NL1021582C2

NL1021582C2 - Modulair samengestelde fotovoltaïsche inrichting.

Info

Publication number: NL1021582C2
Application number: NL1021582A
Authority: NL
Inventors: Hendrik Oldenkamp
Original assignee: Stichting Energie; Hendrik Oldenkamp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-06

Description

%

MODULAIR SAMENGESTELDE FOTOVOLTAÏSCHE INRICHTING

De uitvinding betreft een modulair samengestelde fotovoltaïsche inrichting, omvattend ten minste een aan een gestel bevestigde fotovoltaïsche module die is voorzien van ten minste een eerste en ten minste een tweede elektrisch 5 contactpunt, welk gestel ten minste twee elektrisch geleidende dragerlichamen omvat.

Bekend is een fotovoltaïsche inrichting die is samengesteld uit een aantal fotovoltaïsche modulen, die elk een laminaat omvatten dat is opgebouwd uit een dragerplaat, 10 een aantal elektrisch gekoppelde zonnecellen en een transparante afdekplaat. De fotovoltaïsche modulen in deze inrichting zijn bevestigd op een stalen of aluminium frame, en onderling elektrisch in serie geschakeld met behulp van koppeldozen ("junction boxes") en flexibele kabels. Bij een 15 elektrische serieschakeling levert de inrichting een bepaald vermogen bij hoge spanning en lage stroomsterkte. Dit maakt het gebruik van verbindingskabels met relatief geringe doorsnede mogelijk, terwijl het omzetten van gelijkspanning naar wisselspanning met voldoende hoog rendement mogelijk is. 20 Deze inrichting is bijvoorbeeld bedoeld voor plaatsing op het dak van een gebouw, ten behoeve van de energievoorziening van dat gebouw.

De bekende fotovoltaïsche inrichting heeft een aantal nadelen. De installatie ervan is arbeidsintensief, vereist de 25 inzet van daartoe opgeleid gekwalificeerd personeel en is daardoor kostbaar. Daarenboven.brengt een fotovoltaïsche inrichting met modulen in een elektrische serieschakeling het nadeel met zich mee dat deze gevoelig is voor het uitvallen van modulen, bijvoorbeeld als gevolg van defecten of 30 beschaduwingen, wat resulteert in een afname van het rendement.

Het is een doel van de uitvinding een fotovoltaïsche inrichting te verschaffen die op eenvoudige en daardoor kostenbesparende wijze te installeren is, bijvoorbeeld op het 1021582· 2 dak van een gebouw.

Het is voorts een doel te voorzien in een dergelijke inrichting die uit een relatief gering aantal componenten kan worden samengesteld.

5 Het is nog een doel een fotovoltaïsche inrichting te verschaffen waarbij het uitvallen van één module niet van invloed is op het rendement van overige modulen in die inrichting.

Deze doelen worden bereikt met een modulair samengestelde 10 fotovoltaïsche inrichting van het in de aanhef genoemde type, waarbij overeenkomstig de uitvinding de dragerlichamen elektrisch van elkaar zijn geïsoleerd en elektrisch koppelbaar zijn met de module, waarbij het eerste elektrische contactpunt koppelbaar is met het eerste dragerlichaam en het 15 tweede elektrische contactpunt koppelbaar is met het tweede dragerlichaam.

