の間で電位の異なる領域と対向する領域を含まない請求項１または２に記載の端子ボックス。
【請求項４】
前記筐体は、前記太陽電池モジュールに固定するための接着剤を塗布する領域を有し、
前記接着剤を塗布する領域は、前記放熱孔を含まない請求項１から４のいずれか１項に記載の端子ボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池パネルを相互に電気的に接続するための端子ボックスに関する。特に端子ボックスに求められる難燃性および耐候性を確保しつつ、端子ボックス内部に組み込まれたダイオードの発生する熱を効率よく排熱する端子ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、家屋の屋根等に多数配置されるものである。太陽電池モジュールはその裏面に端子ボックスが取り付けられている。太陽電池モジュールは、複数のパネルモジュールで構成されている。端子ボックスは、リードフレームを介して太陽電池モジュールを構成する各パネルモジュールに接続されている。各パネルモジュールの出力は端子ボックスでまとめられて、太陽電池モジュールの出力として出力ケーブルから出力される。
【０００３】
端子ボックスの内部には、バイパスダイオードが備えられている。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リードフレームから出力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。
【０００４】
例えば、太陽電池パネルを構成するセルの一部が破損することで、太陽電池パネルでの起電力が低下してしまう。また、建物の影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、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は、起電力の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。これは太陽電池パネル全体の発電量を低下させる。また、起電力が低下した太陽電池パネルでの異常発熱現象の発生をもたらす。
【０００５】
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る。バイパスダイオードは、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。
【０００６】
バイパスダイオードには、ダイオードの順方向へ大電流が流れる。このため、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。この場合、ダイオードの機能低下、ダイオードの破壊およびダイオードの寿命の短縮等の問題が考えられる。このため、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。
【０００７】
バイパスダイオード等の発熱がポッティング材を通じて放熱される際の、ポッティング材の熱変形を抑える技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、端子ボックス内の発熱自体を効率よく外部に放出しているわけではなく、起電力が低下やダイオードの寿命の短縮等の問題を解決するものではない。
【００１０】
本発明は、端子ボックスに求められる難燃性および耐候性を確保しつつ、端子ボックス内部の熱を、効率よく太陽電池モジュールに排熱することが可能な端子ボックスを供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る端子ボックスは、太陽電池モジュールの出力部として太陽電池モジュールに取り付けられる端子ボックスであって、複数の端子板と、前記端子板の間を接続するバイパスダイオードと、前記端子板および前記バイパスダイオードを有する回路構成部を内部に収める筐体と、前記回路構成部に充填され、前記筐体よりも熱伝導率の高い充填材とを備え、前記筐体の取り付け面には、前記バイパスダイオードと対向する領域に放熱孔が設けられ、前記充填材が、前記バイパスダイオードと前記太陽電池モジュールとの間に充填されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る端子ボックスによれば、端子ボックス内部の熱を効率よくパネル太陽電池モジュールに放熱させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】端子ボックスの構成を示す分解斜視図である。
