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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Solarzellenmodul, einer Anschlussdose, einem Anschlussstecker und einer Anschlussleitung.
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Für Photovoltaik-Anlagen wird im Allgemeinen eine Mehrzahl von Solarzellenmodulen verwendet, wobei ein jedes Solarzellenmodul aus einer Mehrzahl von Solarzellen aufgebaut ist. Für ein jeweiliges Solarzellenmodul sind die einzelnen Solarzellen aufgrund ihrer geringen Einzelleistung in der Regel in Reihe geschaltet. Dazu werden die Frontseitenkontakte einer Solarzelle mit den Rückseitenkontakten der nächsten Solarzelle kontaktiert. Dadurch erhält man eine Reihenschaltung der Solarzellen, da jeweils der Minuspol auf der Vorderseite der einen Solarzelle mit dem Pluspol auf der Rückseite der folgenden Solarzelle verbunden wird. Der eigentliche elektrische Anschluss des Solarzellenmoduls erfolgt dann über die Kontakte der ersten bzw. letzten Solarzelle in der Reihenschaltung des Solarzellenmoduls.
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Die Kontakte der Solarzellen, auch als Strings oder Ribbons bezeichnet, werden zum elektrischen Anschluss bisher aus dem Solarzellenmodul herausgeführt, typischerweise nämlich auf dessen Rückseite, indem eine dort vorgesehene Schutzschicht, im Allgemeinen in Form einer Schutzfolie oder Glasscheibe, partiell geöffnet wird, so dass die Kontakte hindurchgeführt werden können. Die Kontakte werden dann in der Regel in eine Anschlussdose hineingeführt, die im Allgemeinen in wasserdichter Weise auf die Rückseite des Solarzellenmoduls aufgeklebt ist.
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Bekanntermaßen erzeugt eine abgeschattete Solarzelle eines Solarzellenmoduls keine Spannung mehr und setzt dem Stromfluss praktisch eine Diode in Sperrrichtung entgegen. Damit kann jedoch auch insgesamt kein Strom im Solarzellenmodul mehr fließen, so dass die Funktion des gesamten Moduls beeinträchtigt ist. Um diesemProblem abzuhelfen, werden Bypass-Einrichtungen, wie Bypass-Dioden oder diodenlose Bypass-Schaltungen verwendet, die typischerweise zu einer Mehrzahl von Solarzellen antiparallel geschaltet werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein partiell abgeschattetes Solarzellenmodul gleichwohl einsatzfähig bleibt, nämlich wenigstens noch mit einem Teil der Solarzellen Strom liefert. Eine Beschädigung der abgeschatteten Solarzellen wird auf diese Weise ebenfalls vermieden. Derartige Bypass-Einrichtungen werden typischerweise in der Anschlussdose für das Solarzellenmodul vorgesehen.
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Im Allgemeinen werden die Anschlussdosen vorab mit Bypass-Einrichtungen versehen, bevor sie installiert werden. Dies wirft jedoch das Problem auf, dass die Bypass-Einrichtungen nicht oder nur schwer austauschbar sind und damit insbesondere auch keine einfache individuelle Anpassung einer Anschlussdose an eine bestimmte Anforderung hinsichtlich der Bypass-Einrichtungen für ein bestimmtes Solarzellenmodul möglich ist.