In een fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding worden de dragerlichamen zowel gebruikt voor het bevestigen van fotovoltaïsche modulen als voor het transport van in die 20 modulen gegenereerde elektrische stroom. Als gevolg hiervan is het niet nodig kabels en koppeldozen voor stroomtransport te verschaffen, hetgeen in een substantiële kostenbesparing resulteert. Voor het bevestigen van modulen dienen de dragerlichamen een dwarsdoorsnede te hebben die dusdanig 25 groot is, dat de dragerlichamen, indien deze zijn vervaardigd uit een goed geleidend materiaal, geschikt zijn voor het transport van relatief hoge stromen. In een fotovoltaïsche inrichting met meerdere modulen, waarin relatief hoge stromen getransporteerd kunnen worden, is het mogelijk de modulen 30 parallel te schakelen. Hiermede wordt een verdere kostenbesparing bereikt, omdat het niet nodig is veiligheidsmaatregelen te treffen die zijn vereist in een serie-geschakelde inrichting volgens de stand der techniek, waarin relatief hoge spanningen optreden. Tot de componenten 35 die achterwege kunnen blijven in een inrichting volgens de uitvinding behoren onder meer bypass-diodes en interne bedradingen daarvoor, gelijkspanningszekeringen, t02"l582É 3 overspanningsbeveiligingen, isolatiebewakingsschakelingen en veiligheidsaardingen, connectoren voor hoge gelijkspanningen en uiteraard gelijkstroomkabels en koppeldozen daarvoor.

In uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de 5 uitvinding zijn de dragerlichamen vervaardigd uit aluminium of staal.

In weer een uitvoeringsvorm worden de dragerlichamen gevormd door zich evenwijdig ten opzichte van elkaar uitstrekkende langwerpige dragerbalken.

10 In een bijzondere uitvoeringsvorm worden de dragerlichamen gevormd door drie zich evenwijdig ten opzichte van elkaar uitstrekkende langwerpige dragerbalken, waarvan ten minste twee dragerbalken elektrisch van elkaar zijn geïsoleerd en elektrisch koppelbaar zijn met de module, 15 waarbij het eerste elektrische contactpunt koppelbaar is met de eerste dragerbalk en het tweede elektrische contactpunt koppelbaar is met de tweede dragerbalk, waarbij de afstand tussen de eerste en tweede dragerbalk klein is ten opzichte van de afstand tussen de derde en de eerste of de tweede 20 dragerbalk.

In een uitvoeringsvorm van een fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding waarin modulen op eenvoudige wijze elektrisch koppelbaar zijn met de dragerlichamen worden het eerste en tweede contactpunt van elk van de modulen telkens 25 verschaft door een strook van een flexibel elektrisch geleidend materiaal.

Deze strook flexibel materiaal omvat bijvoorbeeld een op een kunststof film verschafte metaallaag, bijvoorbeeld een laag aluminium.

30 Deze kunststof film is bijvoorbeeld een polyetheen film of een polyester film.

In weer een uitvoeringsvorm van een fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding, waarin de modulen een vlakke laminaire structuur vertonen, zijn de modulen op de 35 dragerlichamen bevestigd door middel van om een randzone van •de respectieve modulen geklemde koppellichamen, waarbij bij voorkeur de koppellichamen elk onder een door een drukveer 1021582* 4 geleverde kracht om de respectieve randzone zijn geklemd, en bij meer voorkeur de koppellichamen en de dragerlichamen zijn voorzien van in elkaar grijpende klauwvormige randprofielen voor het bevestigen van de koppelichamen op de respectieve 5 dragerlichamen.

In een voordelige uitvoeringsvorm grijpen de respectieve klauwvormige randprofielen onder een door een drukveer geleverde kracht in elkaar.

In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van een 10 fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding, waarin de modulen een vlakke laminaire structuur vertonen en op de dragerlichamen zijn bevestigd door middel van om een randzone van de respectieve modulen geklemde koppellichamen, zijn de koppellichamen elk onder een door een drukveer geleverde 15 kracht om de respectieve randzone geklemd en zijn de koppellichamen en de dragerlichamen voorzien van onder een door de drukveer geleverde kracht in elkaar grijpende klauwvormige randprofielen voor het bevestigen van de koppelichamen op de respectieve dragerlichamen.

20 Een drukveer in een koppellichaam is bij voorkeur voorzien van een op een oppervlak van een dragerlichaam afsteunbaar aandrukelement voor het tussen dat oppervlak en dat aandrukelement onder een door de drukveer geleverde kracht opsluiten van een als contactpunt van een 25 fotovoltaïsche module verschafte strook van een flexibel elektrisch geleidend materiaal.

