DE102007006900B4

DE102007006900B4 - Elektrische Verbindungseinheit

Info

Publication number: DE102007006900B4
Application number: DE102007006900A
Authority: DE
Inventors: Douglas James Christopher King; Max Van Orden
Original assignee: SolarWorld Industries Deutschland GmbH
Current assignee: SolarWorld Industries Deutschland GmbH
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: DE102007006900A1

Abstract

Elektrische Verbindungseinheit zum elektrischen Anschließen an eine oder mehrere Solarzellen, die folgendes umfasst:
– ein Gehäuse;
– mindestens eine in dem Gehäuse untergebrachte Bypassdiode;
– Eingangs- und Ausgangsleitungen; und
– mindestens eine in dem Gehäuse untergebrachte Metallplatte; wobei die mindestens eine Metallplatte
– in elektrisch leitendem Kontakt mit einer der Eingangs- oder Ausgangsleitungen,
– in elektrisch und thermisch leitendem Kontakt mit der mindestens einen Bypassdiode, und
– in thermisch leitendem Kontakt mit dem Gehäuse ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungseinheit. Obgleich nicht auf diese Verwendung beschränkt kann die Verbindungseinheit in geeigneter Weise zum elektrischen Anschließen an eine oder mehrere Solarzellen und/oder Solarzellenmodule eingesetzt werden.
Solarzellenmodule, die typischerweise einen oder mehrere Strings von Solarzellen umfassen, sind im Allgemeinen unter Verwendung einer elektrischen Verbindungseinheit miteinander verbunden. Derartige elektrische Verbindungseinheiten werden gelegentlich als Anschlussdose bezeichnet, insbesondere dann, wenn sie mit Klemmen zum Anschließen externer Verdrahtung versehen sind.
Eine solche elektrische Verbindungseinheit umfasst in der Regel Ein- und Ausgangsleitungen sowie eine oder mehrere Bypass-Dioden, die leitend mit den Ein- und Ausgangsleitungen verbunden sind. Die Eingangsleitungen umfassen in der Regel (+)- und (–)-Anschlüsse oder Klemmen zum Anschluss an die Anode bzw. Kathode des Solarzellenstrings.
Da die mit einer einzelnen Solarzelle assoziierte Spannung oft niedriger ist als gewünscht, werden typischerweise mehrere Solarzellen in Reihe zueinander zu einem String angeordnet. Typischerweise umfasst ein Solarzellenmodul ein oder mehrere Strings von Solarzellen, die in Reihe zueinander angeordnet sind. Jeder String kann aus einer oder mehreren Solarzellen bestehen, die in Reihe zueinander angeordnet sind. Mehrere Solarzellenmodule können in Reihe zueinander in einem System verbunden werden, um die Spannung des Systems weiter zu erhöhen.
Dies stellt ein Problem dar, wenn in einem solchen System ein einzelnes Modul, einige der Module, eine oder mehrere der Strings in einem Modul, oder eine oder mehrere der Zellen in einem String weniger Licht empfangen als die übrigen Strings bzw. Module. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein Teil des Systems abgeschattet wird. In diesem Fall kehrt sich die Polarität der abgeschatteten Zelle, des abgeschatteten Strings oder des abgeschatteten Moduls um, so dass Zelle, String oder Modul einer Polung in Sperrrichtung ausgesetzt sind. Dies kann ein Überhitzen der Zelle, der Strings oder des Moduls bewirken, was zu einer Beschädigung des jeweiligen Moduls führen kann.
Zum Schutz der Zellen, der Strings bzw. des Moduls vor einem solchen Überhitzen kann die elektrische Verbindungseinheit eine Bypass-Strecke für den Strom um das abgeschattete String bzw. Modul herum bereitstellen. Dies kann erreicht werden durch Bereitstellung der einen oder mehrerer Bypass-Dioden in der elektrischen Verbindungseinheit.
Die Bypass-Dioden werden am besten antiparallel zu den Solarzellen, zu deren Schutz sie dienen, konfiguriert, damit Strom sie frei durchlaufen kann, so dass die Spannung in Sperrrichtung maximiert wird. Bei einer solchen antiparallelen Konfiguration ist die Anode der Diode an die Kathode einer Solarzelle, eines Strings oder eines Moduls anschließbar, und ihre Kathode ist an die Anode der Solarzelle, des Strings oder des Moduls anschließbar.
