專利名稱：太陽能電池面板的接線盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于晶體硅太陽能電池面板的接線盒，該接線盒可通過使用肖特基勢壘二極管作為旁路二極管有效防止二極管和接線盒的溫度升高。
背景技術(shù)：
太陽能電池面板的接線盒一般配備有旁路二極管，該旁路二極管用于使通過在太陽能電池面板的電動勢下降時施加從一個外連電纜到另一外連電纜的反向電壓產(chǎn)生的電流短路。當旁路二極管實際執(zhí)行該功能時，較大的電流沿二極管的正向流動，使得二極管一般劇烈發(fā)熱。這會增加二極管可能壞掉的可能性，或者，二極管的壽命會大大縮短，或者構(gòu)成接線盒的樹脂會由于二極管產(chǎn)生的熱而變形以從太陽能電池面板脫落。特別地，由于接線盒要在被安裝在太陽能電池面板上的狀態(tài)下在戶外被使用長達二十年或更長時間，因此這種可能性很高。因此，考慮到長期安全性或可靠性的改進，需要在旁路二極管操作時有效防止旁路二極管的溫度升高。
常規(guī)上，作為用于有效防止二極管溫度升高的手段，一般采用通過在接線盒內(nèi)配置散熱板等允許二極管產(chǎn)生的熱逸散到環(huán)境大氣中的手段(日本專利申請公開公報(JP-A)No.2005-150277)?？傊?，這些手段的目標在于，通過允許二極管產(chǎn)生的熱有效耗散，抑制二極管的溫度升高。
另一方面，近年來，根據(jù)對增加太陽能電池的輸出的需求，晶體硅太陽能電池比非晶硅太陽能電池更多地得到使用。但是，由于晶體硅太陽能電池的輸出電流比非晶硅太陽能電池大30倍或更多倍，因此，晶體硅太陽能電池與非晶硅太陽能電池相比，二極管操作時流過二極管的電流的量大大增加，隨之產(chǎn)生的熱的量大大增加。因此，在被用于晶體硅太陽能電池中的接線盒中，不能通過簡單地使用僅使用散熱板等使二極管產(chǎn)生的熱耗散的常規(guī)的一般手段完全抑制二極管的溫度升高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這種常規(guī)技術(shù)的當前環(huán)境設(shè)計了本發(fā)明，并且，其目的在于，提供一種用于在用于晶體硅太陽能電池面板中的接線盒中有效防止旁路二極管操作時(即，當出現(xiàn)太陽能電池面板的異常時)的二極管的溫度升高的更有效的手段。
為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人對用于有效防止用于晶體硅太陽能電池面板中的接線盒中的二極管的溫度升高的手段進行了深入的研究，結(jié)果，構(gòu)思了抑制二極管本身的發(fā)熱的思想而不是允許二極管產(chǎn)生的熱耗散的手段。然后，本發(fā)明的發(fā)明人對其特定手段進行了進一步的研究，并意想不到地發(fā)現(xiàn)，可通過使用肖特基勢壘二極管作為二極管有效抑制二極管本身的發(fā)熱，并且可以在不暴露肖特基勢壘二極管具有的缺點的情況下使用它們，由此完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明是一種用于配備有旁路二極管的晶體硅太陽能電池面板的接線盒，其特征在于，所述旁路二極管是肖特基勢壘二極管。根據(jù)本發(fā)明的接線盒的優(yōu)選實施例，上述肖特基勢壘二極管具有150℃或更高的結(jié)溫度保證值，并且，通過10A的電流時的上述肖特基勢壘二極管的正向電壓降在25℃的結(jié)溫度下為0.50V或更低(更優(yōu)選為0.45V或更低)，在100℃的結(jié)溫度下為0.40V或更低(更優(yōu)選為0.35V或更低)，且在150℃的結(jié)溫度下為0.35V或更低(更優(yōu)選為0.30V或更低)。根據(jù)本發(fā)明的接線盒的另一優(yōu)選實施例，接線盒還配備有用于允許由旁路二極管產(chǎn)生的熱逸散的散熱板和/或用于允許由旁路二極管產(chǎn)生的熱逸散的加大的接線板。根據(jù)本發(fā)明的接線盒的另一優(yōu)選實施例，肖特基勢壘二極管是表面安裝型或非絕緣型封裝二極管。
在本發(fā)明的接線盒中，肖特基勢壘二極管被用作旁路二極管，使得與常規(guī)上使用的PN二極管相比，操作二極管時的發(fā)熱可被明顯抑制。并且，由于本發(fā)明的接線盒針對晶體硅太陽能電池面板，因此肖特基勢壘二極管具有的缺點可得到容許。因此，使用本發(fā)明的接線盒，二極管操作時的二極管和接線盒的溫度升高可被預(yù)先防止。因此，將不存在二極管的破壞或壽命縮短，并且將不存在由于接線盒的變形導(dǎo)致的接線盒從太陽能電池面板的脫落，由此，可進一步提高接線盒的安全性和可靠性。