Met een fotovoltaïsche inrichting overeenkomstig de uitvinding wordt als gevolg van het gebruik van de dragerlichamen in een gestel voor het transport van 30 elektrische stroom ten opzichte van een inrichting volgens de stand der techniek bespaard op kosten van materiaal en onderdelen, en wordt de voor het installeren van de inrichting benodigde tijd verkort.

Een inrichting volgens de uitvinding met meerdere modulen 35 is als gevolg van de parallelle schakeling van de fotovoltaïsche modulen inherent veilig, doordat de optredende spanningen lager dan 30 V kunnen blijven. Isolatie van de 1021582« 5 stroomgeleiders is hierdoor overbodig, terwijl het risico van brand in de inrichting als gevolg van kortsluiting of oververhitting vrijwel is uitgesloten. Een bijkomend voordeel van een inrichting met parallel geschakelde modulen is het 5 hoge rendement, doordat partiële beschaduwing of uitval van slechts één module geen gevolgen heeft voor de werking van de andere modulen.

De eenvoudige wijze van bevestigen en aansluiten van de modulen in een inrichting volgens de uitvinding levert een 10 aanzienlijke besparing op in kosten van arbeid, terwijl de betrouwbaarheid van de inrichting als gevolg van het industrieel voorbereiden van installatiecomponenten zeer hoog is.

Een bijkomend voordeel van een inrichting volgens de 15 uitvinding is het ontbreken van de noodzaak de afzonderlijk modulen te voorzien van een randprofiel, wat tot een verdere besparing van kosten leidt.

De uitvinding wordt in het volgende toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeelden, onder verwijzing naar de 20 tekeningen.

In de tekeningen tonen

Fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm van een fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding in perspectivisch aanzicht,

Fig. 2 schematisch een tweede uitvoeringsvorm van een 25 fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding in bovenaanzicht,

Fig. 3 een derde uitvoeringsvorm van een fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding in perspectivisch aanzicht,

Fig. 4 een detail van de in fig. 3 getoonde inrichting in 30 perspectivisch aanzicht,

Fig. 5 een uitvoeringsvorm van een koppellichaam volgens de uitvinding voor een in fig. 1 getoonde inrichting in perspectivisch aanzicht, en

Fig. 6 het in fig. 5 getoonde koppellichaam in oen 35 dwarsdoorsnede.

In de tekeningen worden overeenkomstige onderdelen aangeduid door dezelfde verwijzingsgetallen.

i02l58fH

6

Fig. 1 toont een fotovoltaïsche inrichting 1, samengesteld uit fotovoltaïsche modulen 2 met een vlakke laminaire structuur, waarbij op bekende wijze een aantal in serie geschakelde fotovoltaïsche cellen (niet getoond) tussen 5 een bodemplaat en een transparante kunststofplaat of glasplaat is opgenomen. De modulen 2 zijn met behulp van koppelstukken 5 bevestigd aan aluminium dragerbalken 3, 4, die elektrisch van elkaar en de omgeving zijn geïsoleerd. De modulen 2 zijn elk voozien van één elektrisch positief en één 10 elektrisch negatief contactpunt, welke contactpunten (niet getoond) via een van de koppelstukken 5 zijn verbonden met de respectieve dragers 3, 4, die aldus fungeren als positieve 3 en negatieve 4 stroomgeleiders voor de parallel geschakelde modulen 2.

15 Fig. 2 toont een fotovoltaïsche inrichting 6 die verschilt van de in fig. 1 getoonde inrichting 1, doordat de parallelle aluminium dragerbalken alternerend fungeren als positieve 3 of (geaarde) negatieve 4 stroomgeleider, waarbij telkens van twee naastliggende geleiders 3, 4 stroom wordt 20 afgenomen via een inverter 7.

Fig. 3 toont een fotovoltaïsche inