DE102005050883A1

DE102005050883A1 - Solarstromsytem mit einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen

Info

Publication number: DE102005050883A1
Application number: DE102005050883A
Authority: DE
Inventors: Michael Viktor Kamp; Thomas Rewig; Karl Heinz Diefenbach
Original assignee: SYSTAIC DEUTSCHLAND GmbH
Current assignee: SYSTAIC AG, 40213 DUESSELDORF, DE
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-04-26
Also published as: ZA200804129B; DE102005063442B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarsystem mit zumindest einem Montageträger (50) und einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (1), die auf den oder die Montageträger (50) montiert sind und elektrisch miteinander verschaltet sind, wobei jedem Photovoltaikmodul (1) eine Bypass-Diode (80) zugeordnet ist, die in Sperrrichtung betrieben wird, wenn das zugeordnete Photovoltaikmodul beleuchtet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die Bypass-Dioden (80) in oder an dem jeweiligen Montageträger (50) vorgesehen, was eine thermische Isolation zwischen Solarzellen und verlustbehafteten Bypass-Dioden ermöglicht. DOLLAR A In die Montageträger (50) greifen Verbindungselemente ein, die Steckerdosen und/oder Steckerbuchsen sowie eine Bypass-Diode aufweisen und in die die Photovoltaikmodule (1) jeweils mit ihren korrespondierenden Steckerbuchsen und/oder Steckerdosen eingesteckt sind. Benachbarte Photovoltaikmodule sind in ein gemeinsames Verbindungselement eingesteckt und werden über das Verbindungselement so miteinander elektrisch verschaltet, dass eines der zueinander benachbarten Photovoltaikmodule im Verschattungsfall mittels der zugeordneten Bypass-Diode überbrückt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarstromsystem mit einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen.
Hintergrund der Erfindung
Die Photovoltaikmodule eines Solarstromsystems können in Reihenschaltung miteinander verbunden sein, um eine gewünschte Spannung bereitzustellen, können parallel zueinander geschaltet sein, um einen Strom bereitzustellen, oder können in einer Kombination aus Reihenschaltung und Parallelschaltung miteinander verschaltet sein. Wenn alle Photovoltaikmodule beleuchtet werden, erzeugen sie jeweils ihre jeweiligen Spannungs- oder Stromsignale, die sich aufsummieren, um das gewünschte Ausgangssignal aufrecht zu erhalten. Wenn jedoch eines oder mehrere der Photovoltaikmodule abgeschattet werden, werden diese Module in Sperrrichtung betrieben. Dies kann zu einem Ausgangsverlust oder gar zu einer permanenten Beschädigung eines Photovoltaikmoduls führen.

Um Ausgangsverluste oder gar eine Beschädigung der Module zu verhindern, wenn diese abgeschattet sind, werden Bypass-Dioden, typischerweise auf Siliziumbasis, verwendet. Dabei werden die Bypass-Dioden und Photovoltaikmodule in einer antiparallelen Konfiguration miteinander verbunden, derart, dass die Bypass-Diode in Sperrrichtung betrieben wird, wenn das zugeordnete Photovoltaikmodul beleuchtet wird. Dabei werden Bypass-Dioden, die sehr niedrige Sperrströme besitzen, bevorzugt, um eine Verringerung des Stroms in dem Photovoltaikmodul während dessen normalen Betriebs zu vermeiden, was die Leistungseffizienz reduzieren würde.

Gemäß dem Stand der Technik werden die Bypass-Dioden üblicherweise in einer Anschlussdose, die mit einer Rückseite des Photovoltaikmoduls verbunden ist bzw. unmittelbar auf dieser angebracht ist, angeordnet. Da es sich bei der Bypass-Diode um ein verlustbehaftetes Bauelement handelt, führt dies unvermeidbar zu einer Erwärmung der Bypass-Diode und seiner näheren Umgebung, das heißt auch der Solarzellen, was zu einer gewissen Minderung des Wirkungsgrads bei der Wandlung von Lichtenergie in elektrische Energie führt.

DE 103 93 214 T5 offenbart eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben, wobei eine Bypass-Diode in die Halbleiterstruktur der Solarzellen integriert ist. Verluste in der Konfiguration der Bypass-Diode führen somit zu einer Erwärmung der Solarzellen-Anordnung und somit zu einem geringeren Wirkungsgrad.

EP 768 720 B1 offenbart eine Solarzelle mit integrierter Bypass-Diode, wobei die Bypass-Diode in einer Ausnehmung in der hinteren Oberfläche der Solarzelle angeordnet ist. Somit führt eine Erwärmung der Bypass-Diode unmittelbar zu einer Erwärmung der Solarzellen und einer Verringerung des Wirkungsgrads.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfach zu konfigurierendes und zu montierendes Solarstromsystem mit durchgängig hohem Wirkungsgrad bereit zu stellen, das eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen umfasst, denen Bypass-Dioden zugeordnet sind. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung soll ferner ein Verfahren zur Montage eines solchen Solarstromsystems bereitgestellt werden.

Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Solarstromsystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Ansprüche.

Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einem Solarstromsystem, das zumindest einen Montageträger und eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen umfasst, die auf den oder die Montageträger montiert sind und elektrisch miteinander in geeigneter Konfiguration verschaltet sind, und zwar in Anpassung sowohl an elektrische Erfordernisse als auch an die baulichen Gegebenheiten einer Dachabdeckung oder Fassade, auf die das Solarstromsystem montiert ist. Dabei kann der Montageträger rahmenartig ausgebildet sein, mit einer Mehrzahl von in einer Matrixanordnung vorgesehenen Feldern zur Aufnahme eines jeweiligen Photovoltaikmoduls. Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden parallel zueinander auf die Dachabdeckung oder Fassade montierte Profile den Montageträger aus. Dabei ist jedem Photovoltaikmodul eine Bypass-Diode zugeordnet, die in Sperrrichtung betrieben wird, wenn das zugeordnete Photovoltaikmodul verschattungsfrei beleuchtet ist, und die das zugeordnete Photovoltaikmodul im Verschattungsfall überbrückt.

Erfindungsgemäß sind die Bypass-Dioden in oder an dem jeweiligen Montageträger vorgesehen. Dadurch wird eine räumliche Trennung zu den Solarzellen erzielt, so dass eine Erwärmung der Bypass-Dioden nicht unmittelbar zu einer Erwärmung der Solarzellen und somit zu einer Verringerung des fotoelektrischen Wirkungsgrads führt. Das Solarstromsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit mit höherem Wirkungsgrad betrieben werden.

Eine Anordnung der Bypass-Dioden in dem Montageträger kann insbesondere dann einfach realisiert werden, wenn der Montageträger als Hohlprofil ausgebildet ist, dessen Hohlraum von der Außenseite her ohne weiteres zugänglich ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bypass-Dioden jeweils unmittelbar an dem Montageträger vorgesehen. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen und zum Erleichtern einer elektrischen Kontaktierung wird es dabei bevorzugt, die Bypass-Dioden in einem gesondertem, mit elektrischen Steckverbindern oder dergleichen versehenen Gehäuse unterzubringen, das jeweils unmittelbar an dem Montageträger angeordnet bzw. montiert ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform dient ein solches Gehäuse gleichzeitig als Verbindungselement, das an einer vorbestimmten Stelle in Entsprechung zu der elektrischen Verschaltung der Photovoltaikmodule an einem Montageträger montiert ist, so dass die Photovoltaikmodule von den Verbindungselementen gehalten sind. Eine besonders einfache Montage ergibt sich dann, wenn die Photovoltaikmodule in die Verbindungselemente eingesteckt werden können. Somit können die Montageträger an der Dachabdeckung oder Fassade montiert werden, die jeweilige Anordnung der Photovoltaikmodule und deren elektrische Verschaltung jedoch auch weiterhin variabel gestaltet werden kann, nämlich durch geeignetes Montieren der Verbindungselemente auf die Montageträger in Entsprechung zu der gewünschten elektrischen Verschaltung und geometrischen Anordnung der Photovoltaikmodule und durch geeignetes Einstecken der Photovoltaikmodule.

Besonders bevorzugt sind die Montageträger dabei so ausgelegt, dass die Verbindungselemente dabei an beliebigen Stellen an den zugeordneten Montageträgern befestigt werden können, insbesondere stufenlos verschiebbar sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Verbindungselemente an vorbestimmten Stellen in dem zugeordneten Montageträger eingerastet werden. Zu diesem Zweck können an dem Montageträger in geeignetem Rastenmaß, das auf die geometrischen Abmessungen der aufzunehmenden Photovoltaikmodule abgestimmt ist, Verrastungselemente vorgesehen sein, in welche die Verbindungselemente jeweils eingerastet werden können. Während der Montage müssen somit nur noch diese Verrastungsstellen gesucht werden. Die Verbindungselemente können somit praktisch nicht mehr unter falschen Abständen montiert werden, was die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Montage auch durch ungelernte Arbeitskräfte deutlich erhöht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Montageträger als Endlosprofile ausgebildet, beispielsweise mit einem quadratischen oder rechteckigförmigen Querschnitt. Dabei können die Endlosprofile mit einer Längsvertiefung oder Längserhebung ausgebildet sein, in die korrespondierend ausgebildete Verrastungsmittel der Verbindungselemente eingreifen. Die Längsvertiefung bzw. -erhebung kann dabei mit einem geeigneten Profil zum sicheren Halten der Verbindungselemente ausgebildet sein, insbesondere als T-Nut.

Eine besonders zuverlässige mechanische Halterung ergibt sich dann, wenn die Verbindungselemente den zugeordneten Montageträger klammerartig umgreifen, insbesondere symmetrisch. Dabei können die Verrastungsmittel auf Innen- oder Seitenflächen solcher Verbindungselemente vorgesehen sein, also von der Außenseite nicht sichtbar bzw. zugänglich.

