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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für
ein photovoltaisches Solarmodul gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein
photovoltaisches Solarmodul umfasst typischerweise eine panelartige
Schichtenanordnung mit dazwischen angeordneten Solarzellen, die
durch einen photovoltaischen Effekt elektrische Energie erzeugen.
Beispielsweise umfasst eine Schichtenanordnung eines solchen Solarmoduls
eine flächenartige, bestrahlungsseitige Schicht etwa in
Form einer Glasabdeckung mit geringem Absorptionsgrad und eine flächenartige
zweite Schicht, die auf der Rückseite des Solarmoduls angeordnet
ist und beispielsweise in Form einer rückwärtigen
Glasabdeckung ausgeführt ist. Die Solarzellen sind zwischen
diesen Schichten in einem entsprechenden Zwischenraum angeordnet
und werden innerhalb der Schichtenanordnung mit einem elektrischen
Anschlusssystem untereinander verschaltet. Es sind hierbei Ausführungsformen
von Solarmodulen bekannt, bei denen das elektrische Anschlusssystem
der Solarzellen an der von der Bestrahlungsseite abgewandten Rückseite
des Solarmoduls mittels elektrischer Leiter, beispielsweise in Form
von Anschlussfolien, nach aussen z. B. an einen Verbraucher angeschlossen
ist. Diese Anschlussfolien sind in einer Verbindungsvorrichtung,
beispielsweise in Form eines Anschlusskastens oder einer Anschlussdose,
mit einem oder mehreren elektrischen Leitern einer Anschlussleitung,
auch Solaranschlussleitung genannt, verbunden. Zu diesem Zweck weist
eine solche Verbindungsvorrichtung eine in einem Verbindergehäuse angeordnete
stromführende Anordnung auf, an der einerseits eine oder
mehrere Anschlussfolien des Solarmoduls und andererseits ein oder
mehrere elektrische Leiter eines oder mehrerer Anschlusskabel angeschlossen
werden. Zusätzlich sind in einer derartigen Verbindungsvorrichtung
meist eine oder mehrere Dioden enthalten, die vorgesehen sind, um
Ausgleichsströme zwischen im Sonnenlicht befindlichen Solarzellen
und im Schatten befindlichen Solarzellen, die unterschiedliche Solarströme
und Solarspannungen liefern, zu verhindern. Mit Hilfe solcher sogenannter
Bypass-Dioden kann das Modul auch bei teilweiser Verschattung und
entsprechender reduzierter Leistung weiter betrieben werden.
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Eine
Anschlussvorrichtung zum Anschließen von externen Anschlusskabeln
an ein Solarpanel ist beispielsweise aus
JP 2001 298 206 A bekannt.
Die darin beschriebene Anschlussvorrichtung weist ein mehrteiliges
Verbindergehäuse auf mit einem Hauptgehäuse und
einem Harz-Formteil, in welches Anschlussplatten eingeformt sind,
die mit externen Anschlusskabeln verbunden sind. In dem Hauptkörper ist
eine Öffnung vorgesehen, innerhalb welcher die Anschlussplatten
mit Anschlussleitern des Solarmoduls verbunden werden. Hierzu ragen
die modulseitigen Enden der Anschlussplatten in die Öffnung
des Hauptgehäuses hinein, wobei die Öffnung nach
dem Verbinden dieser Komponenten miteinander mit einem Harz vergossen
wird. An einer Seitenwand des Hauptgehäuses ist dieses
mit dem Harz-Formteil, in welches die Anschlusskabel eingebettet
sind, verbunden.
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In
EP 0 999 601 A1 ist
eine Anschlussvorrichtung beschrieben, bei der mehrere Bypass-Dioden
im oberen Gehäuseteil mit entsprechenden Anschlüssen
verbunden sind, bevor das Gehäuseteil mit seiner unterseitigen Öffnung über
eine untere Anschlussanordnung an dem Solarpanel aufgebracht wird,
an der die einzelnen Leiter des Solarmoduls herausgeführt
und mit entsprechenden Anschlüssen verbunden sind. Beim
Aufbringen des oberen Gehäuseteils werden dessen Anschlüsse
mit den jeweiligen Anschlüssen der unteren Anschlussanordnung verbunden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsvorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die vergleichsweise einfach
und kostengünstig unter Verwendung von möglichst
einfachen Komponenten herstellbar ist.
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Die
vorliegende Aufgabe wird mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die
zur Verbindung mindestens eines externen elektrischen Leiters, beispielsweise
eines externen Anschlusskabels, mit einem elektrischen Anschlusssystem
eines photovoltaischen Solarmoduls ausgebildet ist, weist ein Außengehäuse
auf, das an dem Solarmodul anordenbar ist. Die Verbindungsvorrichtung
umfasst stromführende Bauteile, die mit Kunststoffmaterial,
insbesondere des Außengehäuses, umspritzt sind.
Ein stromführendes Bauteil ist beispielsweise eine Stromschiene,
ein Diodenbauelement, eine Leiterplatte oder dergleichen. Ferner weist
die Verbindungsvorrichtung einen gegen UV-Strahlung beständigen
Gehäusedeckel auf.
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In
einer Ausführungsform weist die Verbindungsvorrichtung
mehrere nebeneinander angeordnete Stromschienen auf. Die Stromschienen
umfassen wenigstens eine erste Stromschiene mit einem ersten Kontaktbereich
zur Verbindung mit dem elektrischen Leiter und einem zweiten Kontaktbereich
zur Verbindung mit dem elektrischen Anschlusssystem des Solarmoduls
und eine zweite Stromschiene mit einem Kontaktbereich zur Verbindung
mit dem elektrischen Anschlusssystem des Solarmoduls. Weiterhin
ist wenigstens ein auf die Stromschienen aufgebrachtes Diodenbauelement
vorgesehen, das die erste und zweite Stromschiene miteinander verbindet.
