CN103891132A - 具有改进机械和电联接的光伏模块 - Google Patents

Abstract

光伏模块装置（1），包括光伏模块（4）和第一类型的电连接元件（2），其特征在于，第一类型的连接元件包括第一类型的电连接器（24、25）、和从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件（23、26）。

Description

具有改进机械和电联接的光伏模块

技术领域

本发明涉及一种光伏模块装置。本发明也涉及一种光伏模块的组合件。

背景技术

已知技术是通过将几个光伏单元电连接在一起而实施光伏模块。模块借助于装有标准连接器的电缆串联或并联地连接在一起。存在多种类型的标准连接器。通过电缆的连接允许在模块之间建立电连接，并且凭借其灵活性，允许对于对准缺陷和潜在差动膨胀现象的良好补偿，这些潜在差动膨胀现象可以特别是在屋顶构架上观察到。

现有技术已知的光伏模块装置50下文参照图1描述。光伏模块装置包括光伏模块51本身、连接壳体52，连接电缆53和55从该连接壳体52出来，并且在这些连接电缆53和55的端部处布置连接器54和56。

利用这样的模块装置，有可能形成在图2中表示的组合件60，并且在该组合件60中，模块装置50在两个环路62和61中串联地连接。模块装置经连接电缆53和55和经连接器54和56连接在一起。

除成本方面和实施困难之外，电缆呈现显著的失效危险。的确，电缆按它们的性质是易损坏的，并且通常是在工地看到损坏电缆。况且，电缆的通过常常要求电缆导轨类型的特定基础结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏模块，这种光伏模块允许克服上述问题和改进由现有技术已知的光伏模块。具体地说，本发明提供一种光伏模块，这种光伏模块允许互连模块的组合件的迅速、容易、可靠及低成本安装。

根据本发明的装置由权利要求1限定。

装置的各个实施例由权利要求2至16限定。

根据本发明的组合件由权利要求17限定。

根据本发明的连接元件由权利要求18限定。

连接元件的各个实施例由权利要求19至20限定。

附图说明

附图作为例子表示根据本发明的光伏模块的几个实施例。

图1是从现有技术已知的光伏模块的立体图。

图2是从现有技术已知的互连光伏模块的组合件的示意图。

图3是根据本发明的光伏模块的一个实施例的示意图。

图4是根据本发明的互连光伏模块的组合件的示意图。

图5至7表示用于这样一种组合件的安装方法的步骤，模块呈现出连接元件的第一实施例。

图8表示连接元件的第二实施例。

图9代表连接元件的第三实施例。

图10表示光伏模块装置的一个实施例，表明本发明的第二方面。

具体实施方式

下文参照图3和5描述光伏模块装置1的第一实施例。它包括光伏模块4和第一类型的电连接元件2。第一类型的连接元件包括：第一类型的电连接器24、25，例如阳连接器；和从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件23、26。“机械联接元件”用来指任何刚性或半刚性机械联接元件。这种联接的刚度足以允许第一类型的电连接器插到或棘轮制动到互补元件，如第二类型的电连接器中，而不将机械作用直接施加到第一类型的电连接器上，优选地通过将机械作用施加在光伏模块4上。具体地说，这种刚度是这样的，从而在第一和第二连接器的插入力下，第一类型的连接器移动小于5mm，优选地小于2mm。如由现有技术已知的电线或电缆在本发明的意义上不构成机械联接元件。

装置也包括第二类型的电连接元件3，该第二类型的电连接元件3包括：第二类型的电连接器34、35，例如阴连接器；和从光伏模块到第二类型的电连接器的第二机械联接元件33、36。

如图4所示，第一类型的电连接元件被配置以能够通过插入第一其它相邻光伏模块装置的第二类型的电连接元件来合作。类似地，第二类型的电连接元件3被配置以能够通过插入与第二其它相邻光伏模块装置的第一类型的电连接元件来合作。为此，第一类型的和/或第二类型的电连接元件优选地沿光伏模块的边缘5、6、7布置。它们可布置在光伏模块的同一面上或光伏模块的不同面上。

