DE102008028462A1

DE102008028462A1 - Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE102008028462A1
Application number: DE102008028462A
Authority: DE
Inventors: Christian Rüggen; Kay-Hendryk Schmidt
Original assignee: Kostal Industrie Elektrik GmbH
Current assignee: Kostal Industrie Elektrik GmbH
Priority date: 2008-06-14
Filing date: 2008-06-14
Publication date: 2009-12-17
Also published as: WO2009150189A2; US20110092094A1; WO2009150189A3; EP2294625A2; US8197263B2

Abstract

Eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul mit einem einen Gehäusesockel sowie einen Gehäusedeckel umfassenden Gehäuse, in dem eine erste Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder des Solarzellenmoduls, zweite Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen sowie mit den ersten und zweiten Anschlusselementen jeweils verbundene Stromschienen umfassende Anschlusseinrichtung aufgenommen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass erste Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusesockel verbunden sind, dass zweite Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusedeckel verbunden sind, und dass beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels mit dem Gehäusesockel die ersten und zweiten Bestandteile der Anschlusseinrichtung elektrisch miteinander kontaktiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul mit einem einen Gehäusesockel sowie einen Gehäusedeckel umfassenden Gehäuse, in dem eine erste Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder des Solarzellenmoduls, zweite Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen sowie mit den ersten und zweiten Anschlusselementen jeweils verbundene Stromschienen umfassende Anschlusseinrichtung aufgenommen ist.
Die Anschlusseinrichtung derartiger Anschluss- und Verbindungsdosen für Solarzellenmodule kontaktiert dabei einerseits die üblicherweise als dünne Leiterbänder ausgeführten Anschlussleiter der Solarzellenmodule und andererseits die z. B. zu einem Wechselrichter führenden Ausgangsleitungen.
Die Solarzellen in einem Solarzellenmodul sind im allgemeinen mit dünnen Leiterbändern miteinander verbunden. Diese Leiterbänder weisen typischerweise eine Dicke von wenigen Zehntel Millimetern und eine Breite von einigen Millimetern auf. Diese die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls miteinander verbindenden Leiterbänder werden aus dem Solarzellenmodul heraus geführt, so dass die dünnen Leiterbänder direkt zu Anschlusszwecken verwendet werden können.
Zum Anschluss werden die Leiterbänder typischerweise in die elektrische Anschluss- und Verbindungsdose, die einen abnehmbaren Deckel aufweist, von unten her eingeführt, so dass die einzelnen Leiterbänder von Hand mit der in dem Gehäuse der Anschluss- und Verbindungsdose vorgesehenen elektrischen Anschlusseinrichtung kontaktiert werden können. Die Anschlusseinrichtung umfasst dabei sogenannte Stromschienen, die als Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt sind und zur Verbindung der Potentiale dienen. Zur Kontaktierung der Leiterbänder mit diesen Stromschienen werden beispielsweise Federklemmen oder Schweißverbindungen eingesetzt.
Aus der DE 203 11 184 U1 ist eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden. Bei dieser Anschluss- und Verbindungsdose sind in dem Gehäusesockel Stromschienen mit Anschlusselementen sowohl für die Leiterbänder des Solarzellenmoduls als auch zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen aufgenommen. Eine zusätzliche Leiterplatte zur Montage der Bypass-Dioden erleichtert zwar im Bedarfsfalle deren Austausch, allerdings auf Kosten eines sehr aufwendigen Gesamtaufbaus.
Die erfindungsgemäße Anschluss- und Verbindungsdose ermöglicht dagegen eine sehr einfache Handhabung im Servicefall, und zwar bei einem ausgesprochen einfachen und robusten Gesamtaufbau.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass erste Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusesockel verbunden sind, dass zweite Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusedeckel verbunden sind, und dass beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels mit dem Gehäusesockel die ersten und zweiten Bestandteile der Anschlusseinrichtung elektrisch miteinander kontaktiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mit den ersten Anschlusselementen verbundenen Stromschienen mit dem Gehäusesockel und die mit den zweiten Anschlusselementen verbundenen Stromschienen mit dem Gehäusedeckel verbunden, und weisen beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels mit dem Gehäusesockel ineinander eingreifende, insbesondere als Messerkontakte sowie zur Kooperation mit diesen vorgesehene Kontaktzungen ausgeführte elektrische Kontaktelemente auf.
Eine besonders gute Wärmeableitung der durch die in der Anschluss- und Verbindungsdose vorzugsweise ebenfalls aufgenommenen Bypass-Dioden erzeugten Verlustwärme wird dadurch erreicht, dass diese als SMD-Bauelemente auf den mit dem Gehäusedeckel verbundenen, insbesondere als großflächige Leiterbahnen ausgeführten Stromschienen aufgelötet sind.
Die elektrischen Kontaktierungen sowohl der ersten Anschlusselemente mit den Leiterbändern des Solarzellenmoduls als auch der zweiten Anschlusselemente mit den Ausgangsleitungen werden bevorzugt durch Schweißverbindungen realisiert.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Anschluss- und Verbindungsdose in einer Explosionsdarstellung
2: den Gehäusesockel der Anschluss- und Verbindungsdose aus 1 mit Anschlussleitern eines Solarzellenmoduls
3: den Gehäusedeckel der Anschluss- und Verbindungsdose aus 1 von der Unterseite her gesehen
In 2 ist ein Gehäusesockel 1 einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Verbindungsdose in einer räumlichen Ansicht von oben zu sehen. Dieser Gehäusesockel 1 wird in einem Anschlussbereich eines Solarzellenmoduls auf dieses aufgesetzt und auf diesem z. B. durch eine Klebung befestigt. Die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls, die hier nicht zu erkennen sind, sind mit dünnen Leiterbändern 4 miteinander verbunden, die typischerweise eine Dicke von wenigen Zehntel Millimetern und eine Breite von einigen Millimetern aufweisen. Diese dünnen Leiterbänder 4 werden in dem Anschlussbereich aus dem Solarzellenmodul heraus geführt und können dort direkt zu Anschlusszwecken verwendet werden.
