AT12235U1 - PHOTOVOLTAIC ELEMENT, CONNECTION BOX AND PHOTOVOLTAIC MODULE - Google Patents
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Description
österreichisches Patentamt AT 12235 U1 2012-01-15Austrian Patent Office AT 12235 U1 2012-01-15
Beschreibungdescription
PHOTOVOLTAIKELEMENT ANSCHLUSSDOSE DAFÜR UND PHOTOVOLTAIKMODULPHOTOVOLTAIC ELEMENT CONNECTION BOX FOR IT AND PHOTOVOLTAIC MODULE
[0001] Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikelement, umfassend zumindest einen Strang aus elektrisch seriell verbundenen Photovoltaikzellen, wobei die elektrische Verbindung der Photo-voltaikzellen mittels Zellverbindern erfolgt, wobei optional Zellverbinder aus mehreren parallel geschalteten elektrischen Leitern bestehen, und der Strang einen Strangeingangsverbinder, der an den Eingang der ersten Photovoltaikzelle des Strangs angeschlossen ist, und einen Strangausgangsverbinder, der an den Ausgang der letzten Photovoltaikzelle des Strangs angeschlossen ist, aufweist, wobei optional die Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder aus mehreren parallel geschalteten elektrischen Leitern bestehen.The invention relates to a photovoltaic element, comprising at least one strand of electrically serially connected photovoltaic cells, wherein the electrical connection of the photovoltaic cells by means of cell connectors, optionally cell connectors consist of several parallel electrical conductors, and the strand a Strangeingangsverbinder, the is connected to the input of the first photovoltaic cell of the strand, and a strand output connector which is connected to the output of the last photovoltaic cell of the strand, wherein optionally consist of the strand input connector and strand output connector of a plurality of parallel electrical conductors.
[0002] Die Erfindung betrifft weiters eine Anschlussdose für ein Photovoltaikelement.The invention further relates to a junction box for a photovoltaic element.
[0003] Die Erfindung betrifft schließlich ein Photovoltaikmodul mit einem Photovoltaikelement und einer Anschlussdose.Finally, the invention relates to a photovoltaic module with a photovoltaic element and a junction box.
[0004] Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild der elektrischen Verschaltung einer Vielzahl von Photovoltaikzellen zu einem Photovoltaikmodul, wobei als Beispiel ein 60 Photovoltaikzellen aufweisendes Photovoltaikmodul beschrieben ist. Die einzelnen Photovoltaikzellen Z1 - Z60 werden im so genannten „Stringprozess" seriell zu Strängen verlötet, indem benachbarte Photovoltaikzellen mit elektrisch leitenden Zellenverbindern ZV verbunden werden. Diese Zellenverbinder sind meist als legierte Kupferbändchen ausgeführt, wobei aufgrund der hohen Stromstärken, die über die Zellenverbinder fließen können, diese in Form von mehreren (z.B. zwei) parallelen Leitern ausgebildet sein können. In diesem Beispiel sind jeweils 20 Photovoltaikzellen Z1 - Z20, Z21 - Z40, Z41 - Z60 zu einem Strang verbunden, so dass insgesamt drei Stränge Sl, S2, S3 gebildet werden. Der Strangausgangsverbinder SA1 des ersten Strangs S1, das ist ein elektrischer Leiter, der an den Ausgang der letzten Photovoltaikzelle Z20 dieses Strangs S1 angeschlossen ist, ist mit dem Stromeingangsverbinder SE2 des zweiten Strangs S2, das ist ein elektrischer Leiter, der an den Eingang der ersten Photovoltaikzelle Z21 dieses Strangs S2 angeschlossen ist, verlötet. In gleicher Weise ist der Strangausgangsverbinder SA2 des zweiten Strangs S2 mit dem Stromeingangsverbinder SE2 des dritten Strangs S3 verlötet. Somit sind die drei Stränge S1, S2, S3 ebenfalls in Serie geschaltet. Der Stromeingangsverbinder SE1 des ersten Strangs S1 ist elektrisch leitend mit dem Pluspol (+) des Photovoltaikmoduls verbunden. Der Stromausgangsverbinder SE3 des dritten Strangs S3 ist elektrisch leitend mit dem Minuspol (-) des Photovoltaikmoduls verbunden.Fig. 1 shows a schematic diagram of the electrical interconnection of a plurality of photovoltaic cells to a photovoltaic module, which is described as an example 60 photovoltaic cells exhibiting photovoltaic module. The individual photovoltaic cells Z1 - Z60 are in the so-called "string process". soldered serially into strands by connecting adjacent photovoltaic cells with electrically conductive cell connectors ZV. These cell connectors are usually designed as alloyed copper strips, and because of the high currents that can flow across the cell connectors, they can be in the form of multiple (e.g., two) parallel conductors. In this example, in each case 20 photovoltaic cells Z1-Z20, Z21-Z40, Z41-Z60 are connected to form one strand, so that a total of three strands S1, S2, S3 are formed. The strand output connector SA1 of the first strand S1, that is, an electrical conductor connected to the output of the last photovoltaic cell Z20 of this strand S1, is connected to the current input connector SE2 of the second strand S2, which is an electrical conductor connected to the input of the first Photovoltaic cell Z21 of this strand S2 is connected, soldered. Likewise, the strand output connector SA2 of the second string S2 is soldered to the current input connector SE2 of the third string S3. Thus, the three strands S1, S2, S3 are also connected in series. The current input connector SE1 of the first strand S1 is electrically conductively connected to the positive pole (+) of the photovoltaic module. The current output connector SE3 of the third string S3 is electrically connected to the negative terminal (-) of the photovoltaic module.
