EP3593386A1 - Solarmodul, verbindungssystem und solarmodulsystem - Google Patents

Solarmodul, verbindungssystem und solarmodulsystem

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Publication number
EP3593386A1
EP3593386A1 EP18710410.4A EP18710410A EP3593386A1 EP 3593386 A1 EP3593386 A1 EP 3593386A1 EP 18710410 A EP18710410 A EP 18710410A EP 3593386 A1 EP3593386 A1 EP 3593386A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
frame
solar module
solar
junction box
Prior art date
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Pending
Application number
EP18710410.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hendrik Oldenkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SOLAMATIVE GMBH
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of EP3593386A1 publication Critical patent/EP3593386A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/10—Frame structures
    • H—ELECTRICITY
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/93—Interconnections
    • H10F77/933—Interconnections for devices having potential barriers
    • H10F77/935—Interconnections for devices having potential barriers for photovoltaic devices or modules
    • H10F77/939—Output lead wires or elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module, a connection system with a solar module, and a solar module system.
  • the lead out electrical connection lines from the solar cells of the solar modules to the outside is a special technical challenge.
  • this is a hole or more holes introduced into a glass, foil or plate, which serves as a cover or support of the solar cell to pass through these holes through
  • junction box to the solar module, in which the connection cables are connected by the solar cells with a wiring or module-near electronics of the photovoltaic system.
  • this junction box is mounted on the back of the support of the solar module.
  • This carrier has a comparatively high, especially in intense sunlight
  • the invention relates to a solar module having a plurality of on the
  • a plurality of conductive ribbons electrically contact the solar cells and extend from the solar cell
  • the carrier is circumferentially bordered by a frame of the solar module.
  • the tapes are here covered on the front of the solar module by a cover layer, which also covers the solar cells. At the edge of the carrier, these bands protrude below the cover and then continue around the edge to the back of the carrier. The fact that it is not necessary to provide a cover layer on the solar cell or the carrier with holes to the solar cells with
  • the frame is formed by an extruded profile and is particularly advantageously made of aluminum.
  • the frame is also conceivable to produce the frame from another material, in particular also from an insulating material, for example plastic. If a conductive frame is used, the bands from the
  • Frame are electrically isolated by that between the frame and the bands an insulating film is arranged.
  • connection system comprising a solar module described above.
  • a junction box On the back of the support of the solar module, a junction box is arranged, in which a plurality of pins is arranged parallel to each other.
  • the bands of the solar module are each electrically connected to one pin of the plurality of pins.
  • the electrical connection between the pins and the bands may be a solder connection, a winding connection, a crimp connection or a bond connection.
  • the pins each
  • each band has only one electrical connection to one of the pins.
  • the junction box is placed over the bands and each one band is bent up to the associated pin and at least partially wrapped around this pin before a permanent electrical connection on the above enumerated Connection methods is produced. After the connection is made, the tape is appropriately shortened so that it does not accidentally connect to a neighboring pin.
  • the junction box preferably has webs in which the pins are stored in cuts of the webs. Preferably, such a web is located between the connecting regions of adjacent bands. This then ensures that even by moving the pins against each other no accidental electrical connection between adjacent pins or adjacent bands may arise.
  • the pins extend into a portion of the
  • junction box which is shaped as a socket.
  • the ends of the pins then form the contact pins of a plug connection, in particular a male plug connection.
  • the junction box is preferably filled with a potting compound at least to the extent that the electrical connections are completely embedded in the potting compound. In this way, the live parts of the junction box can not be touched. After casting, the junction box can be closed with a lid.
  • the junction box can be designed such that the side facing the carrier or the frame side of the junction box are designed to be open at least partially, so that the potting compound comes into contact with the carrier or the frame at the same time.
  • the potting compound provides an adhesive connection, in particular a flexible, stress-compensating compound, between the junction box and the carrier and / or the frame.
  • the junction box can be mounted directly on the frame or at a distance from the frame on the support. In the latter case, the frame can also be mounted after mounting and before or after introduction of the potting compound in the junction box.
  • a third aspect of the invention relates to a solar module system comprising the connection system described above.
  • the solar module system comprises module electronics which is inserted into a socket of the junction box and is electrically connected to the pins.
  • the module electronics are in this case preferably in a flexible adhesive bond, for example formed by a double-sided adhesive tape, or a clamping connection with the frame and / or the carrier.
  • the module electronics may be an inverter that converts the DC power of the solar module into an AC power that can be fed into a grid, or a power optimizer that controls the solar characteristic such that the solar module system outputs optimum power.
  • the But module electronics can also be a separation device, in particular have a circuit breaker that can be controlled by means of an external control signal, so that in case of danger, the solar module can be converted into a safe state.
  • the module electronics only have bypass diodes.
  • a housing of the module electronics is shaped such that the
  • Module electronics and the junction box are completely absorbed by a recess formed by the frame and the carrier.
  • the junction box and the module electronics in the solar module system are reliably stored mechanically at the same time, visually appealing integrated and it can be avoided in the case of double-sided solar modules, also called bifacial modules, that the module electronics or the junction box shadow solar cells on the support of the solar module are arranged.
  • Double-sided solar modules are modules that generate electricity when irradiated from both directions, for example because the solar cells have photovoltaic cell structures both on their front side and on their back side, and both the carrier and the cover layer are transparent. In addition, effective cooling of the
  • Module electronics can be achieved via an advantageous thermal coupling to the frame.
  • the frame may have a cover which protects the module electronics, the cables and / or the connectors from solar radiation and, in particular, also the requirements for the UV resistance of the cable, the connectors
  • the cover can be formed for example by an extrusion element, which is clamped or clipped, for example, in the frame.
  • a UV-resistant film is also conceivable.
  • FIG. 1 shows a solar module according to the invention in a first manufacturing state
  • FIG. 2 shows a solar module according to the invention in a second production state
  • connection system according to the invention in a first production state
  • connection system according to the invention in a second production state
  • Fig. 6 shows a cross section through a section of a solar module system.
  • 1 shows a solar module 1 according to the invention in a first manufacturing state.
  • Solar cells 2 are arranged on a front side of a carrier 4 and electrically connected to each other.
  • the solar cells 2 and the carrier 4 are covered by a transparent cover layer 5.
  • the cover layer can in one embodiment be formed as an EVA film (ethylene-vinyl-acetate), which is applied, for example, in a vacuum method to solar cells and supports and completely encapsulates the solar cells.
  • On this cover layer 5 further transparent elements, such as a glass pane can be arranged.
  • the cover layer 5 can also be designed as a glass pane or include such.
  • the electrical connections to the solar cells 2 are formed by collecting lines, which are electrically connected in an edge region of the carrier 4 with a plurality of bands 3, wherein the bands 3 are arranged between the carrier 4 and the cover layer 5 and over an edge of the carrier.
  • the carrier 4 is in this case made of an electrically insulating material, for example glass or ceramic, or consists of a conductive material, in which case the bands 3 are electrically insulated from the carrier 4, for example by placing an electrical insulating film between the carrier 4 and the bands 3.
  • the bands 3 are preferably made of a flexible metal foil, in particular one
  • Copper foil formed is coated with tin.
  • FIG. 2 shows a second, later manufacturing state of the solar module 1 according to the invention, wherein now the rear side of the carrier 4 with the four bands 3 can be seen.
  • a frame 6 is attached, which is made in particular as a conductive frame, for example as an aluminum frame, especially as an extruded profile.
  • an electrical insulating film 7 is arranged between the two elements.
  • the frame 6 extends along the
  • Rubber lip arranged.
  • the rubber lip is, for example, pushed circumferentially on the edge of the carrier 4 with the cover layer 5, before the frame 6 is pushed onto the support 4 with the rubber lip as an insert. It is also conceivable that a rubber-like material is applied in the liquid state to the edge of the carrier as an insert, for example, is sprayed.
  • the rubber lip or the applied rubbery material can simultaneously also the function of insulation between the Assume frame 6 and the bands 3, so that in this case the electrical insulating film 7 can be omitted.
  • a junction box 8 can be placed in the area of the bands 3 below and fixed there, in particular, temporarily.
  • the temporary fixation can be done, for example, with a double-sided adhesive tape or by clamping with the frame 6.
  • the junction box is open on the side facing the bands 3, as well as on the opposite side of this page.
  • the pins 10 are arranged inside the junction box 8 .
  • the pins 10 are mounted in webs, which have corresponding notches, so that they are arranged parallel to each other and extend into the region of a bushing 9, in which the pins 10 form electrical contacts of a preferably male electrical connector.
  • the bands 3 are each bent to one of the pins 10 and are electrically connected to this pin 10, for example by soldering, crimping, winding or by bonding. After making the electrical connection, the bands 3 can be suitably shortened. In this way, in the socket 9, the electrical potentials of the solar cells 2 are available and can be further connected by inserting a plug into the socket 9, for example, an MCP connector (multiple contact point) of the company Tyco. Such a plug type provides a particularly reliable and durable and at the same time cost-effective electrical connection with the solar cells 2 ready.
  • the interior of the junction box 8 can be filled with an electrically insulating potting compound, in particular the bands 3 and pins 10 are completely embedded in the potting compound.
  • so-called Sikaflex is particularly suitable as potting compound
  • Polyurethane base but it can also be used other potting compounds, such as silicone. Since the carrier 4 facing side of the junction box 8 is open, the potting compound simultaneously provides a permanent mechanical connection
  • junction box 8 with the carrier 4 ready.
  • the junction box 8 may also be arranged so close to the frame 6, that the open side of the junction box 8 covers the frame, so that it is also conceivable that via the potting compound a permanent mechanical connection of the junction box 8 takes place with the frame 6. After casting, the junction box 8 can still be closed with a lid 1 1. This configuration of the connection system is shown in FIG.
  • FIG. 5 shows an example of such a solar module system.
  • the Module electronics 12 in this case has an elongated design, so that it extends substantially along the frame 6. In this way, an efficient cooling of the inverter via the frame 6.
