JP2017085764A - 太陽電池用端子ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】バイパスダイオードを容易に交換可能な太陽電池用端子ボックスを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１の複数の電極８と接続された複数の端子板２４と、発電した電力を外部に取り出すための外部接続ケーブル６ａ，６ｂと、前記複数の端子板２４間の逆流を防止するための複数のバイパスダイオード２０が備えられた太陽電池用端子ボックス５において、前記複数のバイパスダイオード２０は、各バイパスダイオード２０が対応する１対の前記端子板２４に接続される１対の接続部２０を備え、且つ隣接する各組のバイパスダイオード２０同士が直列状に連結された一体的なダイオードユニット２３に形成され、前記端子板２４は、対応する接続部２１と電気的に接続すると共に、前記ダイオードユニット２３を固定する挟持部２５を備えた。【選択図】図４

Description

本発明は、太陽光発電モジュール（太陽電池モジュール）の電極を接続して電力を取り出す太陽電池用端子ボックス（ジャンクションボックス）に関し、特にジャンクションボックスに内蔵されたバイパスダイオードを容易に交換可能なジャンクションボックス及びバイパスダイオードの取付け構造に関する。

従来から、太陽光エネルギーを利用して発電する太陽光発電システムが広く一般に普及している。この太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュールがアレイ状に設けられた固定用架台に並べて設置され、これらの太陽電池モジュールが直列に接続され、発電された直流電力を電力変換装置によって交流電力に変換して給電するように構成されている。

一般的な太陽電池モジュールは、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを有するモジュール本体と、このモジュール本体の周囲に設けられたフレーム枠と、モジュール本体の背面に取付けられたジャンクションボックスと、発電電力を外部に取出すためのジャンクションボックスから延びる外部接続ケーブル等を備えている。

モジュール本体は、複数の太陽電池セルが直列に接続されて１つのクラスタが形成され、複数のクラスタがジャンクションボックス内部に設けられた複数の端子板を介して直列に接続されている。直列に接続された複数のクラスタの両端に位置する端子板、即ちモジュール本体の１対の電極に夫々外部接続ケーブルが接続されている。

ジャンクションボックスは、発電電力を外部に取り出すと共に、太陽電池モジュールを電気的に保護するためのものである。例えば、特許文献１，２には、１対の外部接続ケーブルの間に複数のクラスタと夫々並列に接続された複数のバイパスダイオードを備えたジャンクションボックスが開示されている。このジャンクションボックスは、太陽電池モジュールの受光面に異物が載る等の理由により一部の太陽電池セルで発電が停止した際に、発電が停止した太陽電池セルを含むクラスタに対応するバイパスダイオードに、当該クラスタ以外のクラスタや他の太陽電池モジュールからの電流をバイパスするように構成されている。発電が停止した太陽電池セルは抵抗体であり、電流が流れるとジュール熱により昇温するので、電流をバイパスすることによって太陽電池セルの過熱による損傷や火災を防ぎ、発電が停止した太陽電池セルを含むクラスタを迂回させて当該クラスタが他のクラスタ等の発電に影響しないようにしている。

特開２００２−３５９３８９号公報 特開２００５−３１０８８８号公報

ところで、太陽電池モジュールは屋外に設置されるので、落雷等により一時的に過大な電流が流れてバイパスダイオードが故障することがある。また、太陽電池モジュールは、昼夜の温度サイクルに伴う膨張、収縮の応力を繰り返し受けて、太陽電池セル間の電極接続部の接続不良が発生することがあり、接続不良が発生したクラスタに対応するバイパスダイオードに長期間継続して電流が流れるようになると、このバイパスダイオードが故障することがある。故障したバイパスダイオードを放置すると、上述の太陽電池モジュールの損傷や火災に至る虞があるため、故障したバイパスダイオードを交換する必要がある。

しかし、現状のジャンクションボックスの内部は水分の侵入による腐食等を防ぐため樹脂でポッティングされ、破損したダイオードのみを取外して交換することが困難である。また、ジャンクションボックスごと交換する場合には、ジャンクションボックスが太陽電池モジュールの背面に接着されているので、接着部分を切り離す際に太陽電池モジュールを傷つけ破損する虞がある。太陽電池モジュールごと交換する場合には、交換コストが高額になる。

また、引用例１のジャンクションボックスではバイパスダイオード交換の際に接続する端子板を目視等により確認する必要があり、引用例２のジャンクションボックスではバイパスダイオードの電極と端子板をねじで固定するので、太陽電池モジュールが屋根や壁面に設置され太陽電池モジュールの背面側に作業を行うための十分なスペースが確保できない等の理由によりバイパスダイオードの交換作業が困難な場合がある。

