DE102008056283A1

DE102008056283A1 - Verbindungsvorrichtung für ein photovoltaisches Solarmodul

Info

Publication number: DE102008056283A1
Application number: DE102008056283A
Authority: DE
Inventors: Günter Feldmeier; Andreas Woeber; Heinz Scherer; Norbert Geister
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2010052210A3; WO2010052210A2

Abstract

Eine Verbindungsvorrichtung (10, 70) für ein photovoltaisches Solarmodul (100) zur Verbindung mindestens eines externen elektrischen Leiters (2) mit einem elektrischen Anschlusssystem (3, 104) des Solarmoduls (100) weist ein Außengehäuse (11, 71) auf, das an dem Solarmodul (100) anordenbar ist, und stromführende Bauteile (21, 22, 31), die derart mit Kunststoffmaterial umspritzt sind, dass lediglich der Kontaktbereich der stromführenden Bauteile zum Kontaktieren des elektrischen Anschlusssystems (3, 104) des Solarmoduls (100) zugänglich ist, oder die derart mit Kunststoffmaterial umspritzt sind, dass lediglich der Kontaktbereich der stromführenden Bauteile zum Kontaktieren des elektrischen Anschlusssystems (3, 104) des Solarmoduls (100) und der Kontaktbereich der stromführenden Bauteile zum Kontaktieren des externen elektrischen Leiters (2) zugänglich sind. Das Außengehäuse (11, 71) ist dabei an einer dem Solarmodul (100) abgewandten Seite (14, 74) vollständig geschlossen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für ein photovoltaisches Solarmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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 z. B. an einen Verbraucher angeschlossen ist. Diese Anschlussfolien sind in einer Verbindungsvorrichtung, beispielsweise 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 stromführende Anordnung auf, an der einerseits eine oder mehrere Anschlussfolien des Solarmoduls und andererseits ein oder mehrere elektrische Leiter eines oder mehrerer Anschlusskabel angeschlossen werden. Zusätzlich sind in einer derartigen Verbindungsvorrichtung meist eine oder mehrere Dioden enthalten, die vorgesehen sind, um Ausgleichsströme 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 entsprechender reduzierter Leistung weiter betrieben werden.
Eine Anschlussvorrichtung zum Anschließen von externen Anschlusskabeln an ein Solarpanel ist beispielsweise aus JP 2001 298 206 A bekannt. Die darin beschriebene Anschlussvorrichtung weist ein mehrteiliges Verbindergehäuse auf mit einem Hauptgehäuse und einem Harz-Formteil, in welches Anschlussplatten eingeformt sind, die mit externen Anschlusskabeln verbunden sind. In dem Hauptkörper ist eine Öffnung vorgesehen, innerhalb welcher die Anschlussplatten mit Anschlussleitern des Solarmoduls verbunden werden. Hierzu ragen die modulseitigen Enden der Anschlussplatten in die Öffnung des Hauptgehäuses hinein, wobei die Öffnung nach dem Verbinden dieser Komponenten miteinander mit einem Harz vergossen wird. An einer Seitenwand des Hauptgehäuses ist dieses mit dem Harz-Formteil, in welches die Anschlusskabel eingebettet sind, verbunden.
In EP 0 999 601 A1 ist eine Anschlussvorrichtung beschrieben, bei der mehrere Bypass-Dioden im oberen Gehäuseteil mit entsprechenden Anschlüssen verbunden sind, bevor das Gehäuseteil mit seiner unterseitigen Öffnung über eine untere Anschlussanordnung an dem Solarpanel aufgebracht wird, an der die einzelnen Leiter des Solarmoduls herausgeführt und mit entsprechenden Anschlüssen verbunden sind. Beim Aufbringen des oberen Gehäuseteils werden dessen Anschlüsse mit den jeweiligen Anschlüssen der unteren Anschlussanordnung verbunden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die vergleichsweise einfach und kostengünstig unter Verwendung von möglichst einfachen Komponenten herstellbar ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird mit einer Verbindungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein stromführendes Bauteil ist beispielsweise eine Stromschiene, ein Diodenbauelement, eine Leiterplatte oder dergleichen.
Als Kunststoffmaterial des Außengehäuses kann insbesondere ein thermoplastisches Material verwendet werden. Als Außengehäuse ist hier insbesondere ein Gehäuse einer Verbindungsvorrichtung zu verstehen, das die stromführende Anordnung im Inneren des Gehäuses umschließt und die äußere Gehäusebegrenzung der Verbindungsvorrichtung definiert.
