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Die
Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung, mit deren Hilfe
mehrschichtige Körper, bei
denen eine Schicht elektrisch leitend ist, zu kontaktieren. Mit
der Kontaktierungsvorrichtung kann insbesondere ein Schichtkörper in
der Form einer Solarzelleneinheit, die für Photovoltaikanlagen verwendet
werden kann, elektrisch kontaktiert werden.
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Aus
DE 10 2005 020 129
A1 ist es bekannt, bei einer Solarzelleneinheit an den
nach außen
weisenden Schmalseiten der Solarzelleneinheiten eine Nut vorzusehen,
in die ein Modulkörper
eines Kontaktierungsmoduls zur Befestigung eingesteckt werden kann.
Von dem Modulkörper
steht ein Kontaktelement ab, das seitlich zwischen der Oberseite
und der Unterseite der Solarzelleneinheit in die Solarzelleneinheit
eingeführt
werden muss, um eine elektrische Kontaktierung zu erreichen.
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Nachteilig
bei einem derartigen Kontaktierungsmodul ist, dass die der Sonne
ausgesetzte Fläche
des Schichtkörpers
durch das Kontaktierungsmodul vergleichsweise gering gehalten wird.
Ferner ist es möglich,
dass das Kontaktierungsmodul von der Solarzelleneinheit abfallen
kann, wodurch die elektrische Kontaktierung verloren geht. Insbesondere
bei einer Witterung mit starken Winden, kann sich das Kontaktierungsmodul
von dem Schichtkörper
lösen,
so dass es erforderlich ist, aufwändige Befestigungen vorzusehen,
um das Kontaktierungsmodul wetterfest auszuführen.
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Aus
der
DE 34 45 185 A1 ist
eine Aufnahmeeinheit für
eine einen elektronischen Schaltkreis enthaltende Datenkarte bekannt.
Dort ist beschrieben, dass die Datenkarte in der Aufnahmeeinheit
verschwenkbar gelagert ist und durch Verschwenken zur elektrischen
Kontaktierung mit Kontaktfedern in Verbindung gebracht werden kann.
Ferner ist aus dem Abstract zur
JP 2007-115915 A ein federndes Kontaktierungsmodul
für ein
Solarzellenmodul bekannt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kontaktierungsvorrichtung zu
schaffen, die vor der Kontaktierung eine einfache Positionierung
der beteiligten Bauteile zueinander und nach der Kontaktierung einen
verlässlichen
sowie stabilen elektrischen Kontakt ermöglicht. Ferner ist es die Aufgabe
der Erfindung, ein Verfahren zur Kontaktierung eines Schichtkörpers, insbesondere
einer Solarzelleneinheit, mit Hilfe einer derartigen Kontaktierungsvorrichtung
zu schaffen, das eine einfache und verlässliche Kontaktierung ermöglicht.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
nebengeordneten Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Kontaktierungsmodul
zur elektrischen Kontaktierung von Schichtkörpern, insbesondere Solarzelleneinheiten,
weist einen Modulkörper
zur Positionierung des Kontaktierungsmoduls innerhalb eines Gehäuses auf.
Mit dem Modulkörper
ist ein Kontaktelement zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung
mit dem Schichtkörper
verbunden. Mit dem Modulkörper
ist eine arretierbare Feder verbunden, um eine Federkraft auf das Kontaktelement
in Richtung auf den Schichtkörper
zu aufzubringen.
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Dadurch,
dass durch die Feder eine Federkraft in Richtung des Schichtkörpers auf
das Kontaktelement ausgeübt
werden kann, kann durch Lösen der
Feder besonders einfach eine Kontaktierung mit dem Schichtkörper hergestellt
werden. Im arretierten Zustand der Feder kann der Modulkörper zusammen mit
dem Kontaktelement einfach positioniert werden, da hohe Reibkräfte vermieden
sind. Erst nach dem Lösen
der Feder wird durch die Federkraft der Feder eine so große Kraft
ausgeübt,
dass eine sichere Kontaktierung gewährleistet ist, die auch bei
angreifenden Querkräften,
wie beispielsweise bei starkem Wind, sich nicht unbeabsichtigt löst. Gleichzeitig kann
durch die gelöste
Feder der Modulkörper
relativ zum Schichtkörper
verklemmt oder arretiert werden, so dass das Kontaktierungsmodul
nicht unbeabsichtigt vor dem Schichtkörper abfallen kann. Insbesondere
ist es möglich,
das Kontaktierungsmodul unterhalb des Schichtkörpers anzuordnen, um das Kontaktierungsmodul
vor Regen und äußeren Verschmutzungen
zu schützen.
