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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur Verbindung
mindestens eines externen elektrischen Leiters mit einem elektrischen
Anschlusssystem eines photovoltaischen Solarmoduls mit einem Verbindergehäuse zur
Anordnung an dem Solarmodul und einer in dem Verbindergehäuse angeordneten
Zwischenverbindungsanordnung zur Verbindung des oder der elektrischen
Leiter mit dem Anschlusssystem des Solarmoduls. Weiterhin betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindungsvorrichtung.
Außerdem
betrifft die Erfindung ein Solarmodul, an dem eine derartige Verbindungsvorrichtung
angebracht ist.
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Ein
photovoltaisches Solarmodul umfasst typischerweise eine panelartige
Schichtenanordnung mit dazwischen angeordneten Solarzellen, die
durch einen photovoltaischen Effekt elektrische Energie erzeugen.
Beispielsweise umfasst eine Schichtenanordnung eines solchen Solarmoduls
eine flächenartige,
bestrahlungsseitige Schicht etwa in Form einer Glasabdeckung mit
geringem Absorptionsgrad und eine flächenartige zweite Schicht,
die auf der Rückseite
des Solarmoduls angeordnet ist und beispielsweise in Form einer
rückwärtigen Glasabdeckung ausgeführt ist.
Die Solarzellen sind zwischen diesen Schichten in einem entsprechenden
Zwischenraum angeordnet und werden innerhalb der Schichtenanordnung
mit einem elektrischen Anschlusssystem untereinander verschaltet.
Es sind hierbei Ausführungsformen
von Solarmodulen bekannt, bei denen das elektrische Anschlusssystem
der Solarzellen an der von der Bestrahlungsseite abgewandten Rückseite
des Solarmoduls mittels elektrischer Leiter, beispielsweise in Form
von Anschlussfolien, nach außen
beispielsweise an einen Verbraucher angeschlossen ist. Diese Anschlussfolien
sind in einer Verbindungsvorrichtung in Form eines Anschlusskastens
oder einer Anschlussdose mit einem oder mehreren elektrischen Leitern
einer Anschlussleitung, auch Solaranschlussleitung genannt, verbunden.
Zu diesem Zweck weist eine solche Verbindungsvorrichtung eine in
einem Verbindergehäuse angeordnete
Zwischenverbindungsanordnung mit mehreren Kontakten auf, an denen
einerseits eine oder mehrere Anschlussfolien des Solarmoduls und andererseits
ein oder mehrere elektrische Leiter des Anschlusskabels angeschlossen
werden. Zusätzlich sind
in einer derartigen Verbindungsvorrichtung in Form einer Anschlussdose
meist eine oder mehrere Dioden enthalten, die vorgesehen sind, um
Ausgleichströme
zwischen im Sonnenlicht befindlichen Solarzellen und im Schatten
befindlichen Solarzellen, die unterschiedliche Solarströme und Solarspannungen
liefern, zu verhindern. Mit Hilfe solcher sogenannter Bypass-Dioden
kann das Modul auch bei teilweiser Verschattung und entsprechend
reduzierter Leistung weiterarbeiten.
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Eine
solche Verbindungsvorrichtung in Form einer Anschlussdose umfasst
in einer bekannten Ausführungsform
beispielsweise vier Metallbaugruppen in Form sogenannter Stromschienen,
um ein Solaranschlusskabel mit dem elektrischen Anschlusssystem
eines Solarmoduls zu verbinden. Diese Metallbaugruppen werden meist
manuell und einzeln nacheinander in ein Gehäuseunterteil der Anschlussdose
eingelegt und montiert. Im Anschluss an diesen Vorgang werden entsprechende
Bypass-Dioden (in diesem Fall drei Stück) ebenfalls meist manuell
eingebaut. Dazu sind die Stromschienen mit jeweiligen Zugfedern
versehen, mit denen die Diodenanschlussdrähte elektrisch und mechanisch
mit dem Stromschienenkörper
verbunden werden. Die beiden Anschlussdrähte der jeweiligen Dioden werden
somit mit Hilfe von Metallklammern in Form von Zugfedern, die maschinell
auf die Stromschienen aufgesetzt wurden, elektrisch und mechanisch
mit den Stromschienen verbunden. An einer Anzahl der Stromschienen,
im vorliegenden Fall beispielsweise an zwei Stromschienen, sind
zusätzlich
größere Zugfedern
montiert, mit deren Hilfe entsprechende elektrische Leiter von nach
außen
führenden
Solaranschlusskabeln kontaktiert werden. Das elektrische Anschlusssystem
des Solarmoduls wird mittels von Folienleitern an die Stromschienen
angeschlossen, wobei die Kontaktierung mittels Folienfedern bewerkstelligt
wird, mit denen die Folienleiter der Solarzellen an entsprechende
Stromschienen oder Kontakte angeschlossen werden. Auf die so hergestellten
und kontaktierten Metallbaugruppen, die meist manuell und einzeln
nacheinander in das Gehäuseunterteil der Anschlussdose
eingelegt wurden, wird eine Kunststoffabdeckung aufgerastet. An
den Stellen, an denen die Solaranschlusskabel positioniert werden, sind
die Stromschienen mit den zusätzlichen
großen Zugfedern
montiert, die sich beispielsweise in der Gehäusemitte befinden, während außen sitzende Stromschienen
nur mit den Zugfedern bestückt
sind, die zum Anschluss der Diodenanschlussdrähte notwendig sind. Eine derartige
Herstellung einer Verbindungsvorrichtung zum Anschluss eines photovoltaischen
Solarmoduls ist aufgrund der meist manuell vorzunehmenden Montageschritte
