DE102022128839A1 - Photovoltaic module and connection arrangement for a photovoltaic module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anschlussanordnung (10) für ein Photovoltaikmodul (1), das mindestens eine Zellanordnung aufweist, die extern an mindestens zwei Anschlusskontakten kontaktierbar ist, wobei die Anschlussanordnung (10) mindestens zwei Kontaktdosen (11, 12) zur Abdeckung der Anschlusskontakte aufweist. Die Anschlussanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den Kontaktdosen (11) mindestens ein Verbindungselement (131) angeordnet ist, das gelenkig mit zumindest einer der Kontaktdosen (11) verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Photovoltaikmodul (1), an dessen Rückseite eine derartige Anschlussanordnung (10) montiert, insbesondere aufgeklebt, ist. The invention relates to a connection arrangement (10) for a photovoltaic module (1) which has at least one cell arrangement which can be externally contacted with at least two connection contacts, wherein the connection arrangement (10) has at least two contact sockets (11, 12) for covering the connection contacts. The connection arrangement is characterized in that at least one connecting element (131) is arranged between the contact sockets (11), which is connected in an articulated manner to at least one of the contact sockets (11). The invention further relates to a photovoltaic module (1), on the rear of which such a connection arrangement (10) is mounted, in particular glued.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anschlussanordnung für ein Photovoltaikmodul, das mindestens eine Zellanordnung aufweist, die extern an mindestens zwei Anschlusskontakten kontaktierbar ist, wobei die Anschlussanordnung mindestens zwei Kontaktdosen zur Abdeckung der Anschlusskontakte aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Photovoltaikmodul, an dessen Rückseite eine derartige Anschlussanordnung montiert ist.The invention relates to a connection arrangement for a photovoltaic module, which has at least one cell arrangement that can be externally contacted with at least two connection contacts, wherein the connection arrangement has at least two contact sockets for covering the connection contacts. The invention further relates to a photovoltaic module, on the rear of which such a connection arrangement is mounted.
Photovoltaikmodule, nachfolgend auch als PV-Module abgekürzt, z.B. zur Montage auf einem Hausdach oder in Freilandanlagen, weisen in der Regel eine Mehrzahl von Photovoltaikzellen (PV-Zellen) auf, die seriell und/oder parallel verschaltet mindestens eine Zellanordnung bilden, die von extern über Anschlusskabel kontaktierbar sind. Häufig weisen PV-Module mehrere solcher Zellanordnungen auf, die innerhalb des PV-Moduls serienverschaltet sind. In dem Fall ist üblicherweise jede der Zellanordnungen mit ihren Endanschlüssen aus dem Modul herausgeführt, um parallel zu jeder Zellanordnung jeweils eine sogenannte „Bypass-Diode“ zu schalten. Die Bypass-Dioden leiten Strom an verschatteten oder defekten Zellanordnungen vorbei. Ohne die Bypass-Dioden würde eine Verschattung oder ein Defekt einer der Zellanordnungen des Moduls den Stromfluss durch das gesamte Modul verringern, auch wenn die anderen Zellanordnungen des Moduls oder auch andere, mit dem Modul in Reihe geschaltete weitere Module, nicht verschattet oder defekt sind.Photovoltaic modules, also abbreviated to PV modules below, e.g. for installation on a house roof or in open-air systems, usually have a plurality of photovoltaic cells (PV cells) which, when connected in series and/or in parallel, form at least one cell arrangement which can be contacted externally via connecting cables. PV modules often have several such cell arrangements which are connected in series within the PV module. In this case, each of the cell arrangements is usually led out of the module with its end connections in order to connect a so-called "bypass diode" in parallel to each cell arrangement. The bypass diodes conduct current past shaded or defective cell arrangements. Without the bypass diodes, shading or a defect in one of the cell arrangements of the module would reduce the flow of current through the entire module, even if the other cell arrangements of the module or other modules connected in series with the module are not shaded or defective.
Aus dem Stand der Technik sind PV-Module bekannt, bei denen Anschlusskontakte der vorhandenen Zellanordnungen (üblicherweise von drei Zellanordnungen) benachbart zueinander an einer Rückseite des PV-Moduls in einem gemeinsamen Anschlussbereich kontaktierbar sind.PV modules are known from the prior art in which connection contacts of the existing cell arrangements (usually of three cell arrangements) can be contacted adjacent to one another on a rear side of the PV module in a common connection area.
Ein PV-Modul mit einer derartigen Anschlussanordnung ist beispielsweise in der Druckschrift
Gegenüber einem PV-Modul, bei dem alle Anschlusskontakte benachbart zueinander positioniert sind und eine gemeinsame Anschlussanordnung verwendet wird, führt der Einsatz von mehreren separat zu handhabenden Dosen für jede Zellanordnung zu einem erhöhten Aufwand beim Anmontieren der Dosen und damit der Anschlussanordnung.Compared to a PV module in which all connection contacts are positioned adjacent to one another and a common connection arrangement is used, the use of several boxes that have to be handled separately for each cell arrangement leads to increased effort when assembling the boxes and thus the connection arrangement.