圖1是表示PN二極管和肖特基勢壘二極管的結(jié)溫度(Tj)和正向電壓降(VF)之間的關(guān)系的示圖。
圖2表示配備有散熱板的本發(fā)明的接線盒的一個例子。
圖3表示配備有加大的接線板的本發(fā)明的接線盒的另一個例子。
圖4表示表面安裝型或非絕緣型封裝二極管的底面結(jié)構(gòu)。
圖5表示在例子中使用的試樣的結(jié)構(gòu)。
圖6表示圖5的試樣的盒體的內(nèi)部。
圖7是表示本發(fā)明的例子1～3和比較例的正向電流(IF)和正向電壓降(VF)或結(jié)溫度(Tj)之間的關(guān)系的示圖。
圖8是表示本發(fā)明的例子1～3和比較例的正向電流(IF)和接線盒底面溫度(Tc)之間的關(guān)系的示圖。
圖9是表示本發(fā)明的例子1～3和比較例的正向電流(IF)和接線盒內(nèi)的三個二極管產(chǎn)生的總熱量之間的關(guān)系的示圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的晶體硅太陽能電池面板的接線盒的最大特征在于肖特基勢壘二極管被用作旁路二極管。肖特基勢壘二極管(也被簡稱為肖特基二極管)是利用金屬和半導(dǎo)體之間的結(jié)面上的肖特基效應(yīng)的整流功能的二極管。由于具有較低的正向電壓降(VF)，因此肖特基勢壘二極管具有較短的反向恢復(fù)時間，并由此具有優(yōu)異的開關(guān)性能。通過利用這種性能，肖特基勢壘二極管常規(guī)上一般被用于音頻裝置的電源電路或開關(guān)電源中。并且，由于具有較低的正向電壓降(VF)，因此肖特基勢壘二極管具有使得操作時的發(fā)熱量較少的性能。本發(fā)明針對這種性能，并通過使用肖特基勢壘二極管作為晶體硅太陽能電池面板的接線盒的旁路二極管，有效抑制二極管操作時的二極管中的發(fā)熱本身。
在下面的表1中，比較了作為常規(guī)上在晶體硅太陽能電池面板的接線盒中使用的普通整流二極管的PN二極管(PND)和在本發(fā)明的接線盒中使用的肖特基勢壘二極管(SBD)的代表性特性(VF(正向電壓降)、VR(反向擊穿電壓)和IR(泄漏電流))，并且，圖1是基于表1制作的示圖，并表示結(jié)溫度(Tj)和正向電壓降(VF)之間的關(guān)系。
表1用于比較PND和SBD的代表性特性的表

PNDPN二極管SBD肖特基勢壘二極管IF正向電流Tj結(jié)溫度VF正向電壓降VR反向擊穿電壓IR泄漏電流
typ典型值表1中所示的PN二極管是常規(guī)上一般被用于太陽能電池面板的接線盒的領(lǐng)域中的PN二極管，并且是應(yīng)對結(jié)保證溫度(作為二極管的芯部的芯片部分(結(jié))的熱阻溫度)為150℃或更高的太陽能電池面板的接線盒中的調(diào)節(jié)的二極管。另一方面，表1中所示的肖特基勢壘二極管(SBD)也是應(yīng)對結(jié)保證溫度為150℃或更高的調(diào)節(jié)的二極管。
在表1中，VF是二極管產(chǎn)生的熱量的指數(shù)。VF越小，則由二極管產(chǎn)生的熱量越少。
VR意味著電壓值的極限，當超過該電壓值的電壓沿二極管的反向被施加時，該極限使得二極管的使得電流只能沿正向流動的基本功能受到破壞，并且大量的電流沿最初假定電流不流動的反向流動。因此，某個二極管的VR較小意味著二極管相對于反向電壓的耐受性較小，并且當該二極管被用于可能沿反向施加較大電壓的電路中時，大量的電流總是沿最初假定電流不流動的反向流動，由此導(dǎo)致發(fā)電效率降低，或者，在最壞的情況下，存在二極管會遭受熱擊穿而破壞該二極管的風(fēng)險。
IR意味著當向二極管施加反向電壓時沿反向流動的電流的量。因此，某個二極管的IR比零大的事實意味著當施加反向電壓時該二極管不能切斷二極管在理想情況下應(yīng)完全切斷的反向電流，由此導(dǎo)致發(fā)電效率降低或招致熱擊穿。