Hierbei sind wenigstens ein Teil der Stromschienen und das Diodenbauelement
mit Kunststoffmaterial des Außengehäuses umspritzt.
Am Außengehäuse ist über den Kontaktbereichen
der ersten und zweiten Stromschiene, die zur Verbindung mit dem elektrischen
Anschlusssystem des Solarmoduls vorgesehen sind, an einer dem Solarmodul
abgewandten Seite des Außengehäuses wenigstens
eine Öffnung ausgebildet, die mit dem Gehäusedeckel
versehen ist, insbesondere verschließbar ist.
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Die
Erfindung bietet dabei den Vorteil, dass es möglich ist,
eine deutliche Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen
Verbindungsvorrichtungen zu erreichen. Dies wird insbesondere dadurch
erreicht, dass mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
kleinere Abmessungen und eine damit einhergehende Materialersparnis
erzielbar sind. Zusätzlich ist es möglich, weniger
und dennoch einfacher gestaltete Komponenten zu verwenden, wobei
außerdem ein maximal möglicher Automatisierungsgrad
bei der Teilefertigung und der Assemblage erzielbar ist. Die Erfindung
ermöglicht es außerdem, dass die Verbindungsvorrichtung
weitgehend automatisch gefertigt werden kann und vom Anwender bei
der Installation auch automatisch montiert werden kann. Somit kann
ein von bisher gekannten Verfahren geändertes Handhabungsverfahren
beim Anwender der Verbindungsvorrichtung automatisch erfolgen.
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Insbesondere
können gemäß der Erfindung im Wesentlichen
gleichgestaltete stromführende Bauteile, wie z. B. Stromschienen
verwendet werden, die je nach Anforderung und Bedarf in einer entsprechenden
Anzahl einzeln assembliert werden können. Die Stromschienen
können beispielsweise aus einem entsprechenden Metallträger
gestanzt oder anderweitig hergestellt werden und je nach Anforderung
entsprechend gebogen werden, um die jeweiligen Kontaktbereiche herzustellen.
Je nach Anzahl der anzuschließenden Solarzellen bzw. anzuschließenden
Solarzellenstränge kann eine entsprechende Anzahl von Stromschienen
verwendet werden. Dadurch kann die Verbindungsvorrichtung flexibel
an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
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In
einem Aspekt der Erfindung wird gemäß einer Ausführungsform
wenigstens eine Öffnung des Außengehäuses,
die mit dem Gehäusedeckel verschließbar ist, mit
einem Füllmaterial ausgefüllt. Insbesondere wird
die Öffnung des Außengehäuses mit dem
Füllmaterial ausgefüllt, bevor die Öffnung
mit dem Gehäusedeckel versehen wird.
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Die Öffnung
im Außengehäuse hat insbesondere die Aufgabe,
die Zugänglichkeit und das anwenderseitige Kontaktieren
der stromführenden Bauteile, insbesondere der Stromschienen,
mit entsprechenden Leitern des Anschlusssystems des Solarmoduls zu
gewährleisten. Nach dem Verbinden dieser Komponenten wird
der Anschlussraum innerhalb der Öffnung mit der Füllmasse
vergossen bzw. ausgefüllt, die beispielsweise derart ausgebildet
ist, dass der Anschlussraum innerhalb der Öffnung hermetisch
mit dem Füllmaterial vergossen bzw. ausgefüllt
ist. Als Füllmaterial kann beispielsweise ein Ein- oder Zwei-Komponenten-Harz
verwendet werden, wie beispielsweise Epoxid-Harz oder dergleichen.
Durch das Vorsehen des Gehäusedeckels wird zusätzlich sichergestellt,
dass das Füllmaterial auch längerem Einsatz standhalten
kann, bei dem die Verbindungsvorrichtung UV-Strahlung ausgesetzt
ist, da der Gehäusedeckel das in der Öffnung vorgesehene
Füllmaterial vor Einflüssen der UV-Strahlung schützt.
Dies bietet auch den Vorteil, dass als Füllmaterial ein
Material verwendet werden kann, das sehr gut abdichtet und eine
gewisse Ausdehnungsflexibilität im Hinblick auf Temperaturschwankungen
aufweist, das Material jedoch nicht UV-beständig sein muss.
Dadurch kann das Füllmaterial hinsichtlich der Abdich tungseigenschaften
optimiert werden, wobei auf gleichzeitige UV-Beständigkeit
keine Rücksicht genommen werden muss.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist es hierbei vorgesehen,
dass lediglich ein einfacher Gehäusedeckel verwendet wird,
der die Öffnung des Außengehäuses hin
nicht dicht abschließen muss. Entsprechend dieser Ausführungsform wird
somit ein Gehäusedeckel vorgesehen, der gegen UV-Strahlung
beständig ist und auf die Öffnung des Außengehäuses
ohne Verwendung eines zusätzlichen Dichtelements aufbringbar
ist. Die Abdichtung der stromführenden Komponenten innerhalb
der Verbindungsvorrichtung gegenüber äußeren
Umwelteinflüssen kann dabei durch das Füllmaterial
hergestellt werden, so dass es nicht notwendig ist, dass auf die Öffnung
des Außengehäuses ein separates Dichtelement zwischen
Gehäuseöffnung und Gehäusedeckel aufgebracht
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist der Gehäusedeckel auf
eine Öffnung des Außengehäuses unter
Verwendung eines zusätzlichen Dichtelements aufbringbar,
um die Öffnung am Außengehäuse gegenüber
Umwelteinflüssen dichtend zu verschließen. Diese
Ausführungsform kann beispielsweise angewandt werden, wenn
die Öffnung des Außengehäuses nicht mit
Füllmaterial ausgefüllt wird oder wenn die Öffnung
mit Füllmaterial ausgefüllt wird, das die Öffnung
nicht hermetisch abschließt.