Dabei können die Verrastungsmittel in eine Verrastungsstellung zum Verrasten der Verbindungselemente mit dem zugeordneten Montageträger vorgespannt sein, was die Montagestellung sichert, allerdings erfordert, dass die Vorspannkraft zur Montage überwunden werden muss.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Verbindungselemente Steckerbuchsen und/oder Steckerdosen auf, die mit korrespondierend ausgebildeten Steckerdosen und/oder Steckerbuchsen der Photovoltaikmodule, insbesondere an einem Halterahmen derselben, zusammenwirken, um so eine elektrische Verschaltung der Photovoltaikmodule miteinander zu bewerkstelligen. Dabei wird es bevorzugt, dass die Steckerbuchsen und/oder Steckerdosen eines jeweiligen Verbindungselements zwei benachbarte Photovoltaikmodule so elektrisch miteinander verschaltet, dass ein zugeordnetes Photovoltaikmodul im Verschattungsfall mittels einer Bypass-Diode überbrückt wird. Durch Integration der Bypass-Diode und der Steckerbuchsen und/oder Steckerdosen in ein Verbindungselement besteht das Solarsystem somit erfindungsgemäß im Wesentlichen aus nur drei oder optional aus nur vier unterschiedlichen Elementen, nämlich einem einfachen Montageträger, der insbesondere als Endlosprofil ausgebildet ist, aus einer Mehrzahl von Verbindungselementen, die in die Montageträger in geeigneter Konfiguration eingesteckt sind bzw. in diesen eingreifen, um die elektrische Verschaltung der Photovoltaikmodule vorzugeben, aus einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen, die in die Verbindungselemente eingesteckt sind, sowie optional aus mindestens einem Wechselrichtermodul.

Damit die Bypass-Diode gut in ein solches Verbindungselement integriert werden kann, wird es bevorzugt, das Verbindungselement als hohlen Kasten auszubilden.

Bei einer Matrixanordnung von Photovoltaikmodulen müssen wahlweise horizontal oder vertikal zueinander benachbarte Photovoltaikmodule miteinander verschaltet werden. Um eine solche Verschaltung zu gewährleisten, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Solarsystem mit zwei unterschiedlichen Typen von Verbindungselementen bereit gestellt, nämlich einem ersten Typ, der für eine elektrische Verbindung von zwei benachbarten Photovoltaikmodulen auf gegenüber liegenden Seiten des Montageträgers ausgelegt ist, sodass eines zugeordnetes Photovoltaikmodul im Verschattungsfall überbrückt wird, und einem zweiten Typ, der für eine elektrische Verbindung von zwei benachbarten Photovoltaikmodulen auf der selben Seite des Montageträgers ausgelegt ist, sodass das zugeordnete Photovoltaikmodul im Verschattungsfall überbrückt wird. Auch wenn die Montageträger horizontal oder vertikal verlaufend montiert sind, lässt sich so eine geeignete Verschaltung der Photovoltaikmodule in Entsprechung zu elektrischen Erfordernissen oder baulichen Gegebenheiten auf der Dachabdeckung oder Fassade realisieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Photovoltaikmodule einen Halterahmen aus einem Kunststoff, bevorzugt aus einem elastomeren Kunststoff, auf, der sich hinter einer transparenten Abdeckscheibe befindet und mit dieser adhäsiv verbunden ist und eine in ein Kunststoff-Material eingekapselte Solarzellenanordnung am Rand zumindest abschnittsweise einfasst, wobei elektrische Steckverbinder zur elektrischen Verbindung mit den Verbindungselementen in den Halterahmen integriert sind, insbesondere eingegossen, eingespritzt oder eingeschäumt, beispielsweise auf einer Unterseite des Halterahmens. Zur geeigneten Verschaltung solcher Photovoltaikmodule brauchen somit die Verbindungselemente nur in geeigneter Konfiguration auf die Montageträger bzw. die Verbindungselemente aufgesteckt werden und dann die Photovoltaikmodule in diese Verbindungselemente eingesteckt werden.

Um weitere Befestigungselemente überflüssig zu machen, kann dabei vorgesehen sein, dass an dem Halterahmen des Photovoltaikmoduls ferner Verbindungs- und/oder Ausrichtmittel vorgesehen sind, die mit korrespondierend ausgebildeten Verbindungs- und/oder Ausrichtmitteln der Verbindungselemente zusammenwirken. Solche Verbindungs- und/oder Ausrichtmittel können insbesondere als Erhebungen, beispielsweise Zapfen oder Vertiefungen, auf der Unterseite oder Seitefläche des Halterahmens ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in das Kunststoffmaterial des Halterahmens ferner ein Verankerungs- bzw. Rückhaltemittel integriert sein, um ein Abreißen der vorgenannten Verbindungs- und/oder Ausrichtmittel von bzw. aus dem Halterahmen zu verhindern, etwa im Falle eines Windsogs nach der Montage. Ein solches Verankerungsmittel kann insbesondere als in den Halterahmen integriertes Endlosprofil ausgebildet sein, das sich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des Halterahmens erstreckt und in das die Verbindungs- und/oder Ausrichtmittel eingreifen, um an dem Halterahmen zurückgehalten zu werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Solarstromsystem weiterhin ein auch unabhängig beanspruchbares Wechselrichter-Modul, das im äußeren Erscheinungsbild identisch zu den Photovoltaikmodulen ausgebildet ist und an geeigneter Stelle in der Anordnung von Photovoltaikmodulen auf den Montageträger montiert ist. Somit betrifft dieser weitere Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Wechselrichter-Modul für ein Solarstromsystem der vorgenannten Art.

