JPH05503401A - 光太陽電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽電池モジュール用のケーブルの相互接続本発明は光太陽電池装置の製造に関 し、より詳細には、太陽電池モジュール及びソーラパネルに端子接続を形成する ための改善された方法に関する。

発明の背景 代表的にはノリコンで形成される光太陽電池は、入射する太陽輻射から電気エネ ルギを発生させるために用いられる。一般には、複数の太陽電池を組み合わせて 相互に接続して物理的に一体化されたモジュールを形成し、次にそのような多数 のモジュールを一体に組み立てて太陽パネルを形成する。幾つかのソーラパネル を一緒に接続して大型の列を形成することができる。モジュールの中の個々の光 電池を、代表的には内部配線構造により、直列あるいは並列に接続することがで き、また同様に、パネルの中の２又はそれ以上のモジュールを、必要とされる電 圧出力に応じて、直列あるいは並列に接続することができる。幾つかのモジュー ルを相互接続する場合、また同様に２又はそれ以上の太陽パネルを相互接続する 場合には、モジュールあるいはパネルを接続するケーブルに接続するために外部 端子が必要とされる。

ソーラモジュール（太陽電池モジュール）及びソーラパネル（太陽電池パネル） を外部ケーブルで相互接続するのを容易にするために、種々のアプローチが試み られて来た。限定するものではないが、例えば、シャーラック（ＲｏｎａｌｄＳ 、　５ｃｈａｒｌａｃｋ）の「カプセル化された太陽電池の配列（Ｅｎｃａｐｓ ｕｌａｔｅｄ　５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌ　Ａｒｒａｙ）Ｊと題する１９８０年１２ 月１６日発行の米国特許第４２３９５５５号は、上記問題に対する１つの試みを 示している。

従来のケーブルの外部相互接続の構成には、次に挙げる中の１つあるいはそれ以 上の問題があった：すなわち、ケーブルの接続を確実に水密にすることができず 、信頼性を欠き、コストが過剰にかかり、電圧降下が高いことである。

本発明の重要な目的は、ソーラモジュール又はソーラパネルを相互接続するため の新規で改善された構成を提供することである。

本発明のより特定の目的は、複数のソーラモジュール間でケーブルの接続を行う 新規な構成を提供することである。

本発明の更に別の目的は、ソーラモジュール及びソーラパネル用の新規かつ改善 された端子コネクタ構造を提供することである。

本発明の別の目的は、ネジ取付具によりシールされたケーブルコネクタに接続さ れるようになされた、太陽電池用の端子接続を提供することである。

上記目的、及び以下に述べる又は以下の記載により明らかにする他の目的は、平 坦な銅製の導体の形態の（＋）及び（−）の端子を有するソーラモジュールであ って、上記導体がモジュールの背後の外板から突出し、ソーラモジュールの背面 に固定される端子コネクタアセンブリに取り付けられかつ該端子コネクタアセン ブリにより隠される、上記ソーラモジュールを提供することにより達成される。

各々のコネクタアセンブリはコネクタ部材を備え、このコネクタ部材は、絶縁さ れたケーブル上でシールされたコネクタをコネクタアセンブリに固定するために 用いられるネジ付きの取付具あるいはスタッドを収容しこれとネジ接続し、これ により、ソーラモジュール及びこれに取り付けられたケーブルの間に確実でかつ 電気抵抗の小さな接続を行うようになされている。ケーブル上に取り付けられシ ールされたコネクタには、シールされたコネクタのハウジングの一部に嵌合する ようになされたキャップを設けるのが好ましく、このキャップは、ソーラモジュ ールのコネクタアセンブリにケーブルを固定するために用いられるネジ付きのコ ーティングすなわちスタッドを隠してこれに対する水密シールを提供するように なされる。ケーブルは、端部シール型のコネクタ又はインラインシール型のコネ クタのいずれかとすることができ、インラインシール型のコネクタは、ソーラモ ジュールを他２つのソーラモジュールの間で接続する時に使用される。

本発明の他の特徴及びこれに伴う効果を、本発明の好ましい実施例に関する以下 の詳細な説明及び添付の図面に記載し、あるいはこの記載から明らかにする。

図面の簡単な説明 図１は、複数の光電池モジュールを備えたソーラパネルの後方立面図であり、図 ２は、図１の線２−２に沿って示すモジュールの断面図であり、図３は、本発明 に従って提供されたコネクタディスクの正面図であり、図４は、上記ディスクの 後方立面図であり、図５は、図４と同様の後方立面図であるが、ディスクに係合 したナンドを示しており、 図６は、図１に示すようにモジュールを接続する際に用いるインラインシール型 のケーブルの正面図（図１及び図７で見て）であり、図７は、上記インラインシ ール型のコネクタ及びケーブルの後方立面図であり、図８は、図６及び図７のイ ンラインシール型のコネクタの部分的な平面図であって、このコネクタのカバー を取り除いてケーブルの接続を示しており、図９は、図９の線９−９に沿って示 す断面図であり、図１０は、図６の線１０−１０に対応する線に沿って分解して 示す断面図であって、端子構造の種々の要素を示している。

発明の好ましい実施例の説明 本明細書で用いるように、「光太陽電池」の用語は、単一の太陽電池を意味し、 この太陽電池は、シリコンデバイスが好ましいが、砒化ガリウムあるいはテルル 化カドミウム等の当業者には周知の他の幾つかの種類の太陽電池とすることもで きる。限定する意図はないが、例えば、太陽電池は米国特許第４．　７５１．　 １９１号、同第４，４５１，９６９号及び同第４，１５２，８２４号明細書、又 はジャーナル・オン・エレクトロケミカル・ンサイエティ（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏ ｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、　）のＶｏｌ、１３１．Ｎｏ、１０の２４３８−２４４１ 頁（１９８４年１０月号）のタルネジャ外（Ｋ、Ｓ、Ｔａｒｎｅｊａ　ｅｔ　ａ ｌ、）の「樹脂状ウェブシリコンから高効率太陽電池を製造するための液体ドー パントの考察（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｄｏｐａｎ ａｔｓ　Ｆ。

ｒ　Ｔｈｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　ＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＳ ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌｓ　Ｆｒｏｍ　Ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ　Ｗｅｂ　５ｉｌｉｃｏ ｎ）Ｊに記載され示されている手順に従って製造することができる。

本明細書で用いるように、「ソーラモジュール」の用語は、共通平面に配列され て前方及び後方の「外板」により気密に包囲された光太陽電池を備え、上記前方 の外板が太陽輻射を透過するようになされた装置を意味する。モジュールの中の 幾つかの太陽電池を、モジュールに必要とされる出力電圧に応じて、並列及び／ 又は直列に接続することができる。各々のモジュールは、正の（＋）及び負の（ −）端子を備えており、これにより、モジュールは、ケーブル手段を介して、１ 又はそれ以上の他のモジュールに接続することができる。

本明細書で用いるように、「ソーラパネル」の用語は、物理的に一体化された単 一のパネルを形成するように配列された複数のソーラモジュールのアセンブリを 説明することを意図されている。パネルにおいては、幾つかのモジュールを、本 発明により提供されるようなケーブル接続部により、直列あるいは並列に相互接 続することができ、またパネルも、ケーブル手段を介して、パネル自身に接続す ることができ、パネルは、電力利用側に直接的にあるいは間接的に接続される（ ＋）及び（−）の端子を有している。

次に図１を参照すると、フレーム４を備えたソーラパネル２の裏側すなわち後方 側が概略的に示されており、上記フレームの中には複数の光太陽電池モジュール ６が設けられており、各々のモジュールは、共通の平面上で整合された複数の太 陽電池から構成されている。すべてのモジュール６は、フレーム４の中の共通の 平面上で整合されている。

次に図１及び図２を参照すると、各々の太陽電池モジュールは、後方の外板８、 前方の外板１０及び複数の太陽電池を備えており、これら太陽電池の１つが透明 なプラスチックのカプセル材料１３の中に包囲された状態で符号１２で概略的に 示されており、上記太陽電池は選択された出力電圧を提供するように相互に接続 されている。後方の外板８は、ポリフッ化ビニール、アクリル樹脂あるいはポリ カーボネート樹脂の塗装したシート、又は不透明に被覆されたガラス板等の、剛 性を有し耐候性の熱伝導性の材料で形成するのが好ましく、一方、前方の外板ｌ Ｏは透明であり、ガラス、又はアクリル樹脂あるいはポリカーボネート樹脂等の 適宜なプラスチックで形成することができる。

モジュール６を構成する幾つかの電池の相互接続は、適宜な通常の手段により行 われる。個々のモジュールの中の電池を相互接続するために用いられる厳密な手 段は、本発明にとって重要なものではないが、本発明においては、各々のモジュ ールには、モジュールの後方の外板８を通って突出する一対の可撓性の端子部片 すなわち導線１４．１６が設けられる点は重要な点である。図面を明瞭にするた めにまた便宜のために、各々のモジュールに関して、端子部片１４を正の（＋） 端子とし、端子部片１６を負の（−）端子として特定する。各々の部片１４及び １６は、平坦な銅のリボンで形成するのが好ましく、また部片１４あるいは１６ の自由端はＵ字形状の銅製の補強部材１８で包囲されており、各々の部片１４及 び１６並びにこれらに関連する補強タブ１８は整合された穴２０を有しており、 この穴は、下に説明するように各々のモジュールの一側部をシールされたケーブ ルコネクタに接続するために用いられるネジ式の取付具すなわちスタッドを収容 する。本発明によれば、モジュール同士あるいは他のソーラパネルのモジュール 、又はソーラパネルが取り付けられている建物用の電力グリッドあるいは回路等 の利用端子を相互接続するための手段が、端子部片１４．１６に関連して設けら れる。

本発明によれば、各々の端子部片１４．１６は、コネクタアセンブリによって、 絶縁された電カケーブルに接続されるようになされており、上記コネクタアセン ブリは、円形のディスク２２（図３乃至図５、及び図１０）の形態であるのが好 ましいプラスチックの端子ブロックを備えている。ディスク２２は熱可塑性材料 から形成するのが好ましいが、必ずしも熱可塑性材料に限るものではない。図３ 乃至図５、及び図１０に最も良く示すように、ディスク２２は略凸面／凹面の断 面形状を備えており、上記ディスクは、円錐形のすなわち凹面／凸面形状の環状 の本体部分２４を有しており、この本体部分は、その前方の側部に隆起したカラ ー２６を有しており、上記カラーは、肩部として機能する平坦で環状の面２８に より包囲されている。環状のカラー２６は、ディスクの中心に設けられた矩形の 開口すなわち穴３０を包囲している。ディスクの後方の側部には六角形状の隆起 した壁部３２が設けられており、上記六角形の側部の１つは、１つの端子部片１ ４あるいは１６のための開口３３を提供するように省かれている。好ましい例で あって必須の例ではないが、図示のように複数のリブ３４がディスクの後方の側 部に形成されており、これにより、撓みすなわち曲げに対してディスクを補強し ている。ディスクの後方側部は、その縁部に平坦で環状の面３８を有しており、 この面を設ける目的は、ディスクを関連するソーラモジュールの後方の外板に接 して平らに着座させることである。

ネジ付きの六角ナツト４０が、図５に示すように、六角形状の壁部３２により画 成される六角形状の凹部の中に収容されている。ナツト４０は、補強部材１８の 開口２０に嵌合する寸法になされた前方のリブ４１を有している。六角形状の壁 部３２はナツト４０の回転を防止する。ナツトの厚みは、このナツトが六角形状 の壁部３２により画成される凹所の中の適所に位置した時に、該ナツトがディス ク２２の平坦で環状の面３８の平面を越えて突出しないように選定される。ナツ トの厚みは、部片１４又は１６が下に説明するようにこのナツトとディスク２２ との間に介挿された時に、ナンド２２及び面３８が共に後方の外板８に係合する ように選定するのが好ましい。次に図３及び図４を参照すると、方形の開口３０ を画成するディスクの中央部４２は、ディスクがモジュールに取り付けられた時 に、ディスクとソーラモジュールの後方の壁部との間にカットを拘束する役割を 果たす。ディスクは、適宜な接着剤（図示せず）により、関連するモジュールの 後方の外板８に接合される。ディスクとソーラモジュールとの間の気密のシール を確実にし、一方これと同時に、ナツト４０が後方の外板８と相対的に動かない ように、ディスクとソーラパネルとの間に恒久的で堅固な接合を確実に存在させ るために、シリコンＲＴＶ又はエポキシ接着剤を用いるのが好ましい。