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Beim
Umspritzen der stromführenden Bauteile, wie beispielsweise
wenigstens eines Teils der Stromschienen und des Diodenbauelements
mit Kunststoffmaterial wird die Form des Außengehäuses
zumindest teilweise bereits erzeugt, wobei eine Öffnung
am Außengehäuse offen bleibt, das die Zugänglichkeit
und das Kontaktieren der Stromschienen mit den Anschlussleitern
des Solarmoduls gewährleistet. Durch das Umspritzen der
stromführenden Komponenten zu einem kompletten Anschlussgehäuse
ergibt sich eine bessere Wärmeableitung der in den Diodenbauelementen
entstehenden Wärme, so dass die insgesamt entstehende Verlustwärme
besser nach außerhalb der Verbindungsvorrichtung abgeführt
werden kann.
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Das
Umspritzen wenigstens eines Teils der Stromschienen und des Diodenbauelements
mit einem ersten Kunststoffmaterial unter Bildung einer Funktionseinheit
vor der endgültigen Bildung bzw. Ausformung des Außengehäuses
hat den Vorteil, dass die so gebildete Funktionseinheit als separat assemblierbare
Einheit im Herstellungsprozess gehandhabt werden kann. Mit Herstellung
der Funktionseinheit wird eine Baueinheit geschaffen, welche die
stromführenden Teile der Verbindungsvorrichtung zu einer
kompakten Einheit zusammenfasst, die vergleichsweise robust ist
und entsprechend dieser robusten Eigenschaften vergleichsweise einfach
im Herstellungsprozess der Verbindungsvorrichtung gehandhabt werden
kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung bildet die Funktionseinheit
wenigstens einen Teil einer Außenfläche der Verbindungsvorrichtung. Beispielsweise
bildet die Funktionseinheit wenigstens einen Teil einer dem Solarmodul
zugewandten Außenfläche der Verbindungsvorrichtung,
welche auf dem Solarmodul durch Auflage anordenbar ist, und/oder
wenigstens einen Teil einer dem Solarmodul abgewandten Außenfläche
der Verbindungsvorrichtung. Auf diese Art ist es möglich,
das Außengehäuse vergleichsweise flach auszubilden.
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Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung bildet somit die Funktionseinheit bzw. dessen
Kunststoffmaterial einen Teil des Außengehäuses
der Verbindungsvorrichtung. Das Außengehäuse ist
somit aus zwei Komponenten aufgebaut und umfasst einerseits das
erste Kunststoffmaterial zur Bildung der Funktionseinheit und andererseits
das zweite Kunststoffmaterial zur Bildung des vollständig
ausgeformten Außengehäuses. Hierbei können
als erstes und zweites Kunststoffmaterial unterschiedliche Materialien
verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, für
beide Komponenten des Außengehäuses das gleiche
Kunststoffmaterial zu verwenden. Es ist dabei vorteilhaft, Kunststoffmaterialien
zu verwenden, die eine gute Verbindung miteinander eingehen, so
dass das Außengehäuse insgesamt als kompakte Einheit ausgebildet
ist.
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Beispielsweise
ist das Kunststoffmaterial der Funktionseinheit als näherungsweise
quaderförmiger Block ausgebildet, der quer zu den Stromschienen verläuft.
Auf diese Art wird mit Herstellung der Funktionseinheit eine kompakte
Baueinheit geschaffen.
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Als
Kunststoffmaterial des Außengehäuses kann insbesondere
ein thermoplastisches Material verwendet werden. Als Außengehäuse
ist hier insbesondere ein Gehäuse einer Verbindungsvorrichtung zu
verstehen, das die stromführende Anordnung im Inneren des
Gehäuses umschließt und die äußere Gehäusebegrenzung
der Verbindungsvorrichtung definiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung weist die Verbindungsvorrichtung
wenigstens einen Kontakt auf, der in einem ersten Bereich zur Verbindung
mit dem ersten Kontaktbereich der ersten Stromschiene ausgebildet
ist und der in einem zweiten Bereich zur Verbindung mit dem externen elektrischen
Leiter ausgebildet ist, wobei der Kontakt teilweise vom Außengehäuse
umspritzt ist. In dieser Ausführungsform wird somit eine
Anschlussmöglichkeit für den externen elektrischen
Leiter mit Ausformung des Außengehäuses gebildet,
indem der Kontakt teilweise vom Kunststoffmaterial des Außengehäuses
umspritzt wird.
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Insbesondere
ist der Kontakt als Teil einer Steckverbindung ausgebildet, die
zwischen der ersten Stromschiene und dem externen elektrischen Leiter
angeordnet ist. Insbesondere kann der Kontakt Teil einer Steckvorrichtung
sein, die an einer Anschlussdurchführung des Außengehäuses
angeordnet ist, um mit einer korrespondierenden Steckvorrichtung
an dem externen elektrischen Leiter zusammenzuwirken.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der externe
elektrische Leiter wenigstens teilweise vom Außengehäuse
umspritzt. Somit werden in dieser Ausführungsform der externe
elektrische Leiter, beispielsweise in Form eines Anschlusskabels,
oder mehrere solcher Leiter bzw. Anschlusskabel beim Ausformen des
Außengehäuses bereits mit integriert. Damit erhält
man eine äußerst robuste und kompakt aufgebaute
Verbindungsvorrichtung zum Anschluss an ein photovoltaisches Solarmodul.
