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Die Erfindung betrifft ein Solarmodul und ein Rahmenprofil für ein Solarmodul mit zumindest zwei Anschlusselementen zur elektrischen Kontaktierung eines Solarmoduls mit einem zweiten Solarmodul, wobei zumindest ein Anschlusselement mit einer positiven und zumindest ein Anschlusselement mit einer negativen inneren Kabelleitung des Solarmoduls elektrisch verbunden ist.
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Ein Solarmodul oder eine Photovoltaikmodul wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Das Modul besteht aus Solarzellen, die miteinander verschaltet sind. Solarmodule sind in flexiblen und starren Ausführungen erhältlich. Starre Solarmodule bestehen üblicherweise aus siliziumbasierten Solarzellen und die Solarzellen werden durch das Modul vor Umwelteinflüssen wie Regen und Hagel geschützt. Flexible Solarzellen basieren auf organischen Werkstoffen und werden vorzugsweise im mobilen Bereich eingesetzt.
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In einer Photovoltaikanlage werden die Solarmodule einzeln oder als Gruppen verschaltet und der erzeugte Strom wird dann in das Netz eingespeist. Die Gesamtheit aller Module einer Photovoltaikanlage wird als Photovoltaikgenerator oder Solargenerator bezeichnet. Dabei können Photovoltaikanlagen ein oder mehrere Photovoltaikgeneratoren aufweisen.
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Neben der Kennlinie (Strom/Spannung) der Solarzellen selbst ist der mechanische Aufbau eines Solarmoduls bedeutsam für die Lebensdauer und Effizienz eines Solarmoduls. So ist eine transparente, strahlungs- und witterungsbeständige Abdeckung wichtig, um die Solarzellen vor mechanischen Einflüssen zu schützen. Außerdem sollten robuste elektrische Anschlüsse gegeben sein, die wiederum vor Feuchtigkeit geschützt werden müssen. Dies gilt auch für die Solarzellen selbst. Zudem muss das Solarmodul über ausreichende Handhabungs- und Befestigungsmöglichkeiten verfügen.
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Ein typisches starres Solarmodul besteht daher aus einer Glasscheibe, die der Sonne zugewandt ist. Unter der Glasscheibe befindet sich eine transparente Kunststoffschicht, in der die Solarzellen eingebettet sind. Diese – entweder mono- oder polykristallinen – Solarzellen sind durch Lötbändchen elektrisch miteinander verbunden. Dann ist üblicherweise noch eine Rückseitenkaschierung vorhanden aus einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie.
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Zudem wird das Solarmodul zum Schutz der Glasscheibe bei Transport, Handhabung und der Montage auf einem Dach oder auch im freien Feld sowie für die Befestigung und die Versteifung des Verbundes mit einem Profilrahmen versehen, der üblicherweise aus Aluminium besteht. Der Rahmen verleiht dem Modul eine ausreichende Stabilität, damit dieses durch Witterungseinflüsse wie Regen und auch Schneelasten nicht beschädigt wird.
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Um mehrere Solarmodule am Einbauort zu einem Photovoltaikgenerator zusammenzuschließen, weisen die bekannten Solarmodule der verschiedenen Anbieter in der Regel auf der Rückseite eine zweipolige Anschlussbox auf, über die eine elektrisch leitende Verbindung zu den Nachbarmodulen hergestellt wird. Hierbei sind die Kabel der benachbarten Solarmodule über eine Steckverbindung miteinander verbunden.
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Nachteilig sind der hohe Verkabelungsaufwand bei der Montage sowie die Stromverluste durch die Kabellängen und die hohe Anzahl von Verbindungssteckern, insbesondere bei größeren Photovoltaikanlagen. Außerdem kann bei extremen Witterungsbedingungen Feuchtigkeit in die Kabel eindringen, da sie gegenüber der Umgebung nicht geschützt sind. Darüber hinaus kommt es immer wieder vor, insbesondere bei Anlagen im freien Feld, dass Marder die Kabel zerbeißen oder annagen, was neben einem Ausfall der Anlage auch zu gefährlichen Kurzschlüssen und sogar zum Brand führen kann.
