DE102007027159A1

DE102007027159A1 - Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE102007027159A1
Application number: DE102007027159A
Authority: DE
Inventors: Hans Brandner; Thomas Ludwig; Gerit Erbeck; Rupert Kogler; Werner Pätz; Helmut Teschner; Sven Vilsmayer
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul für die Photovoltaik mit einem Rahmen aus einem Kunststoffmaterial, mindestens einem Verstärkungselement, das zumindest teilweise in dem Kunststoffmaterial eingebettet ist, mindestens einer Freilaufdiode und einer Wärmebrücke, die die mindestens eine Freilaufdiode mit dem mindestens einen Verstärkungselement thermisch koppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul.
Solarzellenmodule, auch als Solargeneratoren bezeichnet, werden zum Gewinnen von elektrischer Energie durch Umwandeln der Sonneneinstrahlung auf Hausdächern, Fassaden oder Freiflächen verwendet. Die vorgefertigten Solarzellenmodule beinhalten mehrere Solarzellen, ein oder mehrere externe Anschlüsse und einen Rahmen zum Kapseln des Solarzellenmoduls.
Die Solarzellenmodule werden zu größeren Einheiten zusammengeschaltet und üblicherweise auch mit einem Energiespeicher, z. B. einer Batterie verbunden. Bei einer Verschattung eines einzelnen oder aller Solarzellenmodule fließt ein Strom aus dem Energiespeicher bzw. dem nicht-verschatteten Solarzellenmodule in das verschattete Solarzellenmodul. Dies führt zu Energieverlusten und gegebenenfalls auch zu Beschädigungen der Solarzellenmodule. Ein derartig rückfließender Strom wird durch so genannte Sperrdioden verhindert, die in die Anschlussbereiche der einzelnen Solarzellenmodule integriert sind.
In den Sperrdioden besteht bedingt durch den Spannungsabfall über die Freilaufdiode und den durch die Solarzellenmodule generierten Strom eine erhebliche Verlustleistung. Die Verlust leistung wird als Wärme an die Umgebung abgegeben. Um andererseits die Sperrdioden vor Wettereinflüssen, insbesondere einer Korrosion durch Wasser zu schützen, sind die Sperrdioden in dem Rahmen eingebettet. Übersteigt die in den Sperrdioden abgegebene Verlustleistung einen kritischen Wert, kann dies zu Bränden oder Schmorbränden des Rahmens führen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Wärmabfuhr für die Verlustleistung der Bypassdiode zu gewährleisten.
Die oben stehende Aufgabe wird durch das elektrische Verbindungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Hierzu ist ein Solarzellenmodul für die Photovoltaik vorgesehen, mit einem Rahmen aus einem Kunststoffmaterial, mindestens einem metallischen Verstärkungselement, das zumindest teilweise in dem Kunststoffmaterial eingebettet ist, mindestens einer Freilaufdiode und einer Wärmebrücke, die die mindestens eine Freilaufdiode mit dem mindestens einen Verstärkungselement thermisch koppelt.
Die Verwendung zusätzlicher metallischer Verstärkungselemente in dem Rahmen schafft einerseits eine mechanische Stabilisierung des Solarzellenmoduls und wird andererseits zum Verteilen der Verlustleistung über eine größere Oberfläche verwendet.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen angegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Wärmebrücke ein Klemmelement zum Fixieren der Freilaufdiode.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Verstärkungselement vollständig in den Kunststoff eingebettet. Eine Korrosion des Verstärkungselements kann somit verhindert werden.
Gemäß einer Weiterbildung umschließt das metallische Verstärkungselement einen Hohlraum und die Freilaufdiode ist innerhalb des Hohlraums angeordnet. Die Freilaufdiode ist somit mechanisch und gegenüber anderen Umwelteinflüssen durch das metallische Verstärkungselement geschützt.