[0005] Da bei einer Abschattung von einzelnen Photovoltaikzellen die betroffene Photovoltaikzelle vom Stromerzeuger zum Stromverbraucher wird, besteht die Gefahr der so genannten „Hot Spot"-Bildung im Photovoltaikmodul. Um diese „Hot-Spot"-Bildung zu verhindern, soll der Strom über eine Bypass-Strecke an der abgeschatteten Solarzelle vorbeigeführt werden, wobei die Bypass-Strecke zweckmäßig durch eine antiparallel zur abgeschatteten Photovoltaikzelle geschaltete Bypass-Diode gebildet wird, welche verhindert, dass sich eine größere Spannung über die Photovoltaikzelle in Sperrrichtung aufbaut. In der Praxis ist es allerdings nicht üblich, über jede einzelne Photovoltaikzelle eine Bypass-Diode zu schalten, sondern aus fertigungstechnischen Gründen wird meist über 18-20 Solarzellen eine Bypassdiode geschaltet. In der exemplarischen Schaltung von Fig. 1 ist eine Bypassdiode pro Strang vorgesehen. Demnach wird die Bypass-Diode BP1 über die Photovoltaikzellen Z1-Z20 des ersten Strangs S1, die Bypass-Diode BP2 über die Photovoltaikzellen Z21-Z40 des zweiten Strangs S2 und die Bypass-Diode BP3 über die Photovoltaikzellen Z41-Z60 des dritten Strangs S3 geschaltet.Since, in a shadowing of individual photovoltaic cells, the affected photovoltaic cell from the power generator to the power consumer, there is a risk of so-called "hot spot" formation in the photovoltaic module. In order to prevent this "hot spot" formation, the current is to be conducted past the shaded solar cell via a bypass path, wherein the bypass path is expediently formed by a bypass diode connected in antiparallel to the shaded photovoltaic cell, which prevents a larger voltage across the photovoltaic cell builds up in the reverse direction. In practice, however, it is not common to switch a bypass diode over each individual photovoltaic cell, but for manufacturing reasons, a bypass diode is usually connected via 18-20 solar cells. In the exemplary circuit of Fig. 1, one bypass diode per string is provided. Accordingly, the bypass diode BP1 is connected via the photovoltaic cells Z1-Z20 of the first strand S1, the bypass diode BP2 via the photovoltaic cells Z21-Z40 of the second strand S2 and the bypass diode BP3 via the photovoltaic cells Z41-Z60 of the third strand S3 ,
[0006] Es sei erwähnt, dass die Stränge S1, S2, S3 in Teilstränge unterteilt werden können. Wenn beispielsweise jeweils zehn Photovoltaikzellen die Länge des Photovoltaikmoduls einnehmen, so werden die Photovoltaikzellen in Zehnergruppen parallel nebeneinander angeordnet. Dabei wird die zehnte Photovoltaikzelle Z10 mit der elften Photovoltaikzelle Z11 mittels eines Zellenquerverbinders ZQ verbunden, ebenso die Photovoltaikzellen Z30 und Z31 bzw. 1 /13 österreichisches Patentamt AT12 235U1 2012-01-15 Z50 und Z51. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass sich die Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 der drei Stränge S1, S2, S3 an derselben Seite des Photovoltaikmoduls befinden.It should be noted that the strands S1, S2, S3 can be divided into sub-strands. If, for example, ten photovoltaic cells each occupy the length of the photovoltaic module, the photovoltaic cells are arranged in groups of ten parallel to one another. In this case, the tenth photovoltaic cell Z10 is connected to the eleventh photovoltaic cell Z11 by means of a cell cross connector ZQ, as are the photovoltaic cells Z30 and Z31 and 1/13 Austrian Patent Office AT12 235U1 2012-01-15 Z50 and Z51. This arrangement offers the advantage that the string input connectors SE1, SE2, SE3 and string output connectors SA1, SA2, SA3 of the three strings S1, S2, S3 are located on the same side of the photovoltaic module.
[0007] Die Herstellung eines auf die oben beschriebene Weise elektrisch verschalteten Photovoltaikmoduls PM2 nach dem Stand der Technik wird nun anhand der Figuren 9 und 10 beschrieben, wobei Fig. 10 das Detail X der Fig. 9 in vergrößerter Darstellung zeigt. Zunächst wird eine gereinigte Glasscheibe 1 bereitgestellt. Auf diese Glasscheibe 1 wird dann eine zugeschnittene vordere Einkapselungsfolie 2 (üblicherweise eine EVA-Folie) aufgelegt. Die Photo-voltaikzellen Z1 - Z60 werden in der oben beschriebenen Weise miteinander mittels Zellenverbindern ZV zu Strängen verbunden und mit der optisch aktiven Seite nach unten auf der vorderen Einkapselungsfolie 2 positioniert. Jeder Zellenverbinder ZV besteht aus zwei parallelen Leiterbahnen. Teilstränge werden mittels Zellenquerverbindern ZQ querverschaltet. Die Zellenquerverbinder können aus optischen Gründen mit einem unteren EVA-Folienstreifen 4 und zur Verhinderung von Kurzschlüssen mit einem unteren Isolierstreifen 5 abgedeckt werden. Als nächstes werden auf der vorderen Einkapselungsfolie 2 elektrisch leitende, so genannte Querverbinder QV1', QV2', QV3', QV4' positioniert, wobei der erste Querverbinder QV1' mit dem Strangeingangsverbinder SE1 des ersten Strangs verlötet wird, der zweite Querverbinder QV2' mit dem Strangausgangsverbinder SA1 des ersten Strangs und dem Strangeingangsverbinder SE2 des zweiten Strangs verlötet wird, der dritte Querverbinder QV3' mit dem Strangausgangsverbinder SA2 des zweiten Strangs und dem Strangeingangsverbinder SE3 des dritten Strangs verlötet wird und der vierte Querverbinder QV4' mit dem Strangausgangsverbinder SA3 des dritten Strangs verlötet wird. Alle vier Querverbinder QVT, QV2', QV3', QV4' werden zu einer L-Form gebogen, so dass ein Schenkel der L-Form eine Anschlussleitung darstellt. Es gibt somit vier Anschlussleitungen A1-A4, die nach außen zum Ort einer Anschlussdose 11 geführt werden müssen. Nach dem Verlöten der vier Querverbinder QVT, QV2', QV3', QV4' werden sie mit einem oberen EVA-Folienstreifen 14 und einem oberen Isolierstreifen 13 abgedeckt, um Kurzschlüsse zwischen den Querverbindern und den Photovoltaikzellen zu verhindern. Danach wird das Laminat fertiggestellt, indem eine hintere Einkapselungsfolie 6 und eine Rückwandabdeckung 7 (ebenfalls eine Folie oder eine Glasscheibe) aufgelegt werden, die vier externen Anschlüsse A1-A4 durch das Laminat herausgefädelt werden (man beachte den dafür vorgesehenen Schlitz 7A in der Rückwandabdeckung 7) und die ganze Anordnung unter Ausübung von Druck und Hitze laminiert wird. Das Laminat wird anschließend von einem Rahmenklebeband 8 und einem Rahmen, bestehend aus Rahmenprofilen 10 und Winkelverbindern 9 eingefasst. Als nächstes wird die Anschlussdose 12 auf der Außenseite der Rückwandabdeckung 7 mittels eines Klebebandes 11 oder eines Schmelzklebers fixiert und die vier externen Anschlüsse A1-4 in das Innere der Anschlussdose 12 geführt. Die vier externen Anschlüsse A1-A4 umfassen den Plus-Pol, den Minus-Pol sowie die gemeinsamen Anschlüsse für die Bypass-Dioden, man vergleiche dazu Fig. 1. Die Bypass-Dioden müssen aufgrund der Hitzeentwicklung und notwendiger Hitzeabfuhr außerhalb des Laminats angeordnet werden, und sind deshalb in der Anschlussdose 12 integriert. Die vier externen Anschlüsse A1-A4 werden nun in der Dose mit den Bypass-Dioden und Anschlussleitungen kontaktiert, wodurch sich die in Fig. 1 gezeigte elektrische Verschaltung ergibt.The preparation of an electrically interconnected in the manner described above photovoltaic module PM2 according to the prior art will now be described with reference to Figures 9 and 10, wherein Fig. 10 shows the detail X of FIG. 9 in an enlarged view. First, a cleaned glass sheet 1 is provided. Onto this glass pane 1 is then placed a cut front encapsulating film 2 (usually an EVA film). The photovoltaic cells Z1 - Z60 are connected to each other in strands as described above by means of cell connectors ZV and positioned with the optically active side down on the front encapsulating film 2. Each cell connector ZV consists of two parallel tracks. Subcircuits are cross-connected by means of cell cross connectors ZQ. The cell cross connectors can be covered with a lower EVA foil strip 4 for optical reasons and with a lower insulating strip 5 to prevent short circuits. Next, on the front encapsulant sheet 2, electrically conductive, so-called cross connectors QV1 ', QV2', QV3 ', QV4' are positioned, with the first cross connector QV1 'being soldered to the strand input connector SE1 of the first strand, the second cross connector QV2' being soldered to the first The third cross connector QV3 'is soldered to the second strand side output connector SA2 and the third third strand input connector SE3, and the fourth cross connector QV4' is soldered to the third third strand output connector SA3 becomes. All four cross connectors QVT, QV2 ', QV3', QV4 'are bent to an L-shape, so that a leg of the L-shape represents a connecting line. There are thus four connection lines A1-A4, which must be led outwards to the location of a junction box 11. After soldering the four cross connectors QVT, QV2 ', QV3', QV4 ', they are covered with an upper EVA film strip 14 and an upper insulating strip 13 to prevent short circuits between the cross connectors and the photovoltaic cells. Thereafter, the laminate is finished by placing a back encapsulating sheet 6 and a back cover 7 (also a sheet or glass sheet) threaded through the laminate through four external terminals A1-A4 (note the slit 7A provided in the back cover 7) ) and the whole assembly is laminated while applying pressure and heat. The laminate is then edged by a frame adhesive tape 8 and a frame consisting of frame profiles 10 and angle connectors 9. Next, the junction box 12 is fixed on the outside of the rear wall cover 7 by means of an adhesive tape 11 or a hot melt adhesive, and the four external terminals A1-4 are guided inside the junction box 12. The four external connections A1-A4 comprise the plus pole, the minus pole and the common connections for the bypass diodes, compare FIG. 1. The bypass diodes must be arranged outside the laminate due to the development of heat and the necessary heat dissipation , and are therefore integrated in the junction box 12. The four external connections A1-A4 are now contacted in the box with the bypass diodes and connection lines, resulting in the electrical connection shown in Fig. 1.