Die Erfindung bietet dabei den Vorteil, dass es mit einer derartigen Verbindungsvorrichtung möglich ist, eine deutliche Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Verbindungsvorrichtungen zu erreichen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung kleinere Abmessungen und eine damit einhergehende Materialersparnis erzielbar sind. Zusätzlich ist es möglich, weniger und dennoch einfacher gestaltete Komponenten zu verwenden, wobei außerdem ein maximal möglicher Automatisierungsgrad bei der Teilefertigung und der Assemblage erzielbar ist. Die Erfindung ermöglicht es außerdem, dass die Verbindungsvorrichtung weitgehend automatisch gefertigt werden kann und vom Anwender bei der Installation auch automatisch montiert werden kann. Somit kann ein von bisher gekannten Verfahren geändertes Handhabungsverfahren beim Anwender der Verbindungsvorrichtung automatisch erfolgen.
Insbesondere können nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im Wesentlichen gleichgestaltete Stromschienen verwendet werden, die je nach Anforderung und Bedarf in einer entsprechenden Anzahl einzeln assembliert werden können. Die Stromschienen können beispielsweise aus einem entsprechenden Metallträger gestanzt oder anderweitig hergestellt werden und je nach Anforderung entsprechend gebogen werden, um die jeweiligen Kontaktbereiche herzustellen. Je nach Anzahl der anzuschließenden Solarzellen bzw. anzuschließenden Solarzellenstränge kann eine entsprechende Anzahl von Stromschienen verwendet werden. Dadurch kann die Verbindungsvorrichtung flexibel an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
Durch das Umspritzen der stromführenden Bauteile mit Kunststoffmaterial wird die Form des Außengehäuses zumindest teilweise bereits erzeugt, wobei eine unterseitige Öffnung am Außengehäuse offen bleibt, das die Zugänglichkeit und das Kontaktieren des Kontaktbereiches der stromführenden Bauteile mit den Anschlussleitern des Solarmoduls gewährleistet. Durch das Umspritzen der stromführenden Bauteile zu einem kompletten Anschlussgehäuse ergibt sich eine bessere Wärmeableitung der in den Diodenbauelementen entstehenden Wärme, so dass die insgesamt entstehende Verlustwärme besser nach außerhalb der Verbindungsvorrichtung abgeführt werden kann.
Die bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 2, d. h. das Umspritzen und die Ausbildung einer Funktionseinheit vor der endgültigen Bildung bzw. Ausformung des Außengehäuses hat den Vorteil, dass die so gebildete Funktionseinheit als separat assemblierbare Einheit im Herstellungsprozess gehandhabt werden kann. Mit Herstellung der Funktionseinheit wird eine Baueinheit geschaffen, welche die stromführenden Teile der Verbindungsvorrichtung zu einer kompakten Einheit zusammenfasst, die vergleichsweise robust ist und entsprechend dieser robusten Eigenschaften vergleichsweise einfach im Herstellungsprozess der Verbindungsvorrichtung gehandhabt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet die Funktionseinheit wenigstens einen Teil einer Außenfläche der Verbindungsvorrichtung. Beispielsweise bildet die Funktionseinheit wenigstens einen Teil einer dem Solarmodul zugewandten Außenfläche der Verbindungsvorrichtung, welche auf dem Solarmodul durch Auflage anordenbar ist, und/oder wenigstens einen Teil einer dem Solarmodul abgewandten Außenfläche der Verbindungsvorrichtung. Auf diese Art ist es möglich, das Außengehäuse vergleichsweise flach auszubilden.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung bildet somit die Funktionseinheit bzw. deren Kunststoffmaterial einen Teil des Außengehäuses der Verbindungsvorrichtung. Das Außengehäuse ist somit aus zwei Komponenten aufgebaut und umfasst einerseits das erste Kunststoffmaterial zur Bildung der Funktionseinheit und andererseits das zweite Kunststoffmaterial zur Bildung des vollständig ausgeformten Außengehäuses. Hierbei können als erstes und zweites Kunststoffmaterial unterschiedliche Materialien verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, für beide Komponenten des Außengehäuses das gleiche Kunststoffmaterial zu verwenden. Es ist dabei vorteilhaft, Kunststoffmaterialien zu verwenden, die eine gute Verbindung miteinander eingehen, so dass das Außengehäuse insgesamt als kompakte Einheit ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren, die Ausführungsformen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines beispielhaften photovoltaischen Solarmoduls, das mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung verbunden ist,
2 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung von oben,
3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung der Verbindungsvorrichtung nach 2 von unten,
4 und 5 zeigen Ausführungsformen von stromführenden Teilen einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einem Zwischenstadium der Herstellung,
6 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung von oben,
7 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung der Verbindungsvorrichtung nach 6 von unten,
8 zeigt einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, bei der die stromführenden Teile zu einer Funktionseinheit zusammengefasst und ausgeformt sind.