【図２】端子ボックス内部を示す構成図である。
【図３】端子ボックスの取り付け面側から見た透視図である。
【図４】端子ボックスの取り付け面側から見た、放熱孔周辺部の拡大図である。
【図５】端子ボックスの接着剤塗布例を示す図である。
【図６】端子ボックスの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
図1は、本実施の形態１の端子ボックス１００の分解斜視図である。図２は、端子ボックス１００の開口部１４側から見た構成図である。図１および図２は、回路構成部が見えるように、回路構成部に充填材１１を充填する前の状態を示している。端子ボックス１００は、太陽電池モジュール８の出力部を構成する。
【００１５】
図１および図２に示すように端子ボックス１００は、回路構成部２０と筐体１を有する。回路構成部２０は、筐体１の開口部１４から筐体１の内部に収められている。回路構成部２０は、端子板２およびバイパスダイオード４を有する。実施の形態１に示す端子ボックス１００は、２つのバイパスダイオード４ａ，４ｂを有している。また、端子ボックス１００は、３つの端子板２ａ，２ｂ，２ｃを有している。
【００１６】
バイパスダイオード４ａは２つの端子４１ａ，４２ａを有している。バイパスダイオード４ｂは２つの端子４１ｂ，４２ｂを有している。端子４１ａは、端子板２ａに電気的に接続されている。端子４２ａは、端子板２ｂに電気的に接続されている。端子４１ｂは、端子板２ｂに電気的に接続されている。端子４２ｂは、端子板２ｃに電気的に接続されている。つまり、端子板２ａ、バイパスダイオード４ａ、端子板２ｂ、バイパスダイオード４ｂおよび端子板２ｃは直列に接続されている。
【００１７】
バイパスダイオード４ａのパッケージ部４３ａに設けられている金属板は、端子板２ａに面で接するように取り付けられている。パッケージ部４３ａに設けられている金属板は、放熱面の機能を有する。これにより、パッケージ部４３ａの熱は、端子板２ａに効率良く伝わる。バイパスダイオード４ｂのパッケージ部４３ｂに設けられている金属板は、端子板２ｂに面で接するように取り付けられている。パッケージ部４３ｂに設けられている金属板は、放熱面の機能を有する。これにより、パッケージ部４３ｂの熱は、端子板２ｂに効率良く伝わる。
【００１８】
バイパスダイオード４は動作時に発熱をする。バイパスダイオード４の端子４１，４２は熱伝導率の良い金属部材で形成されている。しかし、端子４１，４２は、断面積が小さいため、熱抵抗は比較的大きい。このため、バイパスダイオード４の発する熱は、主に放熱面から端子板２に伝わる。端子４１，４２を介して端子板２に伝わる比率は少ない。また同様にバイパスダイオード４ｂの発熱は主に放熱面を介して端子板２に伝わり、リード線を介して端子板２に伝熱する比率は少ない。
【００１９】
出力ケーブル５の一端は、端子板２ａに電気的に接続されている。出力ケーブル５は、端子ボックス１００の出力ケーブルである。出力ケーブル５は、筐体１の側面に設けられた孔を通り、筐体１の外部に引き出されている。出力ケーブル５は、各パネルモジュールで発電された電気をまとめて太陽電池モジュール８の出力として外部に出力している。パネルモジュールは、太陽電池モジュール８を構成するモジュールである。つまり、パネルモジュールが複数集まって、太陽電子モジュール８を構成する。
【００２０】
リードフレーム３は、パネルモジュールの出力を端子ボックス１００に入力する部品である。つまり、端子ボックス１００は、複数のパネルモジュールの出力を合わせて出力ケーブル５から出力している。その際、接続するパネルモジュールをバイパスダイオード４で選択している。リードフレーム３ａは、端子板２ａに接続している。リードフレーム３ｂは、端子板２ｂに接続している。リードフレーム３ｃは、端子板２ｃに接続している。端子板２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ動作時に異なる電位になる。このため、少なくとも端子板２ａ，２ｂ，２ｃの間は、絶縁耐圧に必要な距離を離す。実施の形態１では、端子板２ａ，２ｂ，２ｃを筐体１の中で一列に並べて配置している。
