DE10358140A1

DE10358140A1 - Elektrische Anschluß- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE10358140A1
Application number: DE10358140A
Authority: DE
Inventors: Udo Nieleck; Dirk Dipl.-Ing. Quardt; Friedel Dipl.-Ing. Wasserfuhr; Zbigniew Dipl.-Ing. Zborowski
Original assignee: Guenther Spelsberg GmbH and Co KG
Current assignee: Guenther Spelsberg GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: DE10358140B4; US7737355B2; US20050161080A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine elektrische Anschluß- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul (8) aus mit dünnen Leiterbändern (9) miteinander verbundenen Solarzellen, mit einem Gehäuse (1) und in dem Gehäuse (1) vorgesehenen elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen sowie einer in dem Gehäuse (1) vorgesehenen elektrischen Anschlußvorrichtung (6). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Anschlußvorrichtung (6) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß aus dem Solarzellenmodul (8) herausgeführte dünne Leiterbänder (9) beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul (8) automatisch von unten her in die elektrische Anschlußvorrichtung (6) eingeführt werden. Damit kann auf einfache Weise ein sicheres und effizientes Anschließen der einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls (8) erreicht werden, wobei darüber hinaus Fehlkontaktierungen weitestgehend vermieden werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschluß- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul aus mit dünnen Leiterbändern angeschlossenen Solarzellen, mit einem Gehäuse und in dem Gehäuse vorgesehenen elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen sowie einer in dem Gehäuse vorgesehenen Anschlußvorrichtung.

Da die Ausgangsspannung einzelner Solarzellen im allgemeinen zu gering ist, um elektrische Geräte, wie Haushaltsgeräte oder ähnliche Geräte, zu betreiben, werden im allgemeinen mehrere Solarzellen zu Solarzellenmodulen zusammengeschaltet. Dabei besteht einerseits die Möglichkeit der Reihenschaltung der Solarzellen und andererseits die Möglichkeit der Parallelschaltung der Solarzellen im Solarzellenmodul. Durch ein Parallelschalten der Solarzellen addieren sich die einzelnen Ströme der Solarzellen zu einem Gesamtstrom. Dabei sollten die parallelgeschalteten Solarzellen allerdings im wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschaften haben, so daß sich in der Praxis das Parallelschalten von Solarzellen kaum durchgesetzt hat, insbesondere auch da eine einzelne Solarzelle bereits einen Strom von einigen Ampere liefern kann.

Bei der Zusammenstellung von Solarzellenmodulen mit einzelnen Solarzellen werden die Solarzellen daher häufig in Reihe geschaltet. Ein Problem kann sich dabei jedoch dann ergeben, wenn ein Solarzellenmodul partiell abgeschattet wird, also eine Solarzelle oder einzelne Solarzellen des Solarzellenmoduls weniger oder gar keine Sonnenbestrahlung erhalten. Der Grund für eine verringerte Sonnenbestrahlung kann z. B. in einer Verschmutzung der Solarzellen oder in Schattenwürfen von Bäumen, Gebäudeeinrichtungen oder Gebäuden liegen.

Im Gegensatz zu einer Abschattung des Solarmoduls gleichmäßig über seine gesamte Fläche, die nur zu einer Leistungsverringerung insgesamt führt, ergibt sich bei einer partiellen Abschattung folgendes Problem: Durch die in Reihe geschalteten Solarzellen des Solarzellenmoduls fließt ein gemeinsamer Strom, wobei jede einzelne Solarzelle mit ihrer jeweiligen Spannung zur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls beiträgt. Wird nun eine Solarzelle abge schattet, so erzeugt diese keine Spannung mehr und setzt dem Stromfluß im Solarzellenmodul praktisch eine Diode in Sperrichtung entgegen. Dies bedeutet jedoch, daß das gesamte Modul keinen Strom mehr liefern kann, so daß die gesamte Funktion des Solarzellenmoduls beeinträchtigt ist.

Außerdem gilt, daß an der abgeschatteten Solarzelle eine Spannung anliegt, die abhängig ist von der Position der abgeschatteten Solarzelle in der Reihenschaltung. Ist diese an der abgeschatteten Solarzelle anliegende Spannung größer als ihre Sperrspannung, so wird es in der Solarzelle zu einem Durchschlag und damit zu einer dauerhaften Beschädigung der Solarzelle kommen. Selbst wenn es zu keiner Beschädigung der Solarzelle durch einen Durchschlag kommen sollte, wird in der abgeschatteten Solarzelle eine große Verlustleistung umgesetzt, so daß sich die abgeschattete Solarzelle aufheizt. Auch eine solche Aufheizung kann zu Beschädigungen an der abgeschatteten Solarzelle sowie an den ihr benachbarten Solarzellen führen.