[0008] Dieses bekannte Photovoltaikmodul PM2 hat sich im Praxiseinsatz zwar bewährt, weist aber im Herstellungsprozess gravierende Nachteile auf. Insbesondere stellen in der industriellen Fertigung die Kosten der vier Querverbinder einen Wettbewerbsnachteil dar. Weiters ist das notwendige Biegen der vier Querverbinder zu einer L-Form arbeitsaufwändig und fehleranfällig. Auch das notwendige Verlöten der Querverbinder mit den Strangeingangs- und -ausgangs-verbindern (meist zwei Leiter pro Verbinder) ist arbeitsaufwändig und fehleranfällig. Und schließlich stellt auch das erforderliche Einlegen des oberen Isolierstreifens und des oberen EVA-Folienstreifens einen fehleranfälligen und Arbeitskosten verursachenden Vorgang dar.This known photovoltaic module PM2 has proven itself in practice, but has serious disadvantages in the manufacturing process. In particular, in industrial manufacturing, the cost of the four cross connectors represents a competitive disadvantage. Further, the necessary bending of the four cross connectors to an L-shape is laborious and prone to failure. The necessary soldering of the cross connector with the strand input and output connectors (usually two conductors per connector) is labor-intensive and prone to errors. And finally, the required insertion of the upper insulating strip and the upper EVA foil strip also constitutes an error-prone operation which causes labor costs.
[0009] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest zu verringern.It is an object of the present invention to overcome or at least reduce the disadvantages of the prior art.
[0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch Bereitstellen eines Photovoltaikelements mit den 2/13 österreichisches Patentamt AT 12235 U1 2012-01-15This object is achieved by providing a photovoltaic element with the 2/13 Austrian Patent Office AT 12235 U1 2012-01-15
Merkmalen des Anspruchs 1, weiters durch Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Anschlussdose zur Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Photovoltaikelement, und schließlich durch Bereitstellen eines Photovoltaikmoduls, das ein erfindungsgemäßes Photovoltaikelement mit einer erfindungsgemäßen Anschlussdose kombiniert. Vorteilhafte Ausgestaltungen Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Characteristics of claim 1, further by providing a junction box according to the invention for connection to the photovoltaic element according to the invention, and finally by providing a photovoltaic module, which combines a photovoltaic element according to the invention with a junction box according to the invention. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings.
[0011] Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Photovoltaikelement, das zumindest einen Strang aus elektrisch seriell verbundenen Photovoltaikzellen umfasst, wobei die elektrische Verbindung der Photovoltaikzellen mittels Zellverbindern erfolgt, und der Strang einen Strangeingangsverbinder, der an den Eingang der ersten Photovoltaikzelle des Strangs angeschlossen ist, und einen Strangausgangsverbinder, der an den Ausgang der letzten Photovoltaikzelle des Strangs angeschlossen ist, aufweist, so auszubilden, dass die Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder aller vorhandener Stränge aus dem Photovoltaikelement nach außen geführt sind. Dadurch muss die Verschaltung der Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder im Gegensatz zum Stand der Technik nicht innerhalb des Laminats mittels Querverbinder erfolgen, sondern kann nach der Fertigstellung des Photovoltaikelements außerhalb des Photovoltaikelements erfolgen, was den Arbeitsaufwand verringert.The invention is based on the idea of a photovoltaic element comprising at least one strand of electrically connected photovoltaic cells, wherein the electrical connection of the photovoltaic cells by means of cell connectors, and the strand a Strangeingangsverbinder connected to the input of the first photovoltaic cell of the strand is, and a strand output connector which is connected to the output of the last photovoltaic cell of the strand, has to form so that the strand input connector and strand output connector of all existing strands are led out of the photovoltaic element to the outside. As a result, in contrast to the prior art, the interconnection of the strand input connectors and strand output connectors does not have to take place within the laminate by means of cross connectors, but can take place after the completion of the photovoltaic element outside the photovoltaic element, which reduces the workload.