Während Wechselrichter-Module gemäß dem Stand der Technik üblicherweise beabstandet zur Anordnung von Photovoltaikmodulen vorgesehen wird, was den Einbau mehrerer vergleichsweise hochpreisiger Gleichstromleitungen notwendig macht, können so erfindungsgemäß Leitungswege zwischen dem Wechselrichter-Modul und den Photovoltaikmodulen minimiert und preislich günstiger gestaltet werden. Da das Wechselrichter-Modul äußerlich nicht von den Photovoltaikmodulen zu unterscheiden ist, kann dieses an beliebiger Stelle in der Anordnung von Photovoltaikmodulen angeordnet werden, so dass das erfindungsgemäße Solarstromsystem noch flexibler an elektrische Erfordernisse und bauliche Gegebenheiten angepasst werden kann.

Bevorzugt ist das Wechselrichter-Modul somit vom mechanischen Aufbau identisch zu den Photovoltaikmodulen ausgebildet und insbesondere in identischer Weise auf die Montageträger montiert, wie vorstehend beschrieben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist dabei das Wechselrichter-Modul insbesondere eine Abdeckscheibe auf, die farblich abgestimmt ist auf die transparente Abdeckscheibe mit der darunter befindlichen, mit einer Rückseitenfolie bzw. -beschichtung versehenen Solarzellen-Anordnung eines Photovoltaikmoduls. Unter farblicher Abstimmung ist dabei insbesondere eine identische farbliche Gestaltung oder eine wenig kontrastierende farbliche Gestaltung zu verstehen, so dass sich das Wechselrichter-Modul harmonisch in die Anordnung von Photovoltaikmodulen einfügt, ohne als störend empfunden zu werden. Beispielsweise könnte das Wechselrichter-Modul eine gräulich schimmernde Oberfläche aufweisen, während die Photovoltaikmodule üblicherweise eine leicht bläulich schimmernde Oberfläche aufweisen, was jedoch von den für die Solarzellen verwendeten Materialien abhängt.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage eines Solarstromssystems, was ausführlicher nachfolgend erörtert werden wird.