Um die mit teilweise abgeschatteten Solarzellen verbundene Problematik zu vermeiden, werden häufig Dioden, sogenannte Bypass-Dioden, verwendet, die antiparallel zu den Solarzellen geschaltet werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine abgeschattete Solarzelle zwar keinen Anteil mehr zur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls leistet, der Stromfluß jedoch trotzdem erhalten bleibt. Das Solarzellenmodul zeigt somit lediglich eine verminderte Betriebspannung, fällt jedoch nicht vollständig aus. Außerdem wird in der abgeschatteten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt, so daß eine Beschädigung der abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann.

Grundsätzlich könnte jeder Solarzelle eines Solarzellenmoduls genau eine Diode zugeordnet sein. Häufig wird jedoch so vorgegangen, daß eine Mehrzahl hintereinander geschalteter Solarzellen jeweils durch eine gemeinsame Diode abgesichert wird. Elektrische Anschluß- und Verbindungsdosen, die für Solarzellenmodule verwendet werden, weisen somit im allgemeinen immer nocheine Mehrzahl von Bypass-Dioden auf. Darüber hinaus können in den elektrischen Anschluß- und Verbindungsdosen weitere elektrische oder/und elektronische Einrichtungen vorgesehen sein, so daß der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose zugeführte Leiter mit den elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen, wie den Bypass-Dioden, verbunden werden müssen.

Die Solarzellen in einem Solarzellenmodul sind im allgemeinen mit dünnen Leiterbändern, sogenannten Strings, miteinander verbunden. Diese Leiterbänder weisen typischerweise eine Dicke von wenigen Zehntel Millimeters (ca. 0,3 mm) und eine Breite von einigen Millimetern (ca. 3–8 mm) auf. Diese die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls miteinander verbindenden Leiterbänder werden aus dem Solarzellenmodul heraus geführt, so daß die dünnen Leiterbänder direkt zu Anschlußzwecken verwendet werden können.

Dazu werden die Leiterbänder typischerweise in eine solche elektrische Anschluß- und Verbindungsdose von unten her eingeführt, die einen abnehmbaren Deckel aufweist, so daß die einzelnen Leiterbänder von Hand in einer in dem Gehäuse der Anschluß- und Verbindungsdose vorgesehenen elektrischen Anschlußvorrichtung kontaktiert werden können. Dazu werden die vom Solarzellenmodul, relativ zum Gehäuse der Anschluß- und Verbindungsdose von unten her kommenden dünnen Leiterbänder im allgemeinen um 180° umgebogen, um dann von oben her kommend in der Anschlußvorrichtung angeschlossen zu werden. Ein solches Umbiegen ist ohne weiteres möglich, da die dünnen Leiterbänder, die typischerweise aus Metall bestehen, aufgrund ihrer Abmessungen, insbesondere nämlich ihrer geringen Dicke, sehr flexibel sind. Allerdings ist diese Vorgehensweise sehr aufwendig und zeitintensiv, und Anschlußfehler können nicht ohne weiteres vermieden werden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine solche elektrische Anschluß- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul anzugeben, mit der ein einfacher und sicherer Anschluß aus dem Solarzellenmodul herausgeführter dünner Leiterbänder ermöglicht wird.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anschlußvorrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, daß aus dem Solarzellenmodul herausgeführte dünne Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul automatisch von unten her in die elektrische Anschlußvorrichtung eingeführt werden.

Die Erfindung geht also einen völlig neuen Weg, indem aus dem Solarzellenmodul herausgeführte und zum Anschluß der Solarzellen dienende dünne Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul einerseits automatisch, also ohne zusätzliche Handarbeit, und andererseits direkt von unten her in die elektrische Anschlußvorrichtung eingeführt werden. Durch die Erfindung wird damit das aufwendige, aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehen vermieden, die dünnen Leiterbänder zum Anschließen der Solarzellen in der Anschluß- und Verbindungsdose erst nach oben zu führen und dann um bis zu 180° umzubiegen, um sie der Anschlußvorrichtung zuzuführen. Beim Anschließen der Solarzellen des Solarzellenmoduls ist der erforderliche Aufwand also durch die Erfindung erheblich verringert, und insbesondere können praktisch keine Falschkontaktierungen mehr vorkommen.

Grundsätzlich sind für die erfindungsgemäße Anschluß- und Verbindungsdose verschiedene Typen von Anschlußvorrichtungen verwendbar. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die elektrische Anschlußvorrichtung eine Klemmeinrichtung aufweist. Dabei kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung insbesondere vorgesehen sein, daß die Klemmeinrichtung Anschlußfederelemente zur Herstellung eines Klemmkontakts mit den dünnen Leiterbändern aufweist. Diese Anschlußfederelemente weisen wenigstens eine Feder vorzugsweise jedoch zwei gegeneinander wirkende Federn, z. B. in Form von Blattfedern, auf, die aufgrund ihrer Federkraft auf die in die Anschlußvorrichtung eingeschobenen Leiterbänder wirken und damit den erforderlichen elektrischen Kontakt herstellen.

