DE8210972U1

DE8210972U1 - Klappbarer Solarzellengenerator

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Publication number: DE8210972U1
Application number: DE8210972U
Authority: DE
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication date: 1982-08-19

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/ge Theodor-Stern-Kai 1 HH 82/15 Gbm D-6000 Prankfurt 70 16.04.82

"Klappbarer Solarzellengenerator"

Die Neuerung betrifft eine klappbaren Solarzellengenerator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Klappbare Solarzellengeneratoren sind ie allgemeinen tragbar und dienen als Energiequelle aus Laden von Nickel-Cadmium-Akkumulatoren oder von Bleibatterien vorzugsweise für kleine Verbraucher zu deren Stromversorgung oder auch zu deren direkter Stromversorgung. Als kleinere Verbraucher sind beispielsweise tragbare Fernsehgeräte, Radiogeräte oder auch Funkgeräte anzusehen. Auch kann mit einem tragbaren Solarzellengenerator mobiles Gerät bei Expeditionen oder Forschungsreisen ebenso elektrisch versorgt werden wie beispielsweise elektrische Einrichtungen auf Seenotrettungsinseln, in Segelflugzeugen und Segelbooten. Es ist weiter Einsatz von tragbaren Solarzellengeneratoren sowohl im Freizeit- und Hobbymarkt als auch im militärischen Bereich möglich.

Als Begleiter bei Expeditionen und als Energiespender in abgelegenen Gebieten ist ein Sonnenkoffer bekannt geworden (Prospekt der Firma Kontron). Der Sonnenkoffer ist ein leichter tragbarer Generator in Kofferform und ermöglicht mittels einer verstellbaren Rasterung eine

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Ausrichtung der Sonnenzellen nach dem jeweiligen Sonnenstand. Bei diesem Gerät wird ein konventioneller Solargenerator in schwerer Glasverbundtechnik in einem Aluminiumkoffer montiert, wodurch nachteiligerweiee ein verhältnismäßig hohes Gewicht und Stauvolumen des Gerätes in Bezug auf die abgegebene Leistung vorhanden ist.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Niederspannungsenergie mittels Solarzellen bekannt, bei der die Solarzellen innenseitig in den Deckelhälften eines transportablen Behälters angeordnet sind und die Energiezapfstellen außenseitig angeordnet sind. Die Deckelhälften des Behälters weisen an gegenüberliegenden Schmalseiten je eine ausgezogene Kante auf, an der Klappscharniere bzw. ein Verschluß angeordnet sind. Die Solarzellen sind in den Deckelhälften in einer Siliconmasse wasser-

¹S dicht eingebettet. Die Energiezapfstellen sind an derjenigen schmalen Seite des Behälters angeordnet, die mit den Klappscharnieren versehen ist (DE-OS 30 10 571). Bei dieser bekannten Vorrichtung sind nachteiligerweise die Solarzellen ungenügend gegen äußere Einflüsse geschützt, da sie nur in einem Siliconkleber eingebettet sind. Siliconkleber sind bekannterweise nicht witterungs- und wetterbeständig. Insbesondere vergilben sie bei Sonneneinwirkung. Dies ist besondere im Zusammenhang mit der Anwendung von Solargeneratoren zu sehen. Weiterhin ist eine Beschädigung der Solarzellen in dieser weichen Einbettung möglich. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin zu sehen, daß die elektrischen Verbindungsleiter nicht hinreichend gegen äußere Einflüsse geschützt werden können, weiterhin erzwingen die als Energiezapfstellen vorgesehenen außenliegen.don Buchsen eine elektrische Verbindung der Deckelhälften untereinander mit Hilfe von zusätzlichen Kabeln*

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 30 13 037 ist es bekannt, Solarzellen mittels Siliconkautschuk auf einen Blech zu laminieren und zusätzlich mit einer transparenten Folie gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Diese bekannte Anordnung läßt sich nachteiligerweise

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wegen der au geringen mechanischen Stabilität und Eigensteifigkeit gleichfalls nicht bei einen klappbaren Solarzellengenerator verwenden. Zudea wäre bei derartig gekapselten Solarzellen eine elektrische Verschaltung der Generatorhälften auch nur unter schwierigen Bedingungen zu lösen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen klappbaren Solarzellengenerator zu schaffen, der in zusammengeklappten Zustand leicht, klein, flach, handlich und transportabel ausgeführt ist und in ausein&ndergeklappten Zustand als Generator Hit lange*· Lebensdauer sur autarken Stromversorgung abgelegener Verbraucher problemlos verwendbar ist.