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Weitere
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den
abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren, die Ausführungsformen im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines beispielhaften photovoltaischen
Solarmoduls, das mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
verbunden ist,
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2 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
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3 zeigt
eine schematische Expositionsdarstellung von Komponenten der ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtung gemäß 2,
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4 und 5 zeigen
Ausführungsformen von stromführenden Teilen einer
erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einem
Zwischenstadium der Herstellung,
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6 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
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7 zeigt
eine schematische Expositionsdarstellung von Komponenten der Verbindungsvorrichtung
gemäß 6,
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8 zeigt
einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtung, bei der die stromführenden Teile
zu einer Funktionseinheit zusammengefasst und umspritzt sind.
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In 1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines photovoltaischen
Solarmoduls gezeigt, das mit einer Verbindungsvorrichtung in Form einer
An schlussdose oder einer Anschlussbox versehen ist. Das Solarmodul 100 umfasst
eine Schichtenanordnung mit einer flächenartigen, bestrahlungsseitigen
ersten Schicht 101, die in Form einer Glasplatte oder einer
folienartigen Schicht ausgeführt sein kann. Weiterhin umfasst
das Solarmodul 100 eine flächenartige, der Bestrahlungsseite
abgewandte zweite Schicht 103, die ebenfalls in Form einer
Glasplatte oder einer folienartigen Schicht ausgebildet sein kann.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schichten 101 und 103 als
jeweilige Glasplatten ausgeführt. Zwischen den beiden Schichten 101 und 103 befindet
sich mindestens eine Solarzelle 102 oder eine Anordnung
aus mehreren Solarzellen 102, die bei Bestrahlung mit Licht
aufgrund eines photovoltaischen Effekts elektrische Energie liefern.
Die Solarzelle(n) 102 ist/sind mit einem elektrischen Anschlusssystem 104 verbunden.
Dieses ist in 1 nur schematisch angedeutet
und dient insbesondere dazu, die Solarzelle(n) elektrisch zu verschalten
und mit der Außenwelt zu verbinden. Das elektrische Anschlusssystem 104 umfasst
beispielsweise eine Kupferfolie, welche einerseits elektrisch mit
der Rückseite der Solarzelle(n) 102 kontaktiert
ist und andererseits in einen oder mehrere elektrische Leiter 3 des Solarmoduls übergeht
oder mit wenigstens einem elektrischen Leiter 3 des Solarmoduls
verbunden ist, der beispielsweise in Form einer Anschlussfolie oder eines
Anschlussbändchens ausgeführt ist. Über
einen solchen Folienleiter 3 ist das elektrische Anschlusssystem 104 des
Solarmoduls 100 mit einer externen Anschlussleitung 2,
beispielsweise in Form eines Solaranschlusskabels, verbindbar.
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Wie
weiter in 1 dargestellt, ist an der Rückseite
der Schicht 103, welche eine Außenfläche des
Solarmoduls bildet, eine Verbindungsvorrichtung 10 bzw. 40,
wie im folgenden noch erläutert, befestigt, beispielsweise
durch Festkleben mittels Klebstoff 107. Weiterhin weist
die Schicht 103 eine Durchführungsöffnung 105 auf,
durch welche hindurch der elektrische Leiter 3 etwa in
Form eines Folienleiters zu der Verbindungsvorrichtung geführt
werden kann.
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In 2 ist
eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
gemäß einer ersten Variante dargestellt. Deren
Zusammensetzung und einzelne Komponenten werden insbesondere in Zusammenschau
mit 3, 4 und 5 deutlich,
welche jeweilige Ausführungsformen von einzelnen Komponenten
der Verbindungsvorrichtung zeigen.
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Die
Verbindungsvorrichtung 10 weist ein Außengehäuse 11 auf,
das an dem Solarmodul 100 gemäß 1 angeordnet
werden kann. Insbesondere ist das Außengehäuse 11 derart
ausgebildet, dass eine Unterseite 13 an einer der Schichten 101, 103 des
Solarmoduls 100 gemäß 1 aufgelegt
werden kann und beispielsweise mit einem Klebstoff oder Dichtstoff
an dem Solarmodul befestigt wird. An der Unterseite 13 des
Außengehäuses 11 ist eine Öffnung
(nicht dargestellt) vorgesehen, an der die Folienleiter 3 des
elektrischen Anschlusssystems des Solarmoduls in das Gehäuseinnere
des Außengehäuses 11 eingeführt
werden können. Die Unterseite 13 des Außengehäuses 11 weist
eine im Wesentlichen ebene Fläche auf, die zur Auflage
an dem ebenfalls eben ausgebildeten Solarmodul 100 geeignet
ist und entsprechend flächig verklebt werden kann. Das Außengehäuse
ist aus Kunststoffmaterial hergestellt, das z. B. ein Thermoplast
oder Duroplast sein kann.
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In
einer der Seitenwände 15 des Außengehäuses 11,
in 2 und 3 in der nach vorne zeigenden
Seitenwand, sind im vorliegenden Fall zwei Anschlussdurchführungen 12 vorgesehen,
die mit jeweiligen Steckverbindungsvorrichtungen 19 versehen
sind, um die Anschlusskabel 2 (in 2 und 3 nicht
dargestellt) mit elektrisch führenden Teilen innerhalb
des Außengehäuses 11 zu verbinden. An
der Oberseite 14 des Außengehäuses 11,
mithin an der dem Solarmodul abgewandten Seite des Außengehäuses,
ist eine Öffnung 18 ausgebildet, die mit einem
Gehäusedeckel 16 verschließbar ist. Die Gehäuseöffnung 18 dient
insbesondere dazu, die Folienleiter 3 des Solarmoduls 100 (1)
mit stromführenden Teilen zu verbinden, die in dem Außengehäuse 11 angeordnet
sind, wie im Folgenden noch näher erläutert. Nach
dem Verbinden dieser Komponenten kann die Öffnung 18 mit
einem Füllmaterial 17 ausgefüllt werden,
worauf später noch näher eingegangen wird.