Zudem kann bei PV-Anlagen vorgesehen sein, bestimmte Funktionen, z.B. eine Sicherheitsabschaltung oder eine Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom auf Modulebene vorzusehen. In dem Fall können zusätzliche Funktionseinheiten an der Rückseite des PV-Moduls angeordnet sein.In addition, PV systems can be designed to provide certain functions, such as a safety shutdown or conversion from direct current to alternating current at module level. In this case, additional functional units can be arranged on the back of the PV module.
Aus der vorangemeldeten, aber nachveröffentlichten Anmeldung
Da aufgrund ihrer Bauform sich die Anschlussanordnung in eine Richtung über einen größeren Teil der Ausdehnung des PV-Moduls erstreckt, führt diese Anschlussanordnung auch zu einer Versteifung und damit Stabilisierung des PV-Moduls. Eine derartige Versteifung kann je nach Eigenschaften des PV-Moduls und abhängig von seiner Geometrie und Montageart vorteilhaft sein, kann unter Umständen aber auch die Belastbarkeit des PV-Moduls negativ beeinflussen, da seine Nachgiebigkeit verringert wird.Since the design of the connection arrangement means that it extends in one direction over a large part of the PV module, this connection arrangement also leads to a stiffening and thus stabilization of the PV module. Such stiffening can be advantageous depending on the properties of the PV module and its geometry and type of installation, but can also reduce the load-bearing capacity of the module. PV module by reducing its flexibility.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlussanordnung für ein PV-Modul und ein PV-Modul mit einer solchen Anschlussanordnung zu beschreiben, bei denen ein geringer Montageaufwand auch bei Modulen gegeben ist, bei denen die Kontakte verschiedener Zellanordnungen nicht benachbart zueinander aus dem PV-Modul herausgeführt sind, ohne dass die Anschlussanordnung einen negativen Einfluss auf mechanische Eigenschaften des PV-Moduls hat.It is an object of the present invention to describe a connection arrangement for a PV module and a PV module with such a connection arrangement, in which a low assembly effort is given even for modules in which the contacts of different cell arrangements are not led out of the PV module adjacent to one another, without the connection arrangement having a negative influence on mechanical properties of the PV module.
Diese Aufgabe wird durch eine Anschlussanordnung bzw. ein PV-Modul mit einer solchen Anschlussanordnung mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a connection arrangement or a PV module with such a connection arrangement with the features of the respective independent claim. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Anschlussanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den Kontaktdosen mindestens ein Verbindungselement angeordnet ist, das gelenkig mit zumindest einer der Kontaktdosen verbunden ist. Durch das mindestens eine Verbindungselement, durch das die Kontaktdosen miteinander verbunden sind, wird eine zusammenhängende Anschlusseinheit bilden, die in einem Arbeitsgang auf die Rückseite des PV-Moduls aufmontiert werden kann. Die aufwändigere Handhabung von andernfalls separaten Kontaktdosen entfällt, wodurch die Montage der Anschlussanordnung auf dem PV-Modul und damit die Herstellung des PV-Moduls beschleunigt wird. Dadurch, dass die Verbindung gelenkig ist, ist die Anschlusseinheit nicht starr und beeinflusst mechanische Eigenschaften des PV-Moduls, insbesondere seine Nachgiebigkeit, nicht negativ. Das PV-Modul behält seine Flexibilität, durch die es beständiger gegenüber Wind- und Schneelasten ist.A connection arrangement according to the invention of the type mentioned at the beginning is characterized in that at least one connecting element is arranged between the contact boxes, which is connected in an articulated manner to at least one of the contact boxes. The at least one connecting element, by which the contact boxes are connected to one another, forms a coherent connection unit that can be mounted on the back of the PV module in one operation. The more complex handling of otherwise separate contact boxes is eliminated, which speeds up the assembly of the connection arrangement on the PV module and thus the production of the PV module. Because the connection is articulated, the connection unit is not rigid and does not negatively affect the mechanical properties of the PV module, in particular its flexibility. The PV module retains its flexibility, which makes it more resistant to wind and snow loads.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Anschlussanordnung drei Kontaktdosen, die durch mindestens zwei Verbindungselemente entlang einer geraden Linie miteinander verbunden sind. Dabei ist bevorzugt an den beiden äußeren der Kontaktdosen jeweils ein Anschlusskabel angeschlossen, so dass diese als Anschlussdosen für das PV-Modul dienen.In an advantageous embodiment, the connection arrangement comprises three contact boxes that are connected to one another along a straight line by at least two connecting elements. A connection cable is preferably connected to each of the two outer contact boxes so that they serve as connection boxes for the PV module.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anschlussanordnung weist die mittlere der Kontaktdosen drei Bypass-Dioden auf. Für PV-Module, die drei in Serie geschaltete Zellanordnungen umfasst und die üblicherweise mit drei Bypass-Dioden versehen sind, werden entsprechend alle Bypass-Dioden in der mittleren Kontaktdose positioniert. Dieses führt vorteilhaft zu einer Vereinfachung der Herstellung der Anschlussanordnung, da nur eine der drei Anschlussdosen mit den Dioden bestückt werden muss. Das Bestücken der Anschlussdosen stellt einen zusätzlichen Herstellungsschritt dar, auf den entsprechend bei zwei von drei Kontaktdosen verzichtet werden kann. Um eine eventuell bei dieser Positionierung der Bypass-Dioden benötigte elektrische Verbindung zwischen jeweils einer der äußeren und der mittleren Kontaktdose herzustellen, kann jeweils ein Verbindungskabel zwischen den äußeren und der mittleren Kontaktdose durch die Verbindungselemente verlaufen.In a further advantageous embodiment of the connection arrangement, the middle of the contact boxes has three bypass diodes. For PV modules that comprise three cell arrangements connected in series and that are usually provided with three bypass diodes, all bypass diodes are positioned in the middle contact box. This advantageously simplifies the manufacture of the connection arrangement, since only one of the three connection boxes has to be equipped with the diodes. Equipping the connection boxes represents an additional manufacturing step that can be omitted for two out of three contact boxes. In order to establish an electrical connection between one of the outer and the middle contact boxes that may be required for this positioning of the bypass diodes, a connecting cable can run between the outer and the middle contact boxes through the connecting elements.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anschlussanordnung sind zwischen zwei der Kontaktdosen zwei Verbindungselemente und ein Zwischenelement angeordnet. Der Abstand von zwei Kontaktdosen kann so für eine Verwendung mit größeren PV-Modulen vergrößert werden, ohne dass die Zwischenelemente in unterschiedlichen Längen hergestellt und vorgehalten werden müssen. Das mindestens eine Verbindungselement kann dabei z.B. haubenartig ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the connection arrangement, two connecting elements and an intermediate element are arranged between two of the contact sockets. The distance between two contact sockets can thus be increased for use with larger PV modules without the intermediate elements having to be manufactured and kept in different lengths. The at least one connecting element can be designed like a hood, for example.