[0012] Es mag auf den ersten Blick paradox erscheinen, dass das Verschalten der Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder, deren Anzahl höher ist als die Anzahl der externen Anschlussleitungen beim Stand der Technik, Vorteile in Bezug auf verringerten Arbeitsaufwand bringen soll. Tatsächlich hat der Erfinder aber erkannt, dass Lötarbeiten während der Herstellung des Laminats beträchtlich umständlicher und auch fehleranfällig sind.It may seem paradoxical at first glance that the interconnection of the strand input connectors and strand output connectors, whose number is higher than the number of external connection leads in the prior art, should bring advantages in terms of reduced workload. In fact, the inventor has recognized that soldering operations during the manufacture of the laminate are considerably more cumbersome and prone to errors.
[0013] Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorgangsweise bringt in Summe überraschend große Verbesserungen in Bezug auf Reduzierung von Arbeitsaufwand und Kosten sowie Verlässlichkeit des Endprodukts. Diese Vorteile sind vor allem darauf zurückzuführen, dass die Kosten der in das Laminat einzubringenden Querverbinder wegfallen, die Arbeitskosten und das Risiko des Biegens der Querverbinder zu einer L-Form wegfällt, Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder nicht während der Laminatherstellung mit Querverbindern verlötet werden müssen, und der obere Isolierstreifen und der obere EVA-Folienstreifen entfallen können.The proposed procedure according to the invention brings in total surprisingly large improvements in terms of reducing labor and costs and reliability of the final product. These advantages are mainly due to the fact that the cost of the cross connector to be incorporated into the laminate is eliminated, the labor costs and the risk of bending the cross connectors into an L-shape are eliminated, strand input connectors and strand output connectors do not need to be soldered with cross connectors during laminate production, and upper insulating strip and the upper EVA film strip can be omitted.
[0014] Für die Assemblierung eines Photovoltaikmoduls auf Basis des erfindungsgemäßen Photovoltaikelements ist es vorteilhaft, wenn die Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder an einem Randbereich des Photovoltaikelements nach außen geführt sind, da dann eine Anschlussdose ebenfalls an diesem Randbereich platziert werden kann.For the assembly of a photovoltaic module based on the photovoltaic element according to the invention, it is advantageous if the Strangeingangsverbinder and strand output connectors are guided at an edge region of the photovoltaic element to the outside, since then a junction box can also be placed on this edge region.
[0015] In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaikelements sind die Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder an einer Seitenkante des Photovoltaikelements nach außen geführt, so dass die Rückwand des Photovoltaikelements frei von Verbindern bleibt.In a further embodiment of the photovoltaic element according to the invention, the strand input connectors and strand output connectors are led to a side edge of the photovoltaic element to the outside, so that the rear wall of the photovoltaic element remains free of connectors.
[0016] Die Erfindung umfasst auch eine Anschlussdose für ein Photovoltaikelement. Die Anschlussdose weist ein Gehäuse auf, das Einlässe für Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder von n (n = 1, 2, 3...) Strängen aus elektrisch seriell verbundenen Photovoltaikzellen aufweist. Im Gehäuseinneren der Anschlussdose sind n+1 elektrische Querverbinder vorgesehen, wobei ein erster Querverbinder mit dem Strangeingangsverbinder des ersten Strangs und einem ersten Photovoltaikmodul-Anschluss verbindbar ist, der (n+1)-te Querverbinder mit dem Strangausgangsverbinder des n-ten Strangs und einem zweiten Photovoltaikmodul-Anschluss verbindbar ist, sowie, wenn n > 1, jeweils der Strangausgangsverbinder eines Strangs und der Strangeingangsverbinder des nachfolgenden Strangs an einen gemeinsamen Querverbinder anschließbar sind. Zwischen Querverbinder, insbesondere zwischen die benachbarten Querverbinder, sind Bypassdioden geschaltet. Das heißt, dass in die erfindungsgemäße Anschlussdose die Querverbinder und die Bypassdioden integriert sind, so dass nur mehr die Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder der Stränge aus elektrisch seriell verbundenen Photovoltaikzellen in die Anschlussdose geführt und an die Querverbinder angeschlossen werden müssen. 3/13 österreichisches Patentamt AT 12235 U1 2012-01-15 [0017] Vorteilhafterweise sind zum raschen und einfachen Anschließen der Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder die Querverbinder mit Lötflächen oder Klemmen versehen, an die auch Photovoltaikmodul-Anschlüsse anschließbar sind. Sofern die Strangeingangsverbinder und/oder Strangausgangsverbinder mehrere parallel geschaltete Leiter aufweisen, kann für jeden Leiter eine Lötfläche oder Klemme vorgesehen sein.The invention also includes a junction box for a photovoltaic element. The junction box has a housing having inlets for string input connectors and string output connectors of n (n = 1, 2, 3 ...) strings of electrically serially connected photovoltaic cells. N + 1 electrical cross connectors are provided inside the housing of the junction box, a first cross connector being connectable to the first input strand input connector and a first photovoltaic module connector, the (n + 1) th cross connector to the nth strand strand output connector and a second photovoltaic module connector second photovoltaic module connection is connectable, as well as, if n > 1, in each case the strand output connector of a strand and the strand input connector of the following strand are connectable to a common cross connector. Between cross connector, in particular between the adjacent cross connector, bypass diodes are connected. This means that in the junction box according to the invention, the cross connector and the bypass diodes are integrated, so that only the strand input connector and strand output connector of strands of electrically connected photovoltaic cells must be connected to the junction box and connected to the cross connector. Advantageously, for quick and easy connection of the strand input connector and strand output connector, the cross connectors are provided with solder pads or terminals to which photovoltaic module terminals are also connectable. If the strand input connectors and / or strand output connectors have a plurality of conductors connected in parallel, a soldering area or a terminal can be provided for each conductor.