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Die 4 und 5 zeigen
beispielhafte stromführende Bauteile einer stromführenden
Anordnung, die innerhalb des Außengehäuses 11 angeordnet
sind. Die stromführende Anordnung weist im vorliegenden
Fall vier Stromschienen 21 bis 24 auf. Die Anordnung
der Stromschienen 21 bis 24 ist dabei nur beispielhaft anzusehen
und kann je nach Anforderung auch variieren. Insbesondere kann auch
je nach Anforderung die Anzahl der verwendeten Stromschienen variieren
und kann beispielsweise nur die Stromschienen 21 und 22 umfassen.
Im vorliegenden Fall weisen die beiden äußeren
Stromschienen 21 und 24 einen jeweiligen Kontaktbereich 51 auf, der
mit einem externen elektrischen Leiter verbunden werden kann. In
der Ausführungsform gemäß 4 sind
die Kontaktbereiche 51 der Stromschienen 21 und 24 mit
einem elektrischen Leiter eines jeweiligen Anschlusskabels 2 verbunden.
Die elektrischen Leiter der Anschlusskabel 2 können
dabei mit den Stromschienen 21 und 24 verschweißt,
verlötet und/oder vercrimpt werden, um eine entsprechende elektrische
Verbindung herzustellen. Außerdem weisen die Stromschienen 21 und 24 einen
jeweiligen zweiten Kontaktbereich 52 auf, der zur Verbindung mit
dem elektrischen Anschlusssystem des Solarmoduls, genauer gesagt
mit dessen Folienleitern 3 vorgesehen ist. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind die Stromschienen 21 und 24 im
zweiten Kontaktbereich 52 nach oben gebogen, so dass ein
Folienleiter des elektrischen Anschlusssystems des Solarmoduls,
der aus der Schichtenanordnung des Solarmoduls herausgeführt
ist, an den nach oben gebogenen Abschnitt innerhalb des Kontaktbereichs 52 angelegt
werden kann. Die Stromschienen können in den Kontaktbereichen
jedoch auch gerade verlaufen. Wie anhand von 8 in Zusammenhang
mit einem anderen Ausführungsbeispiel dargestellt, kann
ein derartiger Folienleiter oder dergleichen an den nach oben gebogenen
Abschnitt innerhalb des Kontaktbereichs 52 angelegt und
mit einem Federelement 56, das hier in Form einer Ω-Feder
ausgeführt ist, fixiert werden. Es ist in diesem Zusammenhang
auch ein Verschweißen oder ein Verlöten des jeweiligen
Folienleiters am Kontaktbereich 52 der Stromschienen möglich.
Der jeweilige Folienleiter des Anschlusssystems ist in den 2 bis 8 nicht
dargestellt.
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Die
beiden in der Mine befindlichen Stromschienen 22 und 23 werden
in ihren Endbereichen lediglich mit einem entsprechenden Folienleiter
des Anschlusssystems des Solarmoduls verbunden. Hierzu weisen die
Stromschienen 22 und 23 entsprechend zu den Stromschienen 21 und 24 ausgestaltete
Kontaktbereiche 52 auf, die in gleicher Weise mit jeweiligen
Folienleitern verbunden werden, wie in Bezug auf die Stromschienen 21 und 24 beschrieben.
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In 5 ist
eine Variante gezeigt, gemäß welcher im Unterschied
zu der Ausführungsform gemäß 4 in
den Kontaktbereichen 51 der Stromschienen 21 und 24 ein
Kontakt 54 mit der jeweiligen Stromschiene 21 und 24 verbunden
ist. Beispielsweise ist der Kontakt 54 mit der Stromschiene 21 bzw. 24 mittels
einer Schweißverbindung, Lötverbindung und/oder
Crimpverbindung verbunden. Der Kontakt 54 ist in dem von
den Stromschienen abgewandten Bereich zur Verbindung mit einem externen
elektrischen Leiter ausgebildet. Insbesondere ist der Kontakt 54 als
Teil der Steckverbindung 19 (in 2 und 3 schematisch
angedeutet) ausgebildet, die zwischen der Stromschiene 21 bzw. 24 und
dem Anschlusskabel 2 angeordnet ist. In Zusammenschau der 2 und 5 ist
der Kontakt 54 insbesondere Teil einer entsprechenden Steckvorrichtung 19,
die an einer der Anschlussdurchführungen 12 des
Außengehäuses 11 angeordnet ist und mit
einer korrespondierenden Steckvorrichtung an dem Anschlusskabel 2 (nicht
dargestellt) zusammenwirkt. Auf diese Art kann ein Anschlusskabel 2 durch
eine einfache Steckverbindung an der Anschlussdurchführung 12 mit
dem entsprechenden Kontakt 54 verbunden werden, so dass
die entsprechende Stromschiene mit dem Anschlusskabel verbunden
ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Kontakt 54 vom
Außengehäuse 11 umspritzt ist.
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Bei
der Ausführungsform gemäß 4 hingegen
wird das Anschlusskabel 2 in dem Bereich der Anschlussdurchführungen 12,
in welchem das Anschlusskabel 2 mit der entsprechenden
Stromschiene 21, 24 verbunden ist, wenigstens
teilweise vom Außengehäuse umspritzt. Diese Ausführungsart
ist beispielhaft in 6 in Zusammenhang mit einer
im Folgenden noch näher erläuterten Ausführungsform der
Erfindung dargestellt.