relativ zeitaufwendig und kostenintensiv.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung
zur Verbindung mindestens eines externen elektrischen Leiters mit
einem elektrischen Anschlusssystem eines photovoltaischen Solarmoduls
anzugeben, die vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Solarmodul
mit einer solchen Verbindungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
13. Die Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsvorrichtung gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 14.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung
zur Verbindung mindestens eines externen elektrischen Leiters mit
einem elektrischen Anschlusssystem eines photovoltaischen Solarmoduls
weist ein Verbindergehäuse
zur Anordnung an dem Solarmodul sowie eine in dem Verbindergehäuse angeordnete
Zwischenverbindungsanordnung auf, welche einen ersten Kontaktbereich
zur Verbindung mit dem elektrischen Leiter und einen mit dem ersten
Kontaktbereich verbundenen zweiten Kontaktbereich zur Verbindung
mit dem Anschlusssystem des Solarmoduls aufweist. Weiterhin ist
eine im ersten Kontaktbereich angeordnete erste Reihe von Kontakten
vorgesehen, wobei wenigstens einer der Kontakte der ersten Reihe
zur Verbindung mit dem elektrischen Leiter vorgesehen ist, und die
erste Reihe von Kontakten aus einer ersten Metallkomponente hergestellt
ist. Weiterhin ist eine im zweiten Kontaktbereich angeordnete zweite
Reihe von Kontakten vorgesehen, wobei wenigstens einer der Kontakte
der zweiten Reihe zur Verbindung mit dem Anschlusssystem des Solarmoduls
vor gesehen ist und die zweite Reihe von Kontakten aus einer zweiten
Metallkomponente hergestellt ist. Die erste und zweite Reihe von
Kontakten sind in einem gemeinsamen elektrisch nicht leitenden Gehäuse vorgesehen,
welches die erste und zweite Reihe wenigstens teilweise umgibt und
in dem Verbindergehäuse
angebracht ist.
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Die
Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung
weist dabei den Vorteil auf, dass diese vergleichsweise einfach
und kostengünstig
herzustellen ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die in dem Verbindergehäuse angeordnete
Zwischenverbindungsanordnung als eine Funktionseinheit rein maschinell herstellbar
ist und somit nur noch ein Bauteil in Form einer derartigen Funktionseinheit
in ein Gehäuseunterteil
des Verbindergehäuses
montiert werden muss. Die Kontakte der ersten Reihe sowie die Kontakte
der zweiten Reihe können
ebenfalls maschinell aus der ersten bzw. zweiten Metallkomponente
hergestellt werden. Insbesondere handelt es sich bei der ersten
und zweiten Metallkomponente um voneinander unterschiedliche bzw.
getrennte Metallkomponenten, die in einem gemeinsamen Gehäuse zusammen
in dem Verbindergehäuse
zur Bildung der Zwischenverbindungsanordnung vorgesehen werden. Beispielsweise
ist die erste Metallkomponente und/oder die zweite Metallkomponente
durch ein jeweiliges Stanzgitter gebildet, das maschinell herstellbar
ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung sind die erste und zweite Reihe von Kontakten mit
einem gemeinsamen Gehäuse
vorgesehen, welches einen ersten Schenkel, der wenigstens einen
Teil der ersten Reihe von Kontakten umgibt, und einen zweiten Schenkel
aufweist, der wenigstens einen Teil der zweiten Reihe von Kontakten
umgibt, wobei der erste und zweite Schenkel durch wenigstens ein
Verbindungselement miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist
das gemeinsame Gehäuse
an dem Verbindungselement zwischen dem ersten und zweiten Schenkel
mit dem Verbindergehäuse
verbunden, insbesondere verrastet.
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Das
gemeinsame Gehäuse
kann beispielsweise als Kunststoffgehäuse ausgeführt sein. Beispielsweise sind
die erste und zweite Reihe von Kontakten von einem gemeinsamen Kunststoffgehäuse umspritzt
oder in ein gemeinsames Kunststoffgehäuse eingegossen.
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Weiterhin
kann das gemeinsame Gehäuse eine Öffnung aufweisen,
an welcher ein Teil einer Verbindung der Metallkomponente zwischen
zwei der Kontakte im Bereich der Öffnung entfernt ist. Insbesondere
werden die erste und/oder die zweite Reihe von Kontakten durch ein
Stanzgitter gebildet, wobei an der Öffnung im gemeinsamen Gehäuse wenigstens
ein Teil einer Verbindung des Stanzgitters zwischen zwei der Kontakte
entfernt ist. Damit ist es ermöglicht,
die erste und zweite Reihe von Kontakten mit einem gemeinsamen Kunststoffgehäuse zu umspritzen
oder in ein gemeinsames Kunststoffgehäuse einzugießen und
erst nachträglich
entsprechende zu entfernende Verbindungen zwischen den Kontakten im
Bereich der Gehäuseöffnung freizustanzen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die erste und/oder die zweite Reihe von Kontakten
wenigstens einen von den Kontakten separat ausgeformten Kontaktabschnitt
auf, der zum Anschluss eines Diodenbauelements vorgesehen ist. Somit
kann die so gebildete Zwischenverbindungsanordnung oder Funktionseinheit
auch mit entsprechenden Bypass-Dioden versehen werden.