Zu sehen ist hier der Gehäusesockel 1 der Anschluss- und Verbindungsdose, von dem der zugehörige Gehäusedeckel 2 entfernt ist. Die Leiterbänder 4 sind von unten her in den Gehäusesockel 1 eingeführt, um dort mit der elektrischen Anschlusseinrichtung kontaktiert werden zu können.
Die Anschlusseinrichtung umfasst mehrere als Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellte Stromschienen 7, 8, die zur Verbindung der Potentiale innerhalb der Anschlusseinrichtung dienen. Die Stromschienen 7 des Gehäusesockels 1 sind mit aus der zur Fläche des Solarzellenmoduls parallelen Ebene senkrecht nach oben abgewinkelten Anschlusselementen 3 versehen. Mit diesen Anschlusselementen 3 werden die dünnen Leiterbänder 4 des Solarzellenmoduls durch Schweißverbindungen elektrisch und mechanisch fest verbunden. Weitere, ebenfalls aus der zur Fläche des Solarzellenmoduls parallelen Ebene senkrecht nach oben abgewinkelte Abschnitte der Stromschienen sind als Messerkontakte 10 ausgebildet, die zur Kontaktierung zugeordneter Gegenkontakte 11 im Gehäusedeckel 2 vorgesehen sind. Die Messerkontakte 10 sind dabei in Isolationsschächten 10' aufgenommen, die einstückig an den Gehäusesockel 1 angeformt sind.
In 3 ist der dem Gehäusesockel 1 in 2 zur Komplettierung des Gehäuses und damit der gesamten Anschluss- und Verbindungsdose zuzuordnende Gehäusedeckel 2 zu sehen. Der Gehäusedeckel 2 enthält ebenfalls Stromschienen 8, die in diesem Falle als großflächige Leiterbahnen ausgeführt sind. Die Stromschienen 8 werden bei der Herstellung als einteiliges Stanzgitter in den Gehäusedeckel 2 eingelegt, wobei an dem Gehäusedeckel 2 angeformte Positionier- und Haltedome 12 durch Bohrungen in dem Stanzgitter hindurchragen. Die Positionier- und Haltedome 12 werden in ihrem oberen Bereich dann verstemmt, wodurch die einzelnen Abschnitte des Stanzgitters dann eindeutig fixiert sind und zur Trennung der verschiedenen Potentiale an dafür vorgesehenen Trennstellen 8' aufgetrennt werden können.
Die Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 sind mit aus ihrer Haupterstreckungsebene senkrecht abgewinkelten Anschlusselementen 5 versehen. Mit diesen Anschlusselementen 5 werden die zu weiteren Solarzellenmodulen oder zu einem Wechselrichter führenden Ausgangsleitungen 6 des Solarzellenmoduls durch Schweißverbindungen elektrisch und mechanisch fest verbunden. Die Ausgangsleitungen 6 sind als isolierte Rundleiter ausgeführt. Diese sind entweder direkt in eine an der Vorderseite des Gehäusedeckels 2 erkennbare Anschlussöffnung eingeführt, mittels einer Überwurfmutter festgelegt und mit ihrem abisolierten Stromleiter an dem Anschlusselement 5 angeschweißt, oder mit einem Steckverbinder versehen, dessen Gegenkontakt 13, wie in der Zeichnung zu sehen, in die Anschlussöffnung eingeführt und an dem Anschlusselement 5 angeschweißt ist.
Ebenfalls aus der Haupterstreckungsebene der Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 senkrecht abgewinkelt sind die zur Kontaktierung der im Gehäusesockel 1 vorhandenen Messerkontakte 10 vorgesehenen Kontaktzungen 11.
Mit den Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 verbunden sind auch die Bypass-Dioden 9 der Anschluss- und Verbindungsdose. Diese Bypass-Dioden 9 sind antiparallel zu den Solarzellen geschaltet und bewirken, dass bei einer abgeschatteten Solarzelle innerhalb eines Solarzellenmoduls diese eine Solarzelle zwar keinen Beitrag mehr zur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls leistet, der Stromfluss jedoch trotzdem erhalten bleibt. Das Solarzellenmodul zeigt somit lediglich eine verminderte Betriebspannung, fällt jedoch nicht vollständig aus, wie dies ohne die Bypass-Dioden 9 der Fall wäre. Außerdem wird in der abgeschatteten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt, so dass eine Beschädigung der abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann. Allerdings wird durch den Strom, der von den nicht von der Abschattung betroffenen Solarzellen bestimmungsgemäß über die zum Schutz der betroffenen Solarzellen vorgesehenen Bypass-Dioden 9 geleitet wird, eine Verlustleistung hervorgerufen, die durchaus beachtliche Ausmaße annehmen kann, was zu einer entsprechenden Wärmeentwicklung führt. Die Bypass-Dioden 9 sind als SMD-Bauelemente auf den Stromschienen 8 montiert und werden in einem Reflow-Lötprozess mit den Stromschienen 8 verlötet. Der eine Anschluss der Bypass-Dioden 9 ist dabei durch die in der Zeichnung sichtbaren Beinchen gebildet der andere Anschluss befindet sich auf der Unterseite der Bauelemente.
Durch die großflächige Ausführung der Stromschienen 8 im Gehäusedeckel 2 sind große wirksame Leiterbahnquerschnitte realisiert und damit eine entsprechend hohe Stromtragfähigkeit der jeweiligen Verbindung gewährleistet. Ein weiterer Effekt der großflächigen Leiterbahnen besteht darin, dass diese über ihre Oberfläche sehr viel Wärme abstrahlen können und somit als Kühlkörper dienen, über die die durch die oben angesprochene Verlustleistung der Bypass-Dioden 9 entwickelte Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Die Positionierung dieser Kühlkörper im Gehäusedeckel 2 und somit im größtmöglichen Abstand zu dem Solarzellenmodul unterstützt diese Wirkung sehr effektiv.
Durch das Aufsetzen des Gehäusedeckels 2 auf den bereits auf dem Solarzellenmodul, beispielsweise durch Aufkleben befestigten und mit den Leiterbändern 4 desselben elektrisch kontaktierten Gehäusesockel 1 wird die Anschluss- und Verbindungsdose wie in 1 dargestellt komplettiert, indem die Kontaktzungen 11 der Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 in die Messerkontakte 10 der Stromschienen 7 des Gehäusesockels 1 eingreifen und somit die elektrische Verbindung zwischen den Leiterbändern 4 des Solarzellenmoduls und den Ausgangsleitungen 6 herstellen. An dem Gehäusedeckel 2 angeformte Clipshaken 14 greifen dabei in zugeordnete Clipsöffnungen 15 des Gehäusesockels 1 ein und gewährleisten eine schnelle und sichere Befestigung der Gehäuseteile 1, 2 aneinander.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 20311184 U1 [0005]