Figurenübersicht
Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:
1 in einer teilperspektivischen Explosionsansicht einen als Endlosprofil ausgebildeten Montageträger mit einem Verbindungselement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 das System gemäß der 1 in einem montierten Zustand;
3 ein entsprechendes System gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 in einem schematischen Teilschnitt ein Photovoltaikmodul mit einem in den Halterahmen auf der Rückseite integrierten Anschlussstecker;
5a eine beispielhafte elektrische Stringverschaltung eines Wechselrichter-Moduls mit fünfzehn Photovoltaikmodulen auf einer quadratischen Grundfläche;
5b in einer schematischen Draufsicht ein Photovoltaikmodul mit Anschlusssteckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
5c in einer Draufsicht ein Wechselrichter-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung mit daran vorgesehenen Anschlusssteckern; und
6 in einem schematischen Querschnitt ein Wechselrichter-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Gemäß der 1 ist der Montageträger 50 als Endlosprofil mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet, beispielsweise als Aluminium-Strangpressprofil. Auf den Längsseiten des Montageträgers 50 sind vier T-Nuten 51 ausgebildet, in die korrespondierend ausgebildete Verrastungselemente eingreifen, wie nachfolgend beschrieben.
Ein solcher Montageträger wird gemäß der 1 von einem im Querschnitt U-förmigen Verbindungselement 60 klammerartig umgriffen. In der Mitte des Verbindungselements 60 bilden die beiden von dem Boden 63 senkrecht abragenden Seitenwände 62 eine in Längsrichtung verlaufende zentrale Aufnahme 61 zum Aufnehmen des Montageträgers 50 aus. Im montierten Zustand liegen die Seitenwände 62 unmittelbar an Seitenwänden des Montageträgers 50 an. Von den Seitenwänden 62 ragen Verrastungsstifte 65, die einwärts mit Hilfe von Druckfedern vorgespannt sind. Im montierten Zustand ragen die Spitzen der Raststifte 65 in die T-Nut 51 des zugeordneten Montageträgers 50 hinein, um die Stellung des Verbindungselements 60 in Bezug zu dem Montageträger 50 zu verrasten. Dabei können in dem Montageträger 50, beispielsweise am Boden der T-Nuten 51, Indexierungs-Sackbohrungen vorgesehen sein, welche die Verrastungsstifte 65 in eine verrastete Stellung führen. Zum Verrasten werden die Verrastungsstifte 65 mit den T-Nuten 51 in Eingriff gebracht und das Verbindungselement 60 in Längsrichtung solange entlang dem Montageträger 50 verschoben, bis die Spitzen der Verrastungsstifte 65 in die Indexierungs-Sackbohrungen eingreifen. Die Abstände zwischen diesen Indexierungs-Sackbohrungen sind derart auf die Längen bzw. Breiten der Photovoltaikmodule abgestimmt, dass diese eng anliegend auf den Montageträger montiert werden können, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Gemäß der 1 ist auf der Oberseite des Verbindungselements 60 auf der linken Seite des Montageträgers 50 ein Anschlussstecker 74 mit einem Kontaktstift 75 vorgesehen und sind auf der rechten Seite des Montageträgers ein Anschlussstecker 70 mit einem Kontaktstift 71 sowie eine Anschlussdose 72 mit einer Kontaktbuchse 73 ausgebildet. Kontaktstift 71 und Kontaktbuchse 73 sind über eine Verbindungsleitung 81 mit einer Bypass-Diode 80 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Bypass-Diode 80 ist so geschaltet, dass diese in Sperrrichtung betrieben wird, wenn das zugeordnete, in das Verbindungselement 60 eingesteckte Photovoltaikmodul beleuchtet wird, und so, dass das zugeordnete Photovoltaikmodul im Verschattungsfall mittels der Bypass-Diode 80 überbrückt wird. Gemäß der 1 verbindet eine weitere Leitung 76 die Anschlussdose 72 mit dem Anschlussstecker 74 auf der gegenüber liegenden Seite des Montageträgers 50. Die 2 zeigt das System gemäß der 1 in einem montierten Zustand, in welchem die Verrastungsstifte 65 in die T-Nuten 51 des Montageträgers 50 hinein ragen, um das Verbindungselement 60 gegen ein senkrechtes Abheben zu sichern.