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 oder mehrere elektrische Leiter 3 des Solarmoduls übergeht oder mit wenigstens einem elektrischen Leiter 3 des Solarmoduls verbunden ist, der beispielsweise in Form einer Anschlussfolie oder eines Anschlussbändchens ausgeführt ist. Über einen solchen Folienleiter 3 ist das elektrische Anschlusssystem 104 des Solarmoduls 100 mit einer externen Anschlussleitung 2, beispielsweise in Form eines Solaranschlusskabels, verbindbar.
Wie weiter in 1 dargestellt, ist an der Rückseite der Schicht 103, welche eine Außenfläche des Solarmoduls bildet, eine Verbindungsvorrichtung 10 bzw. 70, wie im folgenden noch erläutert, befestigt, beispielsweise durch Festkleben eines Gehäuserandes 16 bzw. 76 (vgl. 2 bis 7) mittels Klebstoff 107. Weiterhin weist die Schicht 103 eine Durchführungsöffnung 105 auf, durch welche hindurch der elektrische Leiter 3 etwa in Form eines Folienleiters zu der Verbindungsvorrichtung geführt werden kann.
In 2 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung gemäß einer ersten Variante dargestellt. Deren Zusammensetzung und einzelne Komponenten werden insbesondere in Zusammenschau mit 3, 4 und 5 deutlich, welche jeweilige Ausführungsformen von einzelnen Komponenten der Verbindungsvorrichtung zeigen.
Die Verbindungsvorrichtung 10 weist ein Außengehäuse 11 auf, das an dem Solarmodul 100 gemäß 1 angeordnet werden kann. Insbesondere ist das Außengehäuse 11 derart ausgebildet, dass eine Unterseite 13 an einer der Schichten 101, 103 des Solarmoduls 100 gemäß 1 aufgelegt werden kann und beispielsweise mit einem Klebstoff oder Dichtstoff an dem Solarmodul befestigt wird. An der Unterseite 13 des Außengehäuses 11 ist eine Öffnung 17 vorgesehen, an der die Folienleiter 3 des elektrischen Anschlusssystems des Solarmoduls in das Gehäuseinnere des Außengehäuses 11 eingeführt werden können. Die Unterseite 13 des Außengehäuses 11 weist eine im Wesentlichen ebene Fläche auf, die zur Auflage an dem ebenfalls eben ausgebildeten Solarmodul 100 geeignet ist. Das Außengehäuse ist aus dem Kunststoffmaterial 9 hergestellt, das z. B. ein Thermoplast oder Duroplast sein kann.
Das Außengehäuse 11 weist einen umlaufenden und die Öffnung 17 teilweise umgebenden Rand 16 auf, der an dem Solarmodul 100 durch Auflage anordenbar ist und dichtend mit dem Solarmodul verbindbar ist. Zu diesem Zweck weist die untere Auflagefläche des Randes 16 eine im Wesentlichen ebene Fläche auf, die zur Auflage an dem ebenfalls eben ausgebildeten Solarmodul 100 geeignet ist und entsprechend flächig verklebt werden kann. Der Rand 16 ist über die Seitenwand 15 mit einem plattenförmigen horizontalen und geschlossen ausgebildeten Gehäuseteil verbunden, welcher die Oberseite 14 des Außengehäuses 11 bildet. In einer der Seitenwände 15 des Außengehäuses 11, in 2 und 3 in der nach vorne zeigenden Seitenwand, sind im vorliegenden Fall zwei Anschlussdurchführungen 12 vorgesehen, um die Anschlusskabel 2 (in 2 und 3 nicht dargestellt) mit elektrisch führenden Teilen innerhalb des Außengehäuses 11 zu verbinden.