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Wie
weiter in den 4 und 5 dargestellt,
werden als stromführende Teile im Wesentlichen gleich und/oder
einfach gestaltete Stromschienen 21 bis 24 verwendet,
die beispielsweise aus einem Metallband geformt und gegebenenfalls
gebogen wurden. Diese Stromschienen 21 bis 24 werden einzeln
in einem Werkzeug assembliert, so dass die Stromschienen 21 bis 24 im
Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Ein Diodenbauelement 31 weist
Diodenanschlussdrähte 35 auf, die auf jeweils
eine der Stromschienen 21, 22 aufgebracht sind
und mit der jeweiligen Stromschiene elektrisch verbunden sind. Insbesondere
ist einer der Diodenanschlussdrähte 35 auf die
Stromschiene 21 aufge bracht und mit dieser elektrisch verbunden,
während der andere gegenüberliegende Diodenanschlussdraht 35 der
Diode 31 auf die zweite Stromschiene 22 aufgebracht
ist und mit dieser elektrisch verbunden ist. Somit sind die erste
und zweite Stromschiene 21, 22 über das
Diodenbauelement 31 miteinander elektrisch verbunden. Neben
der Stromschiene 22 ist eine dritte Stromschiene 23 und
eine vierte Stromschiene 24 angeordnet, die in analoger
Weise mit weiteren Diodenbauelementen 32 und 33 verbunden sind,
die mit ihren jeweiligen Diodenanschlussdrähten 35 auf
jeweils eine der Stromschienen 22 bis 24 aufgebracht
sind und mit der jeweiligen Stromschiene elektrisch verbunden sind.
So verbindet das Diodenbauelement 32 die Stromschienen 22 und 23 miteinander,
während das Diodenbauelement 33 die Stromschienen 23 und 24 miteinander
verbindet. Die Diodenbauelemente 31 bis 33 sind
in der vorliegenden Ausführungsform als Runddioden ausgebildet, wobei
der jeweilige Diodenkörper zwischen den jeweils miteinander
verbunden Stromschienen angeordnet ist und sich platzsparend jeweils
nach unterhalb und oberhalb der Stromschienen erstreckt. Auf diese
Weise lässt sich eine platzsparende Anordnung der Stromschienen
und Dioden erreichen.
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In
einer Ausführungsform ist es möglich, dass die
Kontaktbereiche 52 der Stromschienen 21 bis 24 in
horizontaler Richtung um 90° gedreht angeordnet werden,
um gegebenenfalls besser mit den jeweiligen Folienleitern 3 des
Solarmoduls verbunden werden zu können. Zusätzlich
oder alternativ können die Kontaktbereiche 52 auch
mit einem Ausschnitt versehen werden, wenn dadurch das Kontaktieren erleichtert
wird.
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Die
Anordnung der Diodenbauelemente 31 bis 33 und
der Stromschienen 21 bis 24 ist derart, dass die
jeweiligen Diodenanschlussdrähte 35 im Wesentlichen
gerade aus dem jeweiligen Diodenbauelement 31 bis 33 herausgeführt
werden und auch in dieser geraden herausgeführten Weise
mit der jeweiligen Stromschiene verbunden werden. Die Diodenanschlussdrähte
wie auch die Kontakte 54 und/oder die elektrischen Leiter
der Anschlusskabel 2 können in entsprechende Sicken
der Stromschienen als vorgeformte Kontaktabschnitte eingelegt werden
und durch Verschweißen, Verlöten oder Vercrimpen
mit der jeweiligen Stromschiene verbunden werden. Gemäß dieser
Ausführungsform ist es nicht notwendig, die Diodenanschlussdrähte
zum Kontaktieren mit den jeweiligen Stromschienen abzuwinkeln, beispielsweise
um vertikal in eine jeweilige Stromschiene eingesteckt zu werden.
Vielmehr können die jeweiligen Dioden in ihrem Anlieferungszustand
mit gerade herausgeführten Diodenanschlussdrähten
einfach in den jeweiligen Kontaktabschnitt angelegt werden und mit
der entsprechenden Stromschiene verbunden werden. Durch diese Anordnung
und durch die Anordnung der Diodenkörper zwischen den jeweiligen
Stromschienen 21 bis 24 können diese stromführenden
Teile insgesamt platzsparend angeordnet werden, so dass im Außengehäuse
der Verbindungsvorrichtung der in Anspruch genommene Raum für
die stromführenden Teile reduziert werden kann und dieses
somit vergleichsweise flach ausgebildet werden kann. In der Ausführungsform
gemäß 4 und 5 sind die
Diodenbauelemente 31 bis 33 in ihrer jeweiligen
Längserstreckung parallel zu den Stromschienen 21 bis 24 angeordnet,
sie können jedoch grundsätzlich auch quer zu den
Stromschienen 21 bis 24 angeordnet werden.
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In
einem Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Verbindungsvorrichtung 10,
wie in 2 dargestellt, werden die Stromschienen 21 bis 24 nebeneinander
angeordnet und mit den Diodenbauelementen 31 bis 33 verbunden,
wie zuvor beschrieben. Zusätzlich wird im Kontaktbereich 51 der
Stromschienen 21 und 24 ein jeweiliges Anschlusskabel 2 bzw. ein
jeweiliger Kontakt 54 aufgebracht, wie an Hand von 4 und 5 bereits
erläutert. Die so gebildete stromführende Anordnung
wird im Anschluss daran mit einem Kunststoffmaterial 9 des
Außengehäuses umspritzt („overmoulded”),
so dass wenigstens ein Teil der Stromschienen und die Diodenbauelemente 31 bis 33 mit
dem Kunststoffmaterial 9 umgeben sind. Insbesondere werden
die Stromschienen 21 bis 24 und die Diodenbauelemente 31 bis 33 vollständig
umspritzt, wobei lediglich ein Bereich um die Kontaktbereiche 52 der
Stromschienen herum frei bleibt, um in einem späteren Montageschritt
die Folienleiter 3 des Solarmoduls anzuschließen.
Aus dem Umspritzen der stromführenden Anordnung mit Kunststoffmaterial 9 wird
das Außengehäuse 11, wie in 2 und 3 dargestellt,
vollständig ausgebildet, so dass in dieser Ausführungsform
das Außengehäuse 11 durch ein einziges
Kunststoffmaterial 9 (z. B. Thermoplast) ausgeformt ist.