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In der
DE 20 2011 003 534 U1 wird ein Rahmenprofil beschrieben für ein großflächiges Solarmodul, das sich durch ein geringes Gewicht auszeichnet und zudem eine hohe Stabilität aufweist. Allerdings findet sich in dieser Schrift kein Hinweis, wie das Problem der elektrischen Verbindung der Solarmodule untereinander durch eine geeignete Gestaltung des Rahmenprofils gelöst werden könnte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verringerung des Montageaufwandes sowie eine Verbesserung der elektrischen Verbindung von Solarmodulen untereinander zu schaffen. Außerdem soll der Schutz der Kabelverbindungen gegenüber Witterungseinflüssen und Marderbissen erhöht werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Solarmodul der eingangs genannten Art durch ein zumindest teilweise hohlförmiges Rahmenprofil zur Aufnahme der Modulfläche gelöst, bei dem die Seitenwand mit zumindest einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Anschlusselementes für eine Kabelverbindung zur elektrischen Kontaktierung von zumindest zwei Solarmodulen versehen ist, wobei die Seitenwand des zweiten Solarmoduls gleichfalls an der dem ersten Solarmodul gegenüberliegenden Stelle mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines korrespondierenden Anschlusselementes versehen ist, so dass beim Aneinanderfügen der beiden Solarmodule die beiden Anschlusselemente miteinander verbunden werden. Bei einem Solarmodul sind zumindest zwei Anschlusselemente für eine Kabelverbindung zur elektrischen Kontaktierung von zumindest zwei Solarmodulen vorgesehen, wobei zumindest ein Anschlusselement mit einer positiven und zumindest ein Anschlusselement mit einer negativen inneren Kabelleitung des Solarmoduls elektrisch leitend verbunden ist. Durch Zusammenschieben bzw. -stecken werden die beiden Solarmodule über eine Steck- oder Rastverbindung der Anschlusselemente elektrisch miteinander in Kontakt gebracht.
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Da die Anschlusselemente innerhalb des Rahmenprofils des Solarmoduls angeordnet sind, kann der Montageaufwand deutlich verringert werden. Die Montage vereinfacht sich und zudem ist eine fehlerhafte Montage nicht mehr möglich. Durch einfaches Aneinanderfügen der Solarmodule werden die Solaranschlusskabel miteinander verbunden. Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Solaranschlusskabeln um TYCO MC4 Solaranschlusskabel. Die Solaranschlusskabel befinden sich an den sich gegenüberliegenden Seiten des Rahmenprofils des Solarmoduls an jeweils der gleichen Stelle, so dass sie durch Zusammenschieben, Zusammenstecken oder Einrasten verbunden werden und eine elektrische Verbindung hergestellt ist.
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Da die Anschlusselemente und die Kabelleitungen sich innerhalb des Rahmenprofils befinden, sind sie ausreichend vor Witterungs- und Umwelteinflüssen geschützt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rahmenprofile U-förmig ausgebildet, so dass der erforderliche Hohlraum für die Unterbringung der Anschlusselemente gegeben ist.
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In einer Weiterentwicklung des Rahmenprofils kann aber auch vorgesehen sein, spezielle Unterbringungsräume für die Anschlusselemente am Profil anzuformen oder anzubringen, so dass auch andere Profilquerschnitte möglich sind.
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Insbesondere ist der Rahmen aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung gefertigt, da sich diese Materialien durch ein geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Dichtungselement vorgesehen, dass den Bereich des Anschlusselementes des Solaranschlusskabels umschließt und somit gegenüber Witterungseinflüssen wie Feuchtigkeit schützt. Die Dichtung kann im Rahmenprofil angeordnet sein. Denkbar ist aber auch eine Dichtung, die auf der Außenfläche des Rahmenprofils angebracht ist. Da auch das gegenüberliegende Anschlusselement über eine Dichtung verfügt, treffen beim Zusammenfügen oder Zusammenstecken von zwei benachbarten Solarmodulen die beiden Dichtungen zusammen und bieten daher einen ausreichenden Schutz gegenüber Witterungseinflüssen und Korrosion.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Anschlusselement mit einem Federelement versehen, um die Zusammenführung von zwei Anschlusselementen zu vereinfachen und um insbesondere Ungenauigkeiten in der Fertigung des Rahmenprofils auszugleichen. Außerdem können dadurch Toleranzen am Einbauort ausgeglichen werden hinsichtlich der Höhe und auch der Neigung der Solarmodule, beispielsweise bei Unebenheiten der Dachfläche, auf der die Solarmodule montiert werden.