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In
diesem Zusammenhang sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor,
dass der Kontaktabschnitt zur elektrischen Kontaktierung und zur
mechanischen Befestigung des Diodenbauelements ausgebildet ist,
insbesondere zum Crimpen des Diodenbauelements an den Kontaktabschnitt
ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Kontaktabschnitt derart ausgebildet,
dass ein Diodenanschlussdraht, der mit dem Kontaktabschnitt kontaktiert
ist, im Wesentlichen gerade aus dem Diodenbauelement herausgeführt und
mit dem Kontaktabschnitt verbunden ist, so dass der entsprechende
Diodenanschlussdraht, der mit dem Kontaktabschnitt kontaktiert ist,
nicht mehr zur Montage abgewinkelt werden muss. Vielmehr können die
Diodenanschlussdrähte
im Anlieferungszustand, in welchem die Diodenanschlussdrähte gerade
aus dem Diodenbauelement heraus verlaufen, mit den entsprechenden
Kontaktabschnitten verbunden werden. Dies reduziert erheblich die
Gefahr der mechanischen Beschädigung
der Dioden im Montageprozess.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist ein Diodenbauelement mit im Wesentlichen sich
gerade erstreckenden Diodenanschlussdrähten und/oder eine Kurzschlussverbindung
zwischen dem ersten und zweiten Schenkel des gemeinsamen Gehäuses außerhalb
des Gehäuses
angeordnet. Dazu weisen die erste und zweite Reihe von Kontakten
insbesondere jeweils wenigstens einen Kontaktabschnitt auf, die
zum Anschluss des Diodenbauelements bzw. der Kurzschlussverbindung,
insbesondere eines Drahtes, zwischen der ersten Reihe und der zweiten
Reihe von Kontakten vorgesehen sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist zur Verbindung des Kontakts der ersten Reihe,
der mit dem elektrischen Leiter beispielsweise eines Anschlusskabels
verbunden wird, zur Verbindung mit dem elektrischen Leiter ein Verbindungs-Kontaktelement
vorgesehen, das an einem ersten Ende zur lösbaren Verbindung mit dem Kontakt
der ersten Reihe und an einem anderen Ende zur Verbindung mit dem
elektrischen Leitet beispielsweise des Anschlusskabels ausgebildet
ist. Die lösbare Verbindung
kann beispielsweise in Form eines sogenannten Faston-Anschlusses
ausgeführt
sein, der auf ein entsprechendes Kontaktmesser des Kontakts der
ersten Reihe aufgeschoben wird. Am anderen Ende des Verbindungs-Kontaktelements
kann beispielsweise eine Zugfeder zum Anschluss des elektrischen
Leiters des Anschlusskabels vorgesehen sein.
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Eine
erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung
kann insbesondere nach folgendem Herstellungsverfahren vergleichsweise
einfach und kostengünstig
hergestellt werden. Ein solches Herstellungsverfahren umfasst insbesondere
die folgenden Schritte:
Es wird eine erste Metallkomponente
mit einer ersten Reihe von Kontakten bereitgestellt, wobei die Kontakte
der ersten Metallkomponente, beispielsweise in Form eines Stanzgitters, über jeweilige
Verbindungen der ersten Metallkomponente zusammenhängen. Wenigstens
einer der Kontakte der ersten Reihe ist zur Verbindung mit dem externen
elektrischen Leiter, beispielsweise eines Anschlusskabels, vorgesehen.
Weiterhin wird eine zweite Metallkomponente mit einer zweiten Reihe
von Kontakten bereitgestellt, wobei die Kontakte der zweiten Metallkomponente, beispielsweise
in Form eines Stanzgitters, über
jeweilige Verbindungen der zweiten Metallkomponente zusammenhängen. Wenigs tens
einer der Kontakte der zweiten Reihe ist hierbei zur Verbindung
mit dem Anschlusssystem des Solarmoduls vorgesehen. In einem weiteren
Schritt werden wenigstens ein Teil der ersten Reihe von Kontakten
und wenigstens ein Teil der zweiten Reihe von Kontakten in einem
gemeinsamen Gehäuse
vorgesehen. Beispielsweise werden Teile der ersten Reihe und Teile
der zweiten Reihe der Kontakte von einem gemeinsamen Kunststoffgehäuse umspritzt.
In einem weiteren Schritt wird wenigstens ein Teil der Verbindungen
der ersten und zweiten Metallkomponente zwischen einer Anzahl von
Kontakten innerhalb der ersten Reihe und zweiten Reihe von Kontakten
entfernt, beispielsweise durch entsprechende Gehäuseöffnungen freigestanzt. Weiterhin
wird wenigstens eine elektrische Verbindungskomponente, beispielsweise
in Form eines Diodenbauelements oder einer Kurzschlussverbindung,
zwischen der ersten Reihe und zweiten Reihe von Kontakten angeordnet.
In einem weiteren Schritt wird das gemeinsame Gehäuse, welches
die erste Reihe und die zweite Reihe von Kontakten umgibt, in einem
Verbindergehäuse,
welches zur Anordnung an dem Solarmodul ausgebildet ist, angebracht.