Dieses Außengehäuse 11 wird dabei derart
ausgeformt, dass über den Kontaktbereichen 52 der
Stromschienen 21 bis 24 an der dem Solarmodul
abgewandten Seite 14 des Außengehäuses 11 eine Öffnung 18 ausgebildet wird,
die die Zugänglichkeit und das Kontaktieren der Folienleiter
mit den Stromschienen 21 bis 24 gewährleistet.
Ebenfalls wird durch das Ausformen des Außengehäuses 11 die
jeweilige Steckvorrichtung 19 am Außengehäuse 11 ausgebildet.
Dadurch wird eine Anschlussmöglichkeit für entsprechende
korrespondierende Kabelstecker gebildet. Es entsteht somit eine äußerst
robuste und durch die günstige Anordnung der Stromschienen
kompakte Verbindungsvorrichtung.
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Die
so gebildete Verbindungsvorrichtung wird beispielsweise von dem
Hersteller der Verbindungsvorrichtung an einen Anwender ausgeliefert, welcher
die Verbindungsvorrichtung an dem Solarmodul befestigt, wie zuvor
beschrieben. Nachfolgend werden die modulseitigen Kontaktfolien
an die freien Enden der Stromschienen in deren Kontaktbereichen 52 angeschlossen,
vorzugsweise durch Anschweißen, Löten oder durch
Verwendung von geeigneten Federelementen. Die an der Außenseite 14 gebildete Öffnung 18 des
Außengehäuses 11 wird mit einer geeigneten,
aushärtenden Masse ausgefüllt bzw. vergossen,
so dass der durch die Öffnung 18 gebildete Anschlussraum
hermetisch durch die Vergussmasse ausgefüllt ist. Als Vergussmasse
kann beispielsweise ein Ein- oder Zwei-Komponenten-Harz, wie beispielsweise
Epoxid-Harz oder ähnliches, verwendet werden. In einem
weiteren Schritt wird die Gehäuseöffnung 18 mit
dem Deckel 16 verschlossen. Dieser bietet einen wirksamen
Schutz gegenüber UV-Strahlung, so dass die Vergussmasse 17 nicht
UV-beständig ausgebildet sein muss. In einer ersten Variante
ist der Gehäusedeckel 16 auf die Öffnung 18 des
Außengehäuses 11 ohne Verwendung eines
separaten Dichtelements aufgebracht, da die hermetische Abdichtung
durch die Vergussmasse 17 hergestellt wird. Sollte diese
Abdichtung durch die Vergussmasse 17 nicht gegeben sein
oder die Öffnung 18 nicht durch Vergussmasse 17 vergossen
werden, wird der Gehäusedeckel 16 unter Verwendung
eines zusätzlichen Dichtelementes (wie z. B. eine Gummidichtung) aufgebracht,
um die Öffnung am Außengehäuse gegenüber
Umwelteinflüssen dichtend zu verschließen.
-
Im
Falle von teilweiser Beschattung des Solarmoduls aktivieren sich
die im Gehäuse vorgesehenen Bypass-Dioden in Form der Diodenbauelemente 31 bis 33,
wobei sich diese stark erwärmen können. Durch
das Umspritzen der stromführenden Komponenten inklusive
der Diodenbauelemente mit Kunststoffmaterial zur Bildung des Außengehäuses
ergibt sich eine gute Wärmeableitung der so entstehenden Wärme,
was sich positiv auf das komplette System auswirkt.
-
In 6 und 7 ist
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Verbindungsvorrichtung dargestellt. Diese unterscheidet sich gegenüber
der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere in
der Ausgestaltung des Außengehäuses. Die Verbindungsvorrichtung 40 weist
ein Außengehäuse 41 aus Kunststoffmaterial
vergleichbar zur Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 2 auf, das
eine stromführende Anordnung enthalten kann, wie anhand
der 4 und 5 gezeigt. Im Unterschied zur
Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 2 sind
an einer der Seitenwände 45 des Außengehäuses 41 keine
Steckvorrichtungen ausgebildet, sondern die Anschlusskabel 2 sind
im Anschlussbereich, in welchen sie mit den entsprechenden Stromschieren
verbunden sind, vom Außengehäuse 41 umspritzt.
Als stromführende Anordnung wird beispielsweise die Anordnung
gemäß 4 verwendet. Über den
Kontaktbereichen 52 der Stromschienen 21 bis 24 ist
an der dem Solarmodul abgewandten Oberseite 44 des Außengehäuses 41 eine Öffnung 48 ausgebildet,
die mit einem Gehäusedeckel 46 verschlossen wird.
In dieser Ausführungsform wird die Öffnung 48 bzw.
der Anschlussraum des Außengehäuses 41, der
durch die Öffnung 48 abgegrenzt wird, nicht durch
Vergussmasse ausgegossen, sondern es wird ein Gehäusedeckel 46 auf
die Öffnung 48 unter Verwendung eines separaten
Dichtelements 47 aufgebracht, um die Öffnung am
Außengehäuse gegenüber Umwelteinflüssen
dichtend zu verschließen. An der Unterseite 43 wird
das Außengehäuse 41 auf das Solarmodul 100,
wie in 1 beispielhaft dargestellt, aufgebracht.