在表1中，可以通過以下步驟確定VF(沿正向的電壓降)的值強制加熱各個二極管的周圍空氣以分別使二極管的結(jié)溫度(Tj)保持為25℃、100℃或150℃；以這種狀態(tài)允許10A的正向脈沖電流在某一時刻流向二極管；和測量此刻的正向電壓降(VF)。并且，通過以下步驟確定VR(反向擊穿電壓)的值向各個二極管施加和增加反向的電壓；和測量電流突然開始流動時的反向電壓。并且，通過以下步驟確定IR(泄漏電流)的值以與測量VF的值相同的方式強制加熱各個二極管的周圍空氣以分別使二極管的結(jié)溫度(Tj)保持為25℃、100℃或150℃；允許以這種狀態(tài)在某一時刻向二極管施加40V的反向電壓；和測量此刻沿反向流動的電流的值。
從表1的VF(沿正向的電壓降)的列和圖1的示圖可以看出，在任何結(jié)溫度(Tj)下，肖特基勢壘二極管(SBD)的沿正向的電壓降(VF)的值都遠小于PN二極管的沿正向的電壓降的值。特別地，肖特基勢壘二極管的沿正向的電壓降值平均比PN二極管的沿正向的電壓降值小約0.4V，為PN二極管的沿正向的電壓降值的約40～50％。這里，由于二極管產(chǎn)生的熱量(W)等于穿過的電流量(IF)與沿正向的電壓降(VF)的乘積，因此，如果穿過的電流量(IF)恒定，那么二極管產(chǎn)生的熱量(W)與沿正向的電壓降值(VF)成比例。由此，沿正向的電壓降值(VF)越小，二極管產(chǎn)生的熱量(W)就越小。因此，看起來肖特基勢壘二極管產(chǎn)生的熱量遠小于作為普通整流二極管的PN二極管產(chǎn)生的熱量，并為PN二極管產(chǎn)生的熱量的約40～50％。另一方面，當在太陽能電池面板中出現(xiàn)異常時二極管的沿正向流動的電流(標稱最大輸出操作電流)的值依賴于太陽能電池面板的類型大大不同。在晶體硅太陽能電池面板中，該電流值為約9A，而在非晶硅太陽能電池面板中，該電流值為約0.3A。因此，晶體硅太陽能電池面板中的二極管的沿正向流動的電流的值比非晶硅太陽能電池面板大30倍或更多倍，使得在太陽能電池面板中出現(xiàn)異常時(即，當二極管操作時)的發(fā)熱問題在晶體硅太陽能電池面板中更加嚴重。因此，考慮到有效抑制在太陽能電池面板中出現(xiàn)異常時(即，當二極管操作時)的二極管自身的發(fā)熱問題，在晶體硅太陽能電池面板的接線盒中使用具有較小的VF的肖特基勢壘二極管是極其有利的。
這里，從表1的VR(沿反向的擊穿電壓)的列可以看出，肖特基勢壘二極管具有遠小于PN二極管的VR值。因此，具有較小VR值的肖特基勢壘二極管具有在正常的發(fā)電狀態(tài)下大量的電流可能沿反向流動的缺點。但是，作為可被視為具有被施加到太陽能電池面板的接線盒上的可能性的最大電壓的面板的標稱最大輸出的操作電壓，在晶體硅太陽能電池面板中低至約10～40V，而在非晶硅太陽能電池面板中高達100～300V。因此，該值肯定小于肖特基勢壘二極管的VR(一般為約50～100V)。因此，即使肖特基勢壘二極管被用于晶體硅太陽能電池面板的接線盒中，也不存在幅值超過VR的電壓被施加到二極管上的可能性，使得不存在任何下述問題使得在正常的發(fā)電狀態(tài)下大量的電流總是沿二極管的反向流動，由此導(dǎo)致發(fā)電效率降低，或使得二極管可能會遭受熱擊穿以破壞二極管。
并且，從表1的IR(泄漏電流)的列可以看出，肖特基勢壘二極管具有IR的值遠大于PN二極管的值的缺點。但是，在晶體硅太陽能電池面板中，最大輸出的操作電壓如上所述遠小于非晶硅太陽能電池面板的操作電壓，使得在正常的發(fā)電狀態(tài)下由泄漏電流導(dǎo)致的二極管的發(fā)熱量實際上沒有那么大，并且，由此導(dǎo)致的發(fā)電效率降低和接線盒溫度升高的問題充分在可允許的水平內(nèi)。
特別地，從表1可以看出，肖特基勢壘二極管的IR具有極大的溫度依賴性，并且IR根據(jù)二極管溫度升高呈指數(shù)增加。因此，在肖特基勢壘二極管中，一旦二極管溫度升高，IR就隨其急劇增加，急劇增加的IR然后導(dǎo)致發(fā)熱量的急劇增加，并且急劇增加的發(fā)熱量從而進一步導(dǎo)致急劇的溫度升高。這種惡性循環(huán)可能引起所謂的熱擊穿，使得二極管溫度升高到大于或等于二極管的耐熱溫度的極高溫度，由此最終破壞二極管。但是，從表1可以看出，即使在作為晶體硅太陽能電池面板的接線盒的最大使用溫度額定值的100℃，肖特基勢壘二極管的IR也只為約10mA。因此，即使當作為肖特基勢壘二極管的最大額定電壓(反向擊穿電壓)的50～100V被施加到二極管上時，肖特基勢壘二極管產(chǎn)生的熱量也只是小至約0.5～1W，使得熱擊穿問題實際上充分地可允許的水平內(nèi)。