根据装置1的第一变形，第一类型的电连接元件和第二类型的电连接元件沿与光伏模块的长度相平行的轴线对准。这样的模块允许在几个光伏模块装置的组合件70内一排模块装置的组装。

根据装置1′的第二变形和装置1″的第三变形，第一类型的电连接元件2和第二类型的电连接元件3布置在光伏模块的两个相邻侧上。这样的模块允许模块装置按这样一种方式组装，从而在多个光伏模块装置的组70中形成角度。

如图5至7所示，组装第一类型的连接元件的第一实施方式和第二类型的连接元件的第一实施方式。

第一类型的连接元件2包括：第一类型的电连接器24、25；从光伏模块4到第一类型的电连接器24、25的第一机械联接元件23、26。机械联接元件包括第一导向元件26和挡块23。第一类型的连接器包括本体24和头部25。导向元件26允许第一类型的连接器经由后者的本体导向。例如，导向元件包括柔性元件，如在开口内的隔膜，第一类型的连接器的本体24从该开口出来。导向元件允许第一类型的连接器在一个方向29上被导向，同时允许绕这个方向的一定量的枢转。此外，第一类型的连接器相对于光伏模块的移动克服由导向元件限定的阻力的作用而发生。这种移动由挡块23限制。

从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件便利地是这样一种机械联接元件，这种机械联接元件允许第一类型的电连接器相对于光伏模块的至少一定自由度的移动。便利地，六个自由度在一定限制内是可能的，换句话说，每个自由度的幅值受到限制。同样便利地，在第一类型的电连接器与光伏模块之间可能的平移移动的幅值在每个方向上不必相同。在一种具体应用模式中，在与模块的表面相平行的平面上在X和Y方向的移动幅值将是0.5mm，而在垂直轴Z上只能有0.1mm。不言而喻，只允许一些平移（与模块的平面相垂直的平移、与模块的边缘相平行的平移-连接元件安装在该边缘上、及与模块的边缘相垂直的平移-连接元件安装在该边缘上）自由度。类似地，在第一类型的电连接器与光伏模块之间可能的转动移动的幅值在每个方向上不必相同。在一种具体应用模式中，转动幅值绕轴X、Y可以是1°，并且绕轴Z是0.5°。不言而喻，只可许一些转动自由度（与模块的平面相垂直的转动、与模块的边缘相平行的转动-连接元件安装在该边缘上、及与模块的边缘相垂直的转动-连接元件安装在该边缘上）。自由度的任意组合是可能的。

如前面看到的那样，第一机械联接元件可包括用于相对于光伏模块复原到第一类型的电连接器的静止位置中的复原元件。因而，复原元件允许相对于存在可动性的每个自由度复原到静止位置。复原力的强度对于不同自由度可以是不同的。优选地，复原力的强度随着电连接器的当前位置越远离其静止位置越大。

这样一种结构允许两个光伏模块电连接在一起，而同时允许它们相对于彼此的轻微移动。因而，保留电连接在一起的两个光伏模块之间的移动的可能性。

此外，第一类型的连接器例如在其本体处电连接到电连接电缆22上，该电连接电缆22在其端部的另一个处连接到被提供在光伏模块上的连接或端子21上。

根据第一连接元件实施例，第二类型的连接元件3具有与第一类型的连接元件相同的结构。提供与第一类型的连接器的元件相同的功能的第二类型的连接器的元件具有相同的附图标记的单元编号。第一类型的连接元件与第二类型的连接元件之间的唯一结构差别与连接器有关，该连接器对于第一类型的连接元件是第一类型的，并且该连接器对于第二类型的连接元件是第二类型的。自由度的任意组合因此也是可能的。