Die 4 und 5 zeigen beispielhafte Komponenten einer stromführenden Anordnung, die innerhalb des Außengehäuses 11 angeordnet sind. Die stromführende Anordnung weist im vorliegenden Fall vier Stromschienen 21 bis 24 auf. Die Anordnung der Stromschienen 21 bis 24 ist dabei nur beispielhaft anzusehen und kann je nach Anforderung auch variieren. Insbesondere kann auch je nach Anforderung die Anzahl der verwendeten Stromschienen variieren und kann beispielsweise nur die Stromschienen 21 und 22 umfassen. Im vorliegenden Fall weisen die beiden äußeren Stromschienen 21 und 24 einen jeweiligen Kontaktbereich 51 auf, der mit einem externen elektrischen Leiter verbunden werden kann. In der Ausführungsform gemäß 4 sind die Kontaktbereiche 51 der Stromschienen 21 und 24, die beispielsweise als Sicken ausgebildet sind, mit einem elektrischen Leiter eines jeweiligen Anschlusskabels 2 verbunden. Die elektrischen Leiter der Anschlusskabel 2 können dabei mit den Stromschienen 21 und 24 verschweißt, verlötet und/oder vercrimpt werden, um eine entsprechende elektrische Verbindung herzustellen. Außerdem weisen die Stromschienen 21 und 24 einen jeweiligen zweiten Kontaktbereich 52 auf, der zur Verbindung mit dem elektrischen Anschlusssystem des Solarmoduls, genauer gesagt mit dessen Folienleitern 3 vorgesehen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Stromschienen 21 und 24 im zweiten Kontaktbereich 52 nach oben gebogen, so dass ein Folienleiter des elektrischen Anschlusssystems des Solarmoduls, der aus der Schichtenanordnung des Solarmoduls herausgeführt ist, an den Abschnitt innerhalb des Kontaktbereichs 52 angelegt werden kann. Die Stromschienen können in den Kontaktbereichen 52 jedoch auch gerade verlaufen. Ein Folienleiter oder dergleichen kann an den nach oben gebogenen Abschnitt innerhalb des Kontaktbereichs 52 angelegt und mit einem Federelement 56, das hier in Form einer Ω-Feder ausgeführt ist, fixiert werden. Es ist in diesem Zusammenhang auch ein Verschweißen oder ein Verlöten des jeweiligen Folienleiters am Kontaktbereich 52 der Stromschienen möglich. Der jeweilige Folienleiter des Anschlusssystems ist in den 2 bis 8 nicht dargestellt.
Die beiden in der Mitte befindlichen Stromschienen 22 und 23 werden in ihren Endbereichen lediglich mit einem entsprechenden Folienleiter des Anschlusssystems des Solarmoduls verbunden. Hierzu weisen die Stromschienen 22 und 23 entsprechend zu den Stromschienen 21 und 24 ausgestaltete Kontaktbereiche 52 auf, die in gleicher Weise mit jeweiligen Folienleitern verbunden werden, wie in Bezug auf die Stromschienen 21 und 24 beschrieben. Auf der gegenüberliegenden Seite können die Stromschienen 22, 23 auch verkürzt ausgebildet werden (nicht dargestellt), damit das Außengehäuse 11 bzw. 71 in diesem Bereich entsprechend ausgeformt werden kann, um eine Materialersparnis zu erzielen.
Wie weiter in 4 ersichtlich, ist auf wenigstens einer Seite der Stromschienen 21–24, im vorliegenden Beispiel auf der Unterseite jeder Stromschiene, wenigstens ein Abstandhalter 26 an einer der Stromschienen angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist unterhalb jeder der Stromschienen ein Abstandhalter 26 angordnet. Diese werden im Herstellungsprozess beim Umspritzen der stromführenden Anordnung zur Bildung des Außengehäuses 11 oder 71 (6) an einem Formwerkzeug (nicht dargestellt) angeordnet. So kann die stromführende Anordnung im Formwerkzeug gehalten oder abgestützt werden, wobei die Abstandhalter 26 beim Umspritzen vom Kunststoffmaterial 9 des Außengehäuses umgeben werden, somit mit umspritzt werden.
In 5 ist eine Variante gezeigt, gemäß welcher im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 4 in den Kontaktbereichen 51 der Stromschienen 21 und 24 ein Kontakt 54 mit der jeweiligen Stromschiene 21 und 24 verbunden ist. Beispielsweise ist der Kontakt 54 mit der Stromschiene 21 bzw. 24 mittels einer Schweißverbindung, Lötverbindung und/oder Crimpverbindung verbunden. Der Kontakt 54 ist in dem von den Stromschienen abgewandten Bereich zur Verbindung mit einem externen elektrischen Leiter ausgebildet. Insbesondere ist der Kontakt 54 als Teil einer Steckverbindung (nicht dargestellt) ausgebildet, die zwischen der Stromschiene 21 bzw. 24 und dem Anschlusskabel 2 angeordnet ist. Der Kontakt 54 ist insbesondere Teil einer entsprechenden Steckvorrichtung, die z. B. an einer der Anschlussdurchführungen 12 des Außengehäuses 11 angeordnet ist und mit einer korrespondierenden Steckvorrichtung an dem Anschlusskabel 2 (nicht dargestellt) zusammenwirkt. Auf diese Art kann ein Anschlusskabel 2 durch eine einfache Steckverbindung an der Anschlussdurchführung 12 mit dem entsprechenden Kontakt 54 verbunden werden, so dass die entsprechende Stromschiene mit dem Anschlusskabel verbunden ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Kontakt 54 vom Außengehäuse 11 umspritzt ist oder in das Außengehäuse 11 eingegossen ist.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 hingegen wird das Anschlusskabel 2 in dem Bereich der Anschlussdurchführungen 12, in welchem das Anschlusskabel 2 mit der entsprechenden Stromschiene 21, 24 verbunden ist, wenigstens teilweise vom Außengehäuse umspritzt. Diese Ausführungsart ist beispielhaft in 2, 3 und 6, 7 dargestellt.