最初にナツトを取り除き、端子部片１４．１６の一方をナツトとディスクの間で 開口３３に挿入し、これにより、補強タブ１８の開口２０及び関連する端子部片 １４又は１６をナツトの中央の穴に整合させることによって、ディスク２２はソ ーラモジュールの後方の外板に取り付けられる。次にディスクをモジュールの後 方の側部に接合し、これにより、端子部片１４又は１６をディスクとナツト４０ との間に拘束する。ナツト自身は、図１０に示すように、ディスクと後方の外板 との間に拘束される。一旦このようになると、モジュールは、このモジュールを 隣接するモジュール又は電気エネルギ利用装置すなわちシステムに相互接続する ためのケーブルに接続する準備が整う。

図６乃至図１０を参照すると、本発明は、適宜なネジ付きのスタッド４４（図１ ０）により、ナツト４０に接続されるようになされたスタッド型のソールされた コネクタを有する絶縁されたケーブルを利用している。スタッド型のシールされ たコネクタを有するケーブルは当業界においては周知であり、バッテリを利用タ ーミナルあるいは他の他のバッテリに接続するために一般に用いられている。

接続されるモジュールの位置によって、ケーブルは、自動車のバッテリ用のケー ブルの両端に一般に見られる形式の端部シールされたスタッド型のコネクタ、又 は、１つのモジュールを他の２つのモジュールに中間でインライン接続するよう に設計されたインラインノールされたスタッド型のコネクタを有することができ る。

図６乃至図１０は、本発明に用いるようになされたインラインシールされたスタ ッド型のコネクタ４８を示している。絶縁されたケーブル５４がインラインノー ルされたスタッド型のコネクタ４８に接続されている。インラインコネクタ４８ は、当業者には周知の種々の方法で形成することができ、例えば、「ケーブルス プライスを形成する方法（Ｍｅｔｈｏｄ　Ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　ＣａｂｌｅＳｐ ｌｉｃｅ）Ｊと題するジュリアン外（Ｖｉｃｔｏｒ　Ｊ、　Ｊｕｌｉａｎｅｔ　 ａｌ、）の１９８２年４月２０日付けの米国特許第４．３２５，７６０号、及び 「シールされたバッテリネジ付きのスタッド−終端部（Ｓｅａｌｅｄ　Ｂａｔｔ ｅｒｙ　Ｔｈｒｅａｄｅｄ　Ｓｔｕｄ−Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）Ｊと題するジ ュリアン外（Ｖｉｃｔｏｒ　Ｊ、　Ｊｕｌｉａｎ　ｅｔ　ａｌ、）の１９７７年 ９月２０日付けの米国特許第４．０４９．３３５号に記載された手順に従って形 成することができる。絶縁体の管状の層５８により包囲されたより線の金属コア ５６を有するケーブル５４は実質的に、絶縁体を取り除いてコアを露出させた部 分を有しており、金属の管すなわちスリーブがケーブルの露出した部分に被嵌さ れ、次にコアと共に圧縮された関係に平坦化され、これにより、導電性のコアに 機械的かつ電気的に固定された鍛造部材６０（図９）を形成しており、また平坦 化された管６０及びこの管の中に包囲されたコアを打ち抜いて、ネジ付きのスタ ッドを収容するための穴が形成されている。次に、プラスチック製のあるいはゴ ム製のカバーが管、及びケーブルの絶縁体の隣接する端部上に成形される。

図８及び図９は、ケーブル５４のコア５６の以前に露出された部分に、鍛造によ り電気的かつ機械的に接続された後の、金属製の管６０の形状を示している。

平坦化された管状の部材は、開口６４を画成するオフセット部分６２を有してい る。鍛造された管状の金属部材６０は、プラスチック又はゴムで形成された電気 絶縁性の成形されたカバーすなわちハウジング６６に包囲されている。成形され たハウジングは、ケーブルの絶縁体５８に重なりこれに接合されている。成形さ れたハウジング６６には中央の開口６８が形成されており、この開口を介して、 鍛造された金属の管のオフセット部分６２を見ることができる。

ハウジング６６の一側部は、弾性を有する環状のリブ７０を除いて平坦であり、 上記環状のリブは、モジュールの後方の外板に弾性的なシールを与えるために設 けられている。ハウジング６６の他方の側部には、可撓性の部片７８によりハウ ジングに接続されたキャップ７６にぴったりと嵌まる接続を形成するようになさ れた円筒形の部分７４が設けられている。キャップ７６は、円筒形の側壁部８０ と、中央のハブ部分８４とを有しており、該ハブ部分は、ハウジング６６の中央 のリブ８８と嵌合するようになされた周辺のリップ部８６を有している。

インラインシールされた絶縁スタッド型のコネクタ４８は、ネジあるいはスタッ ド４４によりナツト４０に取り付けられている（図１１）。金属のコネクタ部材 のオフセット部分６２の開口６４、及び部片１４又は１６の補強部材１８の開口 ２０をネジ４４が貫通してナツト４０にねじ込まれており、これにより確実な電 気的な接続を形成している。

５Ｕ１から明らかなように、上述のタイプの多数のインラインシール型のコネク タを有するケーブルを用い、ソーラパネル内の総てのモジュールを相互接続する ことができると共に、１つのソーラパネルを他のソーラパネルに相互接続するこ とができる。図１においては、ソーラパネル２のモジュールの一列の負の端子部 片１４に接続された状態で単一のケーブル５４だけが図示されている。残りのモ ジュールの対応する端子は、策２のケーブルによって接続され、これら２つのケ ーブルは次に所望のように互いに接続することができる。同様に、モジュールの 各々の列の正の端子部片１６は、上述の如くインラインシール型のコネクタを有 するケーブル５４と同様の他のケーブルによって互いに接続することができる。

本発明の最も重要な利点は、相互接続する構成が低いプロフィールの接続部を提 供することである。これは極めて重要なことであり、特に、本発明の好ましい実 施例において、リブ２６の前方面とディスクの環状の面３８との間の距離がほぼ ６．４ｍｍ　（０，２５インチ）であることを考えると重要なことである。また 、本発明は他の利点を提供し、（１）端子ディスク２２をモジュールの後方の側 部に電気的に接続して取り付けることが容易に行えるので、相互接続する構成が 比較的低コストであり、（２）本発明は、水密なケーブル接続、低い電圧降下、 高い導電性及び出力デバイス／ケーブルの間の接続の信頼性を提供する。

本発明はまた、検査あるいは修理のためにソーラモジュールからケーブルを容易 に取り外すことができ、その取り外しは、ネジ８６を緩めてケーブルをソーラパ ネルから解放するだけで行えるという他の利点も提供する。

本発明の他の利点は当業者には明らかであろう。

本発明にある種の明らかな変更を加えることができることは理解されよう。従っ て、プラスチックのディスクの特定の形状、ナツト４０をディスクに組み合わせ る態様、及びディスクを太陽電池モジュールに取り付ける態様等は、本発明の上 述の利点を損なうことな（変形することができる。また、ケーブルは、スタッド 型のインラインコネクタではなく、スタッド型の端部接続部を有することができ る。

