ソーラーパネル接続ボックスの選び方

2023-12-20

ソーラーパネル接続箱は、ソーラーパネルと充電制御装置の間のコネクタであり、ソーラーパネルの重要な部品です。これは、電気設計、機械設計、材料科学を組み合わせた分野を超えた包括的な設計であり、ソーラーパネルの組み合わせた接続スキームをユーザーに提供します。

ソーラー接続ボックスの主な機能は、ソーラーパネルで生成された電気エネルギーをケーブルを通じて出力することです。太陽電池は特殊で価格が高いため、太陽電池接続箱は太陽電池パネルの要件を満たすように特別に設計する必要があります。接続箱の機能、特性、タイプ、構成、性能パラメータの 5 つの側面から選択できます。

1. ソーラーパネル接続ボックスの機能

ソーラー接続箱の基本的な機能は、ソーラーパネルと負荷を接続し、太陽光発電パネルから発生する電流を取り出して発電することです。もう 1 つの機能は、発信ワイヤをホットスポット効果から保護することです。

(1) 接続

ソーラージャンクションボックスは、ソーラーパネルとインバーターの間のブリッジとして機能します。ジャンクションボックスの内部では、ソーラーパネルによって生成された電流が端子とコネクタを通って電気機器に引き出されます。

ジャンクションボックスから太陽光パネルへの電力損失をできるだけ減らすためには、ソーラーパネルのジャンクションボックスに使用される導電性材料の抵抗が小さく、バスバーリード線との接触抵抗も小さい必要があります。。

(2) 太陽光接続箱の保護機能

太陽光接続箱の保護機能には 3 つの部分が含まれます。

1.バイパスダイオードを介してホットスポット効果を防ぎ、バッテリーとソーラーパネルを保護します。
2. 特殊な素材を使用してデザインを密閉し、防水性と耐火性を備えています。
3. 特殊な放熱設計によりジャンクションボックスが減少し、バイパスダイオードの動作温度により漏れ電流によるソーラーパネル電力の損失が減少します。

2. PV接続箱の特徴

(1) 耐候性

太陽光発電接続箱の材料が屋外で使用される場合、光、熱、風雨による損傷などの気候試験に耐えます。PV 接続箱の露出部分は、箱本体、箱カバー、MC4 コネクタであり、すべて耐候性材料で作られています。現在、最もよく使われている素材は、世界5大エンジニアリングプラスチックの一つであるPPOです。高剛性、高耐熱性、耐火性、高強度、優れた電気特性などの利点を持っています。

(2) 耐高温高湿性

太陽光パネルの作業環境は非常に過酷です。熱帯地域で活動するものもあり、毎日の平均気温は非常に高くなります。一部の製品は高地および高緯度地域で動作し、動作温度は非常に低くなります。砂漠地帯など昼夜の温度差が大きい場所もあります。したがって、太陽光発電接続箱には優れた高温耐性と低温耐性が求められます。

(3) 耐紫外線性

紫外線は、特に空気が薄く紫外線放射量が多い高原地域では、プラスチック製品に一定のダメージを与えます。

(4) 難燃性

火炎の広がりを大幅に遅らせる物質または材料の処理によってもたらされる特性を指します。

(5) 防水・防塵

一般的な太陽光発電接続箱の防水・防塵性能はIP65、IP67ですが、Slocable太陽光発電接続箱は最高レベルのIP68に達します。

(6) 放熱機能

ダイオードと周囲温度により、PV ジャンクションボックス内の温度が上昇します。ダイオードが導通すると、熱が発生します。同時にダイオードと端子間の接触抵抗により発熱も発生します。さらに、周囲温度の上昇により、ジャンクションボックス内の温度も上昇します。

高温の影響を受けやすい PV 接続箱内のコンポーネントは、シールリングとダイオードです。高温はシールリングの劣化速度を加速し、ジャンクションボックスのシール性能に影響を与えます。ダイオードには逆電流が流れ、温度が 10 °C 上昇するごとに逆電流は 2 倍になります。逆電流は回路基板に流れる電流を減少させ、基板の電力に影響を与えます。したがって、太陽電池接続箱は優れた放熱特性を備えている必要があります。

一般的な熱設計は、ヒートシンクを取り付けることです。ただし、ヒートシンクを設置しても放熱の問題は完全に解決されるわけではありません。太陽光発電接続箱にヒートシンクが取り付けられている場合、ダイオードの温度は一時的に低下しますが、接続箱の温度は依然として上昇するため、ゴムシールの耐用年数に影響します。ジャンクションボックスの外側に取り付けると、ジャンクションボックス全体のシールに影響を与える一方、ヒートシンクが腐食しやすくなります。

3. 太陽光発電接続箱の種類

接続箱には、通常の接続箱とポッティング型接続箱の 2 つの主なタイプがあります。

通常のジャンクションボックスはシリコンシールでシールされていますが、ゴム入りジャンクションボックスには 2 成分シリコンが充填されています。通常のジャンクションボックスは以前から使用されており操作は簡単ですが、シールリングは長期間使用すると劣化しやすくなります。ポッティングタイプの接続箱は操作が複雑です（2成分シリカゲルを充填して硬化する必要があります）が、シール効果が良好で、経年劣化に強いため、長期的に効果的なシールを確保できます。ジャンクションボックスが付属しており、価格は少し安くなります。

4. 太陽光発電接続箱の構成

ソーラー接続ジャンクションボックスは、ボックス本体、ボックスカバー、コネクタ、端子、ダイオードなどで構成されています。一部のジャンクションボックスメーカーは、ボックス内の温度分布を高めるためにヒートシンクを設計していますが、全体的な構造は変わりません。

(1) ボックス本体

ボックス本体はジャンクションボックスの主要部分であり、端子とダイオード、外部コネクタ、ボックスカバーが内蔵されています。これは太陽光発電接続ボックスのフレーム部分であり、耐候性要件のほとんどを満たしています。ボックス本体は通常、高剛性、高耐熱性、耐火性、高強度の利点を持つPPOで作られています。

(2) ボックスカバー

ボックスカバーはボックス本体を密閉し、水、埃、汚染を防ぎます。気密性は主に内蔵のゴム製シールリングに反映され、ジャンクションボックスへの空気や湿気の侵入を防ぎます。メーカーによっては蓋の中央に小さな穴を設け、透析膜を空気中に設置するものもあります。膜は通気性と不浸透性があり、水深3メートルでも水の浸入がなく、放熱と密閉に優れた役割を果たします。

ボックス本体とボックスカバーは通常、耐候性に優れた材料で射出成形されており、弾性、温度衝撃耐性、耐老化性に優れているという特徴があります。

(3) コネクタ

コネクタは端子とインバータやコントローラなどの外部電気機器を接続するものです。コネクタの材質はPCですが、PCは多くの物質によって腐食されやすい性質があります。太陽光接続箱の経年劣化は主に、コネクタが腐食しやすく、プラスチックのナットが低温の衝撃で割れやすいことに反映されています。したがって、ジャンクションボックスの寿命はコネクタの寿命となります。

(4) 端子

端子台のメーカーが異なれば端子間隔も異なります。端子と引出線との接触には、締め付けなどの物理的接触と溶接による接触の2種類があります。

(5) ダイオード

PV ジャンクションボックスのダイオードは、ホットスポット効果を防止し、ソーラーパネルを保護するためのバイパスダイオードとして使用されます。

ソーラーパネルが正常に動作しているとき、バイパスダイオードはオフ状態にあり、一般に0.2マイクロアンペア未満の逆電流、つまり暗電流が流れます。暗電流は、たとえ非常に少量であっても、ソーラーパネルによって生成される電流を減少させます。

理想的には、各太陽電池にバイパスダイオードを接続する必要があります。しかし、バイパスダイオードの価格やコスト、暗電流損失、動作条件下での電圧降下などの要因により、非常に不経済です。また、ソーラーパネルの設置場所は比較的集中しているため、ダイオード接続後に十分な放熱条件を確保する必要があります。

したがって、相互接続された複数の太陽電池を保護するためにバイパスダイオードを使用するのが一般的に合理的です。これにより、ソーラーパネルの製造コストを削減できますが、性能に悪影響を与える可能性もあります。一連の太陽電池セルのうちの 1 つの太陽電池セルの出力が低下すると、正常に動作している太陽電池セルも含め、一連の太陽電池セルがバイパスダイオードによって太陽電池パネルシステム全体から隔離されます。このように、1枚の太陽光パネルが故障すると、太陽光パネル全体の出力は大きく低下してしまいます。

上記の問題に加えて、バイパスダイオードとその隣接するバイパスダイオード間の接続も慎重に考慮する必要があります。これらの接続は、機械的負荷と周期的な温度変化によって生じる応力の影響を受けます。したがって、太陽電池パネルを長期間使用すると、疲労により上記接続部が破損し、太陽電池パネルに異常が生じる可能性がある。

ホットスポット効果

ソーラーパネル構成では、より高いシステム電圧を実現するために、個々の太陽電池が直列に接続されます。太陽電池の 1 つがブロックされると、影響を受けた太陽電池は電源として機能しなくなり、エネルギー消費者となります。日陰にない他の太陽電池には電流が流れ続け、高いエネルギー損失が発生し、「ホットスポット」が発生し、さらには太陽電池に損傷を与えることもあります。

この問題を回避するために、バイパスダイオードが 1 つまたは複数の太陽電池と並列に直列に接続されます。バイパス電流はシールドされた太陽電池をバイパスし、ダイオードを通過します。

太陽電池が正常に動作している場合、バイパスダイオードは逆にオフになるため、回路には影響しません。バイパスダイオードと並列に異常な太陽電池セルが接続されている場合、ライン全体の電流は最小電流太陽電池セルによって決まり、電流は太陽電池セルのシールド面積によって決まります。決める。逆バイアス電圧が太陽電池の最低電圧より高い場合、バイパスダイオードが導通して異常な太陽電池が短絡します。

ホットスポットはソーラーパネル暖房または局所暖房であることがわかり、ホットスポットのソーラーパネルが損傷すると、ソーラーパネルの出力が低下し、さらにはソーラーパネルの廃棄につながり、耐用年数が大幅に短縮されます。太陽電池パネルの熱が低下し、発電所の発電の安全性に隠れた危険をもたらし、熱の蓄積は太陽電池パネルの損傷につながります。

ダイオードの選択原理

バイパスダイオードの選択は主に次の原則に従います。 ① 耐電圧は最大逆方向動作電圧の 2 倍です。② 電流容量は最大逆方向動作電流の 2 倍です。③ ジャンクション温度は実際のジャンクション温度よりも高くなければなりません。④ 熱抵抗が小さい。⑤圧力損失が小さい。

5. PV モジュール接続箱の性能パラメータ

(1) 電気的特性

PV モジュール接続箱の電気的性能には、主に動作電圧、動作電流、抵抗などのパラメータが含まれます。ジャンクションボックスが認定されているかどうかを判断するには、電気的性能が重要な要素となります。

①使用電圧

ダイオードの両端の逆電圧が特定の値に達すると、ダイオードは故障して一方向の導電性を失います。使用の安全性を確保するために、最大逆方向動作電圧、つまりジャンクションボックスが通常の動作条件で動作するときの対応するデバイスの最大電圧が指定されています。PV ジャンクションボックスの現在の動作電圧は 1000V (DC) です。

②接合温度電流

動作電流とも呼ばれ、ダイオードを長時間連続動作させた際に流すことができる順方向電流の最大値を指します。ダイオードに電流が流れると、ダイが加熱され、温度が上昇します。温度が許容限界（シリコンチューブの場合は約 140℃、ゲルマニウムチューブの場合は 90℃）を超えると、ダイが過熱して損傷します。したがって、ダイオードはダイオードの定格順方向動作電流値を超えないようにしてください。

ホットスポット効果が発生すると、ダイオードに電流が流れます。一般に、ジャンクション温度電流が大きいほど優れており、ジャンクションボックスの動作範囲が広くなります。

③接続抵抗

接続抵抗には明確な範囲要件はなく、端子とバスバー間の接続の品質のみを反映します。端子の接続方法にはクランプ接続と溶接接続があります。どちらの方法にも利点と欠点があります。

まず、クランプが早くてメンテナンスが便利ですが、端子台の面積が小さく、接続の信頼性が十分ではないため、接触抵抗が高く、発熱しやすいです。

第二に、溶接方法の導電面積が小さく、接触抵抗が小さく、接続がしっかりしている必要があります。ただし、はんだ付け温度が高いため、動作中にダイオードが焼損しやすくなります。

(2) 溶接ストリップの幅

いわゆる電極幅とは、太陽光パネルの取り出し線、つまりバスバーの幅を指し、電極間の間隔も含みます。バスバーの抵抗と間隔を考慮して、2.5mm、4mm、6mmの3つの仕様があります。

(3) 使用温度

ジャンクションボックスはソーラーパネルと組み合わせて使用され、環境への高い適応性を備えています。温度に関しては、現在の標準は－40℃～85℃です。

(4) ジャンクション温度

ダイオードの接合温度は、オフ状態での漏れ電流に影響します。一般に、温度が 10 度上昇するごとに漏れ電流は 2 倍になります。したがって、ダイオードの定格接合温度は実際の接合温度よりも高くなければなりません。

ダイオードの接合温度のテスト方法は次のとおりです。

ソーラーパネルを75(℃)に1時間加熱した後、バイパスダイオードの温度は最大動作温度よりも低くなければなりません。次に、逆電流を 1 時間で ISC の 1.25 倍に増加させます。バイパスダイオードは故障しません。

6. 注意事項

(1) テスト

ソーラージャンクションボックスは使用前にテストする必要があります。主な項目には、外観、シーリング、耐火性評価、ダイオードの認定などが含まれます。

(2) ソーラージャンクションボックスの使用方法

① 使用前にソーラージャンクションボックスがテストされ、認定されていることを確認してください。
② 製作発注前に端子間距離やレイアウト工程をご確認ください。
③ジャンクションボックスを取り付けるときは、ボックス本体とソーラーパネルのバックプレーンが完全に密閉されていることを確認するために、接着剤を均一かつ包括的に塗布してください。
④ジャンクションボックスを取り付ける際は、プラス極とマイナス極を必ず区別してください。
⑤ バスバーを接触端子に接続する際は、バスバーと端子間の張力が十分であるか必ず確認してください。
⑥ 溶接端子を使用する場合、ダイオードを損傷しないように、溶接時間を長くしすぎないでください。
⑦ボックスカバーを取り付ける際は、しっかりとクランプしてください。