Wie weiter in den 4 und 5 dargestellt, werden als stromführende Teile im Wesentlichen gleich und/oder einfach gestaltete Stromschienen 21 bis 24 verwendet, die beispielsweise aus einem Metallband geformt und gegebenenfalls gebogen wurden. Diese Stromschienen 21 bis 24 werden einzeln in einem Werkzeug assembliert, so dass die Stromschienen 21 bis 24 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Ein Diodenbauelement 31 weist Diodenanschlussdrähte 35 auf, die auf jeweils eine der Stromschienen 21, 22 aufgebracht sind und mit der jeweiligen Stromschiene elektrisch verbunden sind. Insbesondere ist einer der Diodenanschlussdrähte 35 auf die Stromschiene 21 aufgebracht und mit dieser elektrisch verbunden, während der andere gegenüberliegende Diodenanschlussdraht 35 der Diode 31 auf die zweite Stromschiene 22 aufgebracht ist und mit dieser elektrisch verbunden ist. Somit sind die erste und zweite Stromschiene 21, 22 über das Diodenbauelement 31 miteinander elektrisch verbunden. Neben der Stromschiene 22 ist eine dritte Stromschiene 23 und eine vierte Stromschiene 24 angeordnet, die in analoger Weise mit weiteren Diodenbauelementen 32 und 33 verbunden sind, die mit ihren jeweiligen Diodenanschlussdrähten 35 auf jeweils eine der Stromschienen 22 bis 24 aufgebracht sind und mit der jeweiligen Stromschiene elektrisch verbunden sind. So verbindet das Diodenbauelement 32 die Stromschienen 22 und 23 miteinander, während das Diodenbauelement 33 die Stromschienen 23 und 24 miteinander verbindet. Die Diodenbauelemente 31 bis 33 sind in der vorliegenden Ausführungsform als Runddioden ausgebildet, wobei der jeweilige Diodenkörper zwischen den jeweils miteinander verbunden Stromschienen angeordnet ist und sich platzsparend jeweils nach unterhalb und oberhalb der Stromschienen erstreckt. Auf diese Weise lässt sich eine platzsparende Anordnung der Stromschienen und Dioden erreichen.
Die Diodenanschlussdrähte 35 wie auch die Kontakte 54 und/oder die elektrischen Leiter der Anschlusskabel 2 können in entsprechende Sicken der Stromschienen als vorgeformte Kontaktabschnitte eingelegt werden und durch Verschweißen, Verlöten oder Vercrimpen mit der jeweiligen Stromschiene verbunden werden. Durch diese Anordnung und durch die Anordnung der Diodenkörper zwischen den jeweiligen Stromschienen 21 bis 24 können diese stromführenden Teile insgesamt platzsparend angeordnet werden, so dass im Außengehäuse der Verbindungsvorrichtung der in Anspruch genommene Raum für die stromführenden Teile reduziert werden kann und dieses somit vergleichsweise flach ausgebildet werden kann.
In einem Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Verbindungsvorrichtung 10, wie in 2 dargestellt, werden die Stromschienen 21 bis 24 nebeneinander angeordnet und mit den Diodenbauelementen 31 bis 33 verbunden, wie zuvor beschrieben. Zusätzlich wird im Kontaktbereich 51 der Stromschienen 21 und 24 ein jeweiliges Anschlusskabel 2 bzw. ein jeweiliger Kontakt 54 aufgebracht, wie anhand von 4 und 5 bereits erläutert. Die so gebildete stromführende Anordnung wird im Anschluss daran mit einem Kunststoffmaterial 9 des Außengehäuses umspritzt, so dass wenigstens ein Teil der Stromschienen und die Diodenbauelemente 31 bis 33 mit dem Kunststoffmaterial 9 umgeben sind. Insbesondere werden die Stromschienen 21 bis 24 und die Diodenbauelemente 31 bis 33 vollständig umspritzt, wobei lediglich ein Bereich um die Kontaktbereiche 52 der Stromschienen herum frei bleibt, um in einem späteren Montageschritt die Folienleiter 3 des Solarmoduls anzuschließen. Mit dem Umspritzen der stromführenden Anordnung mit Kunststoffmaterial 9 wird das Außengehäuse 11, wie in 2 und 3 dargestellt, vollständig ausgebildet, so dass in dieser Ausführungsform das Außengehäuse 11 durch ein einziges Kunststoffmaterial 9 (z. B. Thermoplast) ausgeformt ist. Dieses Außengehäuse 11 wird dabei derart ausgeformt, dass unterhalb der Kontaktbereiche 52 der Stromschienen 21 bis 24 an der dem Solarmodul zugewandten Seite 13 des Außengehäuses 11 eine Öffnung 17 ausgebildet wird, die die Zugänglichkeit und das Kontaktieren der Folienleiter mit den Stromschienen 21 bis 24 gewährleistet. Es entsteht somit eine äußerst robuste und durch die günstige Anordnung der Stromschienen kompakte Verbindungsvorrichtung.
Die so gebildete Verbindungsvorrichtung wird beispielsweise von dem Hersteller der Verbindungsvorrichtung an einen Anwender ausgeliefert. Dieser schließt die modulseitigen Kontaktfolien an die freien Enden der Stromschienen in deren Kontaktbereichen 52 an, vorzugsweise durch Anschweißen, Löten oder durch Verwendung von geeigneten Federelementen. Anschließend wird das Außengehäuse 11 auf dem Solarmodul platziert und wenigstens an dem Rand 16 mit dem Solarmodul verklebt.
Im Falle von teilweiser Beschattung des Solarmoduls aktivieren sich die im Gehäuse vorgesehenen Bypass-Dioden in Form der Diodenbauelemente 31 bis 33, wobei sich diese stark erwärmen können. Durch das Umspritzen der stromführenden Komponenten inklusive der Diodenbauelemente mit Kunststoffmaterial zur Bildung des Außengehäuses ergibt sich eine gute Wärmeableitung der so entstehenden Wärme, was sich positiv auf das komplette System auswirkt.
In 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung dargestellt. Diese unterscheidet sich gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere in der Ausgestaltung des Außengehäuses. Die Verbindungsvorrichtung 70 weist ein Außengehäuse 71 aus Kunststoffmaterial 9 vergleichbar zur Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 2 auf, das eine stromführende Anordnung enthalten kann, wie anhand der 4 und 5 gezeigt. Wie bei der Verbindungsvorrichtung 10 gemäß 2 sind auch hier an einer der Seitenwände 75 des Außengehäuses 71 die Anschlusskabel 2 im Bereich der Anschlussdurchführungen 72, in welchen sie mit den entsprechenden Stromschienen verbunden sind, vom Außengehäuse 71 umspritzt. Als stromführende Anordnung wird beispielsweise die Anordnung gemäß 4 verwendet. Unterhalb der Kontaktbereiche 52 der Stromschienen 21 bis 24 ist an der dem Solarmodul zugewandten Unterseite 73 des Außengehäuses 71 eine Öffnung 77 ausgebildet, um den Anschlussraum des Außengehäuses 71 für die Folienleiter 3 des Solarmoduls zu bilden. An der Unterseite 73 und an dem Rand 76, der die Öffnung 77 teilweise umgibt, wird das Außengehäuse 71 auf das Solarmodul 100, wie in 1 beispielhaft dargestellt, aufgebracht. Das Außengehäuse 71 ist an der dem Solarmodul abgewandten Oberseite 74 geschlossen ausgebildet.
Anhand von 8 ist ein weiterer Aspekt der anhand von 6 und 7 beschriebenen Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung näher dargestellt. Hierbei werden die stromführenden Teile in Form der Stromschienen 21 bis 24 und der Diodenbauelemente 31 bis 33 mit einem Kunststoffmaterial 60 umspritzt, so dass wenigstens ein Teil der Stromschienen 21 bis 24 im Bereich der Diodenanschlüsse und die Diodenbauelemente 31 bis 33 von einem durch das Kunststoffmaterial 60 gebildeten gemeinsamen Gehäuse unter Bildung einer Funktionseinheit 5 umgeben sind, insbesondere vollständig umgeben oder eingeschlossen sind. Auf diese Weise werden die in einer Reihe nebeneinander angeordneten Diodenbauelemente 31 bis 33 von einem durch das Kunststoffmaterial 60 gebildeten Gehäuseblock umgeben, der in seiner Längserstreckung die Diodenbauelemente 31 bis 33 umgibt und sich in seiner Längserstreckung quer zu den Stromschienen erstreckt. Hierbei ist der Gehäuseblock im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, kann aber grundsätzlich auch anders gestaltet sein. Ebenso sind in dieser Ausführungsform die Stromschienen 21 bis 24 im Vergleich zu den Stromschienen gemäß 4 und 5 geringfügig anders geformt, jedoch in ähnlicher Weise parallel zueinander ausgerichtet. Das Kunststoffmaterial 60 kann beispielsweise ein thermoplastisches oder duroplastisches Material sein, wie das Kunststoffmaterial 9 gemäß 2 bzw. 6, und bildet einen Teil des Außengehäuses.