Die 4 zeigt in einem schematischen Teilschnitt ein Photovoltaikmodul 1, das einen aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildeten Halterahmen 10 umfasst, der eine transparente Abdeckscheibe 2 und eine daran auf der Rückseite in einem aus Kunststoff bestehenden Einkapselungsmaterial 4 angeordnete Solarzellenanordnung 3 am Rand zumindest abschnittsweise einfasst. Zur weiteren Verankerung von Ausricht- und/oder Verbindungsmittelns, beispielsweise Rastzapfen, ist in das Kunststoffmaterial des Halterahmens 10 ein im Wesentlichen C-förmiges Profil 20, beispielsweise ein Aluminium-Strangpressprofil, integriert, das einen unteren Schenkel 24 aufweist, durch den im Bereich des dargestellten elektrischen Steckers 40 eine Öffnung ragt, so dass der Kontaktstift 41 von der Unterseite 60 des Halterahmens 10 her zugänglich ist. Der Kontaktstift 41 ist über einen Draht 42 und eine Anschlussfahne 43, die einen Spalt 6 zwischen dem Umfangsrand der Solarzellenanordnung 3 und der Innenwand des Halterahmens 10 durchragt, mit der Solarzellenanordnung 3 elektrisch leitend verbunden. Zur besseren Hinterlüftung und Kühlung des Photovoltaikmoduls 1 ist auf der Rückseite zwischen der Oberseite des Halterahmens 10 und der Rückseite der Einkapselung 4 der Solarzellenanordnung 3 ein Spalt 7 mit einer lichten Weite von etwa 2 bis 3 mm ausgebildet, der sich zumindest abschnittsweise entlang dem Rand des Halterahmens 10 erstreckt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann an Bereichen des Halterahmens 10 ohne Ausricht- und/oder Verbindungsmittel und elektrische Verbindungsstecker ein Spalt zwischen einer Oberseite des Halterahmens 10 und einer Rückseite der Einkapselung 4 der Solarzellenanordnung 3 ausgebildet sein, der einer noch besseren Hinterlüftung der Solarzellenanordnung 3 dient.
Zur Montage eines Solarstromsystems wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen:
Zunächst werden mehrere Montageträger, wie in der 1 gezeigt, parallel und beabstandet voneinander auf eine Dachabdeckung, Fassade oder dergleichen montiert, wobei die Abstände zwischen den Montageträgern der Länge bzw. Breite der zu montierenden Photovoltaikmodule entsprechen. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante können senkrecht zu dem so montierten Montageträgern weitere entsprechend ausgebildete Montageträger parallel und beabstandet zueinander verlegt werden, wobei an den Kreuzungspunkten geeignete Ausnehmungen an den Profilen der Montageträger vorgesehen sind.
Anschließend wird für jede Ecke der zu montierenden Photovoltaikmodule ein Verbindungselement 60, wie in der 1 gezeigt, an geeigneten Positionen entlang der Länge der Montageträger montiert, und zwar bei dem Ausführungsbeispiel durch Einrasten der Verrastungsstifte in die T-Nuten des Montageträgers. Die Verbindungselemente können dabei frei beweglich in Längsrichtung entlang den Montageträgern angeordnet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Verbindungselemente nur an vorbestimmten Stellen, in Entsprechung zu den Längen bzw. Breiten der zu montierenden Photovoltaikmodule, an den Montageträgern angebracht werden. Zu diesem Zweck können Ausrichtmittel, beispielsweise Indexierungs-Sackbohrungen, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen sein.
Anschließend werden die Photovoltaikmodule, die schematisch in der 5b gezeigt, auf die Verbindungselemente aufgesetzt, so dass die an der Unterseite des Halterrahmens 10 (vergl. 4) vorgesehenen Anschlussstecker 40 und/oder Steckerbuchsen in auf der Oberseite der Verbindungselemente 60 (vergl. 1) vorgesehene und korrespondierend ausgebildete Steckerbuchsen und/oder Anschlussstecker eingreifen. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung des aufgesteckten Photovoltaikmoduls erreicht. Durch die Verbindungsleitung 76 in dem Verbindungselement 60 wird dabei gleichzeitig eine elektrische Verbindung mit dem auf der gegenüber liegenden Seite des Montageträgers 50 aufgesteckten Photovoltaikmodul erreicht. Quer zum Montageträger einander gegenüber liegende Photovoltaikmodule können so in Reihe geschaltet werden, wobei dem gemäß der 1 auf der rechten Seite angeordneten Photovoltaikmodul eine Bypass-Diode 80 zugeordnet ist, die in Sperrrichtung betrieben wird, wenn das in der 1 auf der rechten Seite befindliche Photovoltaikmodul beleuchtet ist, und die dieses Photovoltaikmodul im Verschattungsfall überbrückt.