根据第二连接元件实施例，第二类型的连接元件的结构也与第一类型的连接元件的结构不同，因为它包括从光伏模块到第二类型的电连接器的第二机械联接元件，该第二机械联接元件便利地不允许：第二类型的电连接器相对于光伏模块的全部移动自由度与第一类型的电连接器相对于光伏模块允许的那些移动自由度相同。例如，第二机械联接元件可提供第二类型的连接器对于光伏模块的刚性固定。同样便利地，只对于一个或多个方向提供刚性固定，在该一个或多个方向上，第一机械联接元件允许一个自由度。

第一类型的连接器也可以是阴连接器，并且第二类型的连接器是阳连接器。

下文参照图5至7，描述根据本发明的多个光伏模块的组装方法的一个实施例。

在图5中表示的第一步骤中，将两个光伏模块彼此接近。因此将第一类型的连接元件2接近第二类型的连接元件3。

在图6中表示的第二步骤中，连接元件在接触中，并且施加机械作用力，该机械作用实现连接元件的插入。这引起连接器相对于模块的移动。这种作用力（和其反作用力）由箭头27和37代表。

在图7中表示的第三步骤中，第一类型和第二类型的连接器抵靠挡块23和33而接触。作用力（和反作用力）维持，直到第一类型的和第二类型的连接器的插入。注意，一旦到这个抵靠挡块的接触位置，连接器就与导向元件分离一定程度，并它们因此可相对于光伏模块以较大自由度移动。因而，光伏模块相对于彼此的相对移动是可能的，这些相对移动可能尤其是归因于风和/或归因于膨胀现象。

下文参照图8，描述根据本发明的连接元件的和根据本发明的光伏模块的第二实施例。

在这个第二实施例中，连接元件2′、3′与前面描述的连接元件的不同之处仅在于，机械联接元件包括一个或多个弹簧12、13。如以前看到的那样，机械联接元件允许保证连接器的正确插入，而没有操作人员直接对于后者的干预，并且允许在一定程度上连接器相对于光伏模块的可能移动。

下文参照图9，描述根据本发明的连接元件的和根据本发明的光伏模块的第三实施例。

在这个第三实施例中，连接元件2″的物理结构与前面的连接元件十分不同。机械联接元件包括确定刚度的外壳203，该外壳203围绕导体201，第一类型的连接器连接到该导体201上。电绝缘层202插入在导体201与外壳之间。这个外壳此外固定到光伏模块上，如前面那样，机械联接元件-这里的外壳，允许保证连接器的正确插入，而没有操作人员直接对于后者的干预，并且允许对于在一定程度上连接器相对于光伏模块的可能移动。这通过确定和实施具有适当刚度的外壳203而实现。

注意，在连接元件的各个实施例中，连接元件提供连接器对于光伏模块的电连接和连接器对于光伏模块的机械联接。

由于根据本发明的装置，将用于光伏模块的安装和拆开的操作简化，并且使得更可靠。

光伏模块包括光伏单元，特别是多个光伏单元。它可尤其包括60个至72个之间的光伏单元。

根据本发明的第二方面，光伏模块装置此外包括机械结合元件，该机械结合元件设计成机械固定到另一个相邻光伏模块装置上。优选地，机械结合元件独立于电连接元件。“独立”理解成是指：元件不局限在光伏模块的相同位置上；并且/或者它们不共享公共机构；并且/或者没有电连接功能由机械结合元件提供；并且/或者机械固定功能不由电连接元件提供。

这样一种光伏模块装置的实施例表示在图10中。光伏模块装置1具有电连接元件2、3，这些电连接元件2、3设计成允许其对于相邻面板的电连接优选地具有相同的电连接元件。连接元件2每个与连接元件3合作。光伏模块装置1具有机械结合元件200、300，这些机械结合元件200、300被设计成允许其对于相邻面板的机械固定优选地具有相同的机械结合元件。固定元件200每个与固定元件300合作。这些固定元件和这些连接元件是分离的或独立的。优选地，光伏模块装置的四侧装有用于连接到相邻装置上的元件，并且装有用于固定到相邻装置上的元件（部分地表示在图10中的非组装构造中）。