  • the frame 6 simultaneously represents a mechanical fixation for the module electronics 12, which is glued to the frame 6, for example, with double-sided adhesive strips. The fixation can alternatively be done in addition to the carrier 4 in the same way.
  • a cooling of the module electronics 12 via the frame 6 is also advantageous in comparison with a heat dissipation via the carrier 4, because the frame 6 has a significantly lower temperature when exposed to sunlight
  • the design of the module electronics 12 is selected such that it is completely received in a recess which is formed by the frame in connection with the carrier 4. Furthermore, the cables 13 are guided within this recess along the frame 6.
  • the design of the module electronics 12 is selected such that it is completely received in a recess which is formed by the frame in connection with the carrier 4. Furthermore, the cables 13 are guided within this recess along the frame 6.
  • the module electronics 12 is an inverter, in which at opposite ends in each case cables 13 are led out of the housing, in this case, a connection with the exchange ström network or enable with other inverters.
  • the inverter is designed as a galvanic isolating inverter, whereby the requirements for the insulation properties of the connection system are low. For example, it may suffice that only
  • the module electronics 12 may also have a power optimizer or a separation device, which can be controlled in particular via an external drive signal.
  • Fig. 6 shows a cross section through a section of an inventive
  • a solar module 1 is in a first, lower recess of a frame. 6 added.
  • An insert 14, for example, a rubber lip, ensures a secure and low-voltage mounting of the solar module 1 in the recess.
  • the insert 14 ensures a sufficient electrical insulation of the bands 3 relative to the frame 6, therefore, the insulating film 7 shown in Fig. 2 was omitted, which would otherwise be arranged between the frame 6 and insert 14.
  • the solar module 1 is designed as a double-sided solar module, in which a solar cell 2, which generates electricity when irradiated on both sides, is arranged on a transparent carrier 4, in particular a glass plate, and covered with a further glass plate as cover layer 5.
  • the solar cell 2 is laminated with an EVA film on the support 4 or on the cover layer 5, so that the EVA film is disposed between the solar cell 2 and one of the glass plates constituting the support and cover layer.
  • the module electronics 12 and the junction box 8 have a width which is less than or equal to a width of a terminating web of the frame 6 shown in the cross section of FIG. 6 as the upper web. In this way it is achieved that the module electronics 12 and the
  • junction box 8 are completely or substantially completely taken up in the second, upper recess, therefore, throw at normal incidence of light on the solar cell 2 of the back of the support 4 no shadow and thus the energy yield of the
  • the cables 13, not shown, can also run along the frame 6 within this recess and then likewise not shadow the solar cells 2 in the case of normal incidence of light.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Solarmodul (1) mit einer Vielzahl von auf der Vorderseite eines Trägers (4) des Solarmoduls (1) angeordneten Solarzellen (2) beschrieben, wobei eine Mehrzahl von leitfähigen Bändern (3) die Solarzellen (2) elektrisch kontaktieren und sich von der Vorderseite auf eine Rückseite des Trägers (4) erstrecken, und wobei der Träger (4) umlaufend von einem Rahmen (6) des Solarmoduls (1) eingefasst ist. Ein Verbindungssystem umfasst das Solarmodul (1) und eine Anschlussdose (8), die zur Ausbildung eines Solarmodulsystems weiterhin über eine Buchse (9) der Anschlussdose (8) mit einer Modulelektronik (12) verbunden sein kann.

Description

Solarmodul, Verbindungssystem und Solarmodulsystem
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul, ein Verbindungssystem mit einem Solarmodul, sowie ein Solarmodulsystem.
Photovoltaikanlage mit Solarmodulen als dezentrale, erneuerbare
Energieerzeugungsanlagen gewinnen zunehmend an Bedeutung und erlauben eine nachhaltige, ressourcenschonende Energieerzeugung. Um gegenüber fossilen
Energieträgern wettbewerbsfähige Erzeugungskosten für Energie erzielen zu können, ist es erforderlich, insbesondere Solarmodule, aber auch die zur Umwandlung der erzeugten Gleichstromleistung in Wechselstromleistung zur Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz erforderliche Leistungselektronik möglichst kostengünstig herzustellen.
Die Herausführung elektrischer Anschlussleitungen von den Solarzellen der Solarmodule nach außen stellt eine besondere technische Herausforderung dar. In der Regel wird hierzu ein Loch oder mehrere Löcher in eine Glasscheibe, Folie oder Platte eingebracht, die als Abdeckung oder Träger der Solarzellen dient, um durch diese Löcher hindurch
Anschlussleitungen nach außen zu führen. Nachteilig ist hierbei zum einen, dass die Löcher in einem Bereich der Glasscheibe oder Platte eingebracht werden, die von den Solarzellen beabstandet ist, um diese nicht zu beschädigen, so dass dieser Bereich nicht für die Stromerzeugung zur Verfügung steht. Zum anderen reduzieren diese Löcher die
mechanische Belastbarkeit des Solarmoduls, sofern sie in die Glasscheibe oder Platte eingebracht werden müssen.