[0018] In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussdose sind die Photovoltaikmodul-Anschlüsse zur Gehäuseaußenseite geführt. Vorteilhaft sind sie als durch die Gehäusewand hindurchgeführte Kabel oder in einer Gehäusewand montierte Buchsen oder Stecker konfiguriert. Dadurch sind mehrere Photovoltaikmodule an einer Baustelle rasch, einfach und ohne besondere Fachkenntnisse miteinander verbindbar.In one embodiment of the junction box according to the invention, the photovoltaic module connections are guided to the outside of the housing. Advantageously, they are configured as cables led through the housing wall or sockets or plugs mounted in a housing wall. As a result, several photovoltaic modules are quickly, easily and without special expertise connected to one another at a construction site.
[0019] Bei einem erfindungsgemäßen Photovoltaikmodul, das ein erfindungsgemäßes Photo-voltaikelement und eine erfindungsgemäße Anschlussdose kombiniert, sind die aus dem Pho-tovoltaikelement nach außen geführten Strangeingangsverbinder und Strangausgangsverbinder in die Anschlussdose hineingeführt und mit den Querverbindern verbunden.In a photovoltaic module according to the invention, which combines a photovoltaic element according to the invention and a junction box according to the invention, the string input connectors and string output connectors led outward from the photovoltaic element are guided into the junction box and connected to the cross connectors.
[0020] Vorteilhaft wird die Anschlussdose an oder nahe einer Seitenkante des Photovoltaikele-ments platziert. Dadurch wird eine mechanische Belastung der Photovoltaikzellen vermieden, da beim Auflegen des Photovoltaikmoduls auf einen Untergrund, z.B. einen Dachstuhl, die Anschlussdose nicht von hinten gegen Photovoltaikzellen drücken kann. Außerdem bietet diese Platzierung der Anschlussdose eine wesentlich bessere Wärmeabfuhr als die herkömmliche Anordnung an der Rückseite des Photovoltaikmoduls und man vermeidet eine Wärmeübertragung an die Photovoltaikzellen.Advantageously, the junction box is placed at or near a side edge of the photovoltaic element. This avoids mechanical stress on the photovoltaic cells since, when the photovoltaic module is placed on a substrate, e.g. a roof truss, the junction box can not press from behind against photovoltaic cells. In addition, this placement of the junction box provides a much better heat dissipation than the conventional arrangement on the back of the photovoltaic module and avoids heat transfer to the photovoltaic cells.
[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photovoltaikmodul erstreckt sich die Anschlussdose über mehr als die Hälfte, vorzugsweise über mehr als 75%, der Länge einer Seitenkante des Photovoltaikelements. Die Anschlussdose erhält dadurch auch die Funktion einer Querstrebe, was zur Verwindungssteifigkeit des Photovoltaikmoduls beiträgt.In a preferred embodiment of the photovoltaic module according to the invention, the junction box extends over more than half, preferably over more than 75%, of the length of a side edge of the photovoltaic element. The junction box also receives the function of a cross member, which contributes to the torsional rigidity of the photovoltaic module.
[0022] Wenn sich die Anschlussleitungen an einander gegenüberliegenden Randbereichen der Anschlussdose befinden, können erfindungsgemäße Photovoltaikmodule Seite an Seite angeordnet und elektrisch einfach und mit kurzen Anschlussleitungen seriell verbunden werden.If the connection lines are located on opposite edge regions of the junction box, photovoltaic modules according to the invention can be arranged side by side and electrically connected in series and with short connecting lines.
[0023] Eine hohe mechanische Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen Anschlussdose und Photovoltaikelement erzielt man, wenn das Photovoltaikelement von einem Rahmen umgeben ist und die Anschlussdose an diesem Rahmen befestigt ist.A high mechanical strength of the mechanical connection between junction box and photovoltaic element is achieved when the photovoltaic element is surrounded by a frame and the junction box is attached to this frame.