U.S.-Patent Nr. 6,828,503 beschreibt eine Anschlussdosenvorrichtung für ein Solarzellenmodul, das ein beispielsweise aus einem Kunstharz gefertigtes Anschlussdosengehäuse umfasst, in dem Bypassdioden untergebracht sind. Die Bypassdioden sind elektrisch mit im Wesentlichen flachen Platten verbunden, die in der Dose wiederum mit Hilfe einer Verriegelungskonstruktion befestigt sind. Von den Bypassdioden entwickelte Wärme wird über an die im Wesentlichen flachen Platten angeschlossene Kabel an die Umgebung abgestrahlt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Kühlleistung für die Bypassdioden weiter zu verbessern und/oder die Konstruktion der Verbindungseinheit zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beispielhaft erläutert.
In der beigefügten Zeichnung zeigen
1 schematisch eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinheit,
2 schematisch eine perspektivische Ansicht der elektrischen Verbindungseinheit gemäß 1;
3 schematisch eine Querschnittsansicht der elektrischen Verbindungseinheit gemäß 1 entlang der Linie X-X;
4 schematisch eine Draufsicht einer alternativen erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinheit;
5 schematisch eine Draufsicht einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinheit;
6 schematisch eine Draufsicht einer wiederum weiteren alternativen erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinheit.
Gleiche oder ähnliche Teile weisen in den Figuren die gleichen Bezugszeichen auf.
Die nachstehend beschriebene elektrische Verbindungseinheit umfasst ein Gehäuse mit einem Basisteil und einem Abdeckteil. Das Basisteil und das Abdeckteil können miteinander versiegelt werden oder auf andere Weise ein integrales Gehäuse ausbilden. Zum Zwecke der Darstellung zeigt 1 jedoch schematisch eine Draufsicht dieser elektrischen Verbindungseinheit, wobei davon ausgegangen wird, dass das Abdeckteil abgenommen wurde. Das Basisteil 1 stützt eine oder mehrere Metallplatten, hier bereitgestellt in Form der ersten bis vierten Metallplatte 2a bis 2d. Die Metallplatten 2a bis 2d sind geeigneter Weise aus einem Metall ausgebildet, das gute elektrische Leitfähigkeit mit guter thermischer Leitfähigkeit verbindet. Besonders geeignet sind eine oder mehrere aus Kupfer, Messing, Aluminium und/oder daraus bestehender Legierungen, jedoch können anstelle dieser auch andere Metalle (pur oder Legierung) verwendet werden.
Die Platten werden mittels eines Klebers über ihre Rückflächen auf die Basisplatte 1 zementiert. Zusätzlich oder stattdessen können andere Befestigungsmittel einschließlich mechanischer Befestigungen verwendet werden, vorausgesetzt, dass eine gute thermische Verbindung mit dem Gehäuse hergestellt wird. Bevorzugt befindet sich ein überwiegender Teil des Rückflächenbereichs in einem anstoßenden mechanischen Kontakt mit der Ba sisplatte 1. Erforderlichenfalls kann ein Wärmeleitgel, ein thermisch leitfähiges Fett oder eine thermisch leitfähige Masse, oder ein Phasenänderungsmaterial zusätzlich zwischen der Metallplatte und dem Gehäuse vorgesehen werden, um den thermischen Kontakt an Stellen, wo kein anstoßender mechanischer Kontakt vorherrscht, zu verbessern.
Ein eventueller Abstand zwischen der Metallplatte und dem Gehäuse beträgt bevorzugt weniger als 1 mm, oder besser sogar, weniger als 0,5 mm.
Direkt hartgelötet auf die Frontflächen 12a bis 12c der jeweiligen ersten drei der Metallplatten, 2a bis 2c, sind erste bis dritte Oberflächen-montierte Dioden 3a bis 3c. Eine solche Oberflächen-montierte Diode ist ein gleichrichtendes Element ebener Art mit einem ebenen Kontakt, wobei der ebene Kontakt eng mit einem der Metallplatten verbunden ist. Normalerweise entspricht der ebene Kontakt der Basiskathode der Diode, jedoch ist dies für die Erfindung nicht wesentlich.