Das Kunststoffmaterial kann Polyurethan oder einen anderen aufschäumbaren Kunststoff aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und einer Zeichnung beispielhaft erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine erste Ausführungsform eines Solarzellenmoduls;
2 eine Detailansicht der ersten Ausführungsform aus 1;
3 eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsform; und
4 eine Detailansicht einer vierten Ausführungsform.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Solarzellenmoduls 1. Das Solarzellenmodul weist mehrere einzelnen Solarzellen 2 auf, die typischerweise in Reihen und Spalten angeordnet sind. Eine elektrische Umverdrahtung, nicht dargestellt, verbindet die einzelnen Solarzellen 2 zu einer größeren elektrischen Einheit. Die Solarzellen können in Se rie, parallel oder gemischt in Serie und parallel geschaltet sein.
Ein Rahmen 3, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, umgibt den Verbund aus Solarzellen 2. An der Oberseite ist das Solarzellenmodul 1 durch eine Glasscheibe, eine transparente Kunststoffscheibe (z. B. eine Plexiglasscheibe), etc. begrenzt.
Ein Schnitt durch den Rahmen, angedeutet durch den Kreis A ist in 2 in größerem Detail dargestellt.
Unterhalb der Glasplatte 4 sind die Solarzellen 5 angeordnet. Die einzelnen Solarzellen untereinander können über Sperrdioden 8 miteinander verkoppelt werden. Zweckmäßigerweise sind mehrere Solarzellen 5 zu einer Gruppe zusammengefasst und mit einer nächsten Gruppe von Solarzellen 5 über die Freilaufdiode 8 miteinander elektrisch verbunden. Im Minimum weist das Solarzellenmodul 1 eine Freilaufdiode im Anschlussbereich zur externen Kontaktierung des Solarzellenmoduls auf.
Die Sperrdioden 8 sind derart geschaltet, dass der Strom von einer beleuchteten Solarzelle abfließen aber kein Strom in die Solarzelle fließen kann.
Im Betrieb fließt durch die Freilaufdiode 8 ein Strom. Bedingt durch den typischen Spannungsabfall über den Sperrdioden im Bereich zwischen 0,3 und 0,7 Volt entsteht hierbei an jeder Freilaufdiode 8 eine erhebliche Wärmeentwicklung durch die Verlustleistung. In der vorliegenden Ausführungsform ist vorgesehen, unterhalb den Solarzellen 5 oder dem Solarzellenlaminat eine metallische Verstrebung 7 oder metallisches Verstärkungselement anzubringen. Über eine Wärmebrücke, z. B. durch einen metallischen Klip, ist die Freilaufdiode 8 thermisch mit der metallischen Verstrebung 7 verbunden. Die Abwärme der Freilaufdiode 8 wird somit über die gesamte Fläche der metallischen Verstrebung 7 oder dem metallischen Verstärkungselement verteilt. Eine lokale Erhitzung z. B. des Rahmens 3 wird somit unterbunden.
Die metallische Verstrebung 7 ist zum Teil in dem Rahmen 3 eingebettet und dient als zusätzliches mechanisches Stabilisierungselement.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform bildet das U-förmig ausgebildete Verstärkungselement 7 zusammen mit dem Solarlaminat einen Hohlraum. Die Freilaufdiode 8 ist somit vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor korrodierenden Umwelteinflüssen, wie Regen oder Feuchtigkeit geschützt. Eine entsprechende Versiegelung kann zusätzlich auf dem metallischen Verstärkungsrahmen 7 aufgebracht werden.
Eine zweite Ausführungsform ist in 3 in einer Detailansicht dargestellt. Ein Rahmen 16 umgibt das Solarzellenmodul analog zu der Darstellung in 1. Von dem Rahmen 16 vollständig umschlossen ist ein metallisches Verstärkungselement 17 in dem Rahmen angeordnet. Das Verstärkungselement 17 kann wie in 3 dargestellt ein U-förmiges Profil aufweisen. Andere Profile, z. B. T-förmig, L-förmig etc. können ebenfalls verwendet werden. Eine Freilaufdiode 18 ist in dem von dem Verstärkungselement 17 gebildeten Hohlraum angeordnet. Eine thermische Kopplung zwischen der Freilaufdiode 18 und dem Verstärkungselement 17 ist vorgesehen. Diese thermische Verbindung kann durch einen Klip, Ankleben mittels thermisch leitfähigen Kunststoff, Silikon, etc. gebildet werden.
Eine Wartung der Freilaufdiode 18 wird dadurch ermöglicht, dass in dem Rahmen 16 eine schließbare Öffnung vorgesehen ist. In dieser Öffnung ist ein Deckel 19 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform schließt der Deckel 19 das U-förmige Profil des Verstärkungselements 17 zu einem länglichem Hohlraum ab.
Eine dritte Ausführungsform ist in einer Detailansicht in 4 dargestellt. Der Rahmen 26 ist profiliert. Der Rahmen 26 sei hier metallisch, kann aber auch einen Kunststoff enthalten. In dem dargestellten Beispiel weist der Rahmen 26 einen U-förmigen Querschnitt auf. Die Unterseite des U-förmigen Querschnitts wird durch einen beispielsweise metallischen Deckel 27 abgeschlossen. Der metallische Deckel 27 bildet zugleich ein zusätzliches Verstärkungselement und erhöht die mechanische Steifigkeit und Tragfähigkeit des Rahmens 26. Der Deckel 27 deckt den Rahmen ab und dient dem Schutz der darin angeordneten Sperrdiode 28. Der Deckel 27 kann durch Klemmelemente, Schrauben etc. an dem profilierten Rahmen 26 befestigt sein, so dass er abnehmbar ist.
Innerhalb des von dem metallischen Deckel 27 und dem Rahmen 26 eingeschlossenen Hohlraums ist eine Freilaufdiode 28 angeordnet. Wie dargestellt kann diese Freilaufdiode durch ein Klemmelement mechanisch mit dem metallischem Deckel 27 gekoppelt sein. Die Klemmeinrichtung 20 ist vorzugsweise ebenfalls aus einem Metall. Somit wird eine gute thermische Ankopplung der Freilaufdiode 28 an den freiliegenden metallischen Deckel 27 gewährleistet.
Die elektrischen Zuführungen 21 stellen eine elektrische Verbindung der Freilaufdiode zu den Solarzellen 2 her.
Der metallische Deckel kann sich über die gesamte Länge des Rahmens 26 oder nur über einen Abschnitt des Rahmens 26 erstrecken.
In einer bevorzugten Variante kann der Deckel zu Wartungszwecken abgenommen werden.
Obwohl die Erfindung vorhergehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt.
Der Begriff Sperrdiode betrifft dabei auch andere Typen von Dioden, wie z. B. Bypass-Dioden.

1: Solarzellenmodul
2, 5: Solarzellen
3, 16, 26: Rahmen
4: Glasplatte
7, 17, 27: metallisches Verstärkungselement
8, 18, 28: Freilaufdiode
21: Anschlüsse

Claims

Solarzellenmodul (1) für die Photovoltaik mit einem Rahmen (3, 16) aus einem Kunststoffmaterial, mindestens einem Verstärkungselement (7, 17, 26, 27), das zumindest teilweise in dem Kunststoffmaterial eingebettet ist, mindestens einer Freilaufdiode (8, 18, 28) und einer Wärmebrücke, die die mindestens eine Freilaufdiode (8, 18, 28) mit dem mindestens einen Verstärkungselement (7, 17, 26, 27) thermisch koppelt.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücke ein Klemmelement zum Fixieren der Freilaufdiode (8, 18, 28) ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (17, 26, 27) vollständig in dem Kunststoff eingebettet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (7, 17, 26, 27) einen Hohlraum umschließt und die Freilaufdiode (8, 18, 28) innerhalb des Hohlraums angeordnet ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (26) durch einen Profilstrang gebildet ist und das Verstärkungselement (27) den Profilstrang zu dem Hohlraum abschließt.
Solarzellenmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (27) von dem Profilstrang zum Öffnen des Hohlraums lösbar befestigt ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstrang U-förmig, T-förmig oder L-förmig ausgebildet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polyurethan aufweist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungselement (7, 17, 26, 27) Metall enthält und insbesondere vollständig aus Metall besteht.