Die der Sonne ausgesetzte Fläche
einer Solarzelleneinheit kann dadurch maximiert werden, da seitlich
zur Solarzelleneinheit angeordnete Funktionselemente vermieden sind
und ein besonders großer
Flächenanteil
einer für
eine Photovoltaikanlage zur Verfügung
gestellte Fläche durch
die Oberseiten der verwendeten Solarzelleneinheiten eingenommen
werden kann. Insbesondere bei Solarzelleneinheiten ist die Unterseite
des Schichtkörpers
lediglich durch eine dünne
Schutzschicht, beispielsweise eine Tedlar-Folie geschützt, die
zur Kontaktierung eines innerhalb des Schichtkörpers angeordneten elektrisch
leitfähigen
Flachleiters von dem Kontaktelement des Kontaktierungsmoduls durchdrungen
werden kann. Dadurch ist es nicht erforderlich, die Geometrie des
Schichtkörpers
durch spanende Bearbeitungsverfahren kostenintensiv und zeitaufwändig vorzubereiten.
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Insbesondere
weist die Feder einen Flachschenkel zur flächigen Anlage an einem Gehäuse auf.
Im gelösten
Zustand der Feder kann sich der Flachschenkel der Feder an dem Gehäuse abstützen und
dadurch das Kontaktelement und/oder den Modulkörper wegdrücken. Durch die flächige Ausgestaltung
des Flachschenkels ergibt sich im Vergleich zu einem drahtförmigen Schenkel
eine großflächige Anlage
an dem Gehäuse,
die ein Abrutschen der Feder am Gehäuse vermeidet. Durch die zwischen
dem Flachschenkel und dem Gehäuse
entstehende Haltekraft wird ein nachträgliches Verrutschen des Kontaktierungsmoduls
vermieden. Die korrekte Positionierung des Modulkörpers relativ
zum Schichtkörper wird
dadurch gesichert und geht nicht nachfolgend verloren.
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Erfindungsgemäß bringt
die Feder im gelösten
Zustand eine Federkraft auf den Modulkörper gegen ein Gehäuse auf.
Die Feder kann also im gelösten
Zustand den Modulkörper
gegen das Gehäuse drücken. Dadurch
ergibt sich eine zusätzliche
Flächenpaarung,
die ein nachträgliches
Verrutschen des Modulkörpers
vermeidet oder zumindest erschwert. Ferner kann in dem Gehäuse beispielsweise
ein Anschlag vorgesehen sein, gegen den der Modulkörper gedrückt wird,
insbesondere in dem Fall, dass das Kontaktelement auf keinen Widerstand
trifft. Dies könnte
beispielsweise der Fall sein, wenn die Feder des Kontaktierungsmoduls
gelöst
wird, obwohl noch keine Solarzelleneinheit in das Gehäuse eingesetzt ist.
Aufgrund des Anschlags wird vermieden, dass das Kontaktierungsmodul
nach dem Lösen
der Feder unbeabsichtigt aus dem Gehäuse herausspringt. Darüber hinaus
ist es möglich,
dass der Modulkörper nach
dem Lösen
der Feder an dem Gehäuse
entlang gleitet, um eine definierte Bewegung des Kontaktelements
nach dem Lösen
der Feder zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß weist
die Feder einen Arretierungsstift auf, wobei der Arretierungsstift
zum Lösen
der Feder, insbesondere quer zur Federrichtung entnehmbar ist. Durch
den Arretierungsstift, der insbesondere unregelmäßig, beispielsweise eckig, konturiert
ist, kann beispielsweise ein Schenkel einer Schenkelfeder im gespannten
Zustand gehalten werden, wobei der Schenkel nach dem Entfernen des
Arretierungsstifts ein Auseinanderbiegen der Schenkelfeder bewirkt.