【００２１】
筐体１の太陽電池モジュール８に取り付けられる面には、端子板２ａ，２ｂ，２ｃにリードフレーム３ａ，３ｂ，３ｃを接続する位置の近傍に、配線孔６ａ，６ｂ，６ｃが設けられている。リードフレーム３ａ，３ｂ，３ｃの一端は、パネルモジュールにつながっている。リードフレーム３ａ，３ｂ，３ｃは、配線孔６ａ，６ｂ，６ｃから端子ボックス１００の中に引き込まれ、端子板２ａ，２ｂ，２ｃにそれぞれ接続される。
【００２２】
端子ボックス１００のケースは、筐体１と蓋９とにより構成されている。筐体１は、耐候性や難燃性に優れた材料で作られている。筐体１の材料は、例えば、ＡＢＳ樹脂や変成ＰＰＯ樹脂である。筐体１は、太陽電池モジュール８に取り付け面に対向する側に開口部１４を有する。回路構成部２０は、開口部１４から内部に収められる。筐体１は、太陽電池モジュール８の裏面に接着材７等で密着して取り付けられる。
【００２３】
蓋９は筐体１と同様に、耐候性や難燃性に優れた材料で作られている。蓋９の材料は、例えば、ＡＢＳ樹脂や変成ＰＰＯ樹脂である。蓋９は、筐体１の開口部１４に取り付けられる。蓋９は、開口部１４を塞ぐ機能を有する。  また、図示はしていないが、回路構成部２０と蓋９との間に、例えば金属でできた内部カバーを介在させることで、より難燃性を向上させることも可能になる。
【００２４】
図３は、筐体１を太陽電池モジュール８に取り付ける前の状態で、取り付け面側から見た透視図である。筐体１には配線孔６ａ，６ｂ，６ｃに加えて、放熱孔１０ａ，１０ｂが設けられている。
【００２５】
配線孔６ａ，６ｂ，６ｃからは、端子板２ａ，２ｂ，２ｃとリードフレーム３ａ，３ｂ，３ｃとの接続部分を見ることができる。つまり、端子板２ａ，２ｂ，２ｃとリードフレーム３ａ，３ｂ，３ｃとの接続部分の位置まで配線孔６ａ，６ｂ，６ｃの開口部分がある。
【００２６】
また、放熱孔１０ａ，１０ｂからは端子板２ａ，２ｂの裏面を見ることができる。端子板２ａ，２ｂの裏面とは、バイパスダイオード４ａ，４ｂが取り付けられている面と反対側の面である。放熱孔１０ａ，１０ｂから見える端子板２ａ，２ｂの裏面は、バイパスダイオード４ａ，４ｂが取り付けられている位置に対応している。つまり、端子板２ａ，２ｂのパッケージ部４３ａ，４３ｂが取り付けられている部分に対応した位置に放熱孔１０ａ，１０ｂの開口部がある。パッケージ部４３は、バイパスダイオード４の発熱部分である。
【００２７】
端子ボックス１００の中の熱源は、通常バイパスダイオード４のみである。バイパスダイオード４からの放熱のうち、端子４１，４２を介して端子板２に伝わる比率は小さい。端子板２の最も高温になる部分は、バイパスダイオード４のパッケージ部４３が取り付けられている部分である。放熱孔１０ａ，１０ｂは、端子板２ａ，２ｂにパッケージ部４３が取り付けられている部分に設けられている。つまり、端子板２ａ，２ｂの最も高温になる部分に設けられている。
【００２８】
筐体１の回路構成部２０に充填する充填材１１は、難燃性、放熱性および充填性を考慮して選択される。これらの点を考慮して、充填材１１は、ＵＬ９４規格のＶ０グレードの二液混合型シリコンポッティング材が適している。熱伝導率はおおよそ０．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度である。筐体１に使われる成形材を、例えば変性PPO樹脂とすると、熱伝導率は０．１５［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度である。充填材１１の熱伝導率は、筐体１の熱伝導率の２倍である。つまり、充填材１１は筐体１に比べて高熱伝導性を有する。
【００２９】
端子板２ａ，２ｂの最も高温になる部分に放熱孔１０ａ，１０ｂを開ける。そして、筐体１よりも熱伝導率の高い充填材１１を端子板２ａ，２ｂと太陽電池モジュール８の間に充填する。これにより、バイパスダイオード４ａ，４ｂの熱を効率よく太陽電池モジュール８に熱を伝えることができる。バイパスダイオード４ａ，４ｂの温度を低く抑えることができる。
【００３０】