Der durch das Kunststoffmaterial 60 gebildete Gehäuseblock weist eine Unterseite 61, eine Oberseite 62 und Seitenwände 64, 65 auf. Durch das Umspritzen der vorassemblierten stromführenden Anordnung aus Stromschienen und Diodenbauelementen erhält man eine kompakte Funktionseinheit 5, die vergleichsweise einfach zu handhaben ist und eine gewisse mechanische Stabilität aufweist, die dazu geeignet ist, dass die stromführende Anordnung ohne Gefahr von Beschädigungen im Herstellungsprozess gehandhabt werden kann.
Eine Verbindungsvorrichtung für ein Solarmodul wird beispielsweise wie folgt hergestellt: Nach der Assemblage der stromführenden Anordnung, wie beispielsweise anhand von 4 erläutert, werden zunächst ein Teil der Stromschienen 21 bis 24 und die Diodenbauelemente 31 bis 33 mit dem Kunststoffmaterial 60 umspritzt, so dass die Funktionseinheit 5 gebildet wird, wie in 8 dargestellt. In einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird die so gebildete Funktionseinheit 5 mit einem zweiten Kunststoffmaterial, insbesondere mit dem Kunststoffmaterial 9 gemäß 6, umspritzt, so dass das Außengehäuse vollständig ausgeformt wird, wie in 6 und 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Funktionseinheit 5 bzw. das Kunststoffmaterial 60 des Gehäuseblocks einen Teil der Außenfläche der Verbindungsvorrichtung bildet. Beispielsweise bildet die Unterseite 61 des Gehäuseblocks einen Teil der Unterseite 73 des Außengehäuses 71. In gleicher Weise bildet die Oberseite 62 des Gehäuseblocks einen Teil der Oberseite 74 des Außengehäuses 71. Damit erhält man ein flach ausgebildetes Außengehäuse. Die Seitenwände 64 und 65 hingegen sind von den Seitenwänden 75 des Außengehäuses 71 umgeben.
Mit dieser Ausführungsform erhält man somit eine Verbindungsvorrichtung, bei der das Außengehäuse aus zwei Komponenten aufgebaut ist, wobei eine dieser Komponenten als im Fertigungsprozess einfach zu handhabende Funktionseinheit ausgebildet ist, die wiederum mit Kunststoffmaterial umspritzt wird, um das Außengehäuse vollständig auszuformen. Auch in diesem Fall erhält man eine äußerst robuste und durch die günstige Anordnung der stromführenden Komponenten kompakte Verbindungsvorrichtung.

2: Anschlusskabel
3: Folienleiter
5: Funktionseinheit
10: Verbindungsvorrichtung
11: Außengehäuse
12: Anschlussdurchführung
13: Unterseite
14: Oberseite
15: Seitenwand
16: Rand
17: Öffnung
21–24: Stromschiene
31–33: Diodenbauelement
35: Diodenanschlussdraht
51: erster Kontaktbereich
52: zweiter Kontaktbereich
54: Kontakt
56: Ω-Federn
60: Kunststoffmaterial
61: Unterseite
62: Oberseite
64, 65: Seitenwand
70: Verbindungsvorrichtung
71: Außengehäuse
72: Anschlussdurchführung
73: Unterseite
74: Oberseite
75: Seitenwand
76: Rand
77: Öffnung

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

- JP 2001298206 A [0003]
- EP 0999601 A1 [0004]

Claims

Verbindungsvorrichtung (10, 70) für ein photovoltaisches Solarmodul (100) zur Verbindung mindestens eines externen elektrischen Leiters (2) mit einem elektrischen Anschlusssystem (3, 104) des Solarmoduls (100), aufweisend ein Außengehäuse (11, 71), das an dem Solarmodul (100) anordenbar ist, und stromführende Bauteile (21, 22, 31), dadurch gekennzeichnet, dass – die stromführenden Bauteile (21, 22, 31) derart mit Kunststoffmaterial umspritzt sind, dass lediglich der Kontaktbereich der stromführenden Bauteile zum Kontaktieren des elektrischen Anschlusssystems (3, 104) des Solarmoduls (100) zugänglich ist, – oder dass die stromführenden Bauteile (21, 22, 31) derart mit Kunststoffmaterial umspritzt sind, dass lediglich der Kontaktbereich der stromführenden Bauteile zum Kontaktieren des elektrischen Anschlusssystems (3, 104) des Solarmoduls (100) und der Kontaktbereich der stromführenden Bauteile zum Kontaktieren des externen elektrischen Leiters (2) zugänglich sind, – und dass das Außengehäuse (11, 71) an einer dem Solarmodul (100) abgewandten Seite (14, 74) vollständig