結(jié)果，在晶體硅太陽能電池面板的接線盒中，肖特基勢壘二極管的具有較小VR的缺點可被忽略，并且肖特基勢壘二極管的具有較大IR的缺點充分在可允許的水平內(nèi)，使得肖特基勢壘二極管的使用是全面有利的。
常規(guī)上，肖特基勢壘二極管被用作太陽能電池面板中的旁路二極管的幾個例子是眾所周知的；但是，還沒有肖特基勢壘二極管被用于接線盒中的例子。這是因為以下原因。當嘗試使用肖特基勢壘二極管作為接線盒中的旁路二極管時，由于與其在太陽能電池面板中的使用相比反向電壓較高而熱耗散性能較差，因此肖特基勢壘二極管的反向擊穿電壓(VR)較小以及泄漏電流(IR)較大的缺點被認為是極大的妨礙因素。
即，當旁路二極管通過被加入太陽能電池面板中被使用時，用于加入旁路二極管的空間足夠?qū)挘沟么罅康呐月范O管可被加入。因此可使得一個旁路二極管負責(zé)的太陽能電池的數(shù)量很少，并且被施加到單個旁路二極管上的反向電壓的值可降低。與此相反，當旁路二極管通過被加入接線盒中被使用時，接線盒的體積通常較小，使得可被加入接線盒中的旁路二極管的數(shù)量限于較少的數(shù)量。因此，一個旁路二極管負責(zé)的太陽能電池的數(shù)量較大，并且在太陽能電池面板的正常的發(fā)電狀態(tài)下被施加到單個旁路二極管上的反向電壓的值較高。
并且，當旁路二極管通過被加入太陽能電池面板中被使用時，由于太陽能電池面板具有比接線盒大得多的體積并且還具有薄且平的結(jié)構(gòu)，因此太陽能電池面板的散熱性能非常好。與此相反，當旁路二極管通過被加入接線盒中被使用時，由于接線盒通常具有較小的體積并且還被緊密封閉，因此接線盒在允許電流流過旁路二極管時產(chǎn)生的熱逸散到外面的性能(散熱性能)方面較差。
當具有較大的VR和較小的IR的常規(guī)PN二極管被用作用于接線盒中的旁路二極管時，在通過在接線盒中加入旁路二極管使用該旁路二極管的情況下的較高的反向電壓或較差的散熱性能的問題不特別構(gòu)成妨礙因素。但是，當具有較小的VR和較大的IR的肖特基勢壘二極管被采用時，這將是極大的妨礙因素。特別地，關(guān)于IR，肖特基勢壘二極管的IR如上所述隨溫度升高呈指數(shù)增加，使得二極管引起熱擊穿的危險大增。
因此，肖特基勢壘二極管可被用于太陽級電池面板中但不能被用于接線盒中已在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中成為常規(guī)的常識。
從以下的事實也可清楚地看到這一點。即，談到二極管中的用于整流的二極管，只存在兩種類型，即，PN二極管和肖特基勢壘二極管。這里，由于肖特基勢壘二極管具有比PN二極管小的發(fā)熱量(VF)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，因此存在肖特基勢壘二極管代替PN二極管被用于接線盒中的例子看起來是很自然的。但是，直到現(xiàn)在還沒有肖特基勢壘二極管被用于太陽能電池面板中的接線盒中的例子，只找到用于太陽能電池面板中的例子。這種事實有力地告訴我們，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，肖特基勢壘二極管具有較小的反向擊穿電壓(VR)或具有較大的泄漏電流(IR)的缺點與肖特基勢壘二極管具有較小的發(fā)熱量(VF)的優(yōu)點相比成為更大的關(guān)注事項(妨礙因素)，盡管當肖特基勢壘二極管被用于太陽能電池面板中時這些缺點沒有產(chǎn)生問題，但在肖特基勢壘二極管要被用于接線盒中時這些缺點將是不可忽略的大問題，因此，肖特基勢壘二極管不能被用于接線盒中已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)的技術(shù)常識。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員的這種常規(guī)的技術(shù)常識僅僅認為肖特基勢壘二極管無一例外地不能被用于太陽能電池面板的接線盒中而不考慮太陽能電池面板的類型。然后，本發(fā)明的發(fā)明人進行了進一步的研究并發(fā)現(xiàn)，由于太陽能電池面板中的晶體硅太陽能電池面板與非晶硅太陽能電池面板相比具有較大的標稱最大輸出操作電流和較小的標稱最大輸出操作電壓，因此肖特基勢壘二極管的缺點可被忽略(關(guān)于VR較小)或者充分在可允許的水平內(nèi)(關(guān)于IR較大)，并且肖特基勢壘二極管的具有較小的VF的優(yōu)點可被單獨利用，由此完成本發(fā)明。
