DE102012006033A1

DE102012006033A1 - Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung für ein Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE102012006033A1
Application number: DE201210006033
Authority: DE
Inventors: Herwig Rilling; Christian Rüggen; Dennis Becker
Original assignee: Kostal Industrie Elektrik GmbH
Current assignee: Kostal Industrie Elektrik GmbH
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-02

Abstract

Eine elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung für ein Solarzellenmodul mit einem Gehäuse, in dem mit ersten Anschlusselementen zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbändern des Solarzellenmoduls, sowie zumindest teilweise mit zweiten Anschlusselementen zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen jeweils elektrisch verbundene Stromschienen aufgenommen sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als Bestandteil eines das Solarzellenmodul umfassenden Rahmens ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung für ein Solarzellenmodul mit einem Gehäuse, in dem mit ersten Anschlusselementen zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbändern des Solarzellenmoduls, sowie zumindest teilweise mit zweiten Anschlusselementen zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen jeweils elektrisch verbundene Stromschienen aufgenommen sind.
Die Anschlusselemente derartiger Anschluss- und Verbindungsvorrichtungen für Solarzellenmodule kontaktieren dabei einerseits die üblicherweise als dünne Leiterbänder ausgeführten Anschlussleiter der Solarzellenmodule und andererseits die z. B. zu weiteren Solarzellemodulen oder zu einem Wechselrichter führenden Ausgangsleitungen.
Ein Solarzellenmodul besteht typischerweise aus einem Schichtpaket aus mehreren Kunststofffolien, in dem die Solarzellen eingebettet sind, und welches vorderseitig mit einer Glasplatte und rückseitig mit einer sogenannten Rückseitenfolie abgeschlossen ist. Das gesamte Schichtpaket ist von einem üblicherweise aus Aluminium bestehenden Rahmen umfasst, welcher zum Einen eine Abdichtung nach außen bewirkt und zum Anderen zur Handhabung und Montage des Solarzellenmoduls dient. Die einzelnen Solarzellen in einem Solarzellenmodul sind miteinander zunächst durch erste, als dünne Lötbändchen ausgeführte Leiterbänder zu sogenannten Strings verbunden. Mehrere solcher Strings innerhalb des Moduls sind dann mittels die Enden dieser Lötbändchen im Bereich des Randes des Moduls kontaktierender und parallel zu einer Kante des Moduls verlaufender, zweiter Leiterbänder miteinander verbunden. Diese wegen ihrer quer zur Erstreckung der Lötbändchen verlaufenden Ausrichtung auch als Querverschaltungsbänder bezeichneten zweiten Leiterbänder weisen typischerweise eine Dicke von wenigen Zehntel Millimetern und eine Breite von einigen Millimetern auf. Bei bisher bekannten Anschluss- und Verbindungstechniken werden Abschnitte dieser Querverschaltungsbänder auf der Rückseite des Solarzellenmoduls aus diesem heraus geführt, so dass diese Leiterbänder direkt zu Anschlusszwecken verwendet werden können.
Zum Anschluss werden die auf der Rückseite des Solarzellenmoduls aus diesem heraus geführten Abschnitte der Leiterbänder zum Beispiel in die als Anschluss- und Verbindungsdose ausgeführte elektrische Einrichtung von unten her eingeführt. Die einzelnen Leiterbänder können dann innerhalb des Gehäuses der Anschluss- und Verbindungsdose, das dazu einen abnehmbaren Deckel aufweist, von Hand oder maschinell in Fertigungslinien mit den darin vorhandenen elektrischen Anschlusselementen kontaktiert werden. Die Anschlussvorrichtung innerhalb der Dose umfasst dabei sogenannte Stromschienen, die als Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt sind und zur Verbindung der Potentiale dienen. Zur Kontaktierung der Leiterbänder mit diesen Stromschienen werden beispielsweise Federklemmen oder Schweißverbindungen eingesetzt.
Aus der DE 203 11 184 U1 ist eine elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung für ein Solarzellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden. Bei dieser Anschluss- und Verbindungsvorrichtung sind in einem auf der Rückseite des Moduls zu platzierenden Gehäuse Stromschienen mit Anschlusselementen sowohl für die Leiterbänder des Solarzellenmoduls als auch zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen aufgenommen. Eine zusätzliche, mit den Stromschienen elektrisch kontaktierte Leiterplatte dient hierbei zur Montage der erforderlichen Bypass-Dioden.