Eine weitere technische Herausforderung stellt das Anbringen einer Anschlussdose an dem Solarmodul dar, in der die Anschlussleitungen von den Solarzellen mit einer Verkabelung oder mit modulnaher Elektronik der Photovoltaikanlage verbunden werden. In der Regel wird diese Anschlussdose rückseitig auf dem Träger des Solarmoduls angebracht. Dieser Träger weist insbesondere bei intensiver Sonneneinstrahlung eine vergleichsweise hohe
Temperatur auf, wodurch eine Integration von Elektronik in die Anschlussdose,
beispielsweise die Integration eines Wechselrichters, aufgrund möglicher Überhitzung erschwert beziehungsweise die Lebensdauer des Wechselrichters verkürzt wird.
Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Solarmodul, ein Verbindungssystem mit einem Solarmodul beziehungsweise ein Solarmodulsystem aufzuzeigen, die besonders
kostengünstig herstellbar sind und Ausbeutevorteile erzielen können. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Solarmodul des unabhängigen Anspruchs 1 , ein Verbindungssystem des nebengeordneten Anspruchs 4, sowie ein Solarmodulsystem des nebengeordneten Anspruchs 8. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den auf diese Ansprüche zurückbezogenen Ansprüchen beschrieben.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Solarmodul mit einer Vielzahl von auf der
Vorderseite eines Trägers des Solarmoduls angeordneten Solarzellen. Eine Mehrzahl von leitfähigen Bändern kontaktiert die Solarzellen elektrisch und erstreckt sich von der
Vorderseite auf eine Rückseite des Trägers. Der Träger ist hierbei umlaufend von einem Rahmen des Solarmoduls eingefasst.
Die Bänder sind hierbei auf der Vorderseite des Solarmoduls mit von einer Deckschicht abgedeckt, die auch die Solarzellen abdeckt. Am Rand des Trägers treten diese Bänder unter der Deckschicht hervor und verlaufen dann weiter um den Rand herum auf die Rückseite des Trägers. Dadurch, dass es nicht erforderlich ist, eine Deckschicht auf den Solarzellen oder den Träger mit Löchern zu versehen, um die Solarzellen mit
Anschlussleitungen zu versehen und diese nach außen zu führen, entfällt ein
Fertigungsschritt. Gleichzeitig wird ein Flächenverlust für die Solarzellen vermieden und die mechanische Stabilität des Solarmoduls erhöht.
Vorzugsweise wird der Rahmen durch ein Strangpressprofil gebildet und besteht besonders vorteilhaft aus Aluminium. Es ist aber auch denkbar, den Rahmen aus einem anderen Material, insbesondere auch aus einem isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, herzustellen. Sofern ein leitfähiger Rahmen verwendet wird, können die Bänder vom
Rahmen dadurch elektrisch isoliert werden, dass zwischen dem Rahmen und den Bändern eine isolierende Folie angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verbindungssystem, das ein vorstehend beschriebenes Solarmodul umfasst. Auf der Rückseite des Trägers des Solarmoduls ist eine Anschlussdose angeordnet, in der eine Mehrzahl von Stiften parallel zueinander angeordnet ist. Die Bänder des Solarmoduls sind jeweils mit einem Stift der Mehrzahl von Stiften elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen den Stiften und den Bändern kann eine Lötverbindung, eine Wickelverbindung, eine Quetschverbindung oder eine Bondverbindung sein. In einer vorteilhaften Ausführung weisen die Stifte jeweils
unterschiedliche Längen auf. Durch die gestaffelte Länge der Stifte kann sichergestellt werden, dass jedes Band jeweils nur eine elektrische Verbindung zu einem der Stifte aufweist. Hierzu wird die Anschlussdose über den Bändern platziert und jeweils ein Band zu dem zugeordneten Stift hoch gebogen und zumindest teilweise um diesen Stift gewickelt, bevor eine dauerhafte elektrische Verbindung über die vorstehend aufgezählten Verbindungsmethoden hergestellt wird. Nach Herstellen der Verbindung wird das Band geeignet gekürzt, damit es nicht versehentlich eine Verbindung zu einem benachbarten Stift herstellt. Die Anschlussdose weist bevorzugt Stege auf, in denen die Stifte in Einschnitten der Stege gelagert werden. Bevorzugt befindet sich zwischen den Verbindungsbereichen benachbarter Bänder jeweils ein solcher Steg. Dieser stellt dann sicher, dass auch durch Verschieben der Stifte gegeneinander keine versehentliche elektrische Verbindung zwischen benachbarten Stiften beziehungsweise benachbarten Bändern entstehen kann.
In einer vorteilhaften Ausführung erstrecken sich die Stifte bis in einen Abschnitt der
Anschlussdose, der als Buchse geformt ist. In der Buchse bilden die Enden der Stifte dann die Kontaktstifte einer Steckverbindung, insbesondere einer männlichen Steckverbindung.
Bevorzugt wird die Anschlussdose nach Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Bändern und den Stiften mit einer Vergussmasse zumindest soweit gefüllt, dass die elektrischen Verbindungen vollständig in der Vergussmasse eingebettet sind. Auf diese Weise können die spannungsführenden Teile der Anschlussdose nicht mehr berührt werden. Nach dem Vergießen kann die Anschlussdose mit einem Deckel geschlossen werden.
Vorteilhafterweise kann die Anschlussdose derart gestaltet sein, dass die zum Träger oder zum Rahmen gerichtete Seite der Anschlussdose zumindest bereichsweise offen gestaltet sind, sodass die Vergussmasse gleichzeitig in Kontakt mit dem Träger oder dem Rahmen kommt. Auf diese Weise stellt die Vergussmasse eine Haftverbindung, insbesondere eine flexible, mechanische Spannungen ausgleichende Verbindung, zwischen der Anschlussdose und dem Träger und/oder dem Rahmen bereit. Eine zusätzliche Fixierung der
Anschlussdose ist dann nicht mehr erforderlich.
Die Anschlussdose kann direkt am Rahmen oder auch in einem Abstand vom Rahmen auf dem Träger angebracht werden. Im letzten Fall kann der Rahmen auch erst nach Anbringen und vor oder nach Einbringen der Vergussmasse in die Anschlussdose montiert werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Solarmodulsystem, das das vorstehend beschriebene Verbindungssystem umfasst. Zusätzlich weist das Solarmodulsystem eine Modulelektronik auf, die in eine Buchse der Anschlussdose eingeführt ist und elektrisch mit den Stiften verbunden ist. Die Modulelektronik steht hierbei vorzugsweise in einer flexiblen Haftverbindung, beispielsweise gebildet durch ein doppelseitiges Klebeband, oder einer Klemmverbindung mit dem Rahmen und/oder dem Träger. Die Modulelektronik kann ein Wechselrichter sein, der die Gleichspannungsleistung des Solarmoduls in eine in ein Netz einspeisefähige Wechselstromleistung wandelt, oder ein Leistungsoptimierer, der die Solarkennlinie derart steuert, dass das Solarmodulsystem eine optimale Leistung abgibt. Die Modulelektronik kann aber auch eine Trennvorrichtung sein, insbesondere einen Trennschalter aufweisen, der mithilfe eines externen Steuersignals angesteuert werden kann, sodass im Gefahrenfall das Solarmodul in einen sicheren Zustand überführt werden kann. Im einfachsten Fall weist die Modulelektronik lediglich Bypass-Dioden auf.
Vorteilhafterweise ist ein Gehäuse der Modulelektronik derart geformt, dass die
Modulelektronik und die Anschlussdose vollständig von einer Aussparung aufgenommen sind, die durch den Rahmen und den Träger gebildet wird. Auf diese Weise werden die Anschlussdose und die Modulelektronik in dem Solarmodulsystem gleichzeitig zuverlässig mechanisch gelagert, optisch ansprechend integriert und es kann im Falle von beidseitigen Solarmodulen, auch bifacial modules genannt, vermieden werden, dass die Modulelektronik oder die Anschlussdose Solarzellen verschatten, die auf dem Träger des Solarmoduls angeordnet sind. Beidseitige Solarmodule sind Module, die bei Bestrahlung aus beiden Richtungen Strom erzeugen, zum Beispiel weil die Solarzellen sowohl auf ihrer Vorderseite als auch auf ihrer Rückseite photovoltaische Zellstrukturen aufweist und sowohl Träger als auch Deckschicht transparent sind. Zusätzlich kann eine effektive Entwärmung der
Modulelektronik über eine vorteilhafte thermische Ankopplung an den Rahmen erreicht werden.
Zusätzlich kann der Rahmen eine Abdeckung aufweisen, die die Modulelektronik, die Kabel und/oder die Konnektoren vor Sonneneinstrahlung schützt und insbesondere auch die Anforderungen an die UV-Beständigkeit der für das Kabel, die Konnektoren
beziehungsweise für ein Gehäuse der Modulelektronik herabsetzt. Die Abdeckung kann beispielsweise durch ein Strangpresselement gebildet werden, das beispielsweise in den Rahmen geklemmt oder geklippt wird. Auch ein UV-beständiger Film ist denkbar.
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Solarmodul in einem ersten Fertigungszustand,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Solarmodul in einem zweiten Fertigungszustand,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem in einem ersten Fertigungszustand,
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem in einem zweiten Fertigungszustand,
Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Solarmodulsystem, sowie
Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Solarmodulsystems zeigt. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul 1 in einem ersten Fertigungszustand.