作為要被用于本發(fā)明的接線盒中的肖特基勢壘二極管，正向電壓降值較小并且二極管產(chǎn)生的熱量較小的任何肖特基勢壘二極管可被使用。但是，為了在實際使用環(huán)境中操作二極管時確保防止二極管的溫度升高，優(yōu)選使用這樣一種肖特基勢壘二極管，即，該肖特基勢壘二極管具有150℃或更高的結(jié)溫度保證值，并且，在該肖特基勢壘二極管中，通過10A的電流時的肖特基勢壘二極管的正向電壓降(VF)在25℃的結(jié)溫度下為0.50V或更低、在100℃的結(jié)溫度下為0.40V或更低、在150℃的結(jié)溫度下為0.35V或更低。更優(yōu)選使用這樣一種肖特基勢壘二極管，即，該肖特基勢壘二極管具有150℃或更高的結(jié)溫度保證值，并且，在該肖特基勢壘二極管中，通過10A的電流時的肖特基勢壘二極管的正向電壓降(VF)在25℃的結(jié)溫度下為0.45V或更低、在100℃的結(jié)溫度下為0.35V或更低、在150℃的結(jié)溫度下為0.30V或更低。這里，通過上面關(guān)于表1說明的過程測量了上述的各結(jié)溫度下的正向電壓降。
在上述調(diào)節(jié)中，結(jié)溫度保證值意味著二極管的耐熱溫度。即，結(jié)溫度保證值表示在該溫度之下二極管將不被破壞。這里，在本發(fā)明的接線盒中優(yōu)選使用的肖特基勢壘二極管的結(jié)溫度保證值限于150℃或更高的原因在于，關(guān)于在日本使用的太陽能電池面板的接線盒中的二極管，工業(yè)要求的一般結(jié)溫度保證值是150℃。
并且，二極管的正向電壓降(VF)的電流通過條件被設(shè)定為10A的原因在于，由于晶體硅太陽能電池的最大輸出電流為約9A，因此將其設(shè)定為10A以留有余量。
并且，在25℃、100℃和150℃三種類型的結(jié)溫度下限定VF是為了分別反映以下的實際使用環(huán)境。即，25℃代表在普通溫度下使用；100℃代表在使用一般的太陽能電池面板時的溫度的上限(額定溫度)(該溫度實際上為90℃；但是，將其設(shè)定為100℃以留有余量)下使用；150℃代表關(guān)于在日本使用的太陽能電池面板的接線盒中的二極管、在工業(yè)中要求的一般結(jié)溫度保證值下使用。
在本發(fā)明的接線盒中使用的肖特基勢壘二極管的VF優(yōu)選在上述的各個結(jié)溫度下不高于預(yù)定值。這是因為，當VF超過這些值時，當出現(xiàn)太陽能電池面板的異常時(即，當二極管操作時)由肖特基勢壘二極管產(chǎn)生的熱量將會較大，并且使用肖特基勢壘二極管的優(yōu)點將會較小。
滿足諸如上述的要求的肖特基勢壘二極管可適當?shù)貜木哂懈鞣N結(jié)溫度保證值和VF特性的市售肖特基勢壘二極管中選擇。例如，對于具有150℃或更高的結(jié)溫度保證值的市售肖特基勢壘二極管中的被稱為55V額定型(具有55V的反向擊穿電壓)、55V額定低泄漏型(具有55V的反向擊穿電壓并具有較小的泄漏電流)和100額定型(具有100V的反向擊穿電壓)的三種類型的肖特基勢壘二極管，本發(fā)明的發(fā)明人檢測了通過10A的電流時的各溫度下的VF特性，由此獲得諸如下面的表2中示出的數(shù)據(jù)。
表2三種類型的市售肖特基勢壘二極管的VF特性的比較

從表2可以看出，100V額定型不滿足25℃下的VF為0.50V或更低、100℃下的VF為0.40V或更低且150℃下的VF為0.35V或更低的要求；但是，55V額定低泄漏型和55V額定型滿足該要求。并且，55V額定型還進一步滿足25℃下的VF為0.45V或更低、100℃下的VF為0.35V或更低且150℃下的VF為0.30V或更低的更嚴格的要求。因此，作為要在本發(fā)明的接線盒中使用的肖特基勢壘二極管，在這三種類型的肖特基勢壘二極管中，55V額定低泄漏型和55V額定型比100V額定型更優(yōu)選，并且，55V額定型是最優(yōu)選的。
如上所述，在晶體硅太陽能電池面板的接線盒中使用肖特基勢壘二極管的情況下，具有較小的VR的肖特基勢壘二極管的一個缺點可被忽略，但具有較大的IR的肖特基勢壘二極管的另一缺點不能被完全忽略并保持在可容許的水平。但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)計一種結(jié)構(gòu)的接線盒或一種類型的肖特基勢壘二極管，具有較大的IR的肖特基勢壘二極管的另一缺點也可被限制在可忽略的水平。