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Anhand
von 8 ist eine weitere Ausführungsform einer
Verbindungsvorrichtung dargestellt, bei der die stromführenden
Teile in Form der Stromschienen 21 bis 24 und
der Diodenbauelemente 31 bis 33 mit einem Kunststoffmaterial 60 umspritzt
werden, so dass wenigstens ein Teil der Stromschienen 21 bis 24 im
Bereich der Diodenanschlüsse und die Diodenbauelemente 31 bis 33 von
einem durch das Kunststoffmaterial 60 gebildeten gemeinsamen
Gehäuse unter Bildung einer Funktionseinheit 5 umgeben
sind, insbesondere vollständig umgeben oder eingeschlossen
sind. Auf diese Weise werden die in einer Reihe nebeneinander angeordneten
Diodenbauelemente 31 bis 33 von einem durch das
Kunststoffmaterial 60 gebildeten Gehäuseblock
umgeben, der in seiner Längser streckung die Diodenbauelemente 31 bis 33 umgibt
und sich in seiner Längserstreckung quer zu den Stromschienen
erstreckt. Hierbei ist der Gehäuseblock im Wesentlichen
quaderförmig ausgebildet, kann aber grundsätzlich
auch anders gestaltet sein. Ebenso sind in dieser Ausführungsform
die Stromschienen 21 bis 24 im Vergleich zu den
Stromschienen gemäß 4 und 5 geringfügig
anders geformt, jedoch in ähnlicher Weise parallel zueinander
ausgerichtet. In 8 sind auch Federelemente 56 in
Form von Ω-Federn dargestellt, mittels welchen die Folienleiter
des Solarmoduls an den Stromschienen 21 bis 24 befestigt
werden können. Diese Federelemente können grundsätzlich auch
bei den Ausführungsformen gemäß 4 und 5 verwendet
werden. Das Kunststoffmaterial 60 kann beispielsweise ein
thermoplastisches oder duroplastisches Material sein, wie das Kunststoffmaterial
gemäß 2 bzw. 6, und bildet
einen Teil des Außengehäuses.
-
Der
durch das Kunststoffmaterial 60 gebildete Gehäuseblock
weist eine Oberseite 61, eine Unterseite 62 und
Seitenwände 64, 65 auf. Durch das Umspritzen
der vorassemblierten stromführenden Anordnung aus Stromschienen
und Diodenbauelementen erhält man eine kompakte Funktionseinheit 5,
die vergleichsweise einfach zu handhaben ist und eine gewisse mechanische
Stabilität aufweist, die dazu geeignet ist, dass die stromführende
Anordnung ohne Gefahr von Beschädigungen im Herstellungsprozess
gehandhabt werden kann.
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Eine
Verbindungsvorrichtung für ein Solarmodul wird beispielsweise
wie folgt hergestellt: Nach der Assemblage der stromführenden
Anordnung, wie beispielsweise an Hand von 4 erläutert,
werden zunächst ein Teil der Stromschienen 21 bis 24 und die
Diodenbauelemente 31 bis 33 mit dem Kunststoffmaterial 60 umspritzt,
so dass die Funktionseinheit 5 gebildet wird, wie in 8 dargestellt.
In einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird die so gebildete
Funktionseinheit 5 mit einem zweiten Kunststoffmaterial,
insbesondere mit dem Kunststoffmaterial gemäß 2 bzw. 6,
umspritzt, so dass das Außengehäuse vollständig
ausgeformt wird. Hierbei kann das Außengehäuse
grundsätzlich die Form des Außengehäuses 11 oder
die Form des Außengehäuses 41 gemäß den
Verbindungsvorrichtungen 10 bzw. 40 annehmen.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Funktionseinheit 5 bzw.
das Kunststoffmaterial 60 des Gehäuseblocks einen
Teil der Außenfläche der Verbindungsvor richtung
bildet. Beispielsweise ist es möglich, dass die Oberseite 61 des
Gehäuseblocks einen Teil der Oberseite 14 des Außengehäuses 11 oder
der Oberseite 44 des Außengehäuses 41 bildet.
In gleicher Weise ist es möglich, dass die Unterseite 62 des
Gehäuseblocks einen Teil der Unterseite 13 des
Außengehäuses 11 oder einen Teil der
Unterseite 43 des Außengehäuses 41 bildet.
Damit erhält man ein flach ausgebildetes Außengehäuse.
Die Seitenwände 64 und 65 hingegen können
von den Seitenwänden 15 bzw. 45 des Außengehäuses 11 bzw. 41 umgeben
sein.
-
Mit
dieser Ausführungsform erhält man somit eine Verbindungsvorrichtung,
bei der das Außengehäuse aus zwei Komponenten
aufgebaut ist, wobei eine dieser Komponenten als im Fertigungsprozess einfach
zu handhabende Funktionseinheit ausgebildet ist, die wiederum mit
Kunststoffmaterial umspritzt wird, um das Außengehäuse
vollständig auszuformen. Auch in diesem Fall erhält
man eine äußerst robuste und durch die günstige
Anordnung der stromführenden Komponenten kompakte Verbindungsvorrichtung.
-
- 2
- Anschlusskabel
- 3
- Folienleiter
- 5
- Funktionseinheit
- 10
- Verbindungsvorrichtung
- 11
- Außengehäuse
- 12
- Anschlussdurchführung
- 13
- Unterseite
- 14
- Oberseite
- 15
- Seitenwand
- 16
- Gehäusedeckel
- 17
- Füllmaterial
- 18
- Öffnung
- 19
- Steckvorrichtung
- 21–24
- Stromschiene
- 31–33
- Diodenbauelement
- 35
- Diodenanschlussdraht
- 40
- Verbindungsvorrichtung
- 41
- Außengehäuse
- 42
- Anschlussdurchführung
- 43
- Unterseite
- 44
- Oberseite
- 45
- Seitenwand
- 46
- Gehäusedeckel
- 47
- Dichtelement
- 48
- Öffnung
- 51
- erster
Kontaktbereich
- 52
- zweiter
Kontaktbereich
- 54
- Kontakt
- 56
- Ω-Federn
- 60
- Kunststoffmaterial
- 61
- Oberseite
- 62
- Unterseite
- 64,
65
- Seitenwand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2001298206
A [0003]
- - EP 0999601 A1 [0004]