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Weitere
Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren, die Ausführungsformen
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines photovoitaischen Solarmoduls,
das mit einer elektrischen Verbindungsvorrichtung in Form einer
Anschlussdose verbunden ist,
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
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3 zeigt eine Ausführungsform einer Metallkomponente
in Form eines Stanzgitters, das gemäß einer Ausführungsform
zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
verwendet wird,
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines Kunststoffgehäuses,
in welchem mehrere Kontakte (nicht dargestellt) einer erfindungsgemäßen Zwischenverbindungsanordnung
vorgesehen werden,
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5 zeigt in verschiedenen Darstellungen unterschiedliche
Herstellungsstadien bei der Herstellung einer Zwischenverbindungsanordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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6 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verbindungs-Kontaktelements zur Verbindung eines entsprechenden
Kontakts der Zwischenverbindungsanordnung mit einem elektrischen
Leiter eines Anschlusskabels gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines photovoltaischen
Solarmoduls gezeigt, das mit einer Verbindungsvorrichtung in Form einer
Anschlussdose oder einer Anschlussbox versehen ist. Das Solarmodul 100 umfasst
eine Schichtenanordnung mit einer flächenartigen, bestrahlungsseitigen
ersten Schicht 101, die in Form einer Glasplatte oder einer
folienartigen Schicht ausgeführt
sein kann. Weiterhin umfasst das Solarmodul 100 eine flächenartige,
der Bestrahlungsseite abgewandte zweite Schicht 103, die
ebenfalls in Form einer Glasplatte oder einer folienartigen Schicht
ausgebildet sein kann. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schichten 101 und 103 als
jeweilige Glasplatten ausgeführt.
Zwischen den beiden Schichten 101 und 103 befindet
sich mindestens eine Solarzelle 102 oder eine Anordnung
aus mehreren Solarzellen 102, die bei Bestrahlung mit Licht
aufgrund eines photovoltaischen Effekts elektrische Energie liefern.
Die Solarzelle(n) 102 ist/sind mit einem elektrischen Anschlusssystem 104 verbunden.
Dieses ist in 1 nur schematisch angedeutet
und dient insbesondere dazu, die Solarzelle(n) elektrisch zu verschalten
und mit der Außenwelt
zu verbinden. Das elektrische Anschlusssystem 104 umfasst
beispielsweise eine Kupferfolie, welche einerseits elektrisch mit
der Rückseite
der Solarzelle(n) 102 kontaktiert ist und andererseits
in einen elektrischen Leiter 3 des Solarmoduls übergeht
oder mit einem elektrischen Leiter 3 des Solarmoduls verbunden
ist, der beispielsweise in Form einer Anschlussfolie oder eines
Anschlussbändchens
ausgeführt
ist. Über
den elektrischen Leiter 3 ist das elektrische Anschlusssystem 104 des
Solarmoduls 100 mit einer externen Anschlussleitung 2, beispielsweise
in Form eines Solaranschlusskabels, verbindbar.
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Wie
weiter in 1 dargestellt, ist an der Rückseite
der Schicht 103, welche eine Außenfläche des Solarmoduls bildet,
eine Verbindungsvorrichtung 1 befestigt, beispielsweise
durch Festkleben mittels Klebstoff 107. Weiterhin weist
die Schicht 103 eine Durchführungsöffnung 105 auf, durch
welche hindurch der elektrische Leiter 3 zu der Verbindungsvorrichtung 1 geführt werden
kann.
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In 2 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung 1 gezeigt,
welche an der Rückseite
der Schicht 103 des Solarmoduls 100 gemäß 1 angebracht
werden kann. Die Verbindungsvorrichtung 1 in der Ausführungsform
nach 2 weist ein Verbindergehäuse 10 auf, von dem
in 2 nur der Gehäuseunterteil dargestellt
ist. An der Unterseite des Gehäusebodens 15 des
Verbindergehäuses 10 kann
die Verbindungsvorrichtung 1 auf einer Außenfläche des
Solarmoduls, insbesondere auf einer der Hauptflächen der ersten oder zweiten
Schicht 101, 103 des Solarmoduls 100 aufgebracht
werden, wie vorstehend beschrieben. Die Gehäuseoberseite des Verbindergehäuses 10 ist
im Endzustand mit einem passenden Deckel verschlossen, der in 2 nicht
dargestellt ist, um die inneren Komponenten des Verbindergehäuses 10 vor
Umwelteinflüssen
zu schützen.
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In
dem Verbindergehäuse 10 ist
eine Zwischenverbindungsanordnung 4, im Folgenden auch Funktionseinheit
genannt, angeordnet, um die Anschlussleitung 2 (1)
bzw. mindestens einen elektrischen Leiter der Anschlussleitung 2 mit
dem elektrischen Anschlusssystem 104, genauer gesagt mit dem
elektrischen Leiter 3 (beispielsweise in Form eines Folienleiters)
des Anschlusssystems zu verbinden. Hierzu weist die Zwischenverbindungsanordnung 4 einen
ersten Kontaktbereich 5 auf, um elektrische Leiter des
Anschlusskabels 2 mit entsprechenden Kontakten der Zwischenverbindungsanordnung 4 zu
verbinden. Weiterhin umfasst die Zwischenverbindungsanordnung 4 einen
zweiten Kontaktbereich 6 zur Verbindung mit dem Anschlusssystem
des Solarmoduls. Im Verbindergehäuse 10 sind
Anschlussdurchführungen 11 vorgesehen,
um einen oder mehrere elektrische Leiter eines oder mehrerer Anschlusskabel 2 in
das Innere des Verbindergehäuses 10 zur
Kontaktierung im ersten Kontaktbe reich 5 einzuführen. Weiterhin
ist eine Gehäuseöffnung 12 im Gehäuseboden 15 des
Verbindergehäuses 10 vorgesehen,
um den oder die Folienleiter 3 des elektrischen Anschlusssystems 104 des
Solarmoduls in das Innere des Verbindergehäuses 10 einzuführen. Das
Verbindergehäuse 10 umfasst
außerdem
eine Gehäuseinnenkontur 13,
die beispielsweise die Funktion übernehmen
kann, dass vorgegebene Isolierabstände zwischen einzelnen Verbindungskomponenten
der Verbindungsvorrichtung eingehalten werden. Es ist jedoch auch
möglich,
dass in einer anderen Ausführungsform
der Erfindung die Gehäuseinnenkontur 13 nicht
vorhanden ist.