Hierzu kann der Schenkel der Schenkelfeder beispielsweise durch
einen Schlitz im Modulkörper
geführt
werden, wobei quer zum Schlitz der Arretierungsstift vorgesehen
sein kann, um den Schenkel formschlüssig zu arretieren. Insbesondere ist
im arretierten Zustand der Feder aufgrund der gespannten Feder der
erforderliche Bauraum für
das Kontaktierungsmodul besonders gering und würde erst nach dem Lösen der
Feder vergrößert, um
die erforderliche Federkraft bereitzustellen und eine möglichst
bewegungsfeste Positionierung des Kontaktierungsmoduls relativ zum
Schichtkörper
zu erreichen.
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Insbesondere
weist das Kontaktelement eine distale Spitze zur Perforierung einer
Schutzschicht mit Hilfe der durch die Feder bereitgestellten Federkraft
auf. Über
die Spitze am distalen Ende des Kontaktelements kann die Schutzschicht
perforiert werden, so dass das Kontaktelement lediglich im Bereich der
Perforation in Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Flachleiter
innerhalb des Schichtkörpers
gelangt. Insbesondere, wenn der Flachleiter vorwiegend Kupfer aufweist,
kann die Form der Spitze und die durch die Feder bereitgestellte
Federkraft derart bemessen sein, dass die distale Spitze etwas in
den Flachleiter eindringt. Insbesondere wird der Flachleiter durch
das Kontaktelement nicht durchschnitten. Durch das teilweise Eindringen
des Kontaktelements in den Flachleiter kann auch ein elektrischer
Kontakt über
die Flanken der Spitze erfolgen, so dass der elektrische Widerstand
zwischen dem Kontaktelement und dem Flachleiter reduziert werden
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Kontaktelement zumindest teilweise von einem Dichtelement
zur Abdichtung des distalen Endes des Kontaktelements im kontaktierten
Zustand umgeben. Das Dichtelement kann hierbei direkt mit dem Kontaktelement
und/oder direkt mit dem Modulkörper verbunden
sein. Das Dichtelement ist beispielsweise im Querschnitt trichterförmig ausgestaltet
und kann sich vergleichbar zu einem Saugnapf an dem Schichtkörper anliegen.
Eine Öffnung
in einer Schutzschicht des Schichtkörpers, um eine Kontaktierung
mit dem Kontaktelement zu ermöglichen,
wird durch das Dichtelement abgedichtet, so dass die inneren Schichten
des Schichtkörpers
geschützt
bleiben und nicht nachteiligen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Gleichzeitig
kann durch das Dichtelement das Kontaktelement, vorzugsweise das
gesamte Kontaktelement, vor der Umgebung geschützt werden. Dadurch kann beispielsweise
die Bildung von Grünspan
am Kontaktelement vermieden werden.
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Vorzugsweise
ist der Modulkörper
durch Kunststoffspritzguss hergestellt. Insbesondere ist das Kontaktelement
und/oder die Feder teilweise von dem Modulkörper umspritzt. Die Positionierung
des Kontaktelements und/oder der Feder relativ zum Modulkörper kann
dadurch bereits bei der Herstellung des Modulkörpers fixiert werden. Nachfolgende
Montageschritte werden dadurch eingespart. Ferner kann die Qualität des Kontaktierungsmoduls
bereits nach dem Kunststoffspritzguss überprüft werden, ohne dass die Qualität des Kontaktierungsmoduls
wesentlich von der nachfolgenden Benutzung beim Einbauen abhängt. Qualitätseinbußen durch
unsachgemäße Handhabung
werden dadurch vermieden.
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Insbesondere
wird das Kontaktelement mit einem Anschlussstecker zum Anschließen eines Elektrokabels
verbunden, wobei insbesondere der Anschlussstecker zumindest teilweise
durch einen Modulkörper
ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Kontaktelement mit einer
Solarzelleneinheit kontaktiert, so dass über den Anschlussstecker ein
durch Photovoltaik entstandener Strom über insbesondere genormte Elektrokabel
abgeleitet werden kann. Insbesondere das Gehäuse des Anschlusssteckers kann
bereits durch den Modulkörper
ausgeformt sein, so dass es nicht erforderlich ist, zusätzliche Bauteile
zur Ausbildung des Anschlusssteckers mit dem Modulkörper nachträglich zu
verbinden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Solarzellenmodul für eine Photovoltaikanlage,
die ein Gehäuse aufweist,
wobei das Gehäuse
eine Solarzelleneinheit aufnimmt. In dem Gehäuse ist ferner ein Kontaktierungsmodul
angeordnet, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet
sein kann. Durch das Lösen
der Feder des Kontaktierungsmoduls nach der korrekten Positionierung
des Kontaktierungsmoduls relativ zur Solarzelleneinheit kann besonders
einfach und schnell eine wetterfeste Kontaktierung zwischen Kontaktierungsmodul
und der Solarzelleneinheit hergestellt werden. Die Solarzelleneinheit
weist insbesondere einen elektrisch leitfähigen Flachleiter auf, wobei
der Flachleiter durch eine Schutzschicht von der Umgebung geschützt ist
und das Kontaktelement im gelösten
Zustand der Feder durch die Schutzschicht hindurch geführt ist
und an dem Flachleiter anliegt.
