WO2016181525A1 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

太陽電池パネルから引き出された出力リード線（３Ａ）と、太陽電池パネルの電気出力を外部へ送電するモジュール連結ケーブルとが端子ボックス内で端子板に接続された太陽電池モジュールであって、端子ボックスは、出力リード線（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が引き込まれるリード線引込口（２０ａ）の縁に、底面部（２０２）に対して傾きを有する傾斜部（２０１）を有し、出力リード線（３Ａ）は、傾斜部（２０１）に沿って端子ボックスに引き込まれている。

Description

太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法

　本発明は、太陽電池ボックスに電気的に接続するための出力リード線を備えた太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。

　一般的な太陽電池モジュールにおいては、複数の太陽電池セルを並べた太陽電池アレイと端子ボックスとを電気的に接続するため、太陽電池パネルの出力リード線と端子ボックス内の端子板とをはんだ付け、又は樹脂部品を用いた挟み込みによる固定を行う。

　太陽電池モジュールでは、一般的に太陽電池セルが直列に接続されたストリングが複数封止されて作成されており、ストリングのからの出力リード線が端子ボックス内に引き出されている。端子ボックスは、ストリングから引き出された出力リード線が一端に接続されるとともに他端にモジュール連結ケーブルが接続される複数枚の端子板と、各端子板間に架け渡されるバイパスダイオードとを備えている。出力リード線は、導電性材料で形成され、一端はストリングの電極に接続され、他端は端子ボックスの端子板に接続される。端子ボックスの内部は、絶縁性を保つために、絶縁材料であるポッティング剤によって充填される場合がある。

　出力リード線と端子板との接続部分は、太陽電池セルによって発電された全電流が流れる箇所であり、出力リード線と端子板との接続部分の密着不良で剥離が発生した場合、出力リード線と端子板との接続部分に電気抵抗が生じ、異常発熱によって端子ボックスが破損する可能性がある。出力リード線と端子板との接続部分においては、内部応力を始めとする様々なストレスが長期的に加わる場合があるため、出力リード線と端子板との電気的接続部分は、剥離が生じないように密着されている必要がある。

　出力リード線と端子板との電気的接続の信頼性を向上させ、接続部分の剥離に起因する異常発熱の発生を防止するため、ストリングから引き出された出力リード線を端子板の穴部の上側から下側へ折り曲げた後、はんだ付けによって電気的に接続する方法が特許文献１に開示されている。

国際公開第２００９／０８１５０８号

　特許文献１に開示される発明は、端子板に出力リード線を通す際に、作業方法によっては出力リード線が折れ曲がり、出力リード線の角度及び形状が、狙い条件に保てない場合がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力リード線を端子ボックス内の端子板に接続する際に、出力リード線の角度及び形状を狙い条件に保ち、長期的信頼性の向上を図った太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池パネルから引き出された出力リード線と、太陽電池パネルの電気出力を外部へ送電するモジュール連結ケーブルとが端子ボックス内で端子板に接続された太陽電池モジュールであって、端子ボックスは、出力リード線が引き込まれるリード線引込口の縁に、底面部に対して傾きを有する傾斜部を有する。出力リード線は、傾斜部に沿って端子ボックスに引き込まれている。

　本発明にかかる太陽電池モジュールは、出力リード線を端子ボックス内の端子板に接続する際に、出力リード線の角度及び形状を狙い条件に保ち、長期的信頼性の向上を図れるという効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの受光面側の斜視図 実施の形態にかかる太陽電池モジュールの裏面側の斜視図 実施の形態にかかる太陽電池モジュールの端子ボックスの蓋体を取り外した状態での正面図 実施の形態にかかる太陽電池モジュールの断面図 実施の形態にかかる太陽電池モジュールの組み立て時の端子ボックスの断面図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールの受光面側の斜視図である。図２は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールの裏面側の斜視図である。太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池セル１２をセルタブ１８で直列に接続した太陽電池ストリングを横タブ１９で複数接続し、接続した複数の太陽電池ストリングの表裏を樹脂充填材で挟んで透光性を有する前面カバー部材１７上に並べ、裏面側を裏面カバー部材１４で覆った太陽電池アレイ１５と、裏面カバー部材１４に取り付けられ太陽電池モジュール１００の出力部を構成する太陽電池モジュール用の端子ボックス２０とを有する太陽電池パネル１１に、太陽電池パネル１１の周囲を覆う支持フレーム１３を取り付けることによって構成される。支持フレーム１３の材料には、アルミニウムを適用できる。