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Damit ist es die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Anordnung mit einem Solarzellenmodul, einer Anschlussdose, einem Anschlussstecker und einer Anschlussleitung bereitzustellen, mit der auf kostengünstige Weise ein universeller Einsatz für Photovoltaik-Anlagen ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist somit eine Anordnung mit einem Solarzellenmodul, einer Anschlussdose, einem Anschlussstecker und einer Anschlussleitung vorgesehen, wobei das Solarzellenmodul eine Mehrzahl von Solarzellen aufweist, die Anschlussdose auf dem Solarzellenmodul in abdichtender Weise angeordnet ist und Kontaktiereinrichtungen, die mit wenigstens einem Teil der Solarzellen elektrisch verbunden sind, und eine mit den Kontaktiereinrichtungen elektrisch verbundene externe Anschlusseinrichtung aufweist, der Anschlussstecker wenigstens eine Bypass-Einrichtung aufweist, in die externe Anschlusseinrichtung lösbar eingesteckt ist, so dass die Bypass-Einrichtung über die Kontaktiereinrichtung mit den von dieser kontaktierten Solarzellen elektrisch verbunden ist, und mit der Anschlussleitung versehen ist, so dass mittels der Anschlussleitung über die Kontaktiereinrichtung die von dieser kontaktierten Solarzellen mit einem Verbrauchernetz, einem Verbraucher und/oder wenigstens einer anderen Solarzelle elektrisch verbindbar sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anschlussdose einen Deckel zum Öffnen der Anschlussdose aufweist, mit dem die Anschlussdose in abdichtender Weise verschlossen ist. Damit wird ein völlig neuer Weg vorgeschlagen, indem nämlich ein Solarzellenmodul mit einer Anschlussdose vorgesehen wird, die zwar mit einem Deckel geöffnet werden kann, um Zugang zum Innenraum der Anschlussdose und damit z. B. zu den Ribbons von Solarzellen zu erhalten, die aber bei geschlossenem Deckel vollständig abgedichtet ist, typischerweise im Rahmen der Schutzart IP 65, wobei im Innenraum der Anschlussdose vorzugsweise selbst keine Bypass-Einrichtungen vorgesehen sind. Vielmehr sind diese Bypass-Einrichtungen in einem Anschlussstecker vorgesehen, der in eine externe Anschlusseinrichtung der Anschlussdose einsteckbar ist. Dieser Anschlussstecker ist im Übrigen mit einer Anschlussleitung versehen, die einen elektrischen Anschluss wenigstens eines Teils der Solarzellen des Solarzellenmoduls mit anderen Solarzellenmodulen und/oder mit einem Verbrauchernetz, typischerweise über einen Wechselrichter, ermöglicht. In Abkehr von der bisherigen Praxis wird damit das Vorsehen der Bypass-Einrichtungen von dem Innenraum der Anschlussdose hin zu dem Anschlussstecker verlagert, der zum Anschluss der Anschlussleitung an die Anschlussdose dient.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache Austauschbarkeit der Bypass-Einrichtungen, z. B. bei einer Beschädigung, bedeutet aber insbesondere auch eine hohe Flexibilität bei der Herstellung von Solarzellenmodulen, da die Art der für das Solarzellenmodul vorgesehenen Bypass-Einrichtung leicht über einen Wechsel des Anschlusssteckers veränderbar ist. Weiterhin wird auch die Montage der Bypass-Einrichtungen erleichtert, was bei der Herstellung von Solarzellenmodulen einen Kostenvorteil bedeutet. Anstatt nämlich die Bypass-Einrichtungen im Innenraum der Anschlussdose elektrisch kontaktieren zu müssen, wird lediglich ein vorgefertigter Stecker verwendet, der es durch einfaches Einstecken in die externe Anschlusseinrichtung der Anschlussdose ermöglicht, die Bypass-Einrichtungen mit den abzusichernden Solarzellen elektrisch zu kontaktieren.
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Wie zuvor schon angedeutet, gibt es für die Bypass-Einrichtungen verschiedene Möglichkeiten. So kann die in dem Anschlussstecker vorgesehene Bypass-Einrichtung eine Bypass-Diode oder eine diodenlose Bypass-Schaltung sein. Die Bypass-Einrichtung kann aber auch eine andere elektronische Schaltung aufweisen, die z.B. die Leistung des Solarzellenmoduls optimiert (MPP-Tracking; MPP = Maximum Power Point), einen Diebstahl registriert, als integrierter Modulwechselrichter fungiert oder/und als Monitoringsystem zur Leistungsüberwachung des Solarzellenmoduls.
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Weiterhin kann die externe Anschlusseinrichtung der Anschlussdose auf unterschiedliche Weisen ausgestaltet sein, insbesondere im Hinblick auf die in ihr vorgesehenen elektrischen Durchleitungen vom Innenraum der Anschlussdose hin zu dem Außenbereich der Anschlussdose, wo eine Kontaktierung mit dem Anschlussstecker erfolgt. Jedenfalls sind diese elektrischen Durchleitungen erfindungsgemäß für Photovoltaik-Anwendungen immer hinreichend dicht ausgebildet, weisen vorzugsweise nämlich eine Dichtigkeit von IP 65 auf.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die externe Anschlusseinrichtung der Anschlussdose und der Anschlussstecker jeweils wenigstens ein erstes Anschlusselement für die Verbindung der Anschlussleitung mit den über die Kontaktiereinrichtung kontaktierten Solarzellen und wenigstens ein zweites Anschlusselement für die Verbindung der Bypass-Einrichtung mit den über die Kontaktiereinrichtung kontaktierten Solarzellen aufweisen. Mit anderen Worten ist gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die externe Anschlusseinrichtung mit separaten Anschlusselementen für die Kontaktierung der in dem Anschlussstecker vorgesehenen Bypass-Einrichtungen einerseits und für die Kontaktierung der Anschlussleitung andererseits versehen ist.
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Grundsätzlich kann der Anschlussstecker nur außen an der Anschlussdose angebracht sein, z. B. derart, dass der Anschlussstecker vollständig von dem Gehäuse der Anschlussdose absteht. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die externe Anschlusseinrichtung der Anschlussdose einen Aufnahmeraum für den Anschlussstecker aufweist, in den der Anschlussstecker eingesteckt ist. Diese Ausgestaltung hat mehrere Vorteile, nämlich wird somit eine hohe Stabilität und damit eine sichere Kontaktierung des Anschlusssteckers mit der externen Anschlussrichtung der Anschlussdose gewährleistet. Ferner bildet damit der Aufnahmeraum der Anschlussdose für den Anschlussstecker auch einen gewissen Schutz, der in den Aufnahmeraum eingesteckte Teil des Anschlusssteckers ist auf diese Weise nämlich gegen äußere Einflüsse, wie Feuchtigkeit, aber auch Stöße, wie durch Hagelschlag, geschützt.
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Die Kontaktiereinrichtung im Innenraum der Anschlussdose kann auf verschiedene Weisen mit den Ribbons der Solarzellen verbunden sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Kontaktiereinrichtungen mittels eines thermishen Fügeverfahrens, wie Laserverschweißen, mit den Ribbons der Solarzellen verbunden sind.
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Dies ermöglicht eine besondere einfache Montage, indem bei geöffnetem Deckel die Dose, korrekt relativ zu den zu kontaktierenden Ribbons positioniert, auf der Rückseite des Solarzellenmoduls angeordnet wird und freigelegte Ribbons, die sich direkt unterhalb der Kontaktiereinrichtung befinden, mit diesen thermisch gefügt werden. In diesem Zusammenhang ist es ferner gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Deckel der Anschlussdose derart ausgebildet und angeordnet ist, das in seinem geöffneten Zustand von außen direkter Zugriff auf die Kontaktiereinrichtungen ermöglicht ist, nämlich in dem Sinn, dass mittels eines thermischen Fügeverfahrens die Kontaktiereinrichtungen erreicht und mit den Ribbons gefügt werden können.