Bevorzugt kann an dem Verbindungselement oder dem Zwischenelement eine Aufnahme für einen Stecker des PV-Moduls ausgebildet sein. Der Stecker und das damit verbundene Anschlusskabel sind so während des Transports und bei der Endmontage des PV-Moduls am Betriebsort gut geschützt.Preferably, a receptacle for a plug of the PV module can be formed on the connecting element or the intermediate element. The plug and the associated connection cable are thus well protected during transport and during the final assembly of the PV module at the operating site.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anschlussanordnung sind die Kontaktdosen und das mindestens eine Verbindungselement miteinander verrastbar, wobei die gelenkige Verbindung durch die Verrastung gebildet ist. Die Anschlussanordnung kann so einfach aufgebaut sein, z.B. können die Kontaktdosen und die Verbindungselemente als Kunststoff-Spritzgussteile gefertigt werden, wobei die Verrastung integral mit angeformt wird. Die Anschlussanordnung kann durch die miteinander verrastenden Teile zudem schnell und leicht automatisierbar zusammengesetzt werden.In a further advantageous embodiment of the connection arrangement, the contact sockets and the at least one connecting element can be locked together, with the articulated connection being formed by the locking mechanism. The connection arrangement can be constructed in a simple manner, e.g. the contact sockets and the connecting elements can be manufactured as plastic injection-molded parts, with the locking mechanism being integrally formed. The connection arrangement can also be assembled quickly and easily in an automated manner thanks to the parts locking together.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung lässt die gelenkige Verbindung eine Verschiebbarkeit in Längsrichtung der Anschlussanordnung zu. Durch Spiel in Längsrichtung zwischen den miteinander gelenkig verbundenen Kontaktdosen und Verbindungselementen kann die Anschlussanordnung einer Durchbiegung des PV-Moduls folgen, ohne dass Zug- oder Druckkräfte in Längsrichtung von den Verbindungselementen auf die Kontaktdosen ausgeübt werden.In a further advantageous embodiment, the articulated connection allows the connection arrangement to be displaced in the longitudinal direction. Due to play in the longitudinal direction between the contact boxes and connecting elements that are articulated together, the connection arrangement can follow a deflection of the PV module without tensile or compressive forces being exerted in the longitudinal direction by the connecting elements on the contact boxes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anschlussanordnung weisen die Kontaktdosen jeweils ein Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil auf, wobei im Gehäuseunterteil jeweils mindestens eine Öffnung zur Durchführung der Anschlusskontakte des PV-Moduls ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the connection arrangement, the contact sockets each have a housing with a lower housing part and an upper housing part, wherein in the housing At least one opening is provided in the lower part for the connection contacts of the PV module to be passed through.