本発明の目的は、バイパスダイオードを容易に交換可能な太陽電池用端子ボックス（ジャンクションボックス）を提供することである。

請求項１の太陽電池用端子ボックスは、太陽電池モジュールの電極と接続された複数の端子板と、発電した電力を外部に取り出すための外部接続ケーブルと、前記複数の端子板間の逆流を防止するための複数のバイパスダイオードが備えられた太陽電池用端子ボックスにおいて、前記複数のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードが対応する１対の前記端子板に接続される１対の接続部を備え、且つ隣接する各組のバイパスダイオード同士が直列状に連結された一体的なダイオードユニットに形成され、前記端子板は、対応する接続部と電気的に接続すると共に、前記ダイオードユニットを固定する挟持部を備えていることを特徴としている。

請求項２の太陽電池用端子ボックスは、請求項１において、前記ダイオードユニットを前記端子板に接続する際には、前記ダイオードユニットの長手方向にスライド移動させることにより接続されることを特徴としている。

請求項３の太陽電池用端子ボックスは、請求項１又は２において、前記端子ボックスの本体側面には前記ダイオードユニットを通すための開口部が設けられていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、複数のバイパスダイオードが直列状に連結された一体的なダイオードユニットの各バイパスダイオードの接続部が、対応する端子板に挟持部を介して接続され、且つ挟持部に固定されるように構成したので、複数のダイオードの取付けを一度で容易に行うことができる。

請求項２の発明によれば、ダイオードユニットがその長手方向にスライド移動可能に形成されたので、元のダイオードユニットを新しいダイオードユニットで押し出すようにスライド移動させてダイオードユニットを容易に交換することができる。

請求項３の発明によれば、太陽電池用端子ボックスの側面にダイオードユニットを挿通させる開口部を設けたので、太陽電池用端子ボックスの蓋を開放する必要がなく、ダイオードユニットを容易に交換することができる。

太陽電池モジュールの正面図である。 太陽電池モジュールの背面図である。 太陽電池モジュールの積層構造を示す要部断面図である。 本発明の太陽電池用端子ボックスを示す斜視図である。 本発明の太陽電池用端子ボックスに収容される端子板を示す斜視図である。 端子板の別の形態を示す斜視図である。 本発明の太陽電池用端子ボックスに収容されるダイオードユニットを示す斜視図である。 本発明の実施例に係る太陽電池モジュールの等価回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に太陽電池モジュールの全体構成について簡単に説明する。
図１，図２に示すように、太陽電池モジュール１は、発電を行う矩形のモジュール本体２と、このモジュール本体２の四辺全周を取り囲んで保護する金属製のフレーム枠３と、モジュール本体２の背面側に取付けられたジャンクションボックス５と、このジャンクションボックス５から延びる外部接続ケーブル６ａ，６ｂ等から構成されている。

次に、モジュール本体２について説明する。
図３に示すように、モジュール本体２は受光面側から順に、保護ガラス１１と、合成樹脂層１２と、複数の太陽電池セル４を含む発電層１３と、合成樹脂層１４と、背面保護シートからなる背面保護層１５を積層して構成されている。発電層１３は、図１に示すように複数の平板状の太陽電池セル４を並べ、各太陽電池セル４を帯状の導体で直列に接続して構成されている。

次に、本発明のジャンクションボックス５について説明する。
図２，図４に示すように、ジャンクションボックス５はモジュール本体２で発電した電力を外部に取り出すと共に、モジュール本体２を電気的に保護する素子等を収容可能なように樹脂で箱状に形成され、その底面側がモジュール本体２の背面に取付けられている。

図４に示すように、ジャンクションボックス５の内部には、例えば３つのクラスタ７（７ａ〜７ｃ）が直列に接続されるように１列に並べられた４つの端子板２４（２４ａ〜２４ｄ）と、クラスタ７ａ〜７ｃで発電された電力を取出すために端子板２４ａ，２４ｄに夫々接続された１対の外部接続ケーブル６ａ，６ｂと、対応するクラスタ７（７ａ〜７ｃ）をバイパスするバイパス機能と逆電流防止機能を有するダイオードユニット２３等が備えられている。ジャンクションボックス５の上端部には、内部に異物が侵入できないように蓋部材（図示略）が被せられ密閉されている。

ジャンクションボックス５の側面には、ダイオードユニット２３の両端に対応する位置に開口部５ａ，５ｂが設けられ、ダイオードユニット２３の両端に設けられたスペーサ２２ａ，２２ｂの先端部がこの開口部５ａ，５ｂに遊嵌されている。開口部５ａ，５ｂにはスペーサ２２ａ，２２ｂとの隙間からの異物の侵入を防ぐように粘着テープが貼付されていてもよく、蓋部材が設けられていてもよい。