geschlossen ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der wenigstens ein Teil der stromführenden Bauteile (21, 22, 31) von einem ersten Kunststoffmaterial (60) umspritzt ist, das wenigstens einen Teil der stromführenden Bauteile unter Bildung einer Funktionseinheit (5) umschließt, und das erste Kunststoffmaterial (60) wenigstens teilweise von einem zweiten Kunststoffmaterial (9) umspritzt ist, durch welches das Außengehäuse (11, 71) ausgeformt ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Funktionseinheit (5) wenigstens einen Teil einer Außenfläche (13, 14, 73, 74) der Verbindungsvorrichtung bildet.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Funktionseinheit (5) wenigstens einen Teil einer dem Solarmodul zugewandten Außenfläche (13, 73) der Verbindungsvorrichtung bildet, welche auf dem Solarmodul (100) durch Auflage anordnenbar ist, und/oder wenigstens einen Teil einer dem Solarmodul abgewandten Außenfläche (14, 74) der Verbindungsvorrichtung bildet.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der das Kunststoffmaterial (60) der Funktionseinheit (5) als näherungsweise quaderförmiger Block ausgebildet ist, der quer zu den Stromschienen (21–24) verläuft.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stromführenden Bauteile umfassen: – mehrere nebeneinander angeordnete Stromschienen (21–24), umfassend wenigstens eine erste Stromschiene (21) mit einem ersten Kontaktbereich (51) zur Verbindung mit dem elektrischen Leiter (2) und einem zweiten Kontaktbereich (52) zur Verbindung mit dem elektrischen Anschlusssystem (3) des Solarmoduls (100), und eine zweite Stromschiene (22) mit einem Kontaktbereich (52) zur Verbindung mit dem elektrischen Anschlusssystem (3) des Solarmoduls (100), – wenigstens ein auf die Stromschienen (21, 22) aufgebrachtes Diodenbauelement (31), das die erste und zweite Stromschiene (21, 22) miteinander verbindet.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der – wenigstens ein Teil der Stromschienen (21, 22) und das Diodenbauelement (31) mit Kunststoffmaterial (9, 60) des Außengehäuses (11, 71) umspritzt sind, – wobei am Außengehäuse (11, 71) an einer dem Solarmodul zugewandten Seite (13, 73) des Außengehäuses wenigstens eine Öffnung (17, 77) ausgebildet ist, um wenigstens eine der ersten und zweiten Stromschiene (21, 22) mit dem elektrischen Anschlusssystem (3) des Solarmoduls (100) zu verbinden, – wobei das Außengehäuse (11, 71) einen die Öffnung (17, 77) wenigstens teilweise umgebenden Rand (16, 76) aufweist, der an dem Solarmodul (100) durch Auflage auf das Solarmodul anordenbar ist und dichtend mit dem Solarmodul verbindbar ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – mit wenigstens einem Kontakt (54), der in einem ersten Bereich zur Verbindung mit dem ersten Kontaktbereich (51) der ersten Stromschiene (21) ausgebildet ist und der in einem zweiten Bereich zur Verbindung mit dem externen elektrischen Leiter (2) ausgebildet ist, – wobei der Kontakt (54) vom Außengehäuse (11, 71) umspritzt ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Kontakt (54) als Teil einer Steckverbindung ausgebildet ist, die zwischen der ersten Stromschiene (21) und dem externen elektrischen Leiter (2) angeordnet ist, und insbesondere Teil einer Steckvorrichtung ist, die an einer Anschlussdurchführung (12, 72) des Außengehäuses angeordnet ist, um mit einer korrespondierenden Steckvorrichtung an dem externen elektrischen Leiter (2) zusammenzuwirken.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der externe elektrische Leiter (2) wenigstens teilweise vom Außengehäuse (11, 71) umspritzt ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der auf wenigstens einer Seite der Stromschienen (21–24) ein Abstandhalter (26) an wenigstens einer der Stromschienen angeordnet ist, der an einem Formwerkzeug zur Bildung des Außengehäuses (11, 71) anordenbar ist und vom Kunststoffmaterial (9) des Außengehäuses umgeben ist.