Die erfindungsgemäße Anschluss- und Verbindungsvorrichtung ermöglicht gegenüber dieser allgemein gebräuchlichen sowie ähnlich gestalteten Ausführungen eine bessere Integration in den gesamten Aufbau des Solarzellenmoduls, und zwar bei einer ausgesprochen einfachen und robusten Gesamtkonfiguration.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Gehäuse als Bestandteil eines das Solarzellenmodul umfassenden Rahmens ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fungieren die Stromschienen der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung gleichzeitig als Querverschaltungsbänder der Strings des Solarzellenmoduls.
Eine gute Wärmeableitung der durch die Anschluss- und Verbindungsvorrichtung, insbesondere durch die in dieser vorhandenen Bypass-Dioden erzeugten Verlustwärme wird dadurch erreicht, dass die Stromschienen als großflächige Leiterbahnen ausgeführt sind. Eine im Hinblick auf die Wärmeableitung besonders günstige Gestaltung bietet eine Ausführungsform der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung, bei der die Stromschienen mit ihrer Flachseite senkrecht zur Fläche des Solarzellenmoduls ausgerichtet sind.
Die elektrischen Kontaktierungen sowohl der ersten Anschlusselemente mit den Leiterbändern des Solarzellenmoduls als auch der zweiten Anschlusselemente mit den Ausgangsleitungen werden bevorzugt durch Schweißverbindungen realisiert.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
1: eine rückwärtige Teilansicht eines Solarzellenmoduls mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Anschluss- und Verbindungsvorrichtung
2: die Anschluss- und Verbindungsvorrichtung aus 1 in einer Explosionsdarstellung
3: die Anschluss- und Verbindungsvorrichtung aus 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Detailansicht
4: eine Detailansicht der Solarzellen und der Stromschienen der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung aus 1
5: eine Detailansicht einer alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Verbindungsvorrichtung mit senkrecht zur Modulfläche angeordneten Stromschienen
In 1 ist ein Teil eines Solarzellenmoduls von der Rückseite her gesehen dargestellt. Eine erfindungsgemäße Anschluss- und Verbindungsvorrichtung ist an der in der Ansicht oberen Kante des Solarzellenmoduls angeordnet. 2 zeigt dieselbe Anschluss- und Verbindungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung.
Das Solarzellenmodul besteht aus einem Schichtpaket aus mehreren Kunststofffolien, in dem die Solarzellen eingebettet sind. Dieses Schichtpaket ist an seiner in dieser Ansicht abgewandten Vorderseite mit einer Glasplatte abgeschlossen. Die Ansicht zeigt die sogenannte Rückseitenfolie 8 auf der wesentliche Teile der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung angeordnet sind. Das gesamte Schichtpaket des Solarzellenmoduls ist von einem umlaufenden Rahmen 7 umfasst. Das in der Darstellung obere Element dieses Rahmens 7 wird hier durch das Gehäuse 1 der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung gebildet. Das Gehäuse 1 besteht aus einem Gehäuseoberteil 1a, welches die wesentlichen Komponenten der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung enthält, sowie aus einem Gehäuseunterteil 1b, das im wesentlichen zur Vervollständigung des Rahmens 7 des Solarzellenmoduls dieses von seiner Vorderseite her mit umgreift. Das Gehäuse 1 der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung besteht vorzugsweise aus Kunststoff, wobei jedoch insbesondere das von der Vorderseite des Solarzellenmoduls sichtbare Gehäuseunterteil 1b auch aus Aluminium bestehen kann, um mit den drei weiteren Elementen des Rahmens 7 ein einheitliches Erscheinungsbild zu erzeugen.
In dem Gehäuse 1 der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung sind als Stanzbiegeteile aus einem elektrisch gut leitfähigen Material gebildete Stromschienen 6 aufgenommen. Diese Stromschienen 6 weisen erste Anschlusselemente 2 zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbändern 3 des Solarzellenmoduls auf. Die beiden äußeren Stromschienen 6 weisen zusätzlich zweite Anschlusselemente 4 zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Ausgangsleitungen 5 des Solarzellenmoduls auf. Die Ausgangsleitungen 5 sind mit ihren einen Enden durch Dichtungen sowie Zugentlastungen in das Gehäuse 1 hineingeführt und an ihren anderen Enden mit Steckverbindern 9 zum Anschluss an weitere Module oder an einen Wechselrichter versehen. Das Gehäuseoberteil 1a ist mittels einer Kleberaupe 10 auf der Rückseitenfolie 8 des Solarzellenmoduls befestigt. An seiner Oberseite weist das Gehäuseoberteil 1a mehrere kaminartige Öffnungen 11 auf, durch die hindurch die Anschlusselemente 2 zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder 3 des Solarzellenmoduls auch bei aufgeklebtem Gehäuseoberteil 1a von außen zugänglich sind. Nach erfolgter Kontaktierung zwischen den Anschlusselementen 2 und den Leiterbändern 3 des Solarzellenmoduls werden die kaminartigen Öffnungen 11 durch passende Deckel 12 verschlossen. Hierbei erfolgt eine Abdichtung durch zuvor in die Öffnungen 11 eingefüllten Verguss oder durch an den Deckeln angebrachte Dichtungen.
In den Detailansichten der 3 und 4 sind insbesondere Einzelheiten der Kontaktierung zwischen den Anschlusselementen 2 und den Leiterbändern 3 des Solarzellenmoduls dargestellt. Wie in 3 zu sehen, ist die Rückseitenfolie 8 des Solarzellenmoduls mit Öffnungen versehen, durch die hindurch die Leiterbänder 3 zugänglich sind. Die Anschlusselemente 2 der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung sind als schmale Kontaktärmchen ausgebildet, die einstückig an die Stromschienen 6 angeformt und mit einer Abkröpfung versehen sind, um auf das durch die Dicke der Rückseitenfolie 8 bedingte, niedrigere Niveau der Leiterbänder 3 hinabzureichen. Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktärmchen 2 und den Leiterbändern 3 wird vorzugsweise als Schweißverbindung realisiert. Alternativ dazu sind jedoch auch andere Verbindungstechniken wie Löten oder Leitkleben möglich.
In 4 ist zu erkennen, dass die Kontaktärmchen 2 direkt die die einzelnen Solarzellen 13 des Solarzellenmoduls miteinander zu Strings verbindenden dünnen Lötbändchen 3 kontaktieren. Die in diesem Randbereich des Solarzellenmoduls üblicherweise angeordneten, die Lötbändchen 3 miteinander verbindenden Querverschaltungsbänder können daher hier eingespart werden, da ihre Aufgabe durch die Stromschienen 6 der Anschluss- und Verbindungsvorrichtung mit erfüllt wird. Das Solarzellenmodul kann daher etwas kürzer sein als dies bisher möglich war, so dass mit der vorliegenden Erfindung auch eine bessere Flächennutzung bei einer Photovoltaikanlage erreicht werden kann. Gut zu erkennen ist hier auch eine der Bypass-Dioden 14, die die einzelnen Stromschienen 8 miteinander verbinden. Die hier gezeigt Bypass-Diode 14 ist als SMD-Bauelement ausgeführt, das mittels Lötverbindungen mit den Stromschienen 6 elektrisch verbunden ist. Alternativ hierzu können aber auch bedrahtete Dioden verwendet werden, die mit den Stromschienen 6 mittels Lötung, Schweißung oder auch durch Schneid-Klemm-Verbinder elektrisch verbunden werden.
In 5 ist in einer Detailansicht das wesentliche Merkmal einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Verbindungsvorrichtung dargestellt. Die Stromschienen 6 sind bei dieser Ausführung mit ihrer Flachseite nicht parallel sondern senkrecht zur Fläche des Solarzellenmoduls ausgerichtet. Durch diese Anordnung kann eine bessere Abfuhr der durch die Verlustleistung in den Stromschienen sowie insbesondere in den Bypass-Dioden 14 entstehenden Wärme erreicht werden, da diese von der Leiterfläche zu beiden Seiten hin abgestrahlt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20311184 U1 [0005]

Claims

Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung für ein Solarzellenmodul mit einem Gehäuse (1), in dem mit ersten Anschlusselementen (2) zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbändern (3) des Solarzellenmoduls, sowie zumindest teilweise mit zweiten Anschlusselementen (4) zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen (5) jeweils elektrisch verbundene Stromschienen (6) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) als Bestandteil eines das Solarzellenmodul umfassenden Rahmens (7) ausgebildet ist.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (6) gleichzeitig als Querverschaltungsbänder der Strings des Solarzellenmoduls fungieren.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (6) Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (6) als großflächige Leiterbahnen ausgeführt sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Anschlusselemente (2) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder (3) des Solarzellenmoduls durch eine Schweißverbindung vorgesehen sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anschlusselemente (4) zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen (5) durch eine Schweißverbindung vorgesehen sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Stromschienen (6) als SMD-Bauelemente ausgeführte Bypass-Dioden (14) aufgelötet sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (6) mit ihrer Flachseite senkrecht zur Fläche des Solarzellenmoduls ausgerichtet sind.