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Insgesamt wird mit diesem Konzept eine hohe Flexibilität erreicht, in dem bei vereinfachter Logistik und hohen Serviceeigenschaften jedes Solarzellenmodul ohne großen Aufwand individuell konfiguriert werden kann. Insbesondere kann auf Kabelverschraubungen vollständig verzichtet werden, indem zwischen dem Anschlussstecker und der externen Anschlusseinrichtung ein Rastmechanismus vorgesehen wird, der den Anschlussstecker auch bei mechanischer Belastung sicher in dem Aufnahmeraum der externen Anschlusseinrichtung hält. Ferner wird bei der Produktion des Solarzellenmoduls mit der daran angebrachten Dose vermieden, Kabel installieren zu müssen, was einerseits den Herstellungsprozess vereinfacht und darüber hinaus, wie weiter unten noch im Detail ausgeführt, eine vereinfachte Prüfung in definierter Prüfstelle gewährleistet.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung weiter im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch eine Anordnung einer Anschlussdose auf der Rückseite eines Solarzellenmoduls gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 die Anschlussdose auf der Rückseite des Solarzellenmoduls mit geschlossenem Deckel,
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3 die Anschlussdose auf der Rückseite des Solarzellenmoduls während einer Prüfung in der Produktion,
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4a einen Anschlussstecker mit Anschlussleitung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4b den Anschlussstecker mit Anschlussleitung aus 4a in teilweise transparenter Darstellung mit in dem Anschlussstecker angeordneten Bypass-Einrichtungen und
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5 eine Anordnung mit einer Anschlussdose, einem Solarzellenmodul, einem Anschlussstecker und einer Anschlussleitung in vollständig installiertem Zustand gemäß einembevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gemäß dem nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein laminiertes Solarzellenmodul 1 vorgesehen, das auf seiner Rückseite, also der Seite, die im Betrieb nicht von der Sonne beschienen ist, mit einer Rückseitenfolie 2 versehen ist. Diese Rückseitenfolie 2 wird bei der Herstellung der Anordnung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung partiell mit einem Nd:YAG-Laser geöffnet, und zwar derart, dass Flächen der Rückenseitenfolie 2 über Ribbons 3 der nicht im einzelnen dargestellten Solarzellen des Solarzellenmoduls 1 freigelegt werden.
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Diese Ribbons 3 werden entgegen einer häufig praktizierten herkömmlichen Technik nicht durch die Rückseitenfolie 2 hindurch aus dem Solarzellenmodul 1 herausgeführt. Vielmehr werden flachliegende Ribbons 3 verwendet, wie sie durch die Installation der Solarzellen des Solarzellenmoduls 1 bereits vorliegen, um diese mit Kontaktiereinrichtungen 4 in einer auf der Rückseite des Solarzellenmoduls 1 angeordneten Anschlussdose 5 per Laserschweißen zu verbinden. Wie 1 im Einzelnen entnehmbar, ist im Innenraum der Anschlussdose 5 ein Stanzgitter vorgesehen, dass die Kontaktiereinrichtungen 4 bildet. Diese werden auf die Ribbons 3 aufgelegt und durch eine Öffnung 6 hindurch mittels eines thermischen Fügeverfahrens mit diesen verschweißt. Dazu ist die Öffnung 6 derart ausgestaltet, dass die Fügevorrichtung 7 ohne Weiteres, insbesondere ohne Behinderung durch in dem Innenraum der Anschlussdose 5 vorgesehener Einrichtungen, auf die als Kontaktiereinrichtungen 4 wirkenden Enden des Stanzgitters gerichtet werden kann.
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Die Öffnung 6 in der Anschlussdose 5 ist längs ihres Umfangs mit einem Dichtelement 8 versehen, und zwar gemäß dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel in Form eines O-Rings. Wie nun insbesondere 2 entnehmbar, wird die Öffnung 6 mittels eines Deckels 9 verschlossen, wenn die Kontaktiereinrichtungen 4 mit den Ribbons 3 thermisch gefügt worden sind. Auf diese Weise wird ein abgedichteter Innenraum der Anschlussdose 5 der Schutzart IP 65 erzielt.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist die Anschlussdose 5 eine externe Anschlusseinrichtung 10 auf. Und zwar wird diese externe Anschlusseinrichtung 10 gebildet von einem Aufnahmeraum 11 und darin vorgesehener, vorliegend nicht weiter dargestellter Anschlusselemente, die eine elektrische Verbindung in den Innenraum der Anschlussdose 5 hinein zur elektrischen Verbindung mit den Kontaktiereinrichtungen 4 bereitstellen. Wie weiter unten insbesondere im Zusammenhang mit den 4a, 4b und 5 erläutert, dient diese externe Anschlusseinrichtung mit dem Aufnahmeraum 11 zum Einstecken und Aufnehmen eines mit einer Anschlussleitung 12 versehenen Anschlusssteckers 13.
