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Die Erfindung betrifft ein Befestigungsmodul zur Sicherung zumindest eines Solarmoduls vor Diebstahl gemäß dem Patentanspruch 1.
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In den vergangenen Jahren hat sich das Investitionsvolumen in alternative Energien, insbesondere die Solartechnik stark erhöht. Zur Erzeugung von Solarenergie ist die Bereitstellung einer Solaranlage erforderlich, die insbesondere eine Vielzahl von Solarmodulen aufweist. Die Bereitstellung derartiger Solarmodule ist aufgrund deren hohen Anzahl äußerst kostenintensiv.
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Der technische Aufbau und die Funktionsweise derartiger Solarmodule sind hinreichend bekannt. Insbesondere sind diese plattenförmig ausgebildet und werden vorzugsweise auf Dächern oder freistehenden gerüstartigen Befestigungsvorrichtungen fest oder beweglich montiert. Die vorzugsweise rechteckförmigen Solarmodule werden hierbei lediglich auf ein aus Profilschienenelementen aufgebautes Grundgerüst aufgeschraubt. Dies ermöglicht nahezu jedem beliebigen Dritten eine technisch einfache und schnelle Demontage der Solarmodule und somit unerlaubtes Entwenden dieser. Durch derartige in der jüngsten Vergangenheit ständig zunehmende Diebstähle entsteht häufig ein beträchtlicher finanzieller Schaden.
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Um den Diebstahl derartiger Solarmodule zu erschweren, sind bereits unterschiedliche Sicherungskonzepte vorgeschlagen worden, und zwar angefangen von mechanischen Sicherungslösungen bis hin zu komplexen elektronischen Sicherungssystemen. Derartige Sicherungskonzepte sind jedoch häufig kostenintensiv und technisch aufwendig zu realisieren oder ineffizient. Insbesondere die Nachrüstung bereits bestehender Solaranlagen mit aus dem Stand der Technik bekannten Sicherungssystemen ist häufig mit einem erheblichen Umrüstaufwand verbunden.
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So ist beispielsweise der Druckschrift (
DE 38 15 691 C2 ) bereits eine Sicherheitsalarmvorrichtung zur Sicherung von Solarmodulen gegen Diebstahl zu entnehmen, welche zusätzlich eine Überwachung des jeweiligen Solarmoduls auf dessen einwandfreien Betriebs ermöglicht. Das mehrere Solarzellen umfassende Solarmodul ist über eine als Standortsicherung dienende Erdleitung geerdet und mit einer Senderleitung mit einem Einzelsender verbunden, der an einen als Alarmzentrale ausgebildeten Empfänger ein gepulstes Ruhesignal abgibt. Hierbei können einem Empfänger mehrere Einzelsender zugeordnet sein. Alarm wird ausgelöst, sobald der Empfänger nicht mehr das gepulste Ruhesignal des Einzelsenders empfängt, was als Ursache entweder die Unterbrechung der als Standortsicherung dienenden Erdleitung oder die Unterbrechung der Senderleitung haben kann. Nachteilig ist die aufgezeigte Diebstahlsicherung konstruktiv aufwendig und weist einen hohen Energieverbrauch auf.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungsmodul zur Sicherung zumindest eines Solarmoduls vor Diebstahl anzugeben, welche technisch einfach und kostengünstig realisierbar sind, insbesondere zur Nachrüstung von bereits bestehenden Solaranlagen geeignet sind. Die Erfindung wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Befestigungsmoduls ist darin zu sehen, dass das Befestigungsmodul zumindest einen ersten und zweiten Schenkelabschnitt und einen diese miteinander verbindenden Verbindungsabschnitt aufweist, wobei an den freien Enden des ersten und zweiten Schenkelabschnittes ein nach außen senkrecht wegstehender erster und zweiter Befestigungsabschnitt vorgesehen ist, welcher jeweils eine Seite der zumindest zwei Solarmodule umgreift, dass zumindest ein Flächenabschnitt des Befestigungsmoduls mit zumindest einer Seite der beiden Solarmodule in Kontakt steht, dass das Befestigungsmodul an den Kontaktstellenzumindest ein Mikroschalterelement aufweist, wobei bei Unterbrechung des Kontaktes zwischen dem jeweiligen Solarmodul und dem Befestigungsmodul über das Mikroschalterelement ein Alarmsignal und/oder eine Alarminformation erzeugt wird. Besonders vorteilhaft ist das Befestigungsmodul bei bereits bestehenden Solaranlagen einsetzbar. Zum Nachrüsten der Solaranlage mit dem erfindungsgemäßen Sicherungskonzept ist es lediglich erforderlich, die zur Befestigung der Solarmodule an den Profilschienenelementen vorgesehenen Befestigungsmittel durch die erfindungsgemäßen Befestigungsmodule zu ersetzen.