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Im
ersten Kontaktbereich 5 weist die Zwischenverbindungsanordnung
oder Funktionseinheit 4 eine erste Reihe 21 von
Kontakten 20 auf, wobei in der vorliegenden Ausführungsform
zwei der Kontakte 20 zur Verbindung mit jeweiligen elektrischen
Leitern des oder der Anschlusskabel 2 vorgesehen sind.
Im zweiten Kontaktbereich 6 umfasst die Zwischenverbindungsanordnung
oder Funktionseinheit 4 eine zweite Reihe 31 von
Kontakten 30, wobei in der vorliegenden Ausführungsform
vier der Kontakte 30 zur Verbindung mit jeweiligen Folienleitern 3 des
Solarmoduls vorgesehen sind. Die erste Reihe 21 der Kontakte 20 und
die zweite Reihe 31 der Kontakte 30 sind von einem
gemeinsamen Kunststoffgehäuse 80 umspritzt,
welches die erste und zweite Reihe wenigstens teilweise umgibt und
in dem Verbindergehäuse 10 an
Befestigungseinrichtungen 14, wie im Folgenden noch näher erläutert, angebracht
ist. Zwischen der ersten Reihe 21 von Kontakten 20 und
der zweiten Reihe 31 von Kontakten 30 sind in
der vorliegenden Ausführungsform
Verbindungskomponenten in Form von Diodenbauelementen 71 und
Kurzschlussverbindungen 72, wie im Folgenden noch näher erläutert, angeordnet.
An den mit dem Anschlusssystem des Solarmoduls zu verbindenden Kontakten 30 sind
Folienfedern, insbesondere in Form von sogenannten Ω-Federn 62,
vorgesehen, um jeweilige Folienleiter 3 mit dem entsprechenden
Kontakt 30 zu verbinden. Im Kontaktbereich 5 wiederum
sind in der vorliegenden Ausführungsform
an den äußeren beiden
Kontakten 20 Metallklammern in Form von Zugfedern 63 angeordnet,
um den entsprechenden elektrischen Leiter eines Anschlusskabels 2 mit
dem jeweiligen Kontakt 20 zu kontaktieren.
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In 3 ist eine Ausführungsform einer Metallkomponente
in Form eines Stanzgitters dargestellt, das zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
wie in 2 dargestellt, verwendet werden kann. Ein Stanzgitter,
wie in 3A dargestellt, kann sowohl
zur Herstellung der ersten Reihe 21 von Kontakten 20 verwendet
werden als auch zur Herstellung der zweiten Reihe 31 von Kontakten 30.
Entsprechend werden für
die erste Reihe 21 und die zweite Reihe 31 zwei
voneinander getrennte Metallkomponenten 40 bzw. 50 verwendet, wie
in 3A dargestellt. Entsprechend dient eine erste
Metallkomponente 40 in Form eines Stanzgitters zur Ausbildung
der ersten Reihe 21 von Kontakten 20 und eine
separate zweite Metallkomponente 50 in Form eines zweiten
Stanzgitters dient zur Ausbildung der zweiten Reihe 31 von
Kontakten 30.
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sDie
Metallkomponenten 40, 50 in Form von Stanzgittern
(sogenannte Leadframes) werden zunächst aus einer gemeinsamen
Metallkomponente zusammenhängend
hergestellt, wobei die gemeinsame Metallkomponente polzahlunabhängig und
endlos mit einem Stanzbiegewerkzeug hergestellt wird. Entsprechende
Kontaktbereiche dienen zur Ausbildung der späteren Kontakte 20 bzw. 30.
Die Kontakte 20 des Stanzgitters 40 sind über jeweilige
Verbindungen 41 des Stanzgitters 40 zusammenhängend verbunden.
Das Stanzgitter 50 zur Bildung der Kontakte 30 ist
in gleicher Weise wie das Stanzgitter 40 ausgebildet, wobei
die Kontakte 30 über
jeweilige Verbindungen 51 des Stanzgitters 50 zusammenhängen. Wie
in 3A dargestellt, bilden die Verbindungen 41 bzw. 51 einen
jeweiligen Verbindungssteg, an dem einerseits die Kontakte 20 bzw. 30 hängen und auf
einer gegenüberliegenden
Seite von den Kontakten 20 bzw. 30 separat ausgeformte
Kontaktabschnitte 61 ausgebildet sind, die zum Anschluss
eines jeweiligen Diodenanschlussdrahts oder einer Kurzschlussdrahtverbindung
dienen, wie im Folgenden noch näher
erläutert.