Bevorzugt ist um die mindestens eine Öffnung eine umlaufende Auflagefläche ausgebildet ist, mit der die Kontaktdosen auf die Rückseite des PV-Moduls montierbar, insbesondere aufklebbar sind. In den Kontaktdosen ist jeweils ein Kontaktträger zur Verbindung mit den Anschlusskontakten des PV-Moduls und/oder Bypass-Dioden angeordnet.Preferably, a circumferential support surface is formed around the at least one opening, with which the contact sockets can be mounted, in particular glued, onto the back of the PV module. A contact carrier is arranged in each of the contact sockets for connection to the connection contacts of the PV module and/or bypass diodes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anschlussanordnung ein Zusatzmodul auf, das einen Sensor zu Erfassung von Temperatur, Feuchtigkeit, Beschleunigung, Position, Spannung und/oder Strom, mindestens einen Energiespeicher und/oder mindestens eine Kommunikationseinheit umfasst. Das Zusatzmodul stellt eine für den Betrieb des PV-Moduls oder im Zusammenhang mit seiner Wartung und/oder Inbetriebnahme hilfreiche zusätzliche Funktionalität bereit. Das Zusatzmodul kann vorteilhaft in dem mindestens einen Verbindungselement bzw. Zwischenelement angeordnet sein. Der durch die Art der Zellanordnungen konstruktiv sowieso vorhandene Bereich zwischen den Kontaktdosen, in dem sich das mindestens eine Verbindungselement und ggf. Zwischenelement(e) erstrecken, kann dadurch sinnvoll genutzt werden, um die zusätzliche Funktionalität bereitzustellen.In a further advantageous embodiment, the connection arrangement has an additional module which comprises a sensor for detecting temperature, humidity, acceleration, position, voltage and/or current, at least one energy storage device and/or at least one communication unit. The additional module provides additional functionality which is helpful for the operation of the PV module or in connection with its maintenance and/or commissioning. The additional module can advantageously be arranged in the at least one connecting element or intermediate element. The area between the contact sockets, which is structurally present anyway due to the type of cell arrangement and in which the at least one connecting element and possibly intermediate element(s) extend, can thus be used sensibly to provide the additional functionality.
Ein erfindungsgemäßes PV-Modul zeichnet sich dadurch aus, das an seiner Rückseite eine derartige Anschlussanordnung montiert, insbesondere aufgeklebt, ist. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit der Anschlussanordnung beschriebenen Vorteile.A PV module according to the invention is characterized in that such a connection arrangement is mounted, in particular glued, on its rear side. This results in the advantages described in connection with the connection arrangement.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das PV-Modul eine rechteckige Grundfläche und mindestens zwei Zellanordnungen auf, die extern an Anschlusskontakten kontaktierbar sind, die in den Zellanordnungen zugeordneten Gruppen von jeweils zwei Anschlusskontakten entlang einer Mittellinie an der Rückseite des PV-Modul angeordnet sind. Bevorzugt weist das PV-Modul drei Zellanordnungen auf, wobei die Anschlussanordnung drei Kontaktdosen aufweist, die durch mindestens zwei Verbindungselemente entlang der Mittellinie miteinander verbunden sind, wobei an den beiden äußeren der Kontaktdosen jeweils ein Anschlusskabel angeschlossen ist und wobei die mittlere der Kontaktdosen drei Bypass-Dioden aufnimmt. Diese Konfiguration führt vorteilhaft zu einer Vereinfachung der Herstellung der Anschlussanordnung, da nur eine der drei Anschlussdosen mit den Dioden bestückt werden muss. Das Bestücken der Anschlussdosen stellt einen zusätzlichen Herstellungsschritt dar, auf den entsprechend bei zwei von drei Kontaktdosen verzichtet werden kann.In an advantageous embodiment, the PV module has a rectangular base area and at least two cell arrangements that can be externally contacted with connection contacts that are arranged in groups of two connection contacts each assigned to the cell arrangements along a center line on the back of the PV module. The PV module preferably has three cell arrangements, the connection arrangement having three contact boxes that are connected to one another by at least two connecting elements along the center line, a connection cable being connected to each of the two outer contact boxes and the middle of the contact boxes accommodating three bypass diodes. This configuration advantageously simplifies the manufacture of the connection arrangement, since only one of the three connection boxes has to be equipped with the diodes. Equipping the connection boxes represents an additional manufacturing step that can be dispensed with for two out of three contact boxes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1a eine isometrische Darstellung eines PV-Moduls mit Blick auf seine Rückseite; -
1 b eine Detailansicht des PV-Moduls der1a im Bereich einer Anschlussanordnung; -
2 drei Seitenansichten der Anschlussanordnung gemäß den1a ,1b separat in verschiedenen Biegezuständen; -
3a eine Seitenansicht von Teilen der Anschlussanordnung der vorhergehenden Figuren; -
3b eine Draufsicht auf die Teile der Anschlussanordnung gemäß3a ; -
4 eine Draufsicht auf eine der Kontaktdosen der Anschlussanordnung gemäß3a ; -
5 eine Draufsicht auf eine weitere der Kontaktdosen der Anschlussanordnung gemäß3a ; und -
6 eine räumliche Ansicht einer Kontakteinheit der Kontaktdose der5 .
-
1a an isometric view of a PV module looking from its rear side; -
1 b a detailed view of the PV module of the1a in the area of a connection arrangement; -
2 three side views of the connection arrangement according to the1a ,1b separately in different bending states; -
3a a side view of parts of the connection arrangement of the preceding figures; -
3b a plan view of the parts of the connection arrangement according to3a ; -
4 a plan view of one of the contact sockets of the connection arrangement according to3a ; -
5 a plan view of another of the contact sockets of the connection arrangement according to3a ; and -
6 a spatial view of a contact unit of the contact box of the5 .
In
Bei dem PV-Modul 1 umfasst die Modulstruktur eine oder mehrere Zellanordnungen - hier konkret drei - die jeweils eine Mehrzahl von hier nicht einzeln erkennbaren PV-Zellen aufweisen, die jeweils in Form von zwei Strings angeordnet sind. Die Rückseite 3 des PV-Moduls 1 ist mit einer isolierenden Schicht abgedeckt, wobei diese isolierende Schicht an ausgewählten Stellen unterbrochen ist, um den Austritt von Anschlusskontakten der Zellanordnungen zu ermöglichen.In the PV module 1, the module structure comprises one or more cell arrangements - specifically three here - each of which has a plurality of PV cells that cannot be identified individually here, each of which is arranged in the form of two strings. The
Aufgrund der Modulstruktur sind bei dem PV-Modul 1 der
Entlang der genannten Mittellinie ist eine Anschlussanordnung 10 vorhanden, die in der
Die äußeren beiden Kontaktdosen 11 sind identisch ausgebildet, wobei nach außen jeweils ein Anschlusskabel 14 mit einem Anschlussstecker 141 austritt. Diese äußeren Kontaktdosen 11 werden nachfolgend daher auch als Anschlussdosen 11 bezeichnet.The two
Innerhalb der Anschlussanordnung 10 wird jeweils eine Bypass-Diode parallel zu jeder Zellanordnung geschaltet. Vorliegend sind somit drei Bypass-Dioden vorhanden. Bei dem dargestellten Beispiel sind alle vorhandenen Bypass-Dioden in der mittleren Kontaktdose 12 positioniert. Diese mittlere Kontaktdose 12 wird nachfolgend daher auch als Diodendose 12 bezeichnet.Within the
In dem dargestellten Beispiel weisen die Kontaktdosen 11, 12 jeweils ein zweiteiliges Gehäuse auf, das jeweils ein Gehäuseunterteil 111 bzw. 121 und ein Gehäuseoberteil 112 bzw. 113 umfasst. In den Gehäuseunterteilen 111, 121 sind Öffnungen zur Durchführung der Anschlusskontakte des PV-Moduls 1 ausgebildet. Weiter weisen die Gehäuseunterteile 111, 121 jeweils einen breiten Auflagerand auf, mit dem sie auf die Rückseite 3 des PV-Moduls 1 aufgeklebt werden. Die Anschlusskontakte des PV-Moduls 1 ragen in einen zwischen Gehäuseunterteil 111, 121 und Gehäuseoberteil 121, 122 gebildeten Hohlraum hinein und werden dort mit einem Kontaktträger 113, 123 (vgl.
Die Kontaktdosen 11, 12 sind in Verbindungsabschnitten 13 über Verbindungselemente 131 und bei dem gezeigten Beispiel zusätzlich Zwischenelemente 132 miteinander verbunden und bilden so eine Anschlusseinheit, die sich über annähernd die gesamte Ausdehnung des PV-Moduls 1 in seiner Querrichtung erstreckt. Dadurch, dass die Kontaktdosen 11, 12 in den Verbindungsabschnitten 13 über die Verbindungselemente 131 und ggf. die Zwischenelemente 132 miteinander verbunden sind und so eine zusammenhängende Anschlusseinheit bilden, die in einem Arbeitsgang auf die Rückseite 3 des PV-Moduls 1 aufmontiert werden kann. Die aufwändigere Handhabung von andernfalls drei einzelnen Kontaktdosen 11, 12 entfällt, wodurch die Montage der Anschlussanordnung 10 auf dem PV-Modul 1 und damit die Herstellung des PV-Moduls 1 beschleunigt wird.The
Die Verbindungselemente 131 und/oder die Zwischenelemente 132 können vergleichbar wie die Kontaktdosen 11, 12 jeweils zweiteilig mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil aufgebaut sein. Dabei kann das Gehäuseunterteil auch eine Auflagefläche aufweisen, mit der es auf die Rückseite 3 des PV-Moduls 1 aufgeklebt wird.The connecting
Im vorliegenden Fall sind die Verbindungselemente 131 und/oder die Zwischenelemente 132 jeweils nur einteilig in Art einer Haube ausgestaltet. Sie verbinden die Kontaktdosen 11, 12 miteinander und bilden einen Kanal zwischen ihnen, ohne selbst direkt auf dem PV-Modul 1 montiert zu sein.In the present case, the connecting
Bei kleineren PV-Modulen 1 kann auch vorgesehen sein, dass der Verbindungsabschnitt 13 zwischen zwei benachbarten Kontaktdosen 11, 12 nur ein einzelnes Verbindungselement 131 oder zwei Verbindungselemente 131 ohne das Zwischenelement 132 umfasst.In the case of smaller PV modules 1, it can also be provided that the connecting
Details zum Aufbau der Anschlusseinheit werden weiter unten im Zusammenhang mit den
Die Biegbarkeit der Anschlusseinheit wird durch gelenkige Verbindungen zwischen zumindest den Kontaktdosen 11, 12 und den Verbindungselementen 131 bzw. zusätzlich zwischen den Verbindungselementen 131 und den Zwischenelementen 132 erzielt. Die gelenkige Verbindung kann z.B. dadurch umgesetzt sein, dass die Verbindungselemente 131 und die Gehäuseoberteile 112, 122 der Kontaktdosen 11, 12 miteinander verrastende Strukturen aufweisen, die nach dem Verrasten ein Verschwenken um einige Grad zulassen. Solche verrastende Strukturen sind z.B. mit den Rastlaschen 114, 124 in den
Weiter ist in den Seitenansichten der
In
Die
Die Kontaktelemente 113, 123 können bevorzugt, wie beispielsweise in