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Die Feder kann als übliche Druckfeder ausgebildet sein, die in der Ausnehmung angeordnet ist und mit dem Anschlusselement des Solaranschlusskabels verbunden ist. Die Federung ermöglicht dann ein fehlertolerantes Zusammenschieben der Solarmodule und damit einen einfachen Aufbau eines Photovoltaikgenerators.
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Vorteilhaftweise sind die Anschlusselemente als handelsübliche Stecker wie ein TYCO MC-4 Solaranschlusskabel ausgebildet. Dies ermöglicht eine sichere elektrische Kontaktierung der Solarmodule untereinander.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 Darstellung von miteinander verbundenen Solarmodule nach dem Stand der Technik,
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2 Querschnitt von zwei benachbarte Solarmodule mit einem erfindungsgemäßen Rahmenprofil,
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3 schematische Darstellung der Montage von zwei Solarmodulen,
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4 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Solarmodul,
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1 zeigt drei in Reihe geschaltete Solarmodule 1 nach dem Stand der Technik. Die Modulfläche 2 ist von einem Rahmen 3 umgeben, der in der Regel aus vier Rahmenprofilen besteht, die an den Ecken direkt oder über Eckverbindungsstücke miteinander verbunden werden. Bei dem Rahmenprofil kann es sich beispielsweise um ein Strangpressprofil handeln. Als Material des Rahmenprofils werden dabei bevorzugt Aluminium oder Aluminiumlegierungen gewählt, da diese sich durch ein geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
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Die Solarmodule 1 sind mit einer herkömmlichen Kabelverbindung 4 elektrisch miteinander verbunden. Bei der Kabelverbindung 4 handelt es sich dabei um sogenannte Solarkabel, die über 2-Kontakt-Verbindungsstecker 5 miteinander verbunden werden. Nicht dargestellt sind die Anschlussboxen der Kabel an die Solarmodule, da diese sich auf der Rückseite des Moduls befinden. Typischerweise haben Solarmodule eine Breite von 1000 mm bei einer Höhe von 1700 mm, so dass die erforderlichen Kabellängen für einen Solargenerator doch erheblich sind. Außerdem ist der Montageaufwand doch sehr groß, da die Kabel jeweils einzeln in den Verbindungssteckern zusammengeführt werden müssen. Weiterhin sind die Kabel 4 freiliegend verlegt, so dass sie Witterungseinflüssen und möglichen Marderangriffen ausgesetzt sind.
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2 zeigt zwei Solarmodule 1 mit einem Rahmenprofil 6 gemäß der Erfindung. Das Rahmenprofil 6 ist vorzugsweise als U-förmiges Profil ausgebildet mit zwei Schenkeln 7 und einem Boden, der die Seitenwand 8 des Solarmoduls 1 bildet. Es kann aber auch vorgesehen sein, neben einem eher einfach gestalteten U-förmigen Profil andere Querschnitte für das Rahmenprofil 6 zu wählen, um eine geeignete Aufnahme der Glasscheibe und der Solarzellen des Solarmoduls 1 zu ermöglichen.
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Die Solarmodule 1 werden mit ihren jeweiligen Seitenwänden 8 aneinandergelegt und bilden dann in ihrer Gesamtheit einen Solargenerator aus. Erfindungsgemäß ist die Seitenwand 8 mit einer Ausnehmung 9 versehen zur Aufnahme eines Anschlusselementes 10 für ein Solarkabel 11. Bei einem U-förmigen Profil ist der Raum zur Unterbringung des Anschlusselementes 10 und des Kabels 11 durch den Hohlraum gegeben, der hinsichtlich seiner Bemaßung an die Dimensionierung des Anschlusselementes 10 angepasst werden muss.