通常是，在光伏模块四周提供框架。在图10的实施例中，框架8使得允许解决机械和电气问题。

框架8纳入固定元件200、300，这些固定元件200、300允许模块装置机械地联接在一起。模块装置的安装凭借这种构造大大地促进。甚至在工厂处可以生产模块组合件矩阵，从而在工地借助于移动吊车而安装。框架8还纳入连接元件2、3，这些连接元件2、3允许模块装置电连接在一起。每个模块的致动或电连接可以在工地安装之后进行。这通过存在于模块装置的固定元件与电连接元件之间的独立性是可能的。

例如，两个相邻装置可以通过它们沿轴Z或大体沿轴Z的相对移动而彼此组装或固定。

在模块装置的机械结合之后，在这些模块之间的剩余间隙应例如大于0.01mm，并且小于在模块装置之间由电连接元件允许的最大游隙。机械联接应承受风的力。在模块装置之间的机械结合和电连接应潜在地在装置的4侧上进行。

解决方案取决于在模块的电连接器和机械联接之间的相对机械容差的管理。根据本发明的第二方面，在各个实施例中，优选地，在至少某些方向上，并且便利地在每个方向上，电连接的各个自由度（转动、平移）的幅值大于机械结合的各个自由度的幅值。这里，比较由机械结合而联接的两个模块装置之间的自由度的幅值和仅经电连接而串联连接（不考虑有机械结合的情况下）的两个模块装置之间的自由度的幅值。因而，机械结合处的间隙小于电连接处的间隙，以便在电连接处没有机械力。正是机械结合元件应承受力的传递。例如，为此，在一些方向上或在全部方向上，电连接元件的各个自由度（转动、平移）的幅值大于机械结合元件的各个自由度的幅值。

为此，光伏模块装置优选地在框架的每个边缘上包括：

-机械结合到相邻装置上的元件，元件允许例如框架相互按±0.03mm的最大间隙对准，和

-电连接到相邻装置的元件，连接元件允许例如保证良好电接触，而没有机械应力，而不顾在两个相邻装置之间有最大±0.5mm的可能误对准。

因而，借助于这样的特性，清楚的是，真正是机械结合元件提供在装置而不是电连接元件之间的机械连结。

机械结合元件经受由差动膨胀现象和由风造成的全部机械力。这些元件可以尤其由螺钉或由球和弹簧锁定系统形成。优选地，装置经可除去夹片连结而结合在一起。分解力应大于在安装期间、在膨胀现象期间及在风的作用下装置经受的通常力。尽管如此，分解力应保持合理，以便使操作人员能够容易地进行要求拆开的维护操作。

电连接元件的一个实施方式是在突出侧上简单的圆柱形轴以及在凹入侧上在导体薄片中的开缝来实现。薄片可包括圆形开缝，该圆形开缝具有比从圆形开缝延伸的轴和径向段的直径稍小的直径。轴因而可穿入到开缝中，并且使薄片绕后者变形。这种变形是所建立的接触的后果。

优选地，机械结合元件定位在模块装置的角部中，尤其是在框架的角部中。因而改进装置相对于彼此的定位。

凭借本发明的这个第二方面，通过将应力转移到机械结合元件上可简化安装。因而改进安装公差。

如果机械结合元件布置得靠近电连接元件，则促进在机械结合元件上的对中，并因而减小在装置之间的组装机械公差。这种布置呈现减小在电连接元件上的机械应力的优点，因而改进连接的可靠性，换句话说，得到寿命的增加。

如此组装的装置的整个组合件的机械公差因此转移到屋顶构架和底盘类型的支撑上。

理想地，框架由单件模压，或者甚至绕光伏模块4直接过模压。对于这种模压使用的材料优选地由电绝缘塑料制成，该电绝缘塑料对于UV（紫外辐射）、和/或温度（例如负-60°C和例如正+125°C）相对于时间具有优良的性能。可以设想的是，使用PVC类型的挤压成型部件形成框架，允许降低成本和制造复杂性。这些技术基于用于PVC窗口的制造方法。也可以使用与对于性能和成本的要求相符的聚氨基甲酸乙酯、聚丙烯、ABS、POM或其它塑料。也可以设想由诸如钢、铝或锌之类的金属制成的部件的使用。这些材料与关于对于火的反应、对于火的耐受性（M0或M1级，NFP92-50X）及电气危险的要求相符。