Solarzellen 2 sind auf einer Vorderseite eines Trägers 4 angeordnet und miteinander elektrisch verbunden. Die Solarzellen 2 und der Träger 4 werden von einer transparenten Deckschicht 5 abgedeckt. Die Deckschicht kann in einer Ausführungsform als EVA-Film (Ethylen-Vinyl-Acetat) gebildet sein, der beispielsweise in einem Vakuumverfahren auf Solarzellen und Träger aufgebracht ist und die Solarzellen vollständig einkapselt. Auf dieser Deckschicht 5 können weitere transparente Elemente, beispielsweise eine Glasscheibe angeordnet sein. Die Deckschicht 5 kann auch selbst als Glasscheibe ausgeführt sein oder eine solche umfassen. Die elektrischen Anschlüsse an die Solarzellen 2 werden durch Sammelleitungen gebildet, die in einem Randbereich des Trägers 4 mit einer Mehrzahl von Bändern 3 elektrisch verbunden sind, wobei die Bänder 3 zwischen dem Träger 4 und der Deckschicht 5 angeordnet sind und über einen Rand des Trägers 4 hinausragen. Der über den Rand des Trägers 4 hinausragende Abschnitt der Bänder 3 ist um den Rand des Trägers 4 herumgebogen und erstreckt sich auf die Rückseite des Trägers 4. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel stellen vier Bänder 3 jeweils das positive und negative Potenzial der Reihenschaltung der Solarzellen 2, sowie zwei Zwischenpotenziale dieser Reihenschaltung bereit. Der Träger 4 ist hierbei aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Glas oder Keramik, gebildet oder besteht aus einem leitfähigen Material, wobei in diesem Fall die Bänder 3 vom Träger 4 elektrisch isoliert sind, beispielsweise durch Anordnen einer elektrische isolierenden Folie zwischen dem Träger 4 und den Bändern 3. Die Bänder 3 werden bevorzugt aus einer flexiblen Metallfolie, insbesondere einer
Kupferfolie gebildet. Besonders bevorzugt ist diese Kupferfolie mit Zinn beschichtet.
Fig. 2 zeigt einen zweiten, späteren Fertigungszustand des erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 , wobei nunmehr die Rückseite des Trägers 4 mit den vier Bändern 3 zu sehen ist. Auf den Rand des Trägers 4 ist ein Rahmen 6 aufgesteckt, der insbesondere als leitfähiger Rahmen, beispielsweise als Aluminiumrahmen, besonders als Strangpressprofil hergestellt ist. Um die Bänder 3 vom Rahmen 6 elektrisch zu isolieren, ist zwischen beiden Elementen eine elektrische isolierende Folie 7 angeordnet. Der Rahmen 6 erstreckt sich entlang des
Umfangs des Trägers 4 und bildet ein Montageelement für die weitere Montage des
Solarmoduls 1. Um mechanische Spannungen zwischen dem Rahmen 6 und dem Träger 4 des Solarmoduls 1 zu reduzieren, ist bevorzugt zwischen beiden eine nicht gezeigte
Gummilippe angeordnet. Die Gummilippe wird beispielsweise auf den Rand des Trägers 4 mit der Deckschicht 5 umfänglich aufgeschoben, bevor der Rahmen 6 auf den Träger 4 mit der Gummilippe als Einlage aufgeschoben wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass als Einlage ein gummiartiges Material im flüssigen Zustand auf den Rand des Trägers aufgetragen, beispielsweise aufgespritzt wird. Die Gummilippe beziehungsweise das aufgebrachte gummiartige Material kann gleichzeitig auch die Funktion einer Isolierung zwischen dem Rahmen 6 und den Bändern 3 übernehmen, sodass in diesem Fall die elektrische isolierende Folie 7 entfallen kann.
Ausgehend von dem Fertigungszustand der Fig. 2 kann im Folgenden eine Anschlussdose 8 im Bereich der Bänder 3 platziert und dort insbesondere temporär fixiert werden. Die temporäre Fixierung kann beispielsweise mit einem doppelseitigen Klebeband oder durch ein Klemmen mit dem Rahmen 6 erfolgen. Die Anschlussdose ist auf der den Bändern 3 zugewandten Seite, sowie auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite offen. Im Inneren der Anschlussdose 8 sind vier Stifte 10 angeordnet. Die Stifte 10 sind in Stegen gelagert, die entsprechende Einschnitte aufweisen, so dass sie parallel zueinander angeordnet sind und sich bis in den Bereich einer Buchse 9 erstrecken, in der die Stifte 10 elektrische Kontakte einer bevorzugt männlichen elektrischen Steckverbindung bilden.
Die Bänder 3 sind jeweils zu einem der Stifte 10 hin gebogen und werden mit diesem Stift 10 elektrisch verbunden, beispielsweise durch Löten, Quetschen, Wickeln oder durch Bonden. Nach Herstellen der elektrischen Verbindung können die Bänder 3 geeignet gekürzt werden. Auf diese Weise stehen in der Buchse 9 die elektrischen Potenziale der Solarzellen 2 zur Verfügung und können durch Einführen eines Steckers in die Buchse 9, beispielsweise eines MCP-Steckers (Multiple Contact Point) der Firma Tyco, weiter verbunden werden. Ein solcher Steckertyp stellt eine besonders zuverlässige und langlebige und zugleich kostengünstige elektrische Verbindung mit den Solarzellen 2 bereit.