従って、本発明は、添付の請求の範囲によってのみ制限されるものと考えられる べきである。

要約 太陽電池装置用の端子接続部は、装置の後方の壁部から突出すると共に穴が設け られた導電性の端子部片を備えている。凸状／凹状形状の絶縁性の部材が後方の 壁部に固定され、また該絶縁性の部材には開口が設けられており、該絶縁性の部 材は、上記部片の穴が上記開口を横切るような位置に設けられる。端子部片は、 絶縁性の部材と、この絶縁性の部材により収容されるナツトとの間に捕捉されて いる。ネジがナツトに係合されてケーブルコネクタ部材を絶縁部材に機械的に取 り付け、これにより、ケーブルコネクタ部材に取り付けられたケーブルと、ソー ラ装置の端子部片との間に電気的な接触を形成している。

国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．後方の壁部と、該後方の壁部から突出する導電性の端子部片とを有する光太 陽電池装置において、 前記後方の壁部に固定された絶縁材料製の部材と、前記部材と前記部片との間に 捕捉されて前記部片との電気的な接続を提供するナットとを備え、 前記部材は、開口を有すると共に、前記端子部片の穴が前記開口を横切るような 位置に設けられ、 前記ナットはネジ付き穴を有し、該ネジ付き穴は前記開口を介して接近でき、こ れにより、ネジ付き取付具を収容して前記部片を電気ケーブルに固定し得ること を特徴とする、前記光太陽電池装置。
2. ２．請求項１の光太陽電池装置において、前記部材が、プラスチック製のディス クであることを特徴とする、前記光太陽電池装置。
3. ３．請求項２の光太陽電池装置において、前記ディスクは円形であり、また断面 において凸状／凹状の輪郭を有することを特徴とする、前記光太陽電池装置。
4. ４．請求項３の光太陽電池装置において、前記ディスクは、浅い輪郭を有し、ま た厚みを大幅に超える直径を有することを特徴とする、前記光太陽電池装置。
5. ５．請求項３の光太陽電池装置において、前記ディスクは熱可塑性材料から形成 されることを特徴とする、前記光太陽電池装置。
6. ６．請求項５の光太陽電池装置において、前記ディスクが弾性を有することを特 徴とする、前記光太陽電池装置。
7. ７．請求項１の光太陽電池装置において、シールされたスタッド型のコネクタと 、該コネクタを前記ナットに固定するためのネジ付き取付具とを有するケーブル を更に備えることを特徴とする、前記光太陽電池装置。
8. ８．光太陽電池装置において、 後方の面と、 該太陽電池装置用の導電性の端子部片と、前記後方の面に固定された絶縁材料で 形成された部材と、前記部材の−側部と前記後方の面との間に捕捉されたナット であって、前記部片を該ナットと前記部材との間に係合させる、前記ナットと、 前記部材の後方側部に係合されたスタッド型のシールされたコネクタを有する電 気ケーブルと、 前記スタッド型のシールされたコネクタを貫通するネジ付きスタッドとを備え、 前記部片は、前記後方の面から突出する部分を有し、該突出する部分は穴を有し ており、 前記部材は、前方側部、前記後方側部、及び開口を有しており、また前記部材は 、前記部片の前証穴が前記開口を横切るような位置に設けられ、前記ナットは、 前記開口を介して接近可能なネジ付き穴を有しており、前記ネジ付きのスタッド は、前記ネジ付きの穴に係合し、これにより、前記部片を前記ケーブルに固定し かつ電気的に接続することを特徴とする、前記光太陽電池装置。
9. ９．請求項８の光太陽電池装置において、前記コネクタは貫通するコネクタであ ることを特徴とする、前記光太陽電池装置。
10. １０．請求項８の光太陽電池装置において、前記コネクタは端部コネクタである ことを特徴とする、前記光太陽電池装置。
11. １１．請求項８の光太陽電池装置において、前記部材は、プラスチックで形成さ れたディスクであることを特徴とする、前記光太陽電池装置。
12. １２．請求項８の光太陽電池装置において、前記ディスクは、円形であると共に 、凸状／凹状の輪部を有する断面を備えることを特徴とする、前記光太陽電池装 置。
13. １３．請求項８の光太陽電池装置において、前記ディスクは、浅い輪郭を有する ことを特徴とする、前記光太陽電池装置。
14. １４．請求項８の光太陽電池装置において、該太陽電池装置が、シリコンから形 成されていることを特徴とする、前記光太陽電池装置。