即，從表1可以理解，泄漏電流的值根據(jù)溫度改變，并且，隨著溫度升高，泄漏電流的值增加。因此，當通過設(shè)計一種結(jié)構(gòu)的接線盒或一種類型的肖特基勢壘二極管容許由肖特基勢壘二極管產(chǎn)生的熱逸散到周圍以降低二極管的溫度時，泄漏電流的值可進一步被限制為較低，由此，可有效防止正常發(fā)電時的發(fā)電效率的降低和接線盒的溫度升高。
作為對此目的有效的一種結(jié)構(gòu)的接線盒，可以考慮，例如，向接線盒提供用于允許由二極管產(chǎn)生的熱逸散的散熱板，或放大用于允許由二極管產(chǎn)生的熱逸散的接線板，以使其在平面上比通常的尺寸大。
我們認為散熱板和加大的接線板的具體結(jié)構(gòu)以及它們在接線盒中的布置完全是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的；但是，它們可以例如是圖2或圖3所示出的。圖2表示配備有散熱板的本發(fā)明的接線盒的一個例子。在圖2中，(a)是蓋子部分已被去除的接線盒的透視圖，(b)是箱體已被去除的接線盒的內(nèi)部的透視圖；(c)是從正上方觀察得到的平面圖。在圖2的接線盒中，一個肖特基勢壘二極管使一對接線板相互電連接，并用作旁路二極管。各接線板的一端與從太陽能電池面板引出的電極(未示出)連接，并且另一端與用于外部連接的電纜連接。通過這些電纜，相鄰的太陽能電池面板被電連接。在圖2的接線盒中，由諸如具有較高的熱導(dǎo)率的金屬的薄板制成的散熱板被布置在肖特基勢壘二極管下面，以與二極管的底面熱接觸，并允許由二極管產(chǎn)生的熱通過散熱板逸散。
圖3表示配備有加大的接線板的本發(fā)明的接線盒的另一個例子。在圖3中，(a)是蓋子部分已被去除的接線盒的透視圖，(b)是箱體已被去除的接線盒的內(nèi)部的透視圖；(c)是從正上方觀察得到的平面圖。在圖3的接線盒中，三個肖特基勢壘二極管被用于分別使兩對(四塊)接線板相互電連接，并用作旁路二極管。在四塊接線板中的兩端的兩塊接線板(位于外側(cè))中，一端與從太陽能電池面板引出的電極(未示出)連接，并且另一端與用于外部連接的電纜連接。內(nèi)側(cè)的兩塊接線板也與已經(jīng)從太陽能電池面板引出的電極(未示出)連接。在圖3的接線盒中，在四塊接線板中，除右端的接線板以外的三塊接線板被放大為在平面上比通常的尺寸大，以允許由二極管產(chǎn)生的熱通過這些加大的接線板逸散。
通過允許由肖特基勢壘二極管產(chǎn)生的熱逸散到周圍有效降低二極管的溫度的類型的肖特基勢壘二極管可包含例如表面安裝型或非絕緣型封裝二極管。
如圖4所示，表面安裝型或非絕緣型封裝二極管在二極管的引線框的底面上具有不被絕緣樹脂覆蓋的部分。因此，通過使用表面安裝型或非絕緣型肖特基勢壘二極管，可有效允許由二極管產(chǎn)生的熱從該部分逸散到周圍。更具體地，通過焊接或通過導(dǎo)熱油脂的媒介物用螺栓等固定使表面安裝型或非絕緣型封裝二極管的底面上的不被絕緣樹脂覆蓋的部分與接線盒的接線板或散熱板接觸或固定到其上，可允許由肖特基勢壘二極管產(chǎn)生的熱通過二極管的底面有效逸散到接線板或散熱板。
因此，通過允許接線盒進一步配備散熱板或加大的接線板，或通過使用表面安裝型或非絕緣型封裝二極管作為肖特基勢壘二極管，二極管的溫度可降低，并且泄漏電流的值可被進一步降低，以被限制為使得發(fā)電時的發(fā)電效率降低和接線盒的溫度升高的問題可被完全忽略的水平。
(例子)以下將具體示出本發(fā)明的用于太陽能電池面板的接線盒的防止二極管和接線盒的溫度升高的效果；但是，本發(fā)明不只限于此。
為了表示本發(fā)明的用于太陽能電池面板的接線盒在實際使用條件下防止二極管和接線盒的溫度升高的效果，使用以下試樣根據(jù)以下的測量過程進行模型實驗。
(試樣的制備)(1)例子1作為旁路二極管，表2中所示的55V額定型的肖特基勢壘二極管被用于制備具有圖5所示的結(jié)構(gòu)的試樣。在圖5的試樣中，兩對(四塊)接線板被放在由樹脂制成的箱體的內(nèi)部，并且三個表面安裝型肖特基勢壘二極管與其電連接。在四塊接線板中，除右端的接線板以外的三塊接線板被放大為在平面上比通常的尺寸大(作為參考還參見圖6所示的箱體的內(nèi)部的平面圖)。另外，三塊散熱板分別被安裝在加大的接線板上。