　端子ボックス２０は、プラスチックのような樹脂材料で作製され、外殻を構成する箱状をなしている。端子ボックス２０は、一面を開放する直方体箱状のボックス本体２０Ａと板状の蓋体２０Ｂとで構成されている。蓋体２０Ｂは、ボックス本体２０Ａの開放面を閉塞している。そして、ボックス本体２０Ａの内部には、太陽電池モジュール１００の出力部が収納されている。太陽電池モジュール１００の出力部には、太陽電池モジュール１００の出力を取り出す目的で、また他の太陽電池モジュールと接続する目的で、外部に延びるモジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂが接続されている。

　図３は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールの端子ボックスの蓋体を取り外した状態での正面図である。図４は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールの断面図である。図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面を模式的に示している。なお、図４は、端子１Ａの上を通るＩＶ－ＩＶ線に沿った断面を示しているが、端子１Ｂ及び端子１Ｃの上を通る線に沿った断面構造も同様である。ボックス本体２０Ａは、直方体箱状を成し、底面部２０２及び底面部２０２の四方を囲む側面を有し、内部に太陽電池モジュール１００の出力部を収納している。ボックス本体２０Ａの底面部２０２の図３の紙面での上側の隅部に、辺に沿って矩形のリード線引込口２０ａが開口している。リード線引込口２０ａを介して、太陽電池パネル１１の内部から延びる出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃがボックス本体２０Ａ内に挿入される。出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、具体的には表面がはんだメッキされた平角銅線である。一方、ボックス本体２０Ａのリード線引込口２０ａと逆側の側面には、モジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂを引き出すためのケーブル引出孔２０ｂ，２０ｃが形成されている。

　太陽電池モジュール１００の出力部は、外部電線を接続する３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、未発電セルバイパス用の２個のバイパスダイオード８Ａ，８Ｂとを含んで構成されている。ボックス本体２０Ａの底面部２０２に突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃが突設されている。３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、電気伝導性の高い金属又は電気伝導性の高い金属にめっきを施した良熱伝導性の材料で作製され、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃの各々に穿孔された取付穴に突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃを挿入して、突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃに固定され、ボックス本体２０Ａの底面部２０２との間に隙間を空けて支持されている。端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、相互に平行に図３の紙面での左右方向に並んで配置され、各々図示上下方向に延びる長尺形状をなしている。端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃの図３の紙面での上端には、リード線引込口２０ａを介して挿入された出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃがはんだ接合されるリード線接続部１ａが設けられている。リード線接続部１ａには、直列に接続された複数の太陽電池セル１２の一端から延びる出力リード線が各々接合される。

　一方、３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃのうち、図示左右端の２枚の端子板１Ａ，１Ｃの図３の紙面での下端には、ケーブル接続部１ｂが設けられ、モジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂが圧着接合されている。端子板１Ｂの図３の紙面での下端には、ケーブル接続部１ｂが設けられてない。端子板１Ｂの図３の紙面での下端は、放熱性を図り、幅及び長さがともに拡大されて他の端子板１Ａ，１Ｃよりも面積が大きい大面積部１ｆとなっている。そして、大面積部１ｆに３個の流通穴１ｅが穿孔されている。なお、実施の形態においては、端子板１Ａに設けられている流通穴１ｅは、バイパスダイオード８Ａの陰に隠れているため、図３の紙面には現れていない。端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、プレス加工で形成することにより、外形形成と流通穴１ｅの形成とを同時に行える。

　ボックス本体２０Ａの出力部４内には、防水目的で、熱伝導性絶縁樹脂であるポッティング材が充填される。ポッティング材は、出力部４の配設及び配線が完了し、太陽電池モジュール１００へ取り付けられた後、溶融状態で各部品間に隙間無く流入され、その後硬化する。このとき、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは上下面をポッティング材により封止される。溶融したポッティング材が流し込まれる際、ポッティング材は流通穴１ｅ通って流通する。