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Zuvor sei jedoch erläutert, dass nach der abgedichteten Installation der Anschlussdose 5 auf der Rückseite des Solarzellenmoduls 1 und abdichtendem Verschließen der Anschlussdose 5 mittels des Deckels 9 in der Produktion nunmehr eine Prüfung der Anordnung von Solarzellenmodul 1 und Anschlussdose 5 erfolgen kann, insbesondere im Hinblick auf die elektrische Kontaktierung der Ribbons 3 mittels der Kontaktiereinrichtungen 4. Dazu ist ein Teststecker 14 vorgesehen, der über eine Testleitung 15 mit einer nicht weiter dargestellten Testeinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann mittels einer definierten Prüfstelle im Rahmen der Produktion eine sehr einfache Prüfung des Solarzellenmoduls 1 und seiner Kontaktierungen erfolgen.
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Ist die Prüfung positiv verlaufen, so ist die Anordnung aus dem Solarzellenmodul 1 mit der Anschlussdose 5 vorerst fertiggestellt, und es kann nunmehr der Anschlussstecker 12, der mit der Anschlussleitung 13 versehen ist, in die externe Anschlusseinrichtung 10 eingesteckt werden. Der Anschlussstecker 12 dient einerseits dem externen elektrischen Anschluss des Solarzellenmoduls 1, also dem Anschluss an weitere Solarzellenmodule oder/und dem Anschluss an ein Verbrauchernetz, typischerweise über einen Wechselrichter. Darüber hinaus kommt dem Anschlussstecker 12 jedoch auch noch die Funktion zu, eine Bypass-Einrichtung 16 aufzunehmen. Wie zuvor schon angedeutet, kommen als Bypass-Einrichtungen insbesondere Bypass-Dioden und diodenlose Bypass-Schaltungen als Schutzeinrichtungen für die Solarzellen desSolarzellenmoduls 1 in Betracht.
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Sowohl die Anschlussleitung 13 als auch die Bypass-Einrichtungen 16 sind über die externe Anschlusseinrichtung 10 mit den Kontaktiereinrichtungen 4 innerhalb der Anschlussdose 5 elektrisch verbunden. Dazu sind einerseits nämlich für die elektrische Anschlussleitung 13 erste Anschlusselemente 17 an dem Anschlussstecker 12 vorgesehen und für die Verbindung der Bypass-Einrichtungen 16 mit den Kontaktiereinrichtungen 4 zweite Anschlusselemente 18. In eingestecktem Zustand des Anschlusssteckers 12 stehen diese im elektrischen Kontakt mit entsprechenden, vorliegend nicht weiter dargestellten Anschlusselementen der externen Anschlusseinrichtung 10.
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Wie schließlich insbesondere 5 entnehmbar, sind der Anschlussstecker 12 und der Aufnahmeraum 11 in der Weise aufeinander abstimmt, dass der Anschlussstecker 12 in eingestecktem Zustand vollständig vom Aufnahmeraum aufgenommen wird. Das bedeutet, das keine Teile des Anschlusssteckers 12 aus dem Aufnahmeraum 11 herausragen, so dass lediglich die Anschlussleitung 13 aus dem Aufnahmeraum 11 herausgeführt ist. Dies führt insbesondere zu einer geschützten Verbindung zwischen Anschlussstecker 12 und externer Anschlusseinrichtung 10 der Anschlussdose 5, die im Übrigen vorzugsweise als Steckverbindung realisiert ist, also indem die Anschlusselemente der externen Anschlusseinrichtung 10 bzw. des Anschlusssteckers 12 als Buchse bzw. Stecker ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solarzellenmodul
- 2
- Rückseitenfolie
- 3
- Ribbons
- 4
- Kontaktiereinrichtungen
- 5
- Anschlussdose
- 6
- Öffnung der Anschlussdose
- 7
- Fügevorrichtung
- 8
- Dichtelement
- 9
- Deckel
- 10
- externe Anschlusseinrichtung
- 11
- Aufnahmeraum
- 12
- Anschlussstecker
- 13
- Anschlussleitung
- 14
- Teststecker
- 15
- Testleitung
- 16
- Bypass-Einrichtung
- 17
- erste Anschlusselemente
- 18
- zweite Anschlusselemente