Die hartgelötete Verbindung zwischen den Dioden 3a bis 3c und deren jeweilige Metallplatte, 2a bis 2c, erleichtert einen guten thermischen Kontakt zwischen der Diode und der Metallplatte. Weitere gute Mittel zum Verbinden der Bypassdioden mit den Metallplatten sind u. a. Löten, die Verwendung eines leitfähigen Klebers oder eines leitfähigen Wärmeleitklebers, eine mechanische Verbindung wie beispielsweise eine Klemmvorrichtung oder Schraube, die Verwendung eines thermisch leitfähigen Fetts oder einer thermisch leitfähigen Masse, oder eines Phasenänderungsmaterials, oder Kombinationen derselben.
Zwei Kontaktstreifen 4a bis 4c sind derzeit auf der anderen Kontaktseite für jede Diode vorgesehen. Diese Kontaktstreifen sind direkt an die zweite bis vierte der Metallplatten, 2b bis 2d, gelötet, wobei die zur ersten Diode 3a gehörenden Kontaktstreifen 4a an die zweite Metallplatte 2b gelötet sind, die der zweiten Diode 3b an die dritte Metallplatte 2c, und die der dritten Diode 3c an die vierte Metallplatte 2d.
Die jeweiligen Dioden sind somit in Reihe zueinander angeordnet, Anode an Kathode.
Die gelöteten Verbindungen zwischen den Kontaktstreifen 4a bis 4c und deren jeweiliger Metallplatte, 2b bis 2d, tragen weiterhin zu einem guten thermischen Kontakt zwischen der Diode und der Metallplatte bei.
Angeschlossen an jede der jeweiligen Metallplatten 2a bis 2d sind, beispielsweise mittels Löten, erste bis vierte Verbindungsstreifen 5a bis 5d. Diese metallenen Verbindungsstreifen 5a bis 5d fungieren als Eingangs- und Ausgangsleitungen, wobei jede an die Anoden- und Kathodenenden eines Strings von Solarzellen in einem Modul (nicht dargestellt) anzuschließen ist, so dass die ersten bis dritten Dioden 3a bis 3c jeweils antiparallel zu einem String von Solarzellen angeordnet sind.
Angeschlossen an die erste und vierte Metallplatte 2a und 2d sind Eingangs- und Ausgangsleitungen in Form von Drähten 6 bzw. 7. Diese Drähte 6 und 7 fungieren als Eingangs- und Ausgangsleitungen für das Modul von Solarzellen-Strings, zu dessen Schutz die elektrische Verbindungseinheit dient. Die Drähte 6 und 7 können an ihre jeweilige Metallplatte gelötet werden. Die Eingangs- und Ausgangsleitungen können auch in Form von Eingangs- und Ausgangsklemmen vorgesehen werden, an die externe Drähte angeschlossen bzw. von denen sie getrennt werden können.
Während des Betriebs kann die Metallplatte 2a sowohl als elektrischer Stromleiter zur bzw. von der Diode 3a als auch als eine Wärmesenke zur Ableitung der in der Diode 3a generierten Wärme über das Gehäuse an die Umgebung wirken. Das Kombinieren des elektrischen Kontakts mit dem thermischen Kontakt ermöglichet einen sehr engen thermischen Kontakt zwischen der eigentlichen Quelle der Wärme, die im Wesentlichen durch den sich in der Diode befindenden Diodenübergang gebildet wird, und der Wärmesenke.
Die Metallplatte kann sodann die Wärme durch das Gehäuse ableiten, wo sie an die Umgebung, in der das Gehäuse angeordnet ist, konvektiert werden kann, welche im Allgemeinen aus Außenluft besteht.
So kann Wärme schnell und effizient von der Diode an die Metallplatte, an das Gehäuse und letztendlich an die Umgebung übertragen werden. Dieselben Prinzipien gelten für die anderen Metallplatten und Dioden in der Ausführungsform.
Die thermische Verbindung zwischen der Diode und dem Gehäuse kann von einem relativ großen Wärmetauschbereich profitieren, der zwischen der Metallplatte und dem Gehäuse zur Verfügung stehen kann.
Die Diode kann von jeder geeigneten Art sein. Insbesondere kann sie eine Halbleiterdiode oder eine Metall-Halbleiterdiode sein. Letztere kann als Schottky-Diode bezeichnet werden, und kann bevorzugt werden, da Schottky-Dioden im allgemeinen einen relativ niedrigen Vorwärtsspannungsabfall, so dass entsprechend die pro Ampere Strom erzeugte Menge an Wärme ebenfalls relativ gering ist. Schottky-Dioden ermöglichen, möglicherweise aufgrund ihrer Beschaffenheit mit einer Metallschicht, eine re lativ effektive Kühlung des Übergangsbereichs in der Diode. Oberflächenmontierte Dioden werden im Allgemeinen bevorzugt, da sie speziell dafür ausgelegt sind, angelötet, angeschweißt oder hart angelötet zu werden, was eine ganz aus Metall bestehende Schnittstelle ermöglicht. Derartige Oberflächenmontierte Dioden können auch unter Verwendung eines leitenden Klebers angeklebt werden. Beispiele für flache oberflächenmontierte Dioden sind u. a. D2Pak, T0220.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Betrieb in der mindestens einen Diode erzeugte Wärme über die thermische Leitung durch die mindestens eine Metallplatte und das Gehäuse an eine Umgebung übertragbar. Bevorzugt sind im Betrieb mindestens 25% der in der mindestens einen Diode erzeugten Wärme über die thermische Leitung durch die mindestens eine Metallplatte und das Gehäuse an eine Umgebung übertragbar.
Bevorzugt ist die Verbindungseinheit in der Lage, einen überwiegenden Teil der in der Diode erzeugten Wärme über Metallplatten an die Umgebung zu übertragen. Die thermische Verbindung der Metallplatte mit dem Gehäuse ist bevorzugt von einer im Wesentlichen leitenden Beschaffenheit.
Die elektrische Verbindungseinheit gemäß 1 ist in 2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei das Abdeckteil 8 angebracht ist. Das Abdeckteil 8 kann so ausgebildet sein, dass es nach außen hervortretende Kanäle 16 und 17 aufweist, die Zugangsöffnungen für jeden der jeweiligen Drähte 6 und 7 bereitstellen. Das Abdeckteil 8 kann gleichermaßen mit Rücksprüngen versehen sein, um einen Durchtritt der metallenen Verbindungsstreifen 5a bis 5d zu ermöglichen.
Eine Erhöhung 9 ragt aus der Oberfläche der Abdeckung 8 in die Umge bung außerhalb des Gehäuses heraus. Die Erhöhung 9 korrespondiert mit einer zurückgesetzten Aussparung (in 3 als 19 dargestellt), die in der Innenfläche des Abdeckteils 8 vorgesehen ist. Die Erhöhung 9 und die korrespondierende zurückgesetzte Aussparung 19 sind so angeordnet, dass sie die Körper der Dioden 3a bis 3c aufnehmen.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie X-X der elektrischen Verbindungseinheit gemäß 1, wobei das Abdeckteil 8 angebracht dargestellt ist. Es ist nunmehr deutlich zu sehen, wie die Erhöhung 9 mit der zurückgesetzten Aussparung 19 korrespondiert, die so adaptiert ist, dass sie den Körper der Diode 3a aufnimmt. Die Funktion der zurückgesetzten Aussparung 19 ist es, zu ermöglichen, dass ein Spalt zwischen der Innenfläche 18 der Abdeckung 8 und der Frontfläche 12a der Metallplatte kleiner ist als die Entfernung, um die die Diode 3 aus der Frontfläche 12a herausragt. Je kleiner der Spalt, desto höher und besser die thermische Leitfähigkeit zwischen der Metallplatte und dem Abdeckteil des Gehäuses, was zu einem geringen thermischen Widerstand zwischen der Metallplatte 2a und dem Gehäuse beiträgt. Auch ist der Spalt zwischen der Bypassdiode und der zurückgesetzten Aussparung 19 bevorzugt möglichst klein.
Es sei angemerkt, dass die Dioden auch auf der Seite der Metallplatten, der Basisplatte 1 zugewandt, montiert sein können. In diesem Fall kann die Basis zur Aufnahme der Bypassdioden mit einem Innen-Rücksprung versehen sein.
Die elektrische Verbindungseinheit gemäß einer oder mehrerer erfindungsgemäßer Ausführungsformen wird geeigneter Weise zum Anschluss von Solarzellenmodulen verwendet, insbesondere einschließlich solcher, die so angeordnet sind, dass sie mehr als 50 Watt elektrische Leistung liefern. Geeigneter Weise können eine oder mehrere dieser elektrischen Verbindungseinheiten auf der Rückseite eines jeden der Module montiert werden, wobei eine Bypassdiode für das Umgehen eines Solarzellenstrings verwendet wird, der multiple Solarzellen, bevorzugt zwischen 18 und 24 Zellen, umfasst. In einem typischen großen 72-Zellen-Modul würden demnach drei Dioden verwendet, jeweils angeordnet um 24 Solarzellen zu umgehen.
Zu diesem Zweck würden die Anoden- und Kathoden-Ausgangsleitungen eines solchen Strings von Solarzellen mit angrenzenden Verbindungsstreifen verbunden, wobei die Anode des Strings mit dem Verbindungsstreifen verbunden würde, der zur Kathode der Diode führt, seine Kathode wäre mit dem mit der Anode dieser Diode assoziierten Verbindungsstreifen verbindbar.
Wenn im Betrieb eine bestimme Diode eine Vorwärts-Vorspannung erhält – was beispielsweise der Fall sein kann, wenn der antiparallel an diese Diode angeschlossene String von Zellen abgeschattet oder nicht ausreichend illuminiert wird –, so fließt Strom über eine Übergangsspannung. Dies verursacht eine Ableitung von Leistung, und somit eine Erzeugung von Wärme. Aufgrund des direkten engen Kontakts zwischen der Diode und der Metallplatte wird ein signifikanten Bruchteil der Wärme an die Metallplatte geleitet. Aufgrund des thermischen Kontakts zwischen der Metallplatte und dem Basisteil kann die Wärme über das Gehäuse und das Modul selbst an die Umgebung abgeführt werden. Ein signifikanter Bruchteil der Wärme in den Metallplatten kann zum Abdeckteil geführt oder abgestrahlt werden, insbesondere wenn der Spalt zwischen der Frontfläche der Metallplatte und der Innenfläche des Abdeckteils gering ist.
Geeigneter Weise sind mehrere Solarzellmodule miteinander in Reihe ver bunden um die Spannung weiter zu erhöhen. Wird das ganze Modul abgeschattet, so würden alle drei Dioden in Vorwärts-Vorspannung betrieben und Wärme würde in jeder von ihnen abgeleitet. Wenn beispielsweise der Betriebsstrom eines solchen Moduls 5 A und die Vorwärtsspannung einer jeden Bypassdiode 0,9 V beträgt, so würde ein Betrag von 4,5 W in jeder Diode abgeleitet, insgesamt 13,5 W. Die Erfindung reicht aus, um diese Wärmemenge aus der elektrischen Verbindungseinheit bei einer Temperatur weit unter der maximalen Betriebstemperatur der Dioden zu abzunehmen.
Ein Prototyp der elektrischen Verbindungseinheit gemäß 1 bis 3 ist unter Verwendung von drei Aluminiumplatten, auf die Schottky-Dioden direkt aufgelötet waren, getestet worden. Ein Strom von 5,6 A verursachte einen Temperaturanstieg von 69°C nach zwei Stunden Betrieb, und von 66°C nach Betrieb über Nacht. Angesichts einer maximalen spezifizierten Betriebstemperatur von 150°C lässt ein solcher Temperaturanstieg unter den meisten Betriebsbedingungen eine ausreichende Sicherheitsmarge, selbst in einer Wüste mit einer Umgebungstemperatur von bis zu 50°C.
Bei einem anderen Test wurde ein Strom von 5,6 A durch einen Prototyp mit Kupferplatten geleitet, auf die die Schottky-Dioden direkt aufgelötet waren. Der Temperaturanstieg betrug in einer 24°C-Umgebung am Übergang 56°C.