Grundsätzlich kann die Anschlußvorrichtung derart in dem Gehäuse der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose angeordnet sein, daß die aus dem Solarzellenmodul herausgeführten dünnen Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul automatisch von unten her in die elektrische Anschlußvorrichtung eingeführt werden, ohne daß zusätzliche Einrichtungen vorgesehen sind, die das Einführen der Leiterbänder in die Anschlußvorrichtung unterstützen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß unterhalb der Klemmeinrichtung eine Führungseinrichtung zum geführten Einführen der dünnen Lei terbänder in die Klemmeinrichtung beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul vorgesehen ist. Eine solche Führungseinrichtung dient im wesentlichen dazu, ein Knicken oder Falten der Leiterbänder beim Einführen zu vermeiden, so daß die in Längsrichtung der dünnen Leiterbänder wirkenden Kraft beim Einführen derselben in die Anschlußvorrichtung auch tatsächlich in die gewünschte Richtung wirkt und nicht zu einer Deformation, nämlich zu dem angesprochenen Knicken oder Falten der dünnen Leiterbänder führt. Dabei kann z. B. eine solche Führungseinrichtung vorgesehen sein, die den Querschnittsabmessungen der dünnen Leiterbänder entsprechende Öffnungen aufweist, so daß beim Aufsetzen der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul die dünnen Leiterbänder in diesen Öffnungen mit geringem Spiel geführt werden, die Innenwände der Öffnungen also der eigentlichen Führung und damit der Verhinderung des Knickens oder Faltens dienen.

Der erfindungsgemäße Ansatz, daß die aus dem Solarzellenmodul herausgeführten dünnen Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul einerseits automatisch und andererseits von unten her in die elektrische Anschlußvorrichtung eingeführt werden, eröffnet noch einen weiteren Vorteil. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist nämlich vorgesehen, daß das Gehäuse Seitenwände und einen Deckel aufweist, wobei die Seitenwände und der Deckel einstückig ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist es bei der erfindungsgemäßen elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose nicht mehr zwingend erforderlich, einen abnehmbaren Deckel vorzusehen. Schließlich erfolgt das Einführen der dünnen Leiterbänder in die Anschlußvorrichtung automatisch, so daß der Innenraum der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose nicht von oben her für ein Anschließen von Hand zugänglich sein muß.

Zur Erfindung gehört auch eine derartige Verwendung einer elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose mit Anschlußvorrichtungen zum Anschließen eines Solarzellenmoduls aus mit dünnen Leiterbändern miteinander verbundenen Solarzellen, bei der aus dem Solarzellenmodul austretende dünne Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul automatisch von unten her in die Anschlußvorrichtung eingeführt werden.

Dabei ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die elektrische Anschlußvorrichtung eine Klemmeinrichtung aufweist, so daß die dünnen Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul von unten her in der Anschlußvorrichtung verklemmt werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Klemmeinrichtung Anschlußfederelemente zur Herstellung eines Klemmkontakts mit den dünnen Leiterbändern aufweist. Schließlich kann vorgesehen sein, daß die dünnen Leiterbänder beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul geführt werden, um das weiter oben schon angesprochene Umknicken oder Falten der Leiterbänder und damit ein vorschriftsmäßiges Einführen der Leiterbänder in die Klemmeinrichtung zu gewährleisten.

Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße elektrische Anschluß- und Verbindungsdose auszugestalten und weiterzubilden, wozu einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen wird. In der Zeichnung zeigt

1a–c eine elektrische Anschluß- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Ansicht von oben, von der Seite bzw. von unten,

2a, b perspektivische Ansichten der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, teilweise im Schnitt,

3 einen Schnitt durch die elektrische Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

4 die Anschlußvorrichtung der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie aus 1 ersichtlich, weist die elektrische Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Gehäuse 1 mit Seitenwänden 2 und einen Deckel 3 auf. Weiterhin ist ein Boden 4 des Gehäuses 1 vorgesehen, der eine langgestreckte Ausnehmung 5 aufweist. Wie insbesondere 2a entnehmbar, ist über diese Ausnehmung 5 eine in dem Gehäuse 1 vorgesehene Anschlußvorrichtung 6 erreichbar.

Wie diese Anschlußvorrichtung 6 im einzelnen ausgebildet und angeordnet ist, ist weiterhin 3 entnehmbar, die einen Schnitt durch die elektrische Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung längs der Linie C-C zeigt. 3 ist dabei entnehmbar, daß die Anschlußvorrichtung 6 eine Klemmeinrichtung 7 in Form von zwei gegeneinanderwirkenden Federn aufweist. In diese werden beim Aufsetzen der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung automatisch die auch aus 3 ersichtlichen aus dem Solarzellenmodul 8 herausgeführten dünnen Leiterbänder 9 eingeführt.

