DE102017002639A1

DE102017002639A1 - Vorrichtung und Verfahren zur elektrischen Isolationsprüfung an Photovoltaikmodulen

Info

Publication number: DE102017002639A1
Application number: DE102017002639.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Fuss
Original assignee: Mbj Solutions GmbH
Current assignee: Mbj Solutions GmbH
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Bei der elektrischen Isolationsprüfung gemäß Bauarteignung und Zulassung sowie der Sicherheitsnorm, wird durch Anlegen einer Hochspannung geprüft, ob das Photovoltaikmodul zum Rand hin isoliert ist. Bei rahmenlosen Modulen muss sichergestellt werden, dass die Kontaktierung am Modulrand korrekt erfolgt ist.Mit Hilfe von einzeln beweglichen Kontaktelementen kann sichergestellt werden, dass das Modul an allen Kanten vollständig kontaktiert ist. Darüber hinaus kann durch das Ansteuern einzelner Kontaktelemente die Position der fehlerhaften Isolation ermittelt werden.Elektrische Isolationsprüfung von Photovoltaikmodulen

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen einer elektrischen Isolationsprüfung an Photovoltaikmodulen, bei denen stromführende Komponenten auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet und im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung, die aus einer Vielzahl von getrennt beweglichen Einzelelementen zum Kontaktieren des Modulrandes besteht, eine Testspannung zwischen dem Modulrand einerseits und den entfernt von dem Modulrand nach außen führenden elektrischen Anschlüssen des Photovoltaikmoduls andererseits angelegt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Für die Gewährleistung der Sicherheit von Photovoltaikmodulen gemäß der vorgeschriebenen Normen (IEC 61646/1996, IEC 61730/2004), ist es ausschlaggebend, wie gut die stromführenden Komponenten zur Außenkante hin elektrisch isoliert und vor Witterungs- und anderen Umwelteinflüssen sowie vor Stromleckage geschützt sind. Die zulässigen Systemspannungen in Photovoltaikanlagen liegen bei bis zu 1,5 kV.
Um die Einhaltung dieser Anforderungen zu überprüfen, ist es bekannt, Photovoltaikmodule einem elektrischen Isolationstest zu unterwerfen.
Bei der elektrischen Isolationsprüfung gemäß Bauarteignung und Zulassung sowie der Sicherheitsnorm, wird durch Anlegen einer Hochspannung geprüft, ob das Photovoltaikmodul zum Rand hin isoliert ist. Die angelegte Hochspannung beträgt bis zu 30 kV, je nach Systemspannung und Norm, und je nachdem, ob das Modul über einen isolierenden Rahmen verfügt oder nicht. Dabei wird festgestellt, ob sich ein Leckstrom bildet. Dieser kann bei Photovoltaikmodulen mit Dünnschichtsolarzellen aufgrund einer fehlerhaften Entfernung der Schichten im Randbereich auftreten. Die Ursache für einen Leckstrom kann jedoch auch in einer Kontamination des Randbereiches, z.B. durch Reste von elektrischen Komponenten, liegen. Mit dem elektrischen Isolationstest wird auch die dielektrische Festigkeit des Laminats überprüft.
In US 2001/0040 453 A1 ist beschrieben, dass zum Testen eines Solarmoduls eine Testspannung zwischen einem mit der Solarzelle verbundenen spannungsführenden Teil einerseits und einem leitenden Abschnitt des Außengehäuses des Solarmoduls andererseits angelegt wird. Als Leiterabschnitt des Außengehäuses dient dabei ein Trägerelement, auf dem die Solarzelle mit ihrer Unterseite aufliegt, wobei dieses Trägerelement zugleich dazu dient, die Steifigkeit des Solarmoduls zu erhöhen.
In DE 10 2008 019 703 B4 ist beschrieben, dass zum Testen von plattenförmigen Substraten leistenförmige Kontaktelemente zum Kontaktieren des Randes verwendet werden können. Leistenförmige Kontaktelemente weisen aber als Nachteil auf, dass die Kontaktierung nicht über den kompletten Rand gewährleistet werden kann, da das Photovoltaikmodul innerhalb des Kontaktierrahmens verdreht liegen kann.
Kurzdarstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Isolationsprüfung für Photovoltaikmodule zu vereinfachen und sicherzustellen, dass die Prüfung korrekt durchgeführt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß findet eine elektrische Isolationsprüfung statt, bei der mittels einer mechanischen Kontaktierungsvorrichtung eine Testspannung zwischen dem Modulrand einerseits und den nach außen führenden elektrischen Anschlüssen des Photovoltaikmoduls andererseits angelegt wird.
Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktierungen kommt eine mechanische Kontaktierungsvorrichtung mit einer Vielzahl von beweglichen Kontaktierelementen zum Einsatz.
Die einzeln beweglichen Kontaktierelemente stellen sicher, dass die Kontaktierung am Modulrand umlaufend anliegt.
In einer Ausführungsform sind die Kontaktierelemente selbst federnd oder federnd gelagert und werden mit einer Kontaktiereinheit auf den Modulrand verfahren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung des Modulrands über Kontaktierelemente, die einzeln auf den Modulrand verfahren werden.
Die beschriebene Kontaktierungsvorrichtung kann auf einfache Art und Weise in den Herstellungsprozess der Photovoltaikmodule integriert werden. Beispielsweise kann die elektrische Isolationsprüfung als ein Prozessschritt in die Fertigungslinie integriert werden.
Die zur Isolationsprüfung erforderliche Kontaktierung der Photovoltaikmodule erfolgt vorzugsweise automatisch. Alternativ dazu kann jedoch auch eine vollständig manuelle oder eine semiautomatische Kontaktierung erfolgen. Bei der vollautomatischen Kontaktierung werden die Kontaktierelemente für den Modulrand und die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse über entsprechende Antriebsvorrichtungen, beispielsweise pneumatische oder hydraulische Antriebe oder aber elektromotorische Antriebe, positioniert beziehungsweise betätigt.
Die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse des Photovoltaikmoduls erfolgt erfindungsgemäß automatisch mit Hilfe von z.B. gefederten Kontaktierstiften in die geöffnete Anschlussdose oder einer aufgebrachte Adaptereinheit, die die elektrischen Anschlüsse aufnimmt und für Kontaktierstifte entsprechende Anschlussflächen enthält. Die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse kann auch manuell erfolgen, in dem die Anschlusskabel des Photovoltaikmoduls in das Messgerät gesteckt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:
Es zeigen

: eine Draufsicht des Photovoltaikmoduls (1) mit kristallinen Solarzellen (2) und einer Vielzahl von Kontaktierelementen (3), die an der Kontaktiereinheit (4) befestigt sind.
: eine Seitenansicht des Photovoltaikmoduls mit seitlichen Kontaktierelementen (3) und der Kontaktierung für die elektrischen Anschlüsse des Moduls (5)
: eine Draufsicht des Photovoltaikmoduls (1) mit kristallinen Solarzellen (2) und einer Vielzahl von Kontaktierelementen (3), die an der Kontaktiereinheit (4) befestigt sind, bei der ein Kontaktierelement (6) an den Modulrand verfahren wurde.

Das Photovoltaikmodul wird über ein geeignetes Tranportsystem an den Ort der Prüfung gebracht. Für die Erfindung ist es unerheblich, welche Art von Transport verwendet wird, ob manuell oder automatisch.
Die Kontaktierung des Modulrands erfolgt in dem ersten Ausführungsbeispiel automatisch, in dem die vier Kontaktiereinheiten in der Ebene des Photovoltaikmoduls einzeln verfahren werden und die Kontaktierelemente aufgrund ihrer gefederten Lagerung an den Modulrand gedrückt werden. Die Federkraft ist so zu wählen, dass eine sichere Kontaktierung erfolgt, ohne dass das Photovoltaikmodul beschädigt wird.
Die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse des Photovoltaikmoduls erfolgt in dem Beispiel automatisch, in dem gefederte Kontaktstifte in die Anschlussdose gefahren werden.
Sobald die Kontaktierungen ihre Zielposition erreicht haben, kann die Isolationsprüfung durchgeführt werden.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden die elektrischen Anschlüsse des Moduls mit dem Messgerät verbunden und es werden die Kontaktierelemente einzeln an den Modulrand gefahren. Es wird dann für jedes Kontaktierelement eine Isolationsprüfung durchgeführt. Falls eine oder mehrere Isolationsprüfungen nicht bestanden werden, kann so die Position der Stromleckage ermittelt werden.
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

US 2001/0040453 A1 [0005]
DE 102008019703 B4 [0006]

Claims

Vorrichtung zum Durchführen einer elektrischen Isolationsprüfung an Photovoltaikmodulen, bei denen die stromführenden Komponenten auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet und im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikmodule keinen elektrisch leitenden Rahmen aufweisen und über eine Vielzahl von getrennt beweglichen Kontaktierelemente am Modulrand kontaktiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierelemente federnd gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierelemente federnd sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierelemente aus metallenen Kontaktblechen aufgebaut sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet dass die Kontaktierelemente einzeln verfahren werden.
Verfahren zum Durchführen einer elektrischen Isolationsprüfung an Photovoltaikmodulen, bei denen die stromführenden Komponenten auf einem plattenförmigen Substrat angeordnet und im Bereich des Modulrandes elektrisch isoliert sind, und das Modul keinen elektrisch leitenden Rahmen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierelemente einzeln an den Modulrand verfahren werden, so dass die Position einer fehlerhaften Isolation ermittelt werden kann.