Die Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die Kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ei« besonderer Vorteil der Neuerung ist in der themomechanischen Entkopplung der Solarzellenmodule von den Deckeln des Klappgenerators durch die Befestigung mittels geeigneter dauerelastischer dünner Klebschichten zu sehen. Hierdurch wird ein weiter Anwendungsbereich hinsichtlich möglicher Umweltbedingungen bei Temperaturänderungen von minus 50° C bis plus 100° C ermöglicht, da die thermomechanisehen Ausdehnungskoeffizienten der beispielsweise verwendeten Materialien Aluminium und Gfk-Verbund nicht identisch sind. Somit werden thermomechanisch bedingte Spannungen zwischen den Materialien abgebaut, die sonst im einfachsten Fall zur Verformung oder Verbiegung der Bauelemente führen würden und unter Umständen einen Ausfall durch Bruch oder Delamination bewirken könnten.

Ausgestaltungen der Erneuerung sind in den Unteransprüchen 2 bis 18.

Weitere Vorteile des neuerungsgemäßen klappbaren Solarzellengenerators bestehen darin, daß alle funktioneilen Teile wie elektrische Verbindungen, elektrische Anschlüsse, mechanische Verschlüsse inner-

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halb einer extrem flachen Bauweise angeordnet sind. Es wird ein handlicher, transportabler und bedienungsfreundlicher Solarzellengenerator geschaffen,der zudem noch bruchsicher, schlagsicher sowie trittfest ausgeführt ist. Der Solarzellengenerator ist bei extremen Umweltbedingungen einsetzbar, wobei vielfache Temperaturwechsel von minus 50 C bis plus 100 C, Regen und Feuchtigkeit, Salz-Seeluft, Hagel, Schnee und Eisbildung keine funktionellen Schädigungen verursachen können. Bis auf die natürlicherweise offenen Anschlüsse (Polklemmen) sind alle potential führenden Leiter v#rteilhafterweise völlig wasserdicht und mechanisch gekapselt. Diese Bauelemente sind somit einem mechanischen Zugriff und witterungsbedingten Beschädigungen vollkommen entzogen. Ein weiterer Vorteil ist in der Verwendungsmöglichkeit baugleicher Deckel, Solarzellenmodulen, Anschlußelementen usw. zu sehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungebeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen mit vier Deckeln ausgerüsteten zusammenklappbaren Solarzellengenerator im auseinandergeklappten Zustand,

Fig. 2 ein GFK-gekapseltes Modul aus einer Solarzellenanordnung mit zugehörender Verschaltung und elektrischem Ringleiter, das auf einem Deckel angeordnet werden kann, 25

Fig. 3 ein zur Aufnahme von elektrischen Leitern vorgesehenes Scharnier,

Fig. 4 ein mit Polklemmen versehenes Scharnier, 30

Fig. 5a einen zusammengeklappten Solarzellengenerator und Fig. 5b sowie 5c jeweils einen den Solarzellengenerator gemäß 5a

verschließenden Verschlußmechanismus in vergrößerter Darstellung.

ι a ι ι

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Der aus Figur 1 ersichtliche Solarzellengenerator weist vier Deckel 1-4 auf, die untereinander «it Hilfe von nicht näher bezeichneten Scharnieren mechanisch fest miteinander verbunden sind. Die Deckel 1-4, von denen die beiden äußeren Deckel 1 und 4 sowie die inneren Deckel 2 und 3 jeweils eine gleiche Bauform aufweisen, sind über die Scharniere zieharnonikaartig zusammenlegbar. Die beiden äußeren Deckel 1 und 4 sind derart ausgebildet, daß sie den gesamten Solarzellengenerator als Deckel einschließen. Hierbei können diese Deckel durch Tiefziehen hergestellt werden, darart, daß im zusammengeklappten Zustand des Solarzellengenerators ein allseitig geschlossenes Gehäuse vorliegt (siehe auch Fig. 5a). Den Solarzellengenerator im zusammengeklappten Zustand zusammenhaltende Verschlußmechanismen sind mit 5 und 6 bezeichnet und in Figur 5c vergrößert dargestellt.