Claims

Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul mit einem einen Gehäusesockel (1) sowie einen Gehäusedeckel (2) umfassenden Gehäuse, in dem eine erste Anschlusselemente (3) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder (4) des Solarzellenmoduls, zweite Anschlusselemente (5) zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen (6) sowie mit den ersten und zweiten Anschlusselementen (3, 5) jeweils verbundene Stromschienen (7, 8) umfassende Anschlusseinrichtung aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass erste Bestandteile (3, 7) der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusesockel (1) verbunden sind, dass zweite Bestandteile (5, 8) der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusedeckel (2) verbunden sind, und dass beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels (2) mit dem Gehäusesockel (1) die ersten und zweiten Bestandteile der Anschlusseinrichtung elektrisch miteinander kontaktiert werden.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den ersten Anschlusselementen (3) verbundenen Stromschienen (7) mit dem Gehäusesockel (1) verbunden sind, dass die mit den zweiten Anschlusselementen (5) verbundenen Stromschienen (8) mit dem Gehäusedeckel (2) verbunden sind, und dass die ersten und zweiten Stromschienen (7, 8) beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels (2) mit dem Gehäusesockel (1) ineinander eingreifende elektrische Kontaktelemente (10, 11) aufweisen.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gehäusesockel (1) verbundenen Stromschienen (7) Messerkontakte (10) und die mit dem Gehäusedeckel (2) verbundenen Stromschienen (8) zur Kooperation mit diesen vorgesehene Kontaktzungen (11) aufweisen.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den mit dem Gehäusedeckel (2) verbundenen Stromschienen (8) als SMD-Bauelemente ausgeführte Bypass-Dioden 9 aufgelötet sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gehäusedeckel (2) verbundenen Stromschienen (8) als großflächige Leiterbahnen ausgeführt sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Anschlusselemente (3) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder (4) des Solarzellenmoduls durch eine Schweißverbindung vorgesehen sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anschlusselemente (5) zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen (6) durch eine Schweißverbindung vorgesehen sind.
Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (7, 8) Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit sind.