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Weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, insbesondere ein in das Befestigungsmodul integriertes Überwachungs- und Messmodul ist den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mittels Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 beispielhaft eine schematische Draufsicht auf das Solarfeld einer Solaranlage,
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2 beispielhaft eine Rückansicht eines Solarmoduls,
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3 beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines Solarmoduls mit integrierter Anschlusseinheit,
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4 beispielhaft ein Befestigungsmodul zur Befestigung zumindest zweier Solarmodule an einem Profilschienenelement,
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5 beispielhaft eine Draufsicht auf das Befestigungsmodul gemäß 4,
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6 beispielhaft den schaltungstechnischen Aufbau einer Anschlusseinheit eines Solarmoduls und
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7 beispielhaft eine in einem Gebäude installierte Solaranlage mit Wechselrichtereinheit und zentralen Überwachungssystem.
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In 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Solarfeld 1 einer Solaranlage 2 beispielhaft dargestellt. Das Solarfeld 1 besteht hierbei aus einer Vielzahl von rechteckförmigen Solarmodulen 3, die in einer bevorzugten Ausführungsform matrixartig angeordnet sind, d. h. mehrere parallel zueinander angeordnete Solarmodule 3 können jeweils eine Modulreihe ausbilden und zumindest zwei dieser Modulreihen können wiederum parallel zueinander angeordnet sein. Ein Solarmodul 3 weist ein rahmenartiges Gehäuse bestehend aus mehreren Seiten 3', 3'', 3''', 3'''' auf.
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Zur Befestigung der Solarmodule 3 sind beispielsweise einzelne Profilschienenelemente 8 vorgesehen, welche ein Trägergerüst bilden (in den Figuren nicht explizit dargestellt). Die Solarmodule 2 sind mit ihrer Rückseite 3' auf zumindest zwei parallel zueinander angeordneten Profilschienelementen 8 beispielsweise mittels Befestigungsmodulen 7 montiert.
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Die Solarmodule 3 weisen an ihrer Vorderseite 3'' eine Vielzahl von in Reihe bzw. parallel geschalteter Solarzellen 3.1–3.n zur Erzeugung von elektrischen Gleichstrom I bzw. einer elektrischen Gleichspannung U auf, wobei der von diesen erzeugte elektrische Gleichstrom I innerhalb des Solarmoduls 3 an eine gemeinsame Gleichstromleitung GSL angelegt wird, die über die Rückseite 3' des Solarmoduls 3 nach außen und an zumindest eine Anschlusseinheit 4 geführt wird. Hierbei kann die Anschlusseinheit 4 herstellerabhängig sowohl als Steckermodul oder als Gehäusemodul mit integriertem Steckermodul ausgebildet sein. Zum Einbinden eines Solarmoduls 3 in eine Solaranlage 2 wird das Solarmodul 3 jeweils über eine mit der Anschlusseinheit 4 zusammenwirkendes Anschlussmodul (nicht in den Figuren dargestellt) an zwei Übertragungsleitungen UL angeschlossen.
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Die Anschlusseinheit 4 besteht beispielsweise aus einem Gehäuse 4.1 zur Aufnahme der Gleichstromleitung GSL sowie weiterer elektronischer Bauelemente, beispielsweise Dioden etc. und zumindest ein erstes und zweites Anschlusselement 4.2, 4.2' zur Abgabe des erzeugten Gleichstroms I über ggf. ein Anschlussmodul oder direkt an die Übertragungsleitung UL, über welche der erzeugte Gleichstrom I an eine Wechselrichtereinheit WE zur Umwandlung in Wechselstrom übertragen wird.
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In 2 ist beispielhaft eine schematische Ausschnittsdarstellung der Rückseite 3' eines Solarmoduls 3 dargestellt, welches eine als Steckermodul oder Gehäusemodul ausgebildete Anschlusseinheit 4 aufweist. Die Gleichstromleitung GSL wird hierbei vorzugsweise über zwei Öffnungen in der Rückseite 3' des Solarmoduls 3 nach außen und anschließend über zwei weitere Öffnungen in das Gehäuseinnere der Anschlusseinheit 4 geführt.
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Das Gehäuse 4.1 der Anschlusseinheit 4 ist beispielsweise im Querschnitt rechteckförmig oder quadratisch ausgebildet und weist mehrere Flächenabschnitte 4', 4'', 4''', 4'''' auf. Die Anschlusseinheit 4 ist beispielsweise mit dem die Unterseite des Gehäuses 4.1 bildenden Flächenabschnitt 4' an der Rückseite 3' des Solarmoduls 3 fest oder lösbar befestigt. Das Gehäuse 4.1 kann beispielsweise auf der Rückseite 3' aufgeklebt und/oder mit dieser verschraubt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gehäuse 4.1 der Anschlusseinheit 4 beispielsweise in einer in der Rückseite 3' des Solarmoduls 3 vorgesehenen Ausnehmung 5 aufgenommen. Unabhängig von der gewählten Befestigungsart steht das Gehäuse 4.1 der Anschlusseinheit 4 mit zumindest einem ihrer Flächenabschnitte 4', 4'', 4''', 4'''' in unmittelbarem Kontakt mit einer Seite 3', 3'', 3''', 3'''' des Solarmoduls 3. In 3 ist beispielhaft eine schematische Schnittdarstellung des in 2 dargestellten Solarmoduls 2 dargestellt. Hierbei steht der die Unterseite bildende Flächenabschnitt 4' des Gehäuses 4.1 in Kontakt mit dem Rückseite 3' des Solarmoduls 3.
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Zur Herstellung einer Diebstahlsicherung weist der in Kontakt mit der Rückseite 3' des Solarmoduls 3 stehende Flächenabschnitt 4' des Gehäuses 4.1 der Anschlusseinheit 4 an einer Kontaktstelle KS zumindest ein Kontaktelement 6 auf, über welches bei einem bestehenden Kontakt beispielsweise ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird. Das Kontaktelement 6 kann hierzu beispielsweise als Mikroschalterelement MS ausgebildet sein, das gemäß 3 an der Kontaktstelle KS zwischen Anschlusseinheit 4 und Rückseite 3' des Solarmoduls 3 angeordnet ist.
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Beim Öffnen des Mikroschalterelementes MS bedingt durch ein gewaltsames Entfernen der als Gehäusemodul ausgebildeten Anschlusseinheit 4 von der Rückseite 3' des Solarmoduls 3 wird der durch das Mikroschalterelement MS hergestellte Kontakt unterbrochen und ausgehend hiervon ein Alarmsignal bzw. eine Alarminformation AI abgegeben. Zur Abgabe des Alarmsignals bzw. der Alarminformation AI weist die Anschlusseinheit 4 optional neben dem ersten und zweiten Anschlusselement 4.2, 4.2' ein drittes und viertes Anschlusselement 4.3, 4.3' auf, an welche beispielsweise zumindest eine Alarmleitung AL oder ein Sendemodul (nicht in den Figuren dargestellt) anschließbar sind.