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Insbesondere
ist es möglich,
dass die Schutzschicht eine insbesondere durch Laserbearbeitung
freigelegte Öffnung
zur Durchführung
des Kontaktelements aufweist, wobei die Öffnung ins besondere durch ein
Dichtelement zur Umgebung hin abgedichtet ist. Durch die bereits
vor der Kontaktierung vorgesehene Öffnung in der Schutzschicht
wird vermieden, dass Reste der Schutzschicht zwischen dem Kontaktelement
und dem Flachleiter verbleiben, wodurch sich der elektrische Widerstand
erhöhen könnte. Insbesondere
kann die Querschnittsfläche des
Dichtelements deutlich größer sein
als die Querschnittsfläche
der freigelegten Öffnung,
so dass bei einer ungenauen Positionierung des Kontaktierungsmoduls
zur Solarzelleneinheit ein ausreichender Schutz der innen liegenden
Schichten der Solarzelleneinheit gewährleistet ist.
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Besonders
bevorzugt weist das Gehäuse eine
Basiswand zur Anlage der Feder im gelösten Zustand und eine Gleitwand
zum Führen
des Modulkörpers
innerhalb des Gehäuses,
insbesondere quer und längs
zur Federkraftrichtung auf. An der Basiswand kann sich die Feder
abstützen,
um das Kontaktelement in Kontakt mit dem Flachleiter der Solarzelleneinheit
zu bringen. Insbesondere beim Einsetzen des Modulkörpers in
das Gehäuse,
kann der Modulkörper
an der Gleitwand entlang geführt
werden, um den Modulkörper
an die beabsichtigte Stelle zu schieben, an der das Kontaktelement
im Kontakt mit der Solarzelleneinheit gebracht werden soll. Beispielsweise
ist ein Anschlag für
den Modulkörper
innerhalb des Gehäuses
vorgesehen, damit der Modulkörper nicht
an der beabsichtigen Stelle zur Kontaktierung der Solarzelleneinheit
vorbeigeschoben werden kann. Ferner ist es möglich, mit Hilfe der von der
Feder aufgebrachten Federkraft den Modulkörper an der Gleitwand entlang
auf die Solarzelleneinheit zuzuschieben, damit das Kontaktelement,
das starr mit dem Modulkörper
verbunden sein kann, in Kontakt mit der Solarzelleneinheit gebracht
werden kann.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kontaktierung eines
Schichtkörpers,
insbesondere einer Solarzelleneinheit, bei dem ein Gehäuse bereitgestellt
wird, das einen Schichtkörper
aufweist. In das Gehäuse
wird ein Kontaktierungsmodul eingeschoben, das wie vorstehend beschrieben
aus- und weitergebildet sein kann. Das Kontaktierungsmodul wird
innerhalb des Gehäuses
unter dem Schichtkörper
positioniert. Die Feder wird gelöst,
um eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Schichtkörper und
dem Kontaktelement herzustellen.
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Durch
das Lösen
der Feder nach der entsprechenden Positionierung innerhalb des Gehäuses kann
das Kontaktierungsmodul schnell und einfach eine wetterfeste elektrische
Kontaktierung mit dem Schichtkörper,
insbesondere der Solarzelleneinheit, herbeiführen. Der Schichtkörper kann
insbesondere als Solarzelleneinheit ausgebildet sein, die Teil eines Solarzellenmoduls
ist, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein
kann.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
exemplarisch erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Eine schematische perspektivische Schnittansicht eines Solarzellenmoduls
mit einem Kontaktierungsmodul,
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2:
eine schematische Schnittansicht des Solarzellenmoduls aus 1 und
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3:
eine schematische perspektivische Ansicht des Solarzellenmoduls
aus 1.