[0024] Ein gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiertes Photovoltaikmodul bringt auch optische Vorteile mit sich, da die üblicherweise auf der Modulvorderseite zu sehenden Querverbinder entfallen. Die Erfindung ist nicht nur für gerahmte Glas-Folien Photovoltaikmodule einsetzbar, sondern beispielsweise auch für rahmenlose Glas-Glas-Module.A constructed in accordance with the present invention photovoltaic module also brings optical advantages, since the usually be seen on the front module side cross connector accounts. The invention can be used not only for framed glass films photovoltaic modules, but also, for example, for frameless glass-glass modules.
[0025] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.
[0026] Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild der elektrischen Verschaltung einer Vielzahl von Photovoltaikzellen zu einem Photovoltaikmodul, wobei diese elektrische Verschaltung sowohl bei der Erfindung als auch bei herkömmlichen Photovol-taikmodulen vorgesehen werden kann; [0027] Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls, das eine erfindungsgemäße Anschlussdose und ein erfindungsgemäßes Photovoltaikelement mit gemäß dem Schaltbild von Fig. 1 seriell zusammengeschaltete Photovoltaikzellen aufweist.Fig. 1 shows a schematic diagram of the electrical connection of a plurality of photovoltaic cells to a photovoltaic module, said electrical interconnection can be provided both in the invention and in conventional photovoltaic taikmodulen; Fig. 2 shows an exploded view of a photovoltaic module according to the invention, which has a junction box according to the invention and a photovoltaic element according to the invention with according to the circuit diagram of Fig. 1 serially interconnected photovoltaic cells.
[0028] Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der verschalteten Photovoltaikzellen des Photovoltaikmo duls von Fig. 2.FIG. 3 shows a plan view of the interconnected photovoltaic cells of the photovoltaic module of FIG. 2.
[0029] Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch das fertig assemblierte erfindungsgemäße Pho tovoltaikmodul. 4/13Fig. 4 shows a longitudinal section through the finished assembled Pho tovoltaikmodul invention. 4.13
österreichisches Patentamt AT 12235 U1 2012-01-15 [0030] Fig. 5 zeigt die Rückseite eines erfindungsgemäßen Photovoltaikelements nach seiner Fertigstellung.Austrian Patent Office AT 12235 U1 2012-01-15 Fig. 5 shows the back of a photovoltaic element according to the invention after its completion.
[0031] [0032] [0033] [0034] [0035][0034] [0035]
Fig. 6 zeigt ein Detail Y von Fig. 5.FIG. 6 shows a detail Y of FIG. 5.
Fig. 7 zeigt die Rückseite eines erfindungsgemäßen Photovoltaikelements nach seiner Fertigstellung.Fig. 7 shows the back of a photovoltaic element according to the invention after its completion.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anschlussdose.Fig. 8 shows a schematic representation of a junction box according to the invention.
Fig. 9 zeigt die eingangs beschriebene Explosionsdarstellung eines Photovoltaikmo-duls nach dem Stand der Technik.Fig. 9 shows the exploded view of a Photovoltaikmo-module according to the prior art described above.
Fig. 10 zeigt ein Detail X von Fig. 9.FIG. 10 shows a detail X of FIG. 9.
[0036] Anhand der Fig. 2 wird nun die Herstellung eines gemäß dem Schaltbild von Fig. 1 verschalteten erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls PM1 beschrieben. Zunächst wird eine gereinigte Glasscheibe 1 bereitgestellt. Auf diese Glasscheibe 1 wird dann eine zugeschnittene vordere Einkapselungsfolie 2 (üblicherweise eine EVA-Folie) aufgelegt. Die Photovoltaikzellen Z1 - Z60 werden in der oben beschriebenen Weise miteinander mittels Zellenverbindern ZV zu Strängen S1, S2, S3 verbunden und mit der optisch aktiven Seite nach unten auf der vorderen Einkapselungsfolie 2 positioniert. Jeder Zellenverbinder ZV besteht aus zwei parallelen Leitern, z.B. Kupferbändchen. Teilstränge werden mittels Zellenquerverbindern ZQ querverschaltet. Die Zellenquerverbinder werden mit einem unteren EVA-Folienstreifen 4 und einem unteren Isolierstreifen 5 abgedeckt. Jeder Strang S1, S2, S3 weist einen Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und einen Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 auf, die als Anschlussleitungen nach außen zum Ort einer Anschlussdose 20 geführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und die Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 jeweils als zwei parallele elektrische Leiter ausgeführt. Danach wird das Laminat fertiggestellt, indem eine hintere Einkapselungsfolie 6 und eine Rückwandabdeckung 7 (ebenfalls eine Folie oder eine Glasscheibe) aufgelegt werden, die elektrischen Leiter der Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und der Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 (in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt zwölf Leiter) durch Löcher 7B in der in der Rückwandabdeckung 7 herausgefädelt werden und die ganze Anordnung unter Ausübung von Druck und Hitze laminiert wird. Das Laminat wird anschließend von einem Rahmenklebeband 8 und einem Rahmen, bestehend aus Rahmenprofilen 10 und Winkelverbindern 9 eingefasst, wodurch sich das erfindungsgemäße Photovoltaikelement PE1 ergibt. Weiters ist eine unten näher beschriebene