Bei wiederum einem weiteren Test wurde ein Strom von 9,8 A durch alle drei auf den Kupferplatten montierten Dioden geleitet. Dies verursachte nach 90 Minuten einen Temperaturanstieg von 70°C.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind vier Metallplatten gleicher Größe vorgesehen, es können aber eine andere Anzahl und/oder andere Größen eingesetzt werden. Die vorstehende Ausführungsform gemäß 1 basiert auf einer Anzahl von Metallplatten, die der Anzahl der Dioden plus eins entspricht.
Da der thermische Kontakt zwischen der Diode und der Metallplatte, an die sie über ihren Oberflächen-montierten ebenen Kontakt angeschlossen ist, im Allgemeinen viel besser ist als der thermische Kontakt zur angrenzenden Metallplatte, mit der ihre Kontaktstreifen verbunden sind, ist der Wärmesenkeneffekt der erstgenannten Metallplatte für jene Diode am entscheidendsten. Aus diesem Grund ist die Rolle der vierten Metallplatte 2d in 1 beim Transport von Wärme geringer als die der anderen drei, und daher kann die Erfindung im Prinzip auch ohne diese vierte Metallplatte oder mit einer vierten Metallplatte reduzierter Größe ausgeführt werden.
Bei einer solchen Ausführungsform entspricht die Anzahl der Metallplatten der Anzahl der Dioden. Ein Beispiel einer solchen, auf drei Dioden basierenden Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Ein Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist, dass der zum Kühlen zur Verfügung stehende Oberflächenbereich auf Basisteil 1 von den drei Metallplatten 2a bis 2c voll genutzt werden kann, die ihn am meisten benötigen. Die vierte Metallplatte, entsprechend der Metallplatte 2d in 1, kann durch eine viel kleinere Metallplatte 11 oder durch einen Draht oder einen Stab ersetzt werden, der nur elektrisch leitend sein muss.
Wie in 1 und 4 zu sehen, teilen sich die erste und zweite Diode 3a und 3b zu ihrer Kühlung die zweite Metallplatte 2b. Ebenso teilen sich die zweite und dritte Diode 3b und 3c die dritte Metallplatte 2c. Bei wiederum einer weitern Ausgestaltung können kleinere Module mit weniger Strings, wie beispielsweise ein 36-Zellen-Modul mit zwei Strings, ein Zwei-Dioden-Aufbau, ausreichen, wovon ein Beispiel in 5 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform wurde die zweite Diode 3b der frühem Ausführungsformen durch Jumperverbindung 14 ersetzt, die eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten und dritten Metallplatte 2b und 2c herstellt. Alternativ können zwei Dioden mit zwei oder drei Metallplatten verwendet werden.
Für Fachmann ist selbstverständlich, dass dieselben Prinzipien bei einer nur eine Bypassdiode umfassenden Verbindungseinheit angewendet werden können. In diesem Fall kann eine einzige Metallplatte ausreichen.
6 stellt schematisch eine wiederum weitere Ausführungsform dar, wobei die Vorteile der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden. Insbesondere bezogen auf die Ausführungsform gemäß 1 sind die zweite Diode 3b durch eine Jumperverbindung 14, und die zweite und vierte Metallplatte 2b und 2d durch die kleineren Metallplatten 11' bzw. 11 ersetzt worden. Der verfügbare Oberflächenbereich auf der Basisplatte 1 ist durch größere erste und dritte Metallplatten 2a und 2c besetzt worden.
Das Abdeckteil (nicht dargestellt) kann bei jeder der alternativen Ausführungsformen gemäß 4 bis 6 dasselbe wie das unter Bezug auf 2 und 3 in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß 1 beschriebene sein.
Das Gehäuse kann aus einem hitzebeständigen Kunststoffmaterial hergestellt sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, eines oder mehrere der folgenden: Polyphenylenether, Polyetherimid, Polykarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat/ABS-Elends, auf Poly buthylenterephtalat basierendes Polyesterharz, oder ähnliche Kunststoffe. Diese Kunststoffe sind beispielsweise bei GE Plastics kommerziell erhältlich. Ein thermisch leitender, elektrisch isolierender Kunststoff wie beispielsweise Polyphenylensulfid wäre besonders geeignet.
Am Abdeckteil des Gehäuses können zusätzliche Wärmeübertragungsrippen vorgesehen werden, um die Wärmeübertragung vom Gehäuse an die Umgebung zu verbessern.