図４，図５に示すように、端子板２４は、端子板２４に形成された１対の矩形の係合孔２６にジャンクションボックス５の内側底面に設けられた１対の係合爪２７が挿通されて固定される。端子板２４は、ねじ、リベット等でジャンクションボックス５の底面に固定されてもよい。

図４に示すように、ジャンクションボックス５の底面に設けられた開口部５ｃから、各クラスタ７から延びる電極８がジャンクションボックス５内に導入される。各端子板２４の間は絶縁され、各クラスタ７が端子板２４を介して直列に接続されている。例えば、クラスタ７ａの１対の電極８ａ，８ｂが夫々端子板２４ａ，２４ｂに接続され、クラスタ７ｂの１対の電極８ｃ、８ｄが夫々端子板２４ｂ，２４ｃに接続され、クラスタ７ｃの１対の電極８ｅ，８ｆが夫々端子板２４ｃ，２４ｄに接続されている。両端に位置する端子板２４ａ，２４ｄに夫々接続された外部接続ケーブル６ａ，６ｂは、ジャンクションボックス５の側面から外部へ延びている。

図５に示すように、端子板２４は、矩形の金属板の一部が対向するように切り曲げられて挟持部２５が形成されている。挟持部２５は、その対向する金属板が、その間にダイオードユニット２３を容易に通すことができるように対向する方向に弾性力を有し、且つ挟持部が延びる方向に容易に移動できないように互いに外側に向かって膨出状に屈曲している。図６に示すように、矩形の金属板が対向するように折り曲げられて形成された挟持部２５が端子板２４にねじ、リベット、ロウ付け、溶接等で固定されてもよい。

図７に示すように、端子板２４と接続する接続部２１である電極が両端に形成された円柱状又は角柱状の複数のバイパスダイオード２０が、導電性の連結部材、例えば導電性接着剤で直列状に連結され、その両端にバイパスダイオード２０と同じ太さの絶縁体である１対のスペーサ２２ａ，２２ｂが連結され、直列状の一体的なダイオードユニット２０が形成される。ダイオードユニット２３は、１対のスペーサ２２ａ，２２ｂにより、ジャンクションボックス５のダイオードユニット２３が装着される方向の幅と同じ長さになるよう形成されている。ダイオードユニット２３の外周面は、挟持部２５を滑らかに摺動可能なように形成されている。

図４に示すように、挟持部２５の弾性力によりダイオードユニット２３の接続部２１を挟んで固定することができ、バイパスダイオード２０の電極である接続部２１と端子板２４が挟持部２５を介して電気的に接続される。例えば、クラスタ７ａに対応するバイパスダイオード２０ａは、ダイオードユニット２３の接続部２１ａ，２１ｂが夫々端子板７ａ，７ｂの挟持部２５ａ，２５ｂに接続され、クラスタ７ｂに対応するバイパスダイオード２０ｂは接続部２１ｂ，２１ｃが夫々端子板７ｂ，７ｃの挟持部２５ｂ，２５ｃに接続され、クラスタ７ｃに対応するバイパスダイオード２０ｃは接続部２１ｃ，２１ｄが夫々端子板７ｃ，７ｄの挟持部２５ｃ，２５ｄに接続される。

次に、太陽電池モジュール１の等価回路について説明する。
図８に示すように、太陽電池モジュール１のモジュール本体２は、例えば１６枚の太陽電池セル４を直列に接続して１つのクラスタ７を形成し、３つのクラスタ７（７ａ〜７ｃ）を直列に接続した４８枚の太陽電池セル４で１つのモジュール本体２が形成される。１つのクラスタ７には、対応する１つのバイパスダイオード２０が並列に接続される。例えば、クラスタ７ａ，７ｂ，７ｃには、対応するバイパスダイオード２０ａ，２０ｂ，２０ｃが並列に接続される。直列に接続された太陽電池セル４の両端に接続された一対の外部接続ケーブル６ａ，６ｂは、図示しないが、隣接する太陽電池モジュール１や接続ボックス等を介して電力変換装置に接続され、モジュール本体２で発電された直流電力が交流電力に変換されて給電される。

次に、本発明の太陽電池用端子ボックス５の作用及び効果について説明する。
モジュール本体２の直列に接続された太陽電池セル４が太陽光を受けて発電し、外部接続ケーブル６ａ，６ｂによって外部に発電電力が供給される。ここで一部の太陽電池セル４で発電が停止した場合に、当該太陽電池セル４を含むクラスタ７に対応するバイパスダイオード２０に他のクラスタ７からの電流が流れ、発電停止の影響を小さくする。例えば、クラスタ７ａ，７ｂ，７ｃのうちのクラスタ７ａで発電が停止されても、そのクラスタ７ａをバイパスするバイパスダイオード２０ａに電流が流れるので、クラスタ７ｂ，７ｃで発電した電力を外部に取り出すことができる。