Um beim Einführen der Leiterbänder 9 in die Anschlußvorrichtung 6 ein Deformieren, insbesondere ein Umknicken oder Falten der Leiterbänder 9 zu vermeiden, ist in dem Gehäuse 1 unterhalb der Anschlußvorrichtung 6 eine Führungseinrichtung 10 vorgesehen. Diese weist eine im Querschnitt trichterförmige Einführungsöffnung 11 auf, die sich im Querschnitt verjüngt, so daß die Leiterbänder 9 in der Führungseinrichtung 10 mit geringem Spiel in Querrichtung geführt werden. Auf diese Weise wird ein Umknicken der Leiterbänder 9 beim Einführen in die Anschlußvorrichtung 6 vermieden, so daß die beim Aufsetzen der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul wirkende Kraft praktisch vollständig in Längsrichtung der dünnen Leiterbänder 9 wirken kann.

Wie 3 und insbesondere auch 4 entnehmbar, ist die Anschlußvorrichtung 6 mit einer Leiterplatte 12 verbunden, auf der eine Mehrzahl von Bypass-Dioden 13 angeordnet ist. Diese Bypass-Dioden 13 haben die eingangs beschriebene Funktion zur Absicherung der einzelnen Solarzellen und sind dazu über die Anschlußvorrichtung 6 und die dünnen Leiterbänder 9 mit den einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls 8 verbunden.

Wie der obigen Beschreibung der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entnehmbar, geht die Erfindung einen völlig neuen Weg, indem die flexiblen dünnen Leiterbänder 9 nicht nur von unten her in das Gehäuse 1 der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose eingeführt werden, sondern auch direkt von unten her in die in dem Gehäuse 1 vorgesehen Anschlußvorrichtung 6 eingeführt werden. Dabei ist die Anschlußvorrichtung 6 derart angeordnet und ausgebildet, vorliegend insbesondere nämlich mit einer Führungseinrichtung 10 versehen, daß beim Aufsetzen der elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul 8 automatisch eine Einführung der Leiterbänder 9 in die Anschlußvorrichtung 6 erfolgt. Damit wird das Anschließen der einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls 8 deutlich erleichtert, und insbesondere können Fehlkontaktierungen vermieden werden.

Claims

Elektrische Anschluß- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul (8) aus mit dünnen Leiterbändern (9) angeschlossenen Solarzellen, mit einem Gehäuse (1) und in dem Gehäuse (1) vorgesehenen elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen sowie einer in dem Gehäuse (1) vorgesehenen elektrischen Anschlußvorrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußvorrichtung (6) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß aus dem Solarzellenmodul (8) herausgeführte dünne Leiterbänder (9) beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul (8) automatisch von unten her in die elektrische Anschlußvorrichtung (6) eingeführt werden.
Elektrische Anschluß- und Verbindungsdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anschlußvorrichtung (6) eine Klemmeinrichtung (7) aufweist.
Elektrische Anschluß- und Verbindungsdose nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (7) Anschlußfederelemente zur Herstellung eines Klemmkontaktes mit den dünnen Leiterbändern (9) aufweist.
Elektrische Anschluß- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Anschlußvorrichtung (6) eine Führungseinrichtung (10) zum geführten Einführen der dünnen Leiterbänder (9) in die Anschlußvorrichtung beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul (8) vorgesehen ist.
Elektrische Anschluß- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) Seitenwände (2) und einen Deckel (3) aufweist, wobei die Seitenwände (2) und der Deckel (3) einstückig ausgebildet sind.
Verwendung einer elektrischen Anschluß- und Verbindungsdose mit einer Anschlußvorrichtung (6) zum Anschließen eines Solarzellenmoduls (8) aus mit dünnen Leiterbändern (9) miteinander verbundenen Solarzellen, insbeson dere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Solarzellenmodul (8) herausgeführte dünne Leiterbänder (9) beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul (8) automatisch von unten her in die Anschlußvorrichtung (6) eingeführt werden.
Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anschlußvorrichtung (6) eine Klemmeinrichtung (7) aufweist, so daß die dünnen Leiterbänder (9) beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul (8) von unten her in der Anschlußvorrichtung (6) verklemmt werden.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (7) Anschlußfederelemente zur Herstellung eines Klemmkontaktes mit den dünnen Leiterbändern (9) aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Anschlußvorrichtung (6) eine Führungseinrichtung (10) vorgesehen ist, so daß beim Aufsetzen der Anschluß- und Verbindungsdose auf das Solarzellenmodul (8) eine Führung der dünnen Leiterbänder (9) erfolgt.