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Die Alarmleitung AL kann beispielsweise durch zwei elektrische Verbindungskabel gebildet sein, über welche sämtliche Kontaktelemente 6 bzw. Mikroschalterelemente MS einer Solaranlage 2 in Serie geschaltet werden. Wird eines der Kontaktelemente 6 bzw. Mikroschalterelemente 6 ausgelöst, so wird beispielsweise in ein entfernt vom Solarfeld 1 angeordneten zentralen Überwachungseinheit ZUE das Vorliegen eines Alarmsignals bzw. einer Alarminformation AI beispielsweise mittels programmtechnischer Mittel detektiert und vorgegebene Alarmmaßnahmen eingeleitet.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 und 5 ist das erfindungemäße Kontaktelement 6 in ein Befestigungsmodul 7 zur Befestigung der Solarmodule 3 an beispielsweise einem Profilschienenelement 8 des Trägergerüsts integriert, und zwar an dem mit zumindest einer Seite 3', 3'', 3''', 3'''' des Solarmoduls 3 in Kontakt stehenden Flächenabschnitt 7', 7'', 7''' des Befestigungsmoduls 7.
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Beim gewaltsamen oder unberechtigten Entfernen des Befestigungsmoduls 7 von dem Profilschienenelement 8 wird wiederum der über das Kontaktelement 6 der in einer Kontaktstelle KS' hergestellte Kontakt geöffnet und hierdurch beispielsweise ein elektrischer Stromkreis unterbrochen, wodurch ein Alarmsignal bzw. eine Alarminformation AI abgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist die beschriebene Variante auch bei bereits bestehenden Solaranlagen 2 mit einem bereits aufgebauten Solarfeld 1 einsetzbar. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die zur Befestigung der Solarmodule 3 an den Profilschienenelementen 8 vorgesehenen Befestigungsmittel durch die erfindungsgemäßen Befestigungsmodule 7 zu ersetzen.
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Zur Befestigung von zwei oder vier Solarmodulen 3 können beispielsweise in einem Befestigungsmodul 7 jeweils ein Kontaktelement 6 pro Solarmodul 3, d. h. zwei bzw. vier Kontaktelemente 6 vorgesehen werden, welche wiederum als Mikroschalterelemente 6MS ausgebildet werden. Dadurch wird der Nachrüstaufwand nochmals erheblich reduziert. Ein beispielsweise vier Kontaktelemente 6 bzw. Mikroschalterelemente MS aufweisendes Befestigungsmodul 7 wird vorzugsweise im Kreuzungspunkt der Eckbereiche der rechteckförmigen Solarmodule 3 vorgesehen, wodurch besonders vorteilhaft mittels eines Befestigungsmoduls 7 vier Solarmodule 3 überwacht werden können.
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Das Befestigungsmodul 7 ist beispielsweise im Querschnitt U-förmig ausgebildet und weist mehrere Flächenabschnitte 7', 7'', 7''' auf, und zwar besteht das Befestigungsmodul 7 aus einem ersten und zweiten Schenkelabschnitt 7.1, 7.2 und einem diese miteinander verbindenden Verbindungsabschnitt 7.3. An den freien Enden des ersten und zweiten Schenkelabschnittes 7.1, 7.2 ist ein nach außen senkrecht wegstehender erster und zweiter Befestigungsabschnitt 7.1', 7.2' vorgesehen, welcher den Randbereich der Längsseiten 3''', 3'''' der Solarmodule 3 umgreift. Im Verbindungsabschnitt 7.3 der Befestigungsvorrichtung 7 ist beispielsweise eine Bohrung 7.4 vorgesehen, durch welche ein lösbares Befestigungsmittel 9, beispielsweise eine Schraube zur Befestigung der Befestigungsvorrichtung 7 an dem Profilschienenelement 8 geführt wird.