Um in Längsrichtung der Montageträger benachbarte Photovoltaikmodule miteinander so zu verbinden, dass ein zugeordnetes Photovoltaikmodul im Verschattungsfall überbrückt wird, ist gemäß der 3 ein weiterer Typ von Verbindungselement 60' vorgesehen. Bei diesem befinden sich der Anschlussstecker 74 und der Anschlussstecker 70 mit der zugeordneten Steckerbuchse 72 auf der selben Seite des Montageträgers 50 und innerhalb des selben Verbindungselements 60'. Anschlussstecker 70 und Steckerbuchse 72 sind über eine Bypass-Diode miteinander verschaltet und zur Aufnahme einer korrespondierend ausgebildeten Buchse und eines korrespondierend ausgebildeten Steckers eines ersten Photovoltaikmoduls bestimmt. Die Verbindung mit dem in Längsrichtung des Montageträgers 50 benachbarten Photovoltaikmodul erfolgt über die Verbindungsleitung 76 und den Anschlussstecker 74.
Durch geeignete geometrische Anordnung der beiden Typen von Verbindungselementen an den Montageträgern lässt sich so eine geeignete elektrische Verschaltung einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen erreichen, wie beispielhaft in der 5a dargestellt. Gemäß der 5a sind die mit den Buchstaben A bis O bezeichneten Photovoltaikmodule 1 in alphabetischer Reihenfolge hintereinander geschaltet. Insgesamt umfasst das Solarstromsystem fünfzehn Photovoltaikmodule 1 sowie ein Wechselrichter-Modul 90, das äußerlich im Wesentlichen identisch zu den Photovoltaikmodulen 1 ausgestaltet ist, insbesondere eine identische oder auf die benachbarten Photovoltaikmodule abgestimmte Oberflächenfarbe und -gestaltung aufweist.
Ein solches Wechselrichter-Modul 90 ist beispielhaft in der 6 in einer Schnittansicht gezeigt. Dieses Wechselrichter-Modul 90 weist einen mechanischen Aufbau vergleichbar zu dem in der 4 gezeigten Photovoltaikmodul auf. Anstelle der Solarzellen ist auf der Rückseite der Abdeckscheibe 2' der eigentliche Wechselrichter 93 angeordnet, bevorzugt in ein Gehäuse oder ein Kunststoff eingekapselt. Der Rest der Rückseite der Abdeckscheibe 2' kann, wie in der 6 gezeigt, mit einem Kunststoff 17 umspritzt sein, der insbesondere einstückig mit dem Halterahmen 10 ausgebildet sein kann. Die Kontaktierung des Wechselrichters 93 erfolgt rückseitig über die Anschlussfahne 43 und den Kontaktstift 41, in der Weise, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Photovoltaikmodul gemäß der 4 ausführlicher beschrieben.
Die elektrische Kontaktierung des Photovoltaikmoduls 1 ist in der 5c gezeigt, derzufolge ein Plus-Anschluss 85 in der rechten oberen Ecke des Moduls, ein Plus-Anschluss und ein Minus-Anschluss in der rechten unteren Ecke des Moduls und ein Plus-Anschluss 85 in der linken unteren Ecke des Moduls vorgesehen ist. Die Stecker sind dabei auf der Unterseite des Halterahmens des Moduls ausgebildet, wie beispielhaft in der 4 dargestellt. Die Anordnung der Steckverbinder ist dabei nicht spiegelsymmetrisch relativ zur Mitte des Moduls 1. Dies ermöglicht im Zusammenwirken mit einem entsprechenden ersten oder zweiten Typ von Verbindungselement, wie vorstehend beschrieben, in einer ersten Drehstellung des Moduls 1 eine Verschaltung mit einem in der 5a horizontal benachbarten Photovoltaikmodul und in einer zweiten Drehstellung, nämlich um 180° verdreht, mit einem in der 5a vertikal benachbarten Photovoltaikmodul. Die beiden Drehstellungen können nicht miteinander verwechselt werden, da die Photovoltaikmodule und das Wechselrichter-Modul bevorzugt eine rechteckförmige Grundform aufweisen und da Anschlüsse von identischer Polarität nicht an identischen Positionen entlang von Längsseiten des Halterahmens angeordnet sind.
Gemäß der 5a ist stets der Plus-Anschluss eines Photovoltaikmoduls mit einem Minus-Anschluss eines benachbarten Photovoltaikmoduls verbunden, und zwar über ein Verbindungselement, wie in der 2 oder 3 gezeigt, wobei jedem Photovoltaikmodul eine Bypass-Diode zum Schutz zugeordnet ist, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform in das Verbindungselement integriert ist.
Da zum Anschluss des Wechselrichter-Moduls 90 identische Verbindungselemente verwendet werden, weist auch das in der 5c gezeigte Wechselrichter-Modul 90 Steckverbinder 91, 92 an entsprechenden Stellen auf, allerdings ist eine Bypass-Diode nicht erforderlich.