Nach elektrischer Verbindung der Bänder 3 mit den Stiften 10 kann der Innenraum der Anschlussdose 8 mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse verfüllt werden, wobei insbesondere die Bänder 3 und Stifte 10 vollständig in der Vergussmasse eingebettet werden. Hierzu eignet sich besonders sogenanntes Sikaflex als Vergussmasse auf
Polyurethanbasis, es können aber auch andere Vergussmassen, beispielsweise Silikon verwendet werden. Da die dem Träger 4 zugewandte Seite der Anschlussdose 8 offen ist, stellt die Vergussmasse gleichzeitig eine dauerhafte mechanische Verbindung der
Anschlussdose 8 mit dem Träger 4 bereit. Selbstverständlich kann die Anschlussdose 8 auch so nah am Rahmen 6 angeordnet sein, dass die offene Seite der Anschlussdose 8 den Rahmen überdeckt, sodass ebenfalls denkbar ist, dass über die Vergussmasse eine dauerhafte mechanische Verbindung der Anschlussdose 8 mit dem Rahmen 6 erfolgt. Nach dem Vergießen kann die Anschlussdose 8 noch mit einem Deckel 1 1 verschlossen werden. Diese Konfiguration des Verbindungssystems ist in Fig. 4 dargestellt.
An das vorstehend beschriebene Verbindungssystem kann in einfacher Weise eine
Modulelektronik 12 angeschlossen werden, indem diese in die Buchse 9 der Anschlussdose 8 eingesteckt wird. In Fig. 5 ist beispielhaft ein solches Solarmodulsystem dargestellt. Die Modulelektronik 12 hat hierbei eine längliche Bauform, sodass sie sich im Wesentlichen entlang des Rahmens 6 erstreckt. Auf diese Weise erfolgt eine effiziente Entwärmung des Wechselrichters über den Rahmen 6. Der Rahmen 6 stellt gleichzeitig eine mechanische Fixierung für die Modulelektronik 12 dar, die beispielsweise mit doppelseitigen Klebestreifen an den Rahmen 6 geklebt ist. Die Fixierung kann alternativ ergänzend auch mit dem Träger 4 in gleicher Weise erfolgen. Eine Entwärmung der Modulelektronik 12 über den Rahmen 6 ist gegenüber einer Entwärmung über den Träger 4 auch deswegen von Vorteil, weil der Rahmen 6 bei Sonnenbestrahlung eine deutlich geringere Temperatur aufweist, im
Extremfall kann er mehr als 20°C kälter sein. Hierzu ist nicht einmal ein direkter Kontakt der Modulelektronik 12 mit dem Rahmen 6 erforderlich, wenn bereits genug Wärme durch Strahlung oder Konvektion auf den Rahmen 6 übertragen wird. Erfahrungsgemäß ist dies bei einem Abstand zwischen Rahmen und Modulelektronik von bis zu 1 mm noch der Fall.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Bauform der Modulelektronik 12 derart gewählt, dass sie vollständig in eine Aussparung aufgenommen wird, die durch den Rahmen in Verbindung mit dem Träger 4 gebildet wird. Weiterhin werden die Kabel 13 innerhalb dieser Aussparung entlang des Rahmens 6 geführt. Hierdurch wird nicht nur eine optisch unauffällige Integration der Modulelektronik 12 in das Solarmodulsystem erreicht, sondern zusätzlich wird im Falle von Solarmodulen, die auf beiden Seiten des Trägers 4 Solarzellen aufweisen, Ausbeutevorteile dadurch erreicht, dass eine Verschattung von Teilen der Solarzellen durch die Modulelektronik 12 oder die Kabel 13 vermieden wird. Zusätzlich kann eine größere Fläche des Solarmoduls 1 mit Solarzellen 2 belegt sein.
In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist die Modulelektronik 12 ein Wechselrichter, bei dem auf gegenüberliegenden Enden jeweils Kabel 13 aus dem Gehäuse herausgeführt sind, die in diesem Fall eine Verbindung mit dem Wechsel ström netz beziehungsweise mit weiteren Wechselrichtern ermöglichen. Bevorzugt ist der Wechselrichter als galvanische trennender Wechselrichter ausgeführt, wodurch die Anforderungen an die Isolationseigenschaften des Verbindungssystems gering sind. Beispielsweise kann es ausreichen, dass lediglich
Potenzialdifferenzen von beispielsweise 100 V innerhalb des Solarmoduls sicher
voneinander isoliert werden müssen.
Anstelle eines Wechselrichters kann die Modulelektronik 12 auch einen Leistungsoptimierer oder eine Trennvorrichtung aufweisen, die insbesondere über ein externes Ansteuersignal ansteuerbar sind.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Solarmodulsystems, um die Anordnung der einzelnen Elemente des Solarmodulsystems zu verdeutlichen. Ein Solarmodul 1 ist in eine erste, untere Aussparung eines Rahmens 6 aufgenommen. Eine Einlage 14, beispielsweise eine Gummilippe, sorgt für eine sichere und spannungsarme Halterung des Solarmoduls 1 in der Aussparung. Hier wurde angenommen, dass die Einlage 14 eine ausreichende elektrische Isolierung der Bänder 3 gegenüber dem Rahmen 6 gewährleistet, daher wurde auf die in Fig. 2 gezeigte isolierende Folie 7 verzichtet, die andernfalls zwischen Rahmen 6 und Einlage 14 anzuordnen wäre.