　バイパスダイオード８Ａ，８Ｂは、半導体素子が絶縁樹脂材にて樹脂封止された素子本体と素子本体から延びる脚部電極とからなる。素子本体は、矩形偏平状をなし放熱性を向上させるため一方の主面にはヒートシンクが露呈している。バイパスダイオード８Ａ，８Ｂは、素子本体の一方の主面を端子板１Ａ，１Ｂに面接触させて端子板１Ａ，１Ｂ上に搭載されている。

　バイパスダイオード８Ａ，８Ｂは、ＰＮ接合に基づく整流機能を持っており、２本の脚部電極は、一方がＮ極で他方がＰ極となっている。そして、２本の脚部電極にて、端子板間を跨ぐようにして橋絡する。すなわち、バイパスダイオード８Ａ，８Ｂは、隣接する２つの端子板のうちの一方の端子板に素子本体を支持されるとともに、脚部電極の一方を端子板に接続し、脚部電極の他方を他方の端子板側へ延出して両端子板間を橋絡する。バイパスダイオード８Ａは端子板１Ａと端子板１Ｂとの間を橋絡して未発電セルがある場合はバイパスして未発電セルへの電流の流れ込みを防止する。バイパスダイオード８Ｂは端子板１Ｂと端子板１Ｃとの間を橋絡して未発電セルがある場合はバイパスして未発電セルへの電流の流れ込みを防止する。

　バイパスダイオード８Ａ，８Ｂの特に素子本体は熱を発生する発熱源である。モジュール連結ケーブル１６ａ，１６ｂは金属のワイヤを含んでおり大量ではないが放熱の作用を有している。端子板１Ａには、バイパスダイオード８Ａの素子本体が搭載されモジュール連結ケーブル１６ａが接続されている。端子板１Ｂには、バイパスダイオード８Ｂの素子本体が搭載されモジュール連結ケーブルが接続されていない。端子板１Ｃには、バイパスダイオードが搭載されておらずモジュール連結ケーブル１６ｂが接続されている。つまり、放熱に関して端子板１Ｂが最も厳しい環境にある。実施の形態においては、端子板１Ｂのリード線接続部１ａと逆側は、他の端子板１Ａ，１Ｃよりも面積が大きい大面積部１ｆが設けられ放熱性の向上が図られている。

　上記のように実施の形態の端子ボックス２０においては、ボックス本体２０Ａ内に併設され太陽電池モジュール１００から延びる出力リード線が接続される良熱伝導性の３枚の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、端子板１Ａ，１Ｂに搭載され各端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間を橋絡する複数の未発電セルバイパス用のバイパスダイオード８Ａ，８Ｂと、ボックス本体２０Ａ内に充填されるポッティング材とを備えている。さらに、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ボックス本体２０Ａの底面部２０２から立設する突起７Ａ，７Ｂ，７Ｃにより、底面部２０２との間に隙間を形成して支持されて上下面をポッティング材により封止される。そして、端子板１Ｂには流通穴１ｅが開口されており、ポッティング材がボックス本体２０Ａに充填される際、溶融状態のポッティング材が流通穴１ｅを通って流通するので、ポッティング材が端子板１Ｂの裏面を含むボックス本体２０Ａ内の隅々まで良好に回り込み、空気層が形成されないので、ボックス本体２０Ａ内部が適切に冷却され性能が向上する。

　傾斜部２０１は、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃを端子ボックス２０内に引き込むリード線引込口２０ａの縁に、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの狙い角度に合わせた形状で端子ボックス２０に形成されている。出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、複数の太陽電池セル１２を並べた太陽電池アレイ１５の裏面カバー部材１４の内部を裏面カバー部材１４と平行に導出され、端子ボックス２０の傾斜部２０１に沿って曲げられて太陽電池アレイ１５から端子ボックス２０内に導入され、さらに端子ボックス２０内の端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃに平行に曲げられて端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃにはんだ付けされる。

　太陽電池モジュール１００は、裏面カバー部材１４と端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃとが平行となるように構成されているので、太陽電池アレイ１５内部の出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃを端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃにはんだ付けするためには、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃを太陽電池アレイ１５と端子ボックス２０との境界部付近及び端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ付近の２か所で曲げる必要がある。すなわち、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、横タブ１９に接続する部分と、リード線引込口２０ａを介して端子ボックス２０内に引き込む部分との間、及びリード線引込口２０ａを介して端子ボックス２０内に引き込む部分と端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃに接続する部分との間で折り曲げる必要がある。