(2)例子2在圖5所示的試樣中，除了二極管變?yōu)楸?中所示的55V額定低泄漏型肖特基勢壘二極管以外，以與例子1相同的方式制備試樣。
(3)例子3在圖5所示的試樣中，除了二極管變?yōu)楸?中所示的100V額定型肖特基勢壘二極管以外，以與例子1相同的方式制備試樣。
(4)比較例在圖5所示的試樣中，除了二極管變?yōu)楸?中所示的PN二極管以外，以與例子1相同的方式制備試樣。
(測量過程)為了測量二極管溫度的實際測量值，將熱電偶固定到例子1～3的試樣和比較例的試樣的由圖6中的A表示的位置(被認為在表面安裝型二極管的暴露金屬部分中產(chǎn)生最大的熱量的部分)上。并且，為了測量沿正向的電壓降值，將引線分別固定到例子1～3的試樣和比較例的試樣的由圖6中的A和B表示的位置上(在表面安裝型二極管的暴露的金屬部分中具有與A相反的電極性的部分)，以使得能夠測量A-B之間的電壓。并且，為了測量接線盒的底面部分的溫度的實際測量值，將熱電偶固定到接線盒的位于二極管正下方的部分上。
然后，硅脂被施加到例子1～3的試樣的后表面上，并且比較例的試樣和玻璃面板被結(jié)合以制備太陽能電池模塊。
然后，該太陽能電池模塊通過被懸掛在75℃氣氛的恒溫室內(nèi)被放置，使得模塊不會與恒溫室的內(nèi)表面接觸。這里，75℃的該溫度是在太陽能電池面板的接線盒的耐熱溫度測量的標準中限定的溫度，并被假定為是可在太陽能電池面板的接線盒的實際使用環(huán)境下獲得的最高溫度。
然后，使用恒流電源，使6.0A、8.8A或11.0A的直流電流沿正向穿過各個試樣一個小時，并且，一小時后分別測量接線盒的二極管的溫度的實際測量值、沿正向的電壓降和底面部分的溫度的實際測量值。這里，6.0A的穿過電流量與小尺寸晶體硅太陽能電池面板的一般最大輸出操作電流值對應(yīng)；8.8A的穿過電流量與當前的普通尺寸晶體硅太陽能電池面板的一般最大輸出操作電流值對應(yīng)；11.0A的穿過電流量與用于太陽能電池面板的接線盒的溫度試驗中所需要的標準試驗值(該值距離8.8A有25％的余量)對應(yīng)。
并且，從二極管的溫度的實際測量值推斷結(jié)溫度(Tj)。假定各個二極管的結(jié)(發(fā)熱部分)和二極管溫度的實際測量位置之間的熱阻值為0.5℃、且各二極管的發(fā)熱量與上述熱阻值的乘積是從發(fā)熱部分到溫度的實際測量的位置丟失的溫度，根據(jù)下式計算這種推斷。
推斷的結(jié)溫度(推斷的Tj)＝(二極管溫度的實際測量值)+0.5×(二極管的發(fā)熱量)這里，二極管的發(fā)熱量是通過的電流量和沿正向的電壓降值(VF)的乘積。
在下面的表3(部分1)～表3(部分4)中示出關(guān)于例子1～3和比較例的接線盒的這些測量的結(jié)果和計算的結(jié)果。
表3(部分1) 關(guān)于例子1(55V額定型肖特基勢壘二極管)的VF溫度測量的結(jié)果

表3(部分2) 關(guān)于例子2(55V額定低泄漏型肖特基勢壘二極管)的VF溫度測量的結(jié)果

表3(部分3)關(guān)于例子3(100V額定型肖特基勢壘二極管)的VF溫度測量的結(jié)果

表3(部分4)關(guān)于比較例(PN二極管)的VF溫度測量的結(jié)果

并且，基于表3(部分1)～表3(部分4)的數(shù)據(jù)的最大值，畫出圖7～9。圖7是表示正向電流(IF)和正向電壓降(VF)或結(jié)溫度(Tj)之間的關(guān)系的示圖；圖8是表示正向電流(IF)和接線盒底面溫度(Tc)之間的關(guān)系的示圖；圖9是表示正向電流(IF)和接線盒內(nèi)的三個二極管產(chǎn)生的總熱量之間的關(guān)系的示圖。
從表3(部分1)、表3(部分4)和圖7可以看出，在任何穿過的電流量的情況下，使用55V額定型肖特基勢壘二極管的例子1的接線盒的正向電壓降值(VF)都明顯小于使用PN二極管的比較例的接線盒的VF，并且平均小約0.4V。由于VF這樣小，因此例子1的作為接線盒的VF和IF和乘積的發(fā)熱量如圖9所示明顯少于比較例的接線盒的發(fā)熱量，并且平均為比較例的接線盒的發(fā)熱量的約40％。特別地，發(fā)熱量的差值隨著通過的電流量(IF)增加變得更大。接線盒的二極管的結(jié)溫度(Tj)和底面溫度(Tc)也表現(xiàn)出與發(fā)熱量類似的趨勢(圖7和圖8)，并且例子1的接線盒的這些溫度明顯低于比較例的接線盒的這些溫度，并且，它們的差值隨著通過的電流量增加變得更大。
在肖特基勢壘二極管的類型被改變的例子2和例子3中可以看出與例子1類似的趨勢。關(guān)于相對于使用PN二極管的比較例的接線盒的接線盒的正向電壓降值VF的差值、發(fā)熱量的差值、二極管結(jié)溫度Tj的差值和底面溫度Tc的差值，例子2的這些差值比例子1的差值小，并且例子3的差值比例子2的差值小。
特別地，關(guān)于接線盒的底面溫度(Tc)，由于構(gòu)成接線盒的樹脂的耐熱溫度一般為約120℃，因此，考慮到防止樹脂變形以增強接線盒的安全性和可靠性，極其希望Tc小于等于120℃。從表3和圖8可以看出，在比較例的接線盒中，接線盒的底面溫度(Tc)在8.8A和11.0A的通過電流量的情況下超過120℃，并且即使在6.0A的通過電流量的情況下也只是稍低于120℃。相反，在例子1和例子2的接線盒中，接線盒的底面溫度(Tc)在任何通過電流量的情況下都遠低于120℃，因此可以說接線盒的安全性和可靠性極高。
并且，在肖特基勢壘二極管的類型變?yōu)?00額定型的例子3的接線盒中，接線盒的底面溫度(Tc)在通過的電流量為11.0A的情況下稍稍超過120℃，而在通過的電流量為6.0A和8.8A的情況下低于120℃。11.0A的通過電流量如上所述是標準的試驗值，并且是具有比在實際使用環(huán)境下流過二極管的電流量大25％的余量的通過電流量。因此可以說，在實際情況下，即使是例子3的接線盒也足可用于當前的晶體硅太陽能電池面板。
從以上實驗結(jié)果可以清楚地看出，根據(jù)使用肖特基勢壘二極管作為旁路二極管的例子1～3的接線盒，二極管和接線盒的溫度升高可被有效防止，由此可增強接線盒的安全性和可靠性。
(工業(yè)實用性)根據(jù)本發(fā)明的用于晶體硅太陽能電池面板的接線盒，操作二極管時的發(fā)熱可被抑制，并且二極管和接線盒的溫度升高可被有效防止，使得不存在二極管破壞或接線盒變形的危險。因此，本發(fā)明的用于晶體硅太陽能電池面板的接線盒可被適當?shù)赜糜谠谳^長的使用周期(20年或更多年)上極其需要較高的安全性和可靠性的太陽能電池面板的接線盒的領(lǐng)域中。
權(quán)利要求
1.一種用于配備有旁路二極管的晶體硅太陽能電池面板的接線盒，其特征在于，所述旁路二極管是肖特基勢壘二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于太陽能電池面板的接線盒，其中，肖特基勢壘二極管具有150℃或更高的結(jié)溫度保證值，并且，通過10A的電流時的肖特基勢壘二極管的正向電壓降在25℃的結(jié)溫度下為0.50V或更低，在100℃的結(jié)溫度下為0.40V或更低，且在150℃的結(jié)溫度下為0.35V或更低.
3.根據(jù)權(quán)利要求2的用于太陽能電池面板的接線盒，其中，通過10A的電流時的肖特基勢壘二極管的正向電壓降在25℃的結(jié)溫度下為0.45V或更低，在100℃的結(jié)溫度下為0.35V或更低，且在150℃的結(jié)溫度下為0.30V或更低.
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項的用于太陽能電池面板的接線盒，其中，接線盒還配備有用于允許由旁路二極管產(chǎn)生的熱逸散的散熱板和/或用于允許由旁路二極管產(chǎn)生的熱逸散的加大的接線板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于太陽能電池面板的接線盒，其中，肖特基勢壘二極管是表面安裝型或非絕緣型封裝二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能電池面板的接線盒。提供一種在用于晶體硅太陽能電池面板的接線盒中有效防止旁路二極管操作時的二極管的溫度升高的裝置。本發(fā)明的特征在于，在用于晶體硅太陽能電池面板的接線盒中，肖特基勢壘二極管被用作旁路二極管。優(yōu)選地，肖特基勢壘二極管的正向電壓降在特定的結(jié)溫度下為特定的值或更低。優(yōu)選地，使用作為表面安裝型或非絕緣型的封裝二極管作為肖特基勢壘二極管。
文檔編號H01L31/042GK101091261SQ20068000132
公開日2007年12月19日 申請日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者永井剛, 石田淳 申請人:歐南芭株式會社