1: Photovoltaikmodul
2, 2': Transparente Abdeckscheibe
3: Solarzelle
4: Einkapselungsmaterial
7: Aussparung
10: Halterahmen
11: Umfangsrand
16: Unterseite
17: Rückseitige Kunststoff-Schicht
20: Verstärkungsmittel/C-Profil
24: Unterer Schenkel
40: Anschlussstecker
41: Kontaktstift
43: Anschlussfahne
44: Formschlussgebilde
50: Profil des Montagerahmens
51: T-Nut
55: Stringverschaltung
60: Anschlusskasten/Verbindungselement
61: Aufnahme
62: Seitenwand
63: Boden
65: Verrastungsmittel/Raststift
66: Feder
70: Anschlussstecker
71: Kontaktstift
72: Anschlussdose
73: Kontaktbuchse
74: Anschlussstecker
75: Kontaktstift
76: Elektrische Verbindung
80: Bypass-/Freilaufdiode
81: Bypass-Leitung
85: Plus-Anschluss des Photovoltaikmoduls
86: +/– – Anschluss des Photovoltaikmoduls
90: Wechselrichter-Modul
91: Minus-Anschluss
92: Plus-Anschluss
93: Wechselrichter

Claims

Solarsystem mit zumindest einem Montageträger (50) und einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (1), die auf den oder die Montageträger (50) montiert sind und elektrisch miteinander verschaltet sind, wobei jedem Photovoltaikmodul (1) eine Bypass-Diode (80) zugeordnet ist, die in Sperrrichtung betrieben wird, wenn das zugeordnete Photovoltaikmodul beleuchtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Dioden (80) in oder an dem jeweiligen Montageträger (50) vorgesehen sind.
Solarsystem nach Anspruch 1, wobei die Bypass-Dioden (80) in mit elektrischen Verbindungssteckern (70, 72, 74) versehenen Verbindungselementen (60) vorgesehen sind, die an vorbestimmten Stellen an den Montageträgern (50) in Entsprechung zu der elektrischen Verschaltung der Photovoltaikmodule (1) montiert sind, wobei die Photovoltaikmodule (1) von den Verbindungselementen (60) gehalten sind, insbesondere in diese eingesteckt sind.
Solarsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verbindungselemente (60) an den vorbestimmten Stellen in einen zugeordneten Montageträger (50) eingerastet sind.
Solarsystem nach Anspruch 3, wobei die Montageträger (50) als Endlosprofile mit einer Längsvertiefung (51) oder -erhebung ausgebildet sind, in die korrespondierend ausgebildete Verrastungsmittel (65) eingreifen.
Solarsystem nach Anspruch 4, wobei die Verbindungselemente (60) denzugeordneten Montageträger (50) klammerartig umgreifen.
Solarsystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Verrastungsmittel (65) auf Innen- oder Seitenflächen (62, 63) der Verbindungselemente (60) vorgesehen sind.
Solarsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Verrastungsmittel (65) in eine Verrastungsstellung zum Verrasten der Verbindungselemente (60) mit dem zugeordneten Montageträger (50) vorgespannt sind.
Solarsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Verbindungselemente (60) Steckerbuchsen (72) und/oder Steckerdosen (70, 74) aufweisen, die mit korrespondierend ausgebildeten Steckerdosen (40) und/oder Steckerbuchsen am Halterahmen (10) eines jeweiligen Photovoltaikmoduls (1) zusammen wirken, wobei die Steckerbuchsen und/oder Steckerdosen eines jeweiligen Verbindungselements (60) zwei zueinander benachbarte Photovoltaikmodule (1) so elektrisch miteinander verschaltet sind, dass ein Photovoltaikmodul (1) mittels einer zugeordneten Bypass-Diode (80) überbrückt ist.
Solarsystem nach Anspruch 8, wobei die Verbindungselemente (60) als hohle Kästen ausgebildet sind, mit einer elektrischen Verbindungsleitung (76) innerhalb eines jeweiligen Verbindungselements (60), um Steckerbuchsen und/oder Steckerdosen des jeweiligen Verbindungselements (60) geeignet miteinander zu verschalten.
Solarsystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, mit zwei unterschiedlichen Typen von Verbindungselementen (60), nämlich einem ersten Typ (60), der für eine elektrische Verbindung von zwei benachbarten Photovoltaikmodulen (1) auf gegenüber liegenden Seiten des Montageträgers (50) ausgelegt ist, und einem zweiten Typ (60'), der für eine elektrische Verbindung von zwei benachbarten Photovoltaikmodulen (1) auf der selben Seite des Montageträgers (50) ausgelegt ist.
Solarsystem nach Anspruch 10, wobei der erste Typ von Verbindungselement (60) einen ersten elektrischen Steckverbinder (74) zur Anordnung auf einer ersten Seite des Montageträgers (50) sowie zwei weitere elektrische Steckverbinder (70, 72) zur Anordnung auf einer gegenüber liegenden zweiten Seite des Montageträgers (50) aufweist.
Solarsystem nach Anspruch 10, wobei der zweite Typ von Verbindungselement (60') einen ersten elektrischen Steckverbinder (74) zur Anordnung auf einer ersten Seite des Montageträgers (50) sowie zwei weitere elektrische Steckverbinder (70, 72) auf derselben Seite des Montageträgers (50) aufweist.
Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Photovoltaikmodule (1) einen Halterahmen (10) aus einem elastomeren Kunststoff aufweisen, der eine transparente Abdeckscheibe (2) und eine in ein Kunststoffmaterial (4) eingekapselte Solarzellenanordnung (3) am Rand zumindest abschnittsweise einfasst, und wobei elektrische Steckverbinder (40) zur elektrischen Verbindung mit den Verbindungselementen (60) in den Halterahmen (10) integriert sind, insbesondere eingegossen, eingespritzt oder eingeschäumt.
Solarsystem nach Anspruch 13, wobei an dem Halterahmen (10) ferner Verbindungs- und/oder Ausrichtmittel vorgesehen sind, die mit korrespondierend ausgebildeten Verbindungs- und/oder Ausrichtmitteln der Verbindungselemente (60) zusammenwirken.
Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Photovoltaikmodule (1) eine quadratische Grundform aufweisen und elektrische Verbindungsmittel (85, 86) entlang von Längsseiten der Photovoltaikmodule (1) an identischen vorbestimmten Positionen, bevorzugt mittig, vorgesehen sind, so dass die Photovoltaikmodule (1) in vier, um jeweils 90° zueinander verdrehten Drehstellungen an den Montageträger (50) montierbar sind.
Solarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Photovoltaikmodule (1) eine rechteckige Grundform aufweisen und elektrische Verbindungsmittel (85, 86) entlang von Längsseiten der Photovoltaikmodule (1) an unterschiedlichen vorbestimmten Positionen vorgesehen sind, so dass die Photovoltaikmodule (1) in zwei, jeweils um 180° zueinander verdrehten Drehstellungen an den Montageträger (50) montierbar sind, wobei in einer ersten Drehstellung eine elektrische Verbindung zu einem horizontal benachbarten Photovoltaikmodul ausbildbar ist und in einer zweiten Drehstellung eine elektrische Verbindung zu einem vertikal benachbarten Photovoltaikmodul ausbildbar ist.
Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Wechselrichter-Modul (90), das ein identisches oder abgestimmtes äußeres Erscheinungsbild wie die Photovoltaikmodule (1) aufweist und in identischer Weise auf den oder die Montageträger (50) montiert ist.
Solarsystem nach Anspruch 17, wobei das Wechselrichter-Modul (90) eine Abdeckscheibe (2') aufweist, die farblich abgestimmt ist auf die transparente Abdeckscheibe (2) mit der darunter befindlichen, mit einer Rückseitenfolie versehenen Solarzellenanordnung (3) eines Photovoltaikmoduls, wobei auf einer Rückseite der Abdeckscheibe (2') ein Wechselrichter (93) gehalten ist und ein Halterahmen (10) aus einem bevorzugt elastomeren Kunststoff die Abdeckscheibe (2') am Rand zumindest abschnittsweise einfasst und die Abdeckscheibe (2') hält.
Solarsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen der transparenten Abdeckscheibe (2') des Wechselrichter-Moduls (90) und einem Wechselrichter (93) ein Spalt ausgebildet ist, um einen Abtransport von Abwärme des Wechselrichters (93) durch Luftkonvektion zu ermöglichen.