Das Solarmodul 1 ist in diesem Beispiel als beidseitiges Solarmodul ausgeführt, bei dem eine Solarzelle 2, die bei beidseitiger Bestrahlung Strom erzeugt, auf einem transparenten Träger 4, insbesondere einer Glasplatte, angeordnet und mit einer weiteren Glasplatte als Deckschicht 5 abgedeckt ist. Die Solarzelle 2 ist mit einer EVA-Folie auf den Träger 4 oder auf die Deckschicht 5 laminiert, so dass die EVA-Folie zwischen der Solarzelle 2 und einer der Glasplatten, die Träger und Deckschicht bilden, angeordnet ist.
In einer zweiten, oberen Aussparung des Rahmens 6 ist eine Anschlussdose 8, sowie eine perspektivisch dahinter liegende Modulelektronik 12 angeordnet. Ein Band 3 zum
elektrischen Anschluss der Solarzellen auf der Vorderseite verläuft von den Solarzellen 2 um einen Rand des Trägers 4 herum auf die Rückseite des Solarmoduls 1 und ist innerhalb der Anschlussdose 8 zu einem der Stifte 10 hin gebogen und mit diesem elektrisch verbunden. Die anderen Bänder liegen außerhalb des Querschnitts und sind daher nicht gezeigt. Die Modulelektronik 12 und die Anschlussdose 8 weisen eine Breite auf, die geringer oder gleich einer Breite eines im Querschnitt der Fig. 6 als oberer Steg gezeigten Abschlussstegs des Rahmens 6 ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Modulelektronik 12 und die
Anschlussdose 8 vollständig oder im Wesentlichen vollständig in der zweiten, oberen Aussparung aufgenommen sind, daher bei senkrechtem Lichteinfall auf die Solarzellen 2 der Rückseite des Trägers 4 keine Schatten werfen und damit die Energieausbeute des
Solarmoduls 1 nicht beeinträchtigen. Auch die nicht gezeigten Kabel 13 können innerhalb dieser Aussparung entlang des Rahmens 6 verlaufen und schatten dann ebenfalls die Solarzellen 2 bei senkrechtem Lichteinfall nicht ab.
Bezugszeichenliste
1 Solarmodul
2 Solarzelle
3 Band
4 Träger
5 Deckschicht
6 Rahmen
7 Folie
8 Anschlussdose
9 Buchse
10 Stift
1 1 Deckel
12 Modulelektronik
13 Kabel
14 Einlage

Claims

Patentansprüche:
1. Solarmodul (1 ) mit einer Vielzahl von auf der Vorderseite eines Trägers (4) des
Solarmoduls (1 ) angeordneten Solarzellen (2), wobei eine Mehrzahl von leitfähigen Bändern (3) die Solarzellen (2) elektrisch kontaktieren und sich von der Vorderseite auf eine Rückseite des Trägers (4) erstrecken, und wobei der Träger (4) umlaufend von einem Rahmen (6) des Solarmoduls (1 ) eingefasst ist.
2. Solarmodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Bänder (3) Kupfer umfassen und
insbesondere zinnbeschichtete Kupferbänder sind.
3. Solarmodul (1 ), wobei zwischen dem Rahmen (6) und der Mehrzahl von Bändern (3) eine Folie (7) angeordnet ist, die den Rahmen (6) von den Bändern (3) elektrisch isoliert.
4. Verbindungssystem umfassend ein Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei auf der Rückseite des Trägers eine Anschlussdose (8) angeordnet ist, in der eine Mehrzahl von Stiften parallel zueinander angeordnet sind, wobei jeweils ein Band der Mehrzahl von Bändern (3) mit einem Stift der Mehrzahl von Stiften (10) elektrisch verbunden ist.
5. Verbindungssystem nach Anspruch 4, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Stiften (10) und den Bändern (3) eine Lötverbindung, eine Wickelverbindung, eine Quetschverbindung oder eine Bondverbindung ist.
6. Verbindungssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Anschlussdose (8) derart mit einer Vergussmasse gefüllt ist, dass die elektrischen Verbindungen vollständig in der Vergussmasse eingebettet sind.
7. Verbindungssystem nach Anspruch 6, wobei die Vergussmasse eine Haftverbindung, insbesondere eine flexible Haftverbindung, zwischen der Anschlussdose (8) und dem Träger (4) und/oder dem Rahmen (6) bereitstellt.
8. Solarmodulsystem umfassend ein Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, sowie eine Modulelektronik (12), die in eine Buchse (9) der Anschlussdose (8) eingeführt ist und elektrisch mit den Stiften (10) verbunden ist.
9. Solarmodulsystem nach Anspruch 8, wobei die Modulelektronik (12) einen
Wechselrichter, einen Leistungsoptimierer, eine Trennvorrichtung oder Bypass- Dioden umfasst.
10. Solarmodulsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Modulelektronik (12) in
flexibler Haftverbindung oder Klemmverbindung mit dem Rahmen (6) und/oder dem Träger (4) steht. Solarmodulsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Modulelektronik (12) und die Anschlussdose (8) vollständig von einer Aussparung aufgenommen sind, die durch den Rahmen (6) und den Träger (4) gebildet wird.
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