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Die beiden als Mikroschalterelemente MS ausgebildeten Kontaktelemente 6, 6' sind hierbei beispielhaft in den ersten und zweiten Schenkelabschnitten 7.1, 7.2 der Befestigungsvorrichtung 7 integriert, welche im montierten Zustand mit den Längsseiten 3''', 3'''' der Solarmodule 3 in Kontakt stehen. Die Kontaktelemente 6, 6' sind wiederum an eine Alarmleitung AL zur Übertragung des Alarmsignals bzw. der Alarminformation AI angeschlossen.
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In 6 ist beispielhaft in einem schematischen Blockschaltbild der schaltungstechnische Aufbau einer als Gehäusemodul oder Steckermodul ausgebildeten Anschlusseinheit 4 dargestellt, welche um ein integriertes Überwachungs- und Messmodul ME erweitert ist. Die dargestellte Überwachungs- und Messmodul ME kann ebenso in das zuvor beschriebene Befestigungsmodul 7 integriert werden. Optional kann das Überwachungs- und Messmodul ME bereits bei der Herstellung derartiger Solarmodule 3 in aus dem Stand der Technik bekannte Anschlusseinheiten 4 integriert werden.
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Die beiden elektrischen Verbindungskabel der aus dem Solarmodul 3 nach außen geführten Gleichstromleitung GSL sind mit dem ersten und zweiten Anschlusselementen 4.2, 4.2' der Anschlusseinheit 4 verbunden. Beispielsweise ist das den + Pol führende elektrische Verbindungskabel der Gleichstromleitung GSL über das Überwachungs- und Messmodul ME zum ersten Anschlusselement 4.2 geführt und das den – Pol führende elektrische Verbindungskabel der Gleichstromleitung GSL mit dem Überwachungs- und Messmodul ME sowie mit dem zweiten Anschlusselement 4.2' der Anschlusseinheit 4 verbunden.
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Analog zu der in 3 dargestellten Ausführungsform ist in der Anschlusseinheit 4 ein Kontaktelement 6 vorgesehen, dessen Ein- und Ausgang 6.1, 6.2 beispielsweise über Verbindungsleitungen mit dem Überwachungs- und Messmodul ME verbunden sind. In der dargestellten Ausführungsform ist das Kontaktelement 6 als Mikroschalterelement MS ausgebildet, welches im montierten Zustand einen geschlossenen Stromkreis ausbildet.
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Ferner weist die Mess- und Überwachungseinheit ME eine Speichereinheit SE und einen Messschaltkreis MEK auf, über welchen der erzeugte Gleichstrom I und/oder die zwischen den ersten und zweiten Anschlusselementen 4.2, 4.2' anliegende Gleichspannung U und/oder die vom Solarmodul 3 abgegebene elektrische Leistung P erfasst bzw. ermittelt werden kann. Zusätzlich kann der Messschaltkreis MEK mit einem im oder am Solarmodul 3 vorgesehenen Temperatursensor TS verbunden sein und somit über den Messschaltkreis MEK die Temperatur T des Solarmoduls 3 gemessen werden. Darüber hinaus können über den Messschaltkreis MEK der durch die einzelnen Solarzellen 3.1–3.n eines Solarmoduls 3 erzeugte Gleichstrom I, die erzeugte Gleichspannung U und/oder die jeweils abgegebene elektrische Leistung P beispielsweise zellenweise erfasst werden. Alternativ können auch der von einer Serien- oder Parallelschaltung mehrer Solarzellen 3.1–3.n erzeugte Gleichstrom I, die erzeugte Gleichspannung U und/oder die jeweils abgegebene elektrische Leistung P ermittelt werden. Besonders vorteilhaft können auch weitere physikalische Messgrößen wie beispielsweise der Widerstand oder die Temperatur einer oder mehrerer Solarzellen 3.1–3.n bestimmt werden, welche in Form von Messdaten einem zentralen Überwachungssystem ZUE zur Verfügung gestellt werden.