Anschlussdose 20 zu sehen, die mit Schrauben 18 an einem Rahmenprofil 10 befestigt wird.The production of a photovoltaic module PM1 according to the invention connected according to the circuit diagram of FIG. 1 will now be described with reference to FIG. 2. First, a cleaned glass sheet 1 is provided. Onto this glass pane 1 is then placed a cut front encapsulating film 2 (usually an EVA film). The photovoltaic cells Z1-Z60 are connected to each other in the manner described above by means of cell connectors ZV to strands S1, S2, S3 and positioned with the optically active side down on the front encapsulating 2. Each cell connector ZV consists of two parallel conductors, e.g. Copper strips. Subcircuits are cross-connected by means of cell cross connectors ZQ. The cell cross connectors are covered with a lower EVA foil strip 4 and a lower insulating strip 5. Each strand S1, S2, S3 has a strand input connector SE1, SE2, SE3 and a strand output connector SA1, SA2, SA3, which are led out as connection lines to the location of a junction box 20. In this embodiment, the string input connectors SE1, SE2, SE3 and the string output connectors SA1, SA2, SA3 are each configured as two parallel electrical conductors. Thereafter, the laminate is finished by laying a back encapsulating film 6 and a back cover 7 (also a foil or a glass sheet), the electrical conductors of the strand input connectors SE1, SE2, SE3 and the strand output connectors SA1, SA2, SA3 (a total of twelve in this embodiment) Conductor) through holes 7B in the back cover 7 and the whole assembly is laminated by applying pressure and heat. The laminate is then bordered by a frame adhesive tape 8 and a frame consisting of frame profiles 10 and angle connectors 9, resulting in the inventive photovoltaic element PE1. Furthermore, a junction box 20 described in more detail below can be seen, which is fastened with screws 18 to a frame profile 10.
[0037] Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der verschalteten Photovoltaikzellen Z1, Z2, ... Z60 des Photovoltaikelements PE2 von Fig. 2. Man erkennt darin die Verbindung von jeweils 20 Photovoltaikzellen mittels Zellenverbindern ZV und Zellenquerverbindern ZQ zu drei Strängen S1, S2, S3. Weiters sieht man, dass die Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und die Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 herausgeführt sind. Diese Herausführung der Leiter der Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 durch Löcher 7B der Rückwandabdeckung 7 ist in der Fig. 5, die die Rückansicht des Photovoltaikelements PE1 zeigt, sowie der Fig. 6, die ein Detail Y von Fig. 5 zeigt, am besten zu sehen. Man erkennt in dieser Darstellung auch, dass die Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 an einem Randbereich des Photovoltaikelements PE1, nämlich nahe an einer durch ein Rahmenelement 10 eingefassten Seitenkante nach außen geführt sind.3 shows a top view of the interconnected photovoltaic cells Z1, Z2,... Z60 of the photovoltaic element PE2 of FIG. 2. It shows the connection of respectively 20 photovoltaic cells by means of cell connectors ZV and cell cross connectors ZQ to three strands S1, S2, S3. Further, it can be seen that the strand input connectors SE1, SE2, SE3 and the strand output connectors SA1, SA2, SA3 are led out. This lead-out of the conductors of the strand input connectors SE1, SE2, SE3 and strand output connectors SA1, SA2, SA3 through holes 7B of the back panel cover 7 is shown in FIG. 5, which shows the rear view of the photovoltaic element PE1, and FIG Fig. 5 shows best to see. It can also be seen in this representation that the strand input connectors SE1, SE2, SE3 and strand output connectors SA1, SA2, SA3 are guided outward at an edge region of the photovoltaic element PE1, namely close to a side edge enclosed by a frame element 10.
[0038] Als nächstes wird die Anschlussdose 20 an dem Photovoltaikelement PE1 mechanisch fixiert, wie in den Figuren 4 und 7 dargestellt, beispielsweise mit Schrauben 18 an einem Rahmenelement 10. Dann werden die aus dem Photovoltaikelement PE1 nach außen geführten Strangeingangsverbinder SE1, SE2, SE3 und Strangausgangsverbinder SA1, SA2, SA3 in die Anschlussdose 20 hineingeführt und mit in der Anschlussdose integrierten Querverbindern QV1, QV2, QV3, QV4 verbunden (siehe auch Fig. 8). Aus den Zeichnungen geht hervor, dass die Anschlussdose 20 nahe einer Seitenkante des Photovoltaikelements PE1 platziert ist. Man 5/13Next, the junction box 20 is mechanically fixed to the photovoltaic element PE1, as shown in Figures 4 and 7, for example, with screws 18 to a frame member 10. Then, out of the photovoltaic element PE1 outgoing strand input connector SE1, SE2, SE3 and strand output connectors SA1, SA2, SA3 are guided into the junction box 20 and connected to junction boxes QV1, QV2, QV3, QV4 integrated in the junction box (see also Fig. 8). It can be seen from the drawings that the junction box 20 is placed near a side edge of the photovoltaic element PE1. Man 5/13
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102016115440B4 (en) | 2016-08-19 | 2022-07-14 | Hanwha Q Cells Gmbh | Diode contacting for a solar module and a method for contacting a diode for a solar module |
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2010
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