　端子ボックス２０の底面部２０２と傾斜部２０１との角度、換言すると傾斜部２０１の角度θは、３０度以上６０度未満が好適である。傾斜部２０１の角度θは、４５度が最適である。傾斜部２０１の角度θを６０度よりも小さくすることにより、太陽電池アレイ１５と端子ボックス２０の境界部付近での出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの曲り角度βが小さくなって応力集中を小さくできるので、太陽電池アレイ１５と端子ボックス２０の境界部付近での断線のリスクを抑制できる。また、角度θを６０度よりも小さくすることにより、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ付近での曲り角度αが小さくなって応力集中を小さくできるので、端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃ付近での断線のリスクを抑制できる。一方、傾斜部２０１の角度θを３０度以上にすることにより、端子ボックス２０が長くなるのを抑制することができる。また、傾斜部２０１の角度θが３０度よりも小さくなると、傾斜部２０１の部分で端子ボックス２０の底面部２０２の強度が弱くなって破損しやすくなるが、傾斜部２０１の角度θを３０度以上にすることにより、端子ボックス２０の底面部２０２の強度低下を抑制することができる。

　また、傾斜部２０１を太陽電池パネル１１から遠ざかる方向に延長した延長線上に端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃの先端部が位置するように端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃを設けることが望ましい。傾斜部２０１の延長線上に端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃの先端部が位置するように端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃを設けることにより、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃを端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃにはんだ付けする作業が容易になる。

　図５は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールの組み立て時の端子ボックスの断面図である。図５は、実施の形態にかかる太陽電池モジュールの図３でのＩＶ－ＩＶ断面に相当する断面を示している。なお、図５は、端子１Ａの上を通るＩＶ－ＩＶ断面を示しているが、端子１Ｂ及び端子１Ｃの上を通る線に沿った断面構造も同様である。太陽電池モジュール１００の組み立て時には、図５に示すように、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの浮き上がりを防止する治具４０を用い、上方向から出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃに力を加えて出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃを傾斜部２０１に押さえつけた状態で端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃにはんだ付けすることにより、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの浮き上がりを防止し、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃと端子板１Ａ，１Ｂ，１Ｃのはんだ付け作業が容易になり、かつ電気的信頼性を高めることができる。また、治具４０先端の斜面４１により、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの形状、角度を狙い条件に安定させることができ、ポッティング材の温度膨張および収縮による出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの断線リスクを抑制できる。

　以上のように、実施の形態にかかる太陽電池モジュール１００は、端子ボックス２０の傾斜部２０１によって、出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの立ち上がり角度を狙い条件に安定させることができ、ポッティング材の温度膨張及び収縮による出力リード線３Ａ，３Ｂ，３Ｃの断線リスクを抑制できる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　端子板、１ａ　リード線接続部、１ｂ　ケーブル接続部、１ｅ　流通穴、１ｆ　大面積部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ　出力リード線、４　出力部、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ　突起、８Ａ，８Ｂ　バイパスダイオード、１１　太陽電池パネル、１２　太陽電池セル、１３　支持フレーム、１４　裏面カバー部材、１５　太陽電池アレイ、１６ａ，１６ｂ　モジュール連結ケーブル、１７　前面カバー部材、１８　セルタブ、１９　横タブ、２０　端子ボックス、２０ａ　リード線引込口、２０ｂ，２０ｃ　ケーブル引出孔、２０Ａ　ボックス本体、２０Ｂ　蓋体、４０　治具、４１　斜面、１００　太陽電池モジュール、２０１　傾斜部、２０２　底面部。

Claims (4)

1. 　太陽電池パネルから引き出された出力リード線と、前記太陽電池パネルの電気出力を外部へ送電するモジュール連結ケーブルとが端子ボックス内で端子板に接続された太陽電池モジュールであって、
   　前記端子ボックスは、前記出力リード線が引き込まれるリード線引込口の縁に、底面部に対して傾きを有する傾斜部を有し、
   　前記出力リード線は、前記傾斜部に沿って前記端子ボックスに引き込まれていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 　前記端子ボックスの底面部と前記傾斜部とがなす角度は、３０度以上６０度未満であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 　前記傾斜部前記太陽電池パネルから遠ざかる方向に延長した延長線上に前記端子板が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法であって、
   　前記出力リード線を治具で前記傾斜部に押さえつけた状態で、前記出力リード線を前記端子板にはんだ付けすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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