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Das
in 1 dargestellte Solarzellenmodul 10 weist
eine Solarzelleneinheit 12 auf, die in einem Gehäuse 14 aufgenommen
ist. Die Solarzelleneinheit 12 weist eine Solarzelle 16 auf,
die beispielsweise durch eine Glasscheibe geschützte Siliziumscheiben aufweist.
Die Solarzelleneinheit 12 ist an ihrer Unterseite durch
eine Schutzschicht 18 geschützt, die beispielsweise durch
eine Tedlar-Folie gebildet wird. Zwischen der Schutzschicht 18 und
der Solarzelle 16 ist ein elektrisch leitfähiger Flachleiter 20 angeordnet,
der einen elektrischen Kontakt zu der Solarzelle 16 herstellt.
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Unterhalb
der Solarzelleneinheit 12 ist in dem Gehäuse 14 ein
Kontaktierungsmodul 22 aufgenommen, das einen Modulkörper 24 aufweist,
der innerhalb des Gehäuses 14 relativ
zur Solarzelleneinheit 12 positioniert ist. Mit dem Modulkörper 24 ist
ein Kontaktelement 26 verbunden, das im dargestellten Zustand
des Kontaktierungsmoduls 22 einen elektrischen Kontakt
mit dem Flachleiter 20 der schichtförmigen Solarzelleneinheit 12 herstellt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist in der Schutzschicht 18 eine Öffnung 28 durch eine
Laserbearbeitung der Schutzschicht 20 vorgesehen, um für das Kontaktelement 26 einen
ungehinderten Zugang zum Flachleiter 20 zu gewährleisten.
Das Kontaktelement 26 sowie die Öffnung 28 sind über ein
mit dem Modulkörper 24 verbundenes
Dichtelement 30 vor Umwelteinflüssen geschützt. Innerhalb des Modulkörpers 24 sind
mehrere Leitungselemente 32 vorgesehen, um elektrischen
Strom zu einer geeigneten Stelle des Kontaktierungsmoduls 22 leiten
zu können.
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Mit
dem Modulkörper 24 ist
ferner eine Feder 34 verbunden, die durch einen Arretierungsstift 36 arretiert
und gelöst
werden kann. Der Arretierungsstift 36 kann hierzu in Richtung
eines Pfeils 38 aus einer Halterung 40 herausgezogen
werden, so dass ein unterer Schenkel der Feder 34 in Richtung
eines Pfeils 40 auf eine Basiswand 42 des Gehäuses 14 bewegt
werden kann. Der untere Schenkel der Feder 34 ist als Flachschenkel 43 ausgebildet,
um im gelösten
Zustand flächig
auf der Basiswand 42 aufzuliegen. Die Feder 34 kann
sich an der Basiswand 42 abstützen und dadurch den Modulkörper 24 in
Richtung eines Pfeils 44 auf die Solarzelleneinheit 12 zu
bewegen. Bei der Bewegung in Richtung des Pfeils 44 kann
der Modulkörper
an Gleitwänden 46 entlang
geführt
werden.
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Wie
in 2 dargestellt, weist das Kontaktelement 28 am
distalen Ende eine Spitze 48 auf, die von der Federkraft
der Feder 34 teilweise in den Flachleiter 20 hineingetrieben
ist. Ferner kann der Modulkörper 24 Schenkel 50 aufweisen, über die
der Modulkörper 24 zwischen
den Gleitwänden 46 verschiebbar
geführt
ist.
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Wie
in 3 dargestellt, kann mit dem Gehäuse 14 ein
Kunststoffteil 52 verclipst sein, das einen Anschlag für den Modulkörper 24 bildet.
Dadurch kann eine genaue Positionierung des Kontaktelements 26 relativ
zu der Solarzelleneinheit 12 gewährleistet werden. Ferner ist
es möglich, über das
Kunststoffteil 52 weitere Gehäuse 14 zu verbinden,
um eine größere Photovoltaikanlage
auszubilden, die mehrere Solarzellenmodule 10 aufweist.