図４は、図３の放熱孔周辺部の拡大図である。端子板２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ動作時には異なる電位になる。このため、端子板２ａと端子板２ｂと間に電位差発生領域１３ａが生じる。また、端子板２ｂと端子板２ｃと間に電位差発生領域１３ｂが生じる。放熱孔１０ａ，１０ｂは、これら電位差発生領域１３ａ，１３ｂに対応する位置には設けられていない。
【００３１】
端子板２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ電位が異なる。このため、万一端子板２の間に絶縁不良が発生した場合、絶縁不良の部分で異常発熱が発生する可能性がある。放熱孔１０ａ，１０ｂが、それぞれ電位差発生領域１３ａ，１３ｂに対応する位置にないことで、異常発熱の部分を筐体１が囲む構造となる。筐体１は、難燃性に優れた材料であるため、発火等を回避できる可能性が高くなる。
【００３２】
端子板２ａ，２ｂは、バイパスダイオード４ａ，４ｂの熱を拡散する機能を有する。バイパスダイオード４ａ，４ｂで発生した熱を効率よく太陽電池モジュール８に伝えるためには、端子板２ａ，２ｂと筐体１の底面との間隔は狭い方が良い。筐体１の底面とは、太陽電池モジュール８に取り付けられる面である。しかし、充填材１１の粘度が高い場合、放熱孔１０の周辺に充填材１１が十分に充填されない可能性がある。
【００３３】
そこで、端子板２ａ，２ｂには、放熱孔１０ａ，１０ｂに対応する位置に孔１２を設ける。また、端子板２ｃも筐体１との隙間が狭いため孔１２を設けてもよい。端子板２に孔１２を設けることで、端子板２と筐体１の底面との間隔が狭くても、放熱孔１０ａ，１０ｂの部分に充填材１１を容易に充填することができる。また、端子板２と筐体１の底面との隙間に、充填材１１を容易に端子板２と筐体１の底面との間に充填することができる。
【００３４】
図５は、筐体１の裏面の接着材７を塗布する位置を示した図である。筐体１は、接着材７で太陽電池モジュール８に取り付けられる。
【００３５】
充填材１１として、二液混合型シリコンポッティング材を採用する。二液混合型シリコンポッティング材は硬化するまでにある程度の時間が必要である。充填材１１は、筐体１を太陽電池モジュール８に取り付けた後に充填される。接着剤７は、筐体１の内部を充填材１１で満たしたときに、充填材１１が筐体１と太陽電池モジュール８との隙間から外に漏れ出さないように塗布する。配線孔６ａ，６ｂ，６ｃや放熱孔１０ａ，１０ｂを囲うように接着剤７を塗布する。
【００３６】
例えば、接着剤７の熱伝導率は０．１［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度である。二液混合型シリコンポッティング材の熱伝導率と比べると１／３程度である。よって、バイパスダイオード４の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール８に伝えるためには、接着剤７の使用は必要最小限とする。接着剤７は、放熱孔１０ａ，１０ｂや配線孔6ａ，６ｂ，６ｃの部分にはみ出さないように塗布される。放熱孔１０ａ，１０ｂや配線孔6ａ，６ｂ，６ｃは、バイパスダイオード４の発生する熱の主な放熱経路である。
【００３７】
つまり、放熱孔１０ａ，１０ｂや配線孔6ａ，６ｂ，６ｃの付近には、接着剤７を塗布しない。放熱孔１０ａ，１０ｂや配線孔6ａ，６ｂ，６ｃの付近には、充填材１１を塗布する。これにより、バイパスダイオード４の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール８に伝えることが可能になる。
【００３８】
なお、図５では接着剤を8の字型に塗布する例を示した。しかし、次に示す２つの要件を満たせば、この形状に限るものではない。第１の要件は、充填材１１が筐体１と太陽電池モジュール８との隙間から漏れださないことである。第２の要件は、接着強度が十分に得られることである。
【００３９】
図６は、端子ボックス１００の断面の構成を示す構成図である。端子ボックス１００を太陽電池モジュール８に取り付け後、回路構成部２０には、充填材１１が充填される。充填材１１は、充填材の上面１１ａの位置まで充填される。具体的には、充填材の上面１１ａは、回路を構成する部品のなかで最も蓋９側に突出した部品よりも、蓋９側にある。回路構成部２０にある部品はすべて充填材１１で囲まれる。
【００４０】