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Die
Stanzgitter 40, 50 können aus einer Metallkomponente
hergestellt sein, die zusammenhängend
auf einer Spule endlos aufgespult und zwischengelagert ist. Eine
solche Metallkomponente kann längenunabhängig und
universell eingesetzt werden. Die Stanzgitter 40 und 50 werden
dann durch entsprechendes Ablängen
der Metallkomponente hergestellt, so dass zwei voneinander unterschiedliche
bzw. getrennte Metallkomponenten in Form der Stanzgitter 40 und 50 entstehen,
wobei das erste Stanzgitter 40 zur Herstellung der ersten
Reihe 21 von Kontakten 20 und das zweite Stanzgitter 50 zur
Herstellung der zweiten Reihe 31 von Kontakten 30 dient.
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Wie
in 3B dargestellt, werden in einem vorherigen Herstellungsschritt
an der endlosen Metallkomponente (es sind noch keine zwei getrennten Stanzgitter 40 und 50 daraus
abgelängt
worden) oder in einem nachfolgenden Herstellungsschritt die Kontakte 20 bzw. 30 vorgebogen,
insbesondere an dem Verbindungssteg abgekröpft. Außerdem werden die Kontaktabschnitte 61 zu
einer V-Form vorgebogen, wie
in 3B dargestellt.
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Die
Kontakte 20 und 30 sind gemäß dieser Ausführungsform
in ihrer Ursprungsform gleich ausgebildet, wie anhand von 3A und 3B ersichtlich.
In der weiteren Bearbeitung und in ihrem Endzustand sind sie in
der horizontalen Ebene um 180° zueinander
gedreht, so dass die Kontaktabschnitte 61 einander zugewandt
sind, wie in 5 gezeigt. Die in der 5 dargestellten Kontakte 20 und 30 bzw.
Reihen 21 und 31 von Kontakten sind in dieser
Ausführungsform
somit gleich ausgebildete Metallteile, die in einem nachfolgenden
Herstellungsschritt unterschiedlich bearbeitet, insbesondere gebogen
und ggf. abgeschnitten werden, wie anhand von 5 noch
näher erläutert.
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In 4 ist
eine Ausführungsform
eines Kunststoffgehäuses 80 dargestellt,
in welchem die Kontakte 20 und 30 (in 4 nicht
dargestellt) vorgesehen werden. Die Darstellung nach 4 dient
dabei nur der Verdeutlichung des Aufbaus des Kunststoffgehäuses, welches
in der dargestellten Form so nicht existiert. Vielmehr sind im Kunststoffgehäuse 80 noch
die Kontakte 20 und 30 angeordnet, wie in 2 und
in der nachfolgenden 5 noch näher erläutert. Das
gemeinsame Kunststoffgehäuse 80 weist
einen ersten Schenkel 81 auf, der die erste Reihe 21 von
Kontakten 20 wenigstens teilweise umgibt, sowie einen zweiten
Schenkel 82, der wenigstens einen Teil der zweiten Reihe 31 der
Kontakte 30 umgibt. Der erste Schenkel 81 und
der zweite Schenkel 82 sind durch wenigstens ein Verbindungselement 83,
im vorliegenden Fall durch mehrere Verbindungselemente 83 in
Form von Verbindungsstegen miteinander verbunden. Durch die Ausbildung
des Kunststoffgehäuses 80 wie
in 4 dargestellt ist ein sparsamer Materialeinsatz
zur Bildung des Kunststoffgehäuses 80 er möglicht.
Weiterhin sind in den Schenkeln 81 und 82 des
Kunststoffgehäuses 80 Öffnungen 84 vorgesehen,
durch welche wenigstens ein Teil der Verbindungen 41 bzw. 51 des
Stanzgitters, wie in 3 dargestellt,
entfernt werden kann, beispielsweise durch Freistanzen durch die Öffnungen 84 hindurch.
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Anhand
von 5 soll im Folgenden die Herstellung
einer Ausführungsform
einer Zwischenverbindungsanordnung bzw. Funktionseinheit 4 näher erläutert werden.
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Wie
in 5A dargestellt, werden die Stanzgitter 40 mit
den Kontakten 20 und 50 mit den Kontakten 30 von
einem gemeinsamen Kunststoffgehäuse 80 umspritzt
oder in ein gemeinsames Kunststoffgehäuse 80 eingegossen.
Dazu werden zwei Stanzbiegeteile, wie in 3B dargestellt,
zueinander gegenüberliegend
angeordnet, so dass die Kontaktabschnitte 61 einander zugewandt
sind und die Kontakte 20 sich nach oben erstrecken, während die
Kontakte 30 sich nach unten erstrecken. Die so einander gegenüberliegend
angeordneten Stanzgitter 40 und 50 werden anschließend mit
Kunststoff umspritzt oder vergossen, so dass sich ein Kunststoffgehäuse 80,
wie anhand von 4 erläutert, ergibt. Die Kontakte 20 des
Stanzgitters 40, die eine erste Reihe 21 von Kontakten 20 bilden,
und die Kontakte 30 des zweiten Stanzgitters 50,
die eine zweite Reihe 31 von Kontakten 30 bilden,
sind somit einander gegenüberliegend
in einem gemeinsamen Gehäuse 80 angeordnet,
wobei der erste Schenkel 81 des Gehäuses 80 entlang der
ersten Reihe 21 angeordnet ist und der zweite Schenkel 82 des
Gehäuses 80 entlang
der zweiten Reihe 31, verbunden über die Verbindungsstege 83 des
Gehäuses 80.
Das die Stanzgitter umgebende, isolierende und stabilisierende,
beispielsweise durch einen Umspritzvorgang hergestellte Kunststoffgehäuse kann
durch Umbau des Umspritzwerkzeuges (Umbausätze) längenmäßig je nach Kundenwunsch/-vorgabe
angepasst werden.
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In
einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird, wie in 5B dargestellt,
die so gebildete Anordnung mit Diodenbauelementen 71 und
Kurzschlussverbindungen 72 in Form von Drahtbrücken kontaktiert.
Dazu wird, wie in 5D näher ersichtlich, ein jeweiliger
Diodenanschlussdraht 73 der Diodenbauelemente 71 in
einen jeweiligen von einander gegenüberliegenden Kontaktabschnitten 61 eingelegt
und mit diesem vercrimpt, indem die V-förmigen Kon taktabschnitte 61 entsprechend
vercrimpt werden. In gleicher Weise werden die Kurzschlussverbindungen 72 in
Form von einfachen Drahtverbindungen in gegenüberliegende Kontaktabschnitte 61 der
ersten Reihe 21 bzw. zweiten Reihe 31 ähnlich zu den
Diodenbauelementen 71 eingelegt und mit den Kontaktabschnitten
vercrimpt. Zur besseren Vorpositionierung der Dioden und Drahtbrücken werden
diese durch Schlitzkonturen des beschriebenen Kunststoffgehäuses, welches
die Stanzgitter umgibt, vor dem Crimpprozess in ihrer jeweiligen
Sollposition geführt.
Die Diodenbauelemente 71 und Drahtbrücken 72 können maschinell
eingelegt und mit dem jeweiligen Stanzgitter (Leadframe), wie oben
beschrieben, verbunden werden. Die aufgrund der universellen Gestaltung
der Stanzgitter 40, 50 nicht mehr benötigten metallischen
Verbindungen oder Verbindungskonturen 41 bzw. 51 werden
vor oder nach dem Crimpprozess maschinell entfernt. Dies geschieht durch
die Gehäuseöffnungen 84,
wie vorstehend beschrieben.
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Wie
in 5C dargestellt, werden vor oder nach dem Crimpprozess
beispielsweise die Kontakte 30 in ihre spätere Form
gebogen, welche für
den Anschluss der entsprechenden Folienleiter vorteilhaft ist. Ebenfalls
können überzählige Metallanschlusskonturen
vor oder nach dem Crimpprozess maschinell abgeschnitten oder umgeformt
werden. Dies ist anhand von 5D dargestellt,
wonach ein Teil der Kontakte 20 bzw. ein jeweiliger Teil
derselben in einem Nachbearbeitungsprozess abgetrennt wurde, wie
beispielsweise anhand der beiden äußeren Kontakte 20 dargestellt.
Eine weitere Anzahl von Kontakten 20 wurde im Nachbearbeitungsprozess
gebogen, wie anhand des mittleren Kontakts 20 gemäß 5D dargestellt.
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Nach
dem Bestückungsprozess
(Vorsehen der Diodenbauelemente 71 und Drahtbrücken 72) und
dem Nachbearbeitungsprozess (Freistanzen, Biegen, Abtrennen) wird
die so gebildete Funktionseinheit 4 elektrisch überprüft und zur
Montage in das Gehäuseunterteil
einer Anschlussdose freigegeben. Die Anordnung der Diodenbauelemente 71 und
die Befestigung an einander gegenüberliegenden Kontaktabschnitten 61 der
Stanzgitter 40 und 50 hat dabei den Vorteil, dass
die Diodenanschlussdrähte 73 (5D)
nicht mehr vor der Montage um 90 Grad abgewinkelt werden müssen, wie
im herkömmlichen Fall,
sondern im Anlieferungszustand mit im Wesentlichen sich gerade erstreckenden
Di odenanschlussdrähten 73 mit
den Kontaktabschnitten 61 vercrimpt werden können. Dies
reduziert erheblich die Gefahr einer Beschädigung der Dioden im Montageprozess. Die
elektrische und mechanische Verbindung der Dioden mit dem jeweiligen
Stanzgitter kann durch einen automatisierten, maschinell durchgeführten Crimpprozess
erfolgen. In diesem Zusammenhang ist es jedoch auch möglich, die
entsprechende Verbindung durch Schweißen, Kleben oder Stecken herzustellen.
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Wie
in 2 dargestellt, kann eine so hergestellte Funktionseinheit 4 an
den Verbindungsstegen 83 mit Befestigungsvorrichtungen
in Form von Rastelementen 14 des Verbindergehäuses 10 verrastet werden
und so im Verbindergehäuse 10 fixiert
werden. Über
die Ω-Federn 62 werden
die Folienleiter 3 des Solarmoduls (in 2 nicht
dargestellt) an eine Anzahl von Kontakten 30 der ersten
Reihe 31 angeschlossen. Die beiden äußeren Kontakte 20 der
ersten Reihe 21 von Kontakten werden über jeweilige Verbindungs-Kontaktelemente 90 mit
dem entsprechenden elektrischen Leiter eines Anschlusskabels 2 verbunden.
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Ein
derartiges Verbindungs-Kontaktelement 90 ist in einer Ausführungsform
in 6 näher
dargestellt. Das Verbindungs-Kontaktelement 90 bildet eine
Art Stromschiene mit zwei Anschlüssen.
An einem ersten Ende 91 ist das Verbindungs-Kontaktelement 90 zur
lösbaren
Verbindung mit einem der Kontakte 20 der ersten Reihe 21 ausgebildet
und an dem gegenüberliegenden
Ende 93 zur Verbindung mit dem oder den elektrischen Leitern
eines Anschlusskabels 2. Zur Ausbildung der lösbaren Verbindung
an dem ersten Ende 91 ist eine Anschlusseinrichtung 92 vorgesehen,
die beispielsweise einen buchsenartigen Anschluss, insbesondere
einen sogenannten Faston-Anschluss bildet. In diesen Faston-Anschluss wird
ein entsprechender Kontakt 20 eingeschoben, der in diesem
Anschlussbereich als Kontaktmesser ausgebildet ist und in die Öffnung des
Faston-Anschlusses eingeschoben wird, um den Kontakt 20 mit dem
Verbindungs-Kontaktelement 90 zu verbinden. An dem gegenüberliegenden
Ende 93 ist beispielsweise eine Zugfeder 63 angeordnet,
in welche der Leiter des Anschlusskabels eingeschoben werden kann,
wenn die Zugfeder mit Druck beaufschlagt wird, beispielsweise durch
Drücken
auf die Zugfeder.
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Die
Verbindungs-Kontaktelemente 90 können automatisch hergestellt
und bestückt
werden und haben im Wesentlichen zwei Aufgaben zu erfüllen. Sie
dienen einerseits zum Kontaktieren des oder der Anschlusskabel mit
der Funktionseinheit 4 und ermöglichen andererseits durch
die lösbaren
Steckverbindungen (wie zum Beispiel durch die Anschlusseinrichtung 92)
das elektrische und mechanische Lösen der Funktionseinheit 4 aus
dem Verbindergehäuse 10.
Damit ist es möglich,
beispielsweise im Reparaturfall, die Funktionseinheit 4 kostengünstig durch
eine andere Funktionseinheit 4 in einem einzigen Arbeitsschritt
auszutauschen. Auch ist es möglich,
die Funktionseinheit 4 aus dem Verbindergehäuse 10 herauszulösen, defekte
Bauelemente wie zum Beispiel defekte Dioden 71 durch funktionsfähige Bauelemente
auszutauschen und die so reparierte Funktionseinheit 4 wieder
in das Verbjndergehäuse 10 einzusetzen.
So kann im Falle eines Ausfalls von Dioden im Betrieb die betreffende
defekte Diode vor Ort lokalisiert, herausgetrennt und mit Hilfe
eines Reparatursets (Diode und zwei Zugfedern) ersetzt werden. Alternativ
zum Wechsel einzelner defekter Dioden kann die gesamte Funktionseinheit 4 aus
dem Verbindergehäuse 10 herausgezogen
und durch eine komplette neue Funktionseinheit ersetzt werden, ohne
dass die elektrischen Leiter des oder der Anschlusskabel 2 elektrisch
oder mechanisch von dem Verbindergehäuse 10 gelöst werden
müssen.
Die defekten Funktionseinheiten können in einer Werkstatt zeit-
und ortsunabhängig
repariert werden.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist dabei, dass in der vorliegenden Ausführungsform
neben zwei Verbindungs-Kontaktelementen 90 (Anschluss-Stromschienen)
nur noch eine rein maschinell herstellbare Funktionseinheit in Form
der Zwischenverbindungsanordnung 4 in das Verbindergehäuse 10 eingebaut werden
muss. Die Fixierung bzw. der Festsitz der Funktionseinheit sowie
der Anschluss-Stromschienen
kann durch Rasthaken, die Bestandteil eines bereits existierenden
und unveränderten
Verbindergehäuses
sind, erfolgen. Dadurch kann eine Anzahl von manuellen Montagevorgängen, wie
eingangs beschrieben, entfallen. In Verbindung mit einer einhergehenden
Bauteilreduzierung, einer konstruktiven Vereinfachung von Kunststoff-
und Metallkomponenten, einer Materialersparnis sowie Montagekostenersparnis
und eines automatisierbaren Herstellungsprozesses kann eine deutliche
Kosteneinsparung bei der Herstellung einer solchen Verbindungsvorrichtung
erzielt werden.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass eine Verbindungsvorrichtung
zum Anschluss eines photovoltaischen Solarmoduls gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung auf vielfältige Weise realisierbar ist,
ohne auf die spezielle Ausführungsform,
die in den Figuren gezeigt ist, beschränkt zu sein. Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung
kann grundsätzlich
an jeder geeigneten Stelle an einem Solarmodul zum Anschluss desselben
angebracht werden, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, die
Verbindungsvorrichtung an der Rückseite
des Solarmoduls an einer seiner Hauptflächen anzubringen, wie in 1 dargestellt.
Auch der Anschluss an das Solarmodul kann grundsätzlich über jede Art von elektrischen
Leitern vorgenommen werden, wobei der vorstehend beschriebene Anschluss über Folienleiter
nur eine von mehreren möglichen
Ausführungsformen
darstellt.