また、バイパスダイオード２０が故障した場合、これを放置すると、太陽電池モジュール１の破損や火災の虞があるため、バイパスダイオード２０を交換する。ジャンクションボックス５に装着されるダイオードユニット２３は複数のバイパスダイオード２０が直列状に一体的に形成されており、端子板２４はダイオードユニット２３の接続部２１に対応する挟持部２５を備えているので、ダイオードユニット２３を容易に装着することができ、複数のダイオード２０を一度に交換することができる。

また、ダイオードユニット２３は挟持部２５の間を摺動可能に形成され、その接続部２１と挟持部２５が接続する位置まで長手方向にスライド移動させて固定することができるので、ダイオードユニット２３の装着を容易に行うことができる。ダイオードユニット２３を交換する場合でも、新しいダイオードユニット２３の先端を元のダイオードユニット２３の一端に押し当てながらその長手方向にスライド移動させることにより、元のダイオードユニット２３の取外しと新しいダイオードユニット２３の装着を同時に行うことができるので、ダイオードユニット２３の交換を容易に行うことができる。

さらに、ジャンクションボックス５の側面に、ダイオードユニット２３を挿通可能な開口部５ａ，５ｂを設けたので、例えば開口部５ａから新しいダイオードユニット２３を挿入しながら、元のダイオードユニット２３を対向する位置に設けられた開口部５ｂから取外してダイオードユニット２３を交換することができ、ジャンクションボックス５の蓋部材を開放する必要がなく、ダイオードユニット２３の交換を容易に行うことができる。

その上、ダイオードユニット２３の長さがジャンクションボックス５の幅と同じになるように形成されたので、ダイオードユニット２３が開口部５ａ，５ｂから突出しないように装着することで、端子板２４に接続される位置にダイオードユニット２３を装着することができ、ダイオードユニット２３の装着位置を容易に決めることができる。

前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
［１］ダイオードユニット２３は、各バイパスダイオードの間を絶縁性の連結部材で連結してもよい。この場合、挟持部２５は絶縁性の連結部材の両側の接続部２１に接続するように形成されてもよく、夫々に接続するように１つの端子板２４に２つの挟持部２５が形成されてもよい。
［２］スペーサ２２ａ，２２ｂは先端に向かって徐々に細くなっていてもよい。
［３］ダイオードユニット２３は、平板状の基材に複数のバイパスダイオード２０が直列に接続されるように搭載され、各バイパスダイオード２０の電極に対応する接続部２１が形成され、対応する端子板２４の挟持部２５に接続されてもよい。
［４］ジャンクションボックス５の開口部５ａ，５ｂと挟持部２５の間に、ダイオードユニット２３のスライド移動を案内する案内部を設けてもよい。
［５］ジャンクションボックス５の内部は、樹脂によりポッティングされ、挟持部２５が樹脂から露出するようにしてもよい。
［６］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 太陽光発電モジュール（太陽電池モジュール）
２ モジュール本体
３ フレーム枠
４ 太陽電池セル
５ ジャンクションボックス（太陽電池用端子ボックス）
６ａ，６ｂ 外部接続ケーブル
７，７ａ〜７ｃ クラスタ
８，８ａ〜８ｆ 電極
１１ 保護ガラス
１２ 合成樹脂層
１３ 発電層
１４ 合成樹脂層
１５ 背面保護層
２０，２０ａ〜２０ｃ バイパスダイオード
２１，２１ａ〜２１ｄ 接続部
２２，２２ａ，２２ｂ スペーサ
２３ ダイオードユニット
２４，２４ａ〜２４ｄ 端子板
２５，２５ａ〜２５ｄ 挟持部
２６ 係合孔
２７ 係合爪

Claims (3)

1. 太陽電池モジュールの複数の電極と接続された複数の端子板と、発電した電力を外部に取り出すための外部接続ケーブルと、前記複数の端子板間の逆流を防止するための複数のバイパスダイオードが備えられた太陽電池用端子ボックスにおいて、
   前記複数のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードが対応する１対の前記端子板に接続される１対の接続部を備え、且つ隣接する各組のバイパスダイオード同士が直列状に連結された一体的なダイオードユニットに形成され、
   前記端子板は、対応する接続部と電気的に接続すると共に、前記ダイオードユニットを固定する挟持部を備えていることを特徴とする太陽電池用端子ボックス。
2. 前記ダイオードユニットを前記端子板に接続する際には、前記ダイオードユニットの長手方向にスライド移動させることにより接続されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用端子ボックス。
3. 前記端子ボックスの本体側面には前記ダイオードユニットを通すための開口部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用端子ボックス。