バイパスダイオード４の温度は、バイパスダイオード４の発熱量、外気温、風速およびバイパスダイオードと外気間の熱抵抗などで決まる。バイパスダイオード４と外気との間の熱抵抗を下げる方法は２つある。第１の方法は、端子ボックス１００の表面積を増やす方法である。第２の方法は、バイパスダイオード４から外気までの放熱経路の熱抵抗を下げる方法である。しかし、端子ボックスの表面積を増やす第１の方法は、コストの点で好ましくない。
【００４１】
バイパスダイオード４の放熱経路としては、主に次の２つの経路である。第１の経路は、端子ボックス１００の表面から外気へ放出される放熱経路である。第２の経路は、太陽電池モジュール８へ熱伝導により伝わった後に、太陽電池モジュール８から外気へ放出される放熱経路である。
【００４２】
端子ボックス１００の側面部は、難燃性の観点から２重の壁を採用している場合が多い。この場合、２つの壁の間に空気層が存在する。また、充填材１１が硬化した後に、蓋９は筐体１に取り付けられる。このため、充填材の上面１１ａと蓋９との間にも空気層が存在する。この空気層は、数ｍｍ程度である。
【００４３】
筐体１や蓋９はＡＢＳ樹脂や変性成ＰＰＯ樹脂といった材料で作製される。このため、筐体１や蓋９は耐候性や難燃性といった点では優れている。しかし、筐体１の熱伝導率や蓋９の熱伝導率は決して高くない。さらに、空気の熱伝導率は樹脂材と比べても１桁小さい。つまり、バイパスダイオード４から端子ボックス１００の表面を経て外気へ放出される放熱経路は、熱抵抗が非常に大きい。第１の経路の放熱に対する寄与率は小さい。
【００４４】
筐体１の底面に放熱孔１０を開け、端子板２と太陽電池モジュール８と間に充填材１１を充填する。このことで、端子板２と太陽電池モジュール８と間の接触熱抵抗を下げることができる。また、第１の方法を用いた第１の経路を選択しないため、端子ボックス１００の小型化を実現することができる。
【００４５】
例えば、端子板２と筐体１との間隙が1mm程度しかなくても、端子板２の孔１２が、放熱孔１０と対応する位置にあけられていれば、充填材１１は、放熱孔１０の部分および放熱孔１０の周辺部分にも十分にいきわたる。そして、放熱性を低下させることはない。
【００４６】
なお、ここでは端子板２を３枚として説明したが、端子板２の枚数は３枚に限るものではない。また、バイパスダイオード４も２個として説明したが、２個に限るものではない。バイパスダイオード４の数に応じて放熱孔１０を設ける。さらに、放熱孔１０に対応する端子板の位置に孔１２を設ける。このことで、バイパスダイオード４の発生する熱を、効率良く太陽電池モジュール８に伝えて外部に放熱することができる。このことで、バイパスダイオード４が動作する際の周辺温度を下げることができる。
【００４７】
本発明は以上のように構成されているので、バイパスダイオード４の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール８に伝えることができる。また、端子ボックス１００の筐体１や蓋９の熱伝導率が高い場合でも、バイパスダイオード４の発生する熱を効率よく太陽電池モジュール８に伝えることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  筐体、  １０，１０ａ，１０ｂ  放熱孔、  １１  充填材、  １１ａ  充填材の上面、  １２  孔、  １３  電位差発生領域、  １４  開口部、  ２，２ａ，２ｂ，２ｃ  端子板、  ３，３ａ，３ｂ，３ｃ  リードフレーム、  ４，４ａ，４ｂ  バイパスダイオード、  ４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂ  端子、  ４３ａ，４３ｂ  パッケージ部、  ５  出力ケーブル、  ６，６ａ，６ｂ，６ｃ  配線孔、  ７  接着材、  ８  太陽電池モジュール、  ９  蓋、  ２０  回路構成部、  １００  端子ボックス。
【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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【図６】
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