Claims (20)

1.一种光伏模块装置（1；1′、1″），包括光伏模块（4）和第一类型的电连接元件（2；2′、2″），其特征在于，第一类型的连接元件包括第一类型的电连接器（24、25）和从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件（23、26；12；203）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件是允许第一类型的电连接器相对于光伏模块的移动的至少一些自由度的机械联接元件。

3.根据权利要求1和2任一项所述的装置，其特征在于包括第一机械结合元件（200），该第一机械结合元件（200）用于对于相邻侧第一其它光伏模块装置的机械结合，该第一机械结合元件独立于第一类型的电连接元件。

4.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，第一类型的电连接元件被配置以能够通过插入与第一其它相邻光伏模块装置的第二类型的电连接元件合作。

5.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括第二类型的电连接元件（3；3′、3″），该第二类型的电连接元件（3；3′、3″）包括第二类型的电连接器（34、35）和从光伏模块到第二类型的电连接器的第二机械联接元件（33、36；13）。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，从光伏模块到第二类型的电连接器的第二机械联接元件是允许第二类型的电连接器相对于光伏模块的移动的至少一些自由度的机械联接元件或将第二类型的电连接器刚性地结合到光伏模块上的机械联接元件。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括第二机械结合元件，该第二机械结合元件用于对于第二其它相邻光伏模块装置的机械固定，该第二机械结合元件独立于第二类型的电连接元件。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，第二类型的电连接元件被配置以能够通过插入与第二其它相邻光伏模块装置的第一类型的电连接元件合作。

9.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，第一类型的电连接元件和/或第二类型的电连接元件沿光伏模块的边缘（5、6、7）布置。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的装置，其特征在于，第一类型的电连接元件和第二类型的电连接元件沿与光伏模块的长度或宽度相平行的轴对准或大体对准，或者与光伏模块的长度或宽度相平行或大体相平行，或者与光伏模块相垂直或大体相垂直。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的装置，其特征在于，第一类型的电连接元件和第二类型的电连接元件布置在光伏模块的两个相邻侧上。

12.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于：第一类型的电连接器（24、25）是阳连接器；并且/或者第二类型的电连接器（34、35）是阴连接器。

13.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于：第一机械联接元件包括第一导向元件（26；12；203）；并且/或者第二机械联接元件包括第二导向元件（36；13）。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：第一机械联接元件包括挡块（23）；并且/或者第二机械联接元件包括挡块（33）。

15.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于：第一机械联接元件包括弹性元件（12）；并且/或者第二机械联接元件包括弹性元件（13）。

16.根据上述任一项权利要求所述的装置，其特征在于：第一机械联接元件包括确定刚度的外壳（203），该外壳（203）围绕导体（201），第一类型的连接器连接到该导体（201）上；并且/或者第二机械联接元件包括确定刚度的外壳，该外壳围绕导体，第二类型的连接器连接到该导体上。

17.根据上述任一项权利要求所述的光伏模块的组合件（70），各光伏模块经由第一类型的电连接元件和第二类型的电连接元件相互连接。

18.一种用于结合到光伏模块上的第一类型的连接元件（2；2′、2″），其特征在于包括第一类型的电连接器（24、25）和从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件（23、26；12；203）。

19.根据权利要18所述的元件，其特征在于，从光伏模块到第一类型的电连接器的第一机械联接元件是允许第一类型的电连接器相对于光伏模块的移动的至少一些自由度的机械联接元件。

20.根据权利要求18和19中任一项所述的元件，其特征在于，第一机械联接元件包括第一导向元件（26；12；203）、和/或挡块（23）、和/或弹性元件（12）、和/或围绕第一类型的连接器所连接的导体（201）的确定刚度的外壳（203）。

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