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Es ist aber auch denkbar, dass bei einem nicht U-förmig gestalteten Profil ein entsprechender Aufnahmeraum für das Anschlusselement 10 vorgesehen ist, der entweder an das Profil angeformt oder als separates Element mit dem Rahmenprofil verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anschlusselemente 10 mit dem Kabel 11 innerhalb des Rahmenprofils 6 angeordnet sind und nicht mehr im Außenbereich des Solarmoduls 1. Vorzugsweise handelt es sich bei den Anschlusselementen und den Kabeln um herkömmlich verwendete Solarkabel wie z. B. ein TYCO MC4 Solaranschluss-Kabel, da diese sich durch ein einfach zu handhabendes Rastverbindung auszeichnen.
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Um ein Eindringen von Flüssigkeit oder anderen Stoffen in den Hohlraum des Rahmenprofils 6 zu verhindern, ist eine Dichtung 12 zwischen dem Anschlusselement 10 und der Randfläche der Ausnehmung 9 vorgesehen. Vorteilhafterweise ist die Dichtung 12 ringförmig ausgebildet.
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Wie aus 3 hervorgeht, befindet sich das Gegenstück 20 eines Anschlusselementes 10 an der entsprechend korrespondierenden Stelle des benachbarten Solarmoduls 100. Die Montage der Solarmodule 1, 100 zu einem Solargenerator ist somit erheblich vereinfacht, da die Solarmodule 1, 100 durch das Zusammenstecken bzw. Verrasten der sich gegenüberliegenden Anschlusselemente 10, 20 miteinander in elektrischen Kontakt gebracht werden. Dies erhöht die Sicherheit der Kontaktierung, da eine fehlerhafte Verkabelung weitgehend ausgeschlossen ist.
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In 4 ist der gesamte Rahmen 3 eines Solarmoduls 1 mit vier Anschlusselementen 10, 20 dargestellt, die sich jeweils in den Randbereichen 14 des Rahmens 3 befinden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Anschlusselemente 10 an einer Seite des Solarmoduls als positive Anschlusselemente ausgebildet sind, während die Anschlusselemente 20 an der gegenüberliegenden Seite den negativen Pol bilden.
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Um Fertigungstoleranzen des Rahmenprofils 6 oder der Anschlusselemente 10 selbst ausgleichen zu können, ist vorzugsweise eine hier nicht dargestellte Feder vorgesehen, die im Rahmen angeordnet ist und mit dem jeweiligen Anschlusselement 10, 20 verbunden ist. Vorzugsweise ist diese Feder als Druckfeder ausgebildet und wird beim Zusammenschieben der Solarmodule 1, 100 mit einer Kraft beaufschlagt, so dass ein sicherer und stabiler Kontakt der Anschlusselemente 10, 20 miteinander gewährleistet wird.
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Insgesamt wird durch die Erfindung ein Solarmodul 1 geschaffen, das eine einfachere Montage der Solarmodule 1, 100 zu einem Solargenerator ermöglicht. Darüber hinaus sind die Kabel in dem Rahmenprofil geschützt und damit nicht mehr Witterungseinflüssen ausgesetzt. Dies erhöht die Lebensdauer der Kabel. Zudem haben nun auch Marder kaum noch eine Chance, die Kabel anzunagen, da sie nicht mehr frei zugänglich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solarmodul
- 2
- Modulfläche
- 3
- Rahmen
- 4
- Kabelverbindung
- 5
- Verbindungsstecker
- 6
- Rahmenprofil
- 7
- Schenkel
- 8
- Seitenwand
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Anschlusselement
- 11
- Solarkabel
- 12
- Dichtung
- 14
- Randbereich
- 20
- Anschlusselement Nr. 2
- 90
- Ausnehmung Nr. 2
- 100
- Solarmodul Nr. 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011003534 U1 [0009]