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Die erfassten Messdaten wie Strom I, Spannung U, Leistung P und/oder Temperatur T können in der Speichereinheit SE gespeichert werden und beispielsweise über ein fünftes und sechstes Anschlusselement 4.4, 4.4' an eine Datenleitungen DL geführt werden, über welche diese an das zentrale Überwachungssystem ZUE übertragen werden. Den Messdaten eines Solarmoduls 3 kann jeweils eine Kennung zugeordnet werden, mittels der eine eindeutige Zuordnung der im zentralen Überwachungssystem ZUE empfangen Messdaten zu den unterschiedlichen Solarmodulen 3 einer Solaranlage 2 möglich wird.
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Zur Übertragung und Überwachung der Vielzahl an Messdaten können geeignete Bussysteme Anwendung finden.
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Alternativ kann die Übertragung der Messdaten und/oder des Alarmsignals bzw. der Alarminformation AI über eine Luftschnittstelle oder eine optische Übertragungsschnittstelle erfolgen. Hierzu können unterschiedliche Übertragungsverfahren wie GPRS oder WLAN oder ein kapazitives Einkopplungsverfahren verwendet werden.
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Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils ein Solarmodul 3 einer Solaranlage 2 mit einem Sendemodul zum Senden der Messdaten über eine Luftschnittstelle oder eine kapazitive Schnittstelle versehen. Über ein im zentralen Überwachungssystem ZUE vorgesehenes zugehöriges Empfangsmodul werden die gesendeten Daten empfangen und weiterverarbeitet. Die Übertragung des erzeugten elektrischen Gleichstromes I an die Wechselrichtereinheit WE erfolgt nach wie vor über die vorgegebenen Übertragungsleitungen UL.
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Das erste bis sechste Anschlusselemente 4.2, 4.2', 4.3, 4.3', 4.4, 4.4' können beispielsweise als Anschlussbuchsen, Anschlussstecker oder Anschlussklemmen ausgebildet sein.
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Ferner kann an einem Solarmodul 3 jeweils ein akustisches oder optisches Alarmelement (nicht in den Figuren dargestellt) vorgesehen sein, über das über das Kontaktelement 6 erzeugtes Alarmsignal bzw. Alarminformation AI ausgegeben wird.
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Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen des Erfindungsgegenstandes möglich sind, ohne diesen zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solarfeld
- 2
- Solaranlage
- 3
- Solarmodule
- 3.1–3.n
- Solarzellen
- 3'
- Rückseite
- 3''
- Vorderseite
- 3''', 3''''
- Längsseiten
- 4
- Anschlusseinheit
- 4.1
- Gehäuse
- 4', 4'', 4''', 4''''
- Flächenabschnitte
- 4.2
- erstes Anschlusselement
- 4.2'
- zweites Anschlusselement
- 4.3
- drittes Anschlusselement
- 4.3'
- viertes Anschlusselement
- 4.4
- fünftes Anschlusselement
- 4.4'
- sechstes Anschlusselement
- 5
- Ausnehmung
- 6, 6'
- Kontaktelement
- 6.1
- Eingang
- 6.2
- Ausgang
- 7
- Befestigungsmodul
- 7', 7'', 7'''
- Flächenabschnitte
- 7.1
- erster Schenkelabschnitt
- 7.2
- zweiter Schenkelabschnitt
- 7.3
- Verbindungsabschnitt
- 7.1'
- erster Befestigungsabschnitt
- 7.2'
- zweiter Befestigungsabschnitt
- 7.4
- Bohrung
- 8
- Profilschienenelement
- 9
- Befestigungsmittel
- 10
- Bohrung
- AL
- Alarmleitung
- DL
- Datenleitung
- GLS
- Gleichstromleitung
- I
- Gleichstrom
- ME
- Mess- und Überwachungsmodul
- MEK
- Messelektronikmodul
- MS
- Mikroschalterelement
- P
- elektrische Leistung
- SE
- Speichereinheit
- T
- Temperatur
- TS
- Temperatursensor
- U
- Gleichspannung
- UL
- Übertragungsleitung
- WE
- Wechselrichtereinheit
- ZUE
- zentrales Überwachungssystem