Bei jeder der vorgestellten Ausführungsformen decken die Metallplatten kumulativ mehr als 50% des Innenflächenbereichs des Basisteils ab.
Es ist festgestellt worden, dass ein Gesamtbereich von mehr als 5 cm² pro Ampere des antizipierten Diodenstroms bevorzugt wird, um die Wärmeübertragung ausreichend zu ermöglichen. Es gibt keine Obergrenze für den Bereich pro Ampere, jedoch ist festgestellt worden, dass für die meisten Anwendungen ca. 10 cm²/A, oder zwischen 5 und 20 cm²/A, zweckmäßig ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden drei Dioden verwendet, jedoch kann die Erfindung auch unter Nutzung nur einer Diode, oder zwei, oder vier oder mehr Dioden ausgestaltet werden.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Art der verwendeten Diode, jedoch bieten einige Arten bestimmte Vorteile, die zur Erfindung in Bezug stehen. So werden beispielsweise ebene Dioden gegenüber Axialdioden bevorzugt, da bei Axialdioden die thermische Kühlung des Übergangs durch die Wärmeübertragung durch die axialen Drähte erheblich eingeschränkt ist.

Claims

Elektrische Verbindungseinheit zum elektrischen Anschließen an eine oder mehrere Solarzellen, die folgendes umfasst: – ein Gehäuse; – mindestens eine in dem Gehäuse untergebrachte Bypassdiode; – Eingangs- und Ausgangsleitungen; und – mindestens eine in dem Gehäuse untergebrachte Metallplatte; wobei die mindestens eine Metallplatte – in elektrisch leitendem Kontakt mit einer der Eingangs- oder Ausgangsleitungen, – in elektrisch und thermisch leitendem Kontakt mit der mindestens einen Bypassdiode, und – in thermisch leitendem Kontakt mit dem Gehäuse ist.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei im Betrieb in der mindestens einen Diode erzeugte Wärme über die thermische Leitung durch die mindestens eine Metallplatte und das Gehäuse an eine Umgebung übertragbar ist.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Bypassdiode eine ebener Art ist, mit einem ebenen Kontakt, wobei der ebene Kontakt mit der mindestens einen Metallplatte eng verbunden ist.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Bypassdiode eine Schottky-Diode umfasst.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei der elektrisch und thermisch leitende Kontakt zwischen der mindestens einen Metallplatte und der mindestens einen Bypassdiode eine gelötete Verbindung, und/oder eine hartgelötete Verbindung, und/oder eine geschweißte Verbindung, und/oder eine geklebte Verbindung umfasst.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei der elektrisch und thermisch leitende Kontakt zwischen der mindestens einen Metallplatte und der mindestens einen Bypassdiode eine gelötete Verbindung, und/oder eine hartgelötete Verbindung, und/oder eine geschweißte Verbindung umfasst.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Metallplatte eine Frontfläche und eine Rückfläche umfasst, und wobei die mindestens eine Bypassdiode direkt angeschlossen ist an die mindestens eine Metallplatte auf der Frontfläche, wobei der überwiegende Teil eines Oberflächenbereichs der Rückfläche sich in einem anstoßenden mechanischen Kontakt mit dem Gehäuse befindet.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 7, wobei eine der Frontfläche der Metallplatte zugewandte Seite des Gehäuses eine Innenfläche umfasst, in der zur Aufnahme der mindestens einen Bypassdiode ein Innen-Rücksprung vorgesehen ist.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, die zusätzlich zu der mindestens einen Metallplatte mindestens eine zweite Metallplatte umfasst, und bei der die mindestens eine Bypassdiode einen anodenseitigen Kontakt und einen kathodenseitigen Kontakt umfasst, wobei die mindestens eine Bypassdiode über einen ihrer anodenseitigen und kathodenseitigen Kontakte an die mindestens eine Metallplatte ange schlossen ist, und die mindestens eine Bypassdiode über den anderen ihrer anodenseitigen und kathodenseitigen Kontakte an die mindestens zweite Metallplatte angeschlossen ist.
Elektrische Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere der Eingangs- und Ausgangsleitungen ein Metallband umfassen.