Als Besonderheit sind bei der hier gezeigten Anschlussanordnung 10 alle drei Bypass-Dioden 17 (für ein PV-Modul 1, das drei in Serie geschalteten Zellanordnungen aufweist) in der einen Diodendose 12 angeordnet, wodurch die Anschlussdosen 11 keine Bypass-Diode aufweisen und entsprechend die von ihnen aufgenommenen Kontaktelemente 113 besonders einfach aufgebaut sein können. Bei der Herstellung der Anschlussdosen 11 kann auf den zusätzlichen Schritt der Montage einer Bypass-Diode verzichtet werden.As a special feature, in the
Üblicherweise sind die Zellanordnungen bereits durch interne Verbindungsleitungen innerhalb des PV-Moduls 1 miteinander elektrisch reihenverschaltet. Um die Bypass-Dioden 17, die den äußeren Zellanordnungen zugeordnet sind, in der mittleren Diodendose 12 anzuordnen, wird der nicht innerhalb des PV-Moduls in die mittlere Diodendose 12 geführte Kontakt der entsprechenden Zellanordnung über das Verbindungskabel 15 von der jeweiligen äußeren Kontaktdosen 11 der mittleren Diodendose 12 zugeführt. Bei PV-Modulen, die nicht über eine interne Verbindung der Zellanordnungen verfügen, wird das Verbindungskabel 15 entsprechend zweiadrig ausgeführt.Usually, the cell arrangements are already electrically connected in series with one another by internal connecting cables within the PV module 1. In order to arrange the
Die beiden Anschlussdosen 11 sind vorteilhaft identisch aufgebaut, so dass die Anzahl der verschiedenen Einzelteile der Anschlussanordnung 10 möglichst gering gehalten werden kann. Ebenso sind alle vier eingesetzten Verbindungselemente 131 bevorzugt identisch aufgebaut. Dieses wird z.B. dadurch möglich, dass die gelenkigen Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten alle gleich gestaltet sind und die Verbindungselemente 131 mit jeder Seite wahlweise mit den Anschlussdosen 11, der Diodendose 12 und/oder dem Zwischenelement 132 koppeln kann.The two
In einer Weiterbildung der Anschlussanordnung 10 kann vorgesehen sein, in einem der verfügbaren Hohlräume, z.B. im Verbindungsbereich 13 oder auch in einer oder beiden Anschlussdosen 11 oder in der Diodendose 12 ein Zusatzmodul anzuordnen, das eine zusätzliche, für den Betrieb des PV-Moduls 1 oder im Zusammenhang mit seiner Wartung und/oder Inbetriebnahme hilfreiche zusätzliche Funktionalität bereitstellt.In a further development of the
Beispielsweise kann ein solches Zusatzmodul Sensoren zur Erfassung von Betriebs- oder Umgebungsinformationen umfassen. Betriebsinformationen können Temperaturen, Spannungen und/oder Ströme sein. Umgebungsinformationen können beispielsweise Temperaturen, Feuchtigkeitswerte, Beschleunigungen und/oder eine geographische Position umfassen.For example, such an additional module can include sensors for recording operating or environmental information. Operating information can be temperatures, voltages and/or currents. Environmental information can include, for example, temperatures, humidity values, accelerations and/or a geographical position.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, einen Energiespeicher in dem Zusatzmodul anzuordnen, der eine zumindest eingeschränkte Funktionalität der genannten Sensoren auch dann erlaubt, wenn das PV-Modul 1 keine Solarenergie bereitstellt. Sensoren, die Umgebungsinformationen überwachen, wie beispielsweise ein Temperatursensor, können genutzt werden, um das PV-Modul 1 beim Auftreten von Betriebsbedingungen, die außerhalb eines möglichen und gegebenenfalls vorher eingestellten Bereichs liegen, abzuschalten.If necessary, it can be provided to arrange an energy storage device in the additional module, which allows at least a limited functionality of the sensors mentioned even if the PV module 1 does not provide any solar energy. Sensors that monitor environmental information, such as a temperature sensor, can be used to switch off the PV module 1 when operating conditions occur that are outside a possible and possibly previously set range.
In diesem Zusammenhang können im Zusatzmodul Halbleiterschalter, zum Beispiel ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder ein Mosfet (Metaloxide Field Effect Transistor) angeordnet sein, über die eine Abschaltung des PV-Moduls 1 erfolgt. Auf diese Weise können z.B. normgerechte Abschaltungseinrichtungen, z.B. zur automatische Sicherheitsabschaltung bei Feuer, umgesetzt sein.In this context, semiconductor switches, for example an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor), can be arranged in the additional module, via which the PV module 1 is switched off. In this way, for example, standard-compliant shutdown devices, e.g. for automatic safety shutdown in the event of fire, can be implemented.
Ein Halbleiterschalter zum Unterbrechen des Stroms oder zum Spannungsfreischalten des PV-Moduls 1 kann auch genutzt werden, um ggf. zusätzlich auf andere Ereignisse zu reagieren. Dazu kann im Zusatzmodul ein Empfangsmodul angeordnet sein, dass beim Empfang eines entsprechenden Signals das PV-Modul 1 entsprechend abtrennt oder freigibt. Der Empfang eines steuernden Abschalt- oder Freigabesignals kann drahtlos erfolgen oder es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, ein über die Anschlusskabel 14 übertragenes und auf die Gleichspannung des PV-Moduls 1 aufmoduliertes Hochfrequenzsignal zu empfangen, das entsprechend in einer Einheit des Zusatzmoduls 16a, b dekodiert wird und das Schaltsignal zum Abschalten beziehungsweise Freigeben des PV-Moduls 1 für den Halbleiterschalter bereitstellt.A semiconductor switch for interrupting the current or for disconnecting the voltage of the PV module 1 can also be used to react to other events if necessary. For this purpose, a receiving module can be arranged in the additional module, which disconnects or releases the PV module 1 accordingly when a corresponding signal is received. The reception of a controlling shutdown or release signal can take place wirelessly or, alternatively or additionally, it can be provided to receive a high-frequency signal transmitted via the
In dem Zusatzmodul angeordnete Sensoren können auch genutzt werden, um Umgebungsparameter vor einer Inbetriebnahme des PV-Moduls 1 zu erfassen, die bevorzugt in einen nicht flüchtigen Speicher, zum Beispiel einem Solid State-Speicher abgelegt werden. In dem Fall ist eine Stromversorgung durch einen Energiespeicher des Zusatzmoduls besonders vorteilhaft, da je nach Lager- und Verpackungsbedingungen des PV-Moduls 1 vor seiner Inbetriebnahme eine Versorgung durch das PV-Modul 1 selbst nicht sichergestellt ist. In diesem Zusammenhang interessierende Umgebungsparameter können eine Temperatur, ein Feuchtigkeitswert und/oder eine erfahrene Beschleunigung sein, die Rückschlüsse auf sachgerechte oder eben nicht sachgerechte Lagerung und Transport ermöglichen. Insbesondere können sowohl Diskrepanzen zwischen einer erwarteten und einer im Betrieb tatsächlich gelieferten Leistung des PV-Moduls 1 auf eventuell unsachgemäße Behandlung bei Lagerung oder Transport oder auch Montage zurückgeführt werden.Sensors arranged in the additional module can also be used to record environmental parameters before the PV module 1 is put into operation, which are preferably stored in a non-volatile memory, for example a solid state memory. In this case, a power supply through an energy storage device of the additional module is particularly advantageous, since depending on the storage and packaging conditions of the PV module 1, a supply from the PV module 1 itself is not guaranteed before it is put into operation. Environmental parameters of interest in this context can be a temperature, a humidity value and/or an experienced acceleration, which allow conclusions to be drawn about proper or improper storage and transport. In particular, discrepancies between an expected and an actually delivered power of the PV module 1 during operation can be attributed to possibly improper handling during storage or transport or even assembly.
Sensoren des Zusatzmoduls können auch der Messung von Strom und/oder Spannung des PV-Moduls 1 bzw. seiner Untereinheiten, der Zellanordnungen, dienen. Auf diese Weise kann in Betrieb eine Leistungsmessung erfolgen, die Rückschlüsse über eine korrekte Montage, einen Defekt des PV-Moduls 1, vorliegende Verschattungen und/oder Verschmutzungen ermöglicht.Sensors of the additional module can also be used to measure the current and/or voltage of the PV module 1 or its sub-units, the cell arrangements. In this way, a power measurement can be carried out during operation, which allows conclusions to be drawn about correct installation, a defect in the PV module 1, existing shading and/or contamination.
Bei einer Sensorik, die auf Ebene der einzelnen Zellanordnungen arbeitet, kann zudem die korrekte Funktion der Bypass-Dioden 17 erfolgen.With a sensor system that operates at the level of the individual cell arrangements, the correct function of the
Das Zusatzmodul kann mit einer Sendevorrichtung ausgestattet sein, die eine Weitergabe von Warn- oder Alarmmeldungen und/oder der durch die Sensoren erfassten Messwerte ermöglicht. Hier ist, ebenso wie zuvor für den Empfang der Abschalt- bzw. Freigabesignale beschrieben, eine drahtlose Verbindung ebenso geeignet wie eine auf die Gleichstromleitungen des PV-Moduls 1 aufmodulierte Datenübertragung (Powerline Data Transmission).The additional module can be equipped with a transmitter that enables the transmission of warning or alarm messages and/or the measured values recorded by the sensors. Here, as previously described for receiving the shutdown or release signals, a wireless connection is just as suitable as data transmission modulated onto the direct current lines of the PV module 1 (Powerline Data Transmission).
Das Zusatzmodul kann auch mit einer Auswerteeinheit für die gemessenen Sensordaten versehen sein, die vor Ort lokal im PV-Modul 1 eine Auswertung der Sensorergebnisse erlaubt. Auf diese Weise können sich andeutende Defekte oder alterungsbedingte Probleme von Komponenten vorhergesagt werden und ein Service bereits vor einem tatsächlich erfolgten Defekt angefordert werden (predictive maintenance). Dabei können lernfähige Auswertetechniken, z.B. aus dem Bereich der KI (künstlichen Intelligenz) genutzt werden.The additional module can also be equipped with an evaluation unit for the measured sensor data, which allows the sensor results to be evaluated locally in PV module 1. In this way, impending defects or aging-related problems of components can be predicted and a service can be requested before a defect actually occurs (predictive maintenance). Learning evaluation techniques, e.g. from the field of AI (artificial intelligence), can be used.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Zusatzmodul Mittel für eine Nahfeld-Kommunikation umfassen. Diese können beispielsweise in Form eines RFID-Tag in dem Zusatzmodul angeordnet sein. Es können so Informationen wie z.B. eine Seriennummer hinterlegt werden, die dann bei Herstellung, Lagerung, Transport, Montage und/oder Inbetriebnahme sowie zu Servicezwecken durch ein entsprechendes Lesegerät einfach ausgelesen werden können, sodass der Lebenszyklus des PV-Moduls 1 einfach protokolliert werden kann.In a further embodiment, the additional module can comprise means for near-field communication. These can be arranged in the additional module in the form of an RFID tag, for example. Information such as a serial number can be stored in this way, which can then be easily read out by an appropriate reader during production, storage, transport, assembly and/or commissioning as well as for service purposes, so that the life cycle of the PV module 1 can be easily recorded.
Ein Zusatzmodul, das sowohl die internen eingespeicherte und auslesbare Seriennummer, als auch eine Abschaltmöglichkeit in Form eines Halbleiterschalters für das PV-Modul 1 aufweist, kann im Rahmen einer digital unterstützten Inbetriebnahme eingesetzt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass Module nur dann durch eine externe Steuereinrichtung freigeschaltet werden, wenn sie in einem vorgesehenen Verbund montiert und betrieben werden. Auf diese Weise wird ein effektiver Diebstahlschutz für einzelne Module erzielt. Dabei kann vorgesehen sein, dass auch externe Elemente, zum Beispiel sogenannte PV-Sammelanschlussboxen, mit in das überwachte System integriert sind. In PV-Sammelanschlussboxen laufen die Anschlusskabel 14 einzelner oder serienverschalteter PV-Module 1 zusammen. Im Betrieb erfolgt eine Freischaltung der PV-Module 1 nur dann, wenn der Verbund in Kombination mit der vorgesehenen vorgeschalteten externen Komponente, zum Beispiel der genannten PV-Sammelanschlussbox oder einem vorgesehenen vorgeschalteten Wechselrichter, gekoppelt ist.An additional module, which has both the internally stored and readable serial number and a shutdown option in the form of a semiconductor switch for the PV module 1, can be used as part of a digitally supported commissioning. It can be provided that modules are only activated by an external control device when they are installed and operated in a designated network. In this way, effective theft protection for individual modules is achieved. It can be provided that external elements, for example so-called PV collective connection boxes, are also integrated into the monitored system. The
Im Rahmen der „predictive maintenance“ können auch Betriebssituationen ermittelt werden, die die Notwendigkeit eines Serviceeinsatzes andeuten. Insbesondere wenn in dem System eine übergeordnete Messstelle für Spannung und/oder Strom einer Anordnung mehrerer PV-Module 1 vorhanden ist, kann eine Diskrepanz zwischen den Messungen an jedem einzelnen PV-Modul 1 und zum Beispiel einem daraus gebildeten String erfolgen. Ermittelte Abweichungen deuten zum Beispiel auf Spannungsverluste an Verbindungssteckern hin, die vor Ort zu überprüfen sind, um eine Brandgefahr zu mindern. Abweichungen der Module untereinander können auf die Notwendigkeit einer Reinigung der Oberfläche der Module hinweisen.As part of predictive maintenance, operating situations can also be identified that indicate the need for service. In particular, if the system has a higher-level measuring point for voltage and/or current in an arrangement of several PV modules 1, a discrepancy can occur between the measurements on each individual PV module 1 and, for example, a string formed from it. Determined deviations indicate, for example, voltage losses at connecting plugs, which must be checked on site to reduce the risk of fire. Deviations between modules can indicate the need to clean the surface of the modules.
BezugszeichenReference symbols
- 11
- Photovoltaik-Modul (PV-Modul)Photovoltaic module (PV module)
- 22
- RahmenFrame
- 33
- Rückseite Back
- 1010
- Anschlussanordnung Connection arrangement
- 1111
- Kontaktdose (Anschlussdose)Contact box (junction box)
- 111111
- UnterteilBottom part
- 112112
- DeckelLid
- 113113
- KontaktbereichContact area
- 114114
- Rastlasche Locking tab
- 1212
- Kontaktdose (Diodendose)Contact box (diode box)
- 121121
- UnterteilBottom part
- 122122
- DeckelLid
- 123123
- KontaktbereichContact area
- 124124
- Rastlasche Locking tab
- 1212
- Deckel Lid
- 1313
- VerbindungsbereichConnection area
- 131131
- VerbindungselementConnecting element
- 132132
- ZwischenelementIntermediate element
- 133133
- Vertiefung Deepening
- 1414
- AnschlusskabelConnection cable
- 141141
- SteckerPlug
- 1515
- Verbindungskabel Connection cable
- 1616
- Kontakteinheit (Stanzgitter)Contact unit (stamped grid)
- 1717
- Bypass-DiodeBypass diode
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 20160141435 A1 [0004]US 20160141435 A1 [0004]
- DE 1020221075265 [0007]EN 1020221075265 [0007]
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- 2023-10-30 WO PCT/EP2023/080243 patent/WO2024094626A1/en unknown
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