Auf den Innenseiten jedes einzelnen Deckels 1-4 ist ein Solarzellenmodul angeordnet, das aus mehreren miteinander verschalteten Zellen 7, Verbinder 8 und Ringleiter 9 besteht. In Figur 1 ist lediglich auf der Innenseite des Deckels 1 eine derartige Solarzellenanordnung zeichnerisch dargestellt, während die Innenseiten der übrigen Deckel 2, 3 und 4 jeweils nur eine Feldereinteilung zeigen. Die Solarzellenmodule sind zusammen mit den zugehörenden Verbindungeleitungen in glasfaserverstärktem Kunststoff gekapselt und mit einer elastischen Klebschicht auf dem zugehörenden Deckel 1 befestigt. Eine vergrößerte Darstellung des Solarzellenmodule auf dem Deckel 1 ist aus Figur 2 ersichtlich.

Die Solarzellen 7 eines Moduls gemäß Figur 2 sind mäanderförmig geschaltet und so ausgelegt, daß die Anordnung der Solarzellen 7 für alle Module eines klappbaren Systems gleich ist. Die einzelne Solarzellen 7 verbindenden elektrischen Solarzellenverbinder sind mit 8 bezeichnet und mit einem Ringleiter 9 elektrisch leitend verbunden, der zunächst den positiven und negativen Pol der verschalteten Solarzellen kurzschließt. Die Verbindungsstellen zwischen dem Solarzellenverbinder 8 und dem Ringleiter 9 sind als positiver bzw. negativer

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inschlußpunkt 10 bzw. 11 für den Ringleiter 9 bezeichnet. Der Ringleiter 9 Bit den Anschlußpunkten 10 und 11 kann entsprechend eii.er geisinschten Position zur Verschaltung benachbarter Module in Reihen- und/oder Parallelverschaltung an beliebiger Position unterbrochen werden und durch Freilegen eines positiven und negativen Kontaktes 101 und 110 zur Weiterverschaltung benutzt werden.

In Figur 3 ist ein ( in ?ig. 1 nicht näher bezeichnetes) Scharnier

12 im Halbschnitt dargestellt. Das Scharnier verbindet zwei benach-

barte Deckel 1 und 2 miteinander mechanisch. Es weist zwei Achsstummel

13 und 14 auf, die die Scharnierschalen in ihren äußeren Bereichen drehbeweglich miteinander verbinden. Der Mittelbereich des Scharniers 12 wird von den Achsstummeln 13 und 14, bei denen es eich um Hohlkörper handeln kann, freigelassen und ist von elektrischen Überbrückungeleiters 15 durchsetzt. Hierzu weist das Scharnier 12 in seinem die elektrischen Leiter 15 aufnehmenden Bereich Öffnungen auf, die senkrecht zur Mittelachse des Scharnieres 12 verlaufen und durch die die elektrischen Überbrückungsleiter 15 durchgeführt sind. Die elektrischen Leiter sind mit ihren Anschlußenden jeweils an einen, beispielsweise aus Figur 2 ersichtlichen Anschlußpunkt 101 bzw. 111 eines Solarzellenmoduls angeschlossen. Bei einer derartigen Führung der elektrischen Leiter 15 werden diese bei der Handhabung des Solarzellengenerators nur noch auf Torsion beansprucht. Bei einer achsialen Länge eines Leiters 15 von ca. 25 mm konnten bei Versuchen im betrachteten Temperaturbereich (minus 50° C bis plus 100° C) über 20 000 Lastwechsel (Öffnen und Schließen zweier benachbarter Deckel) ohne Materialschäden durchgeführt werden. Diese Lastwechselanzahl entspricht einer Lebenserwartung des Solarzellengenerators von mindestens 10 Jahren. Auch ist die verwendete Leiterführung in elektrischer Hineicht vorteilhaft, da sie aufgrund kürzester Leiterwege und relativ günstiger Leiterquerschnitte zu geringen ohmschen Verlusten führt. Besonders vorteilhaft ist auch, daß die elektrische Verschaltung der Kontakte 101 und 111 mit den Überbrückungsleitern 15 gegen äußere Einflüsse vollständig in Kunststoff eingekapselt let.

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Aus Figur 4 ist ein Scharnier 12, das zusammen mit zwei weiteren Scharnieren 16 zwei benachbarte Deckel 2 und 3 drehbeweglich miteinander verbindet, in Draufsicht dargestellt. Das Scharnier 12, durch das ein mit elektrischen Ringleitern 9 verbundener elektrischer Überbrückungeleiter 15 in der obenbeschriebenen Weise geführt ist, weistjan seinen äußeren Stirnseiten jeweils eine Polklemme. 17 auf, die zur Abnahme von elektrischer Ehergie und/oder zur parallelen oder seriellen Schaltung der Module zweier benachbarter Deckel dienen. Die an die Polklemmen angeschlossenen Kabel sind zeichnerisch nicht dargestellt. Die benachbarten Stirnseiten der beiden Deckel 1 und 2 sind im Bereich der Polklemmen, die in Richtung der Scharnierachse liegen, ausgespart.

Der aus Figur 5a ersichtliche zusammengeklappte Solarzellengenerator,

dessen vorderer Deckel mit 1 bezeichnet ist, weist an seiner im Vordergrund liegenden Rückseite zwei mechanische Verschlüsse 18 und an seiner im Hintergrund liegenden Stirnseite zwei mechanische Verschlüsse 5 und 6 auf. Die Verschlüsse sorgen dafür, daß im zusammengeklappten Zustand des Solarzellengenerators alle Deckel 1 bis 4 unmittelbar plan aufeinander liegen. Somit ist der Solarzellengenerator in zusammengeklapptem Zustand weitgehend gegen äußere Einflüsse geschützt, da er praktisch einen mechanischen Verbund bildet. Als mechanische Verschlüsse kommen Nagnetverschlüsse oder mit mechanischen Federn zusammenwirkende Verschlußbügel in Betracht. In Figur 5b ist in Draufeicht ein Beispiel für die letztgenannte ¥e?3ehlußart dargestellt. Die im zusammengeklappten Zustand gezeichneten Deckel 1 bis 4, deren zugehörende Solarzellen 7 als Module gezeichnet sind, weisen zwei Scharniere auf, deren Achestunmel mit 19 bzw. 20 bezeichnet sind. Jeweils ein Scharnier verbindet die benachbarten Deckel 1 und 2 bzw. 3 und 4 drehbeweglich miteinander. Der Achsstummel 19 dient als Drehachse für einen Verschlußbügel 21, dessen freies öide federnd ausgeführt ist und den Achsstummel 20 teilweise festklemmend umgibt. Dieser Verschlußbügel 21 springt beim Öffnen von Deckel 4 aufgrund seiner Nase auf. Ein weiteres Beispiel für einen einen Verschlußbügel 22 aufweisenden

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Verschluß 5 bzw.6 ist in Figur 5c dargestellt. Dieser Verschlußbügel 22 verbindet die äußeren Deckel 1 und 4 eines Solarzellengenerators, dessen Bauelenente ait den bisher verwendeten Bezugszeichen bezeichnet sind, im Bereich der Aussparungen der Polklemmen. Der Verschlußbügel OB ist um eine Achse 23 schwenkbar angeordnet und umgibt mit seinem federnd ausgeführten Ende eine Achswelle 24 teilweise festklemmend.

Claims

·· · · c ti* Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/ge Theodor-Stern-Kai 1 HH 82/15 Gbm D-6000 Frankfurt 70 SCHUTZANSPRUCHE

1. Klappbarer Solarzellengenerator mit mindestens zwei Deckeln, die mittels Scharniere mechanisch miteinander verbunden sind und die jeweils auf ihrer Innenseite eine vorgegebene Anzahl von zu Modulen geschalteten Solarzellen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (7) zusammen mit zugehörenden elektrischen Verbindungen (8, 9) zu selbsttragenden, formsteifen Modulen in glasfaserverstärktem Kunststoff gekapselt sind, und daß die Module mit einer elastischen Klebemasse auf dem zugehörenden Deckel (1 bis 4) befestigt sind.

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2. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Tiefziehen herstellten äußeren Deckel (1, 4) darart ausgebildet sind, daß im zusammengeklappten Zustand des Solarzellengenerators ein allseitig geschlossenes Gehäuse vorliegt.

3. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achswellen der zwei benachbarte Deckel (1, 2 bzw. 2, 3 bzw. 3, 4) mechanisch verbindenden Scharniere (12) in einem B ereich derart unterbrochen sind, daß zwei in den

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Scharnierbereichen gelagerte Achsstunmel (13, 14, 19, 20) vorhanden sind, und daß der von den Achsstummeln freigehaltene Bereich der Scharniere (12) von elektrischen Leitern (15) durchsetzt ist, die die Module zweier benachbarter Deckel (1, 2 bzw. 2, 3 bzw. 3, 4) elektrisch leitend miteinander verbinden.

4. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Hohlkörpern als Achsstummel (13, 14, 19, 20).

5. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharniere (12) in ihrem die elektrischen Leiter (15) aufnehmenden Bereich Öffnungen aufweisen, die senkrecht zur Mittelachse der Scharniere (12) verlaufen und durch die die elektrischen Leiter (15) durchgeführt sind.

6. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in unterbrochenen Scharnierbereichen Polklemmen (17) an den Scharnieren (12) angeordnet sind, die zur Abnahme von elektrischer Energie und/oder zur parallelen oder seriellen Schaltung der Module zweier benachbarter Deckel (1 bis 4) dienen.

7. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch in Richtung der Scharnierachse liegende Polklemmen (17).

8. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Stirnseiten zweier Deckel (1 bis 4) im Bereich der Polklemmen (17) ausgespart sind.

9. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 1, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenverbinder (8) der in einem Modul angeordneten Solarzellen (7) mit einem Ringleiter (9) elektrisch leitend verbunden sind, an den die die Scharniere (12) durchsetzende Leiter (15) angeschlossen sind.

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10. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringleiter (9) unmittelbar um die Solarzellenanordnung eines Module herumläuft und den positiven und negativen
Pol der verschalteten Solarzellenanordnung kurzschließt, und daß der

Ringleiter (9) an vorgegebenen Stellen zur Schaffung einer gewünschten
Reihen- und/oder Parallelschaltung zweier benachbarter Deckel (1 bis 4)
derart unterbrochen ist, daß ein positiver und negativer Anschlußpunkt (10. 11) für den ein Scharnier (12) durchsetzenden Leiter (15)

entsteht.
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11. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpunkte (10, 11) nach Ausführung der
elektischen Verbindung vollständig mit Kunststoff gekapselt sind. r

12. Klappbarer Solarzellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ,ΐ

wobei ein Solargenerator mit vier Deckeln (1 bis 4) vorgesehen ist, ■;'

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Deckel (1, 4) und die 1

beiden inneren Deckel (2, 3) jeweils eine gleiche Bauform aufweisen. f

13. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 12, dadurch ge- ^: kennzeichnet, daß die Deckel (1 bis 4) zieharmonikaartig zusammenlegbar sind, und daß die äußeren Deckel (1, 4) derart ausgebildet

sind, daß sie den gesamten Solarzellengenerator als Deckel ein- j|

schließen. §

I

14. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch l2 oder 13, ge- % kennzeichnet durch die Anordnung der Polklemmen (17) an den mittleren, ■-die beiden inneren Deckel (2, 3) miteinander verbindenden Scharnieren

(12). J

^

15. Klappbarer Solarzellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis
14, gekennzeichnet durch die Verwendung von Verschlußmechanismen
(5, 6, 18, 21) die einen dauerhaften Verschluß eines Solarzellengenerators im zusammengeklappten Zustand gewährleisten. ■

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16. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Verwendung von Magnetverschlüssen.

17. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch als mechanische Feder wirkende Verschlußbügel (5, 6, 18, 21).

18. Klappbarer Solarzellengenerator nach Anspruch 1, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Module aus Solarzellen (7), Solarzellenverbinder (8) und Ringleiter (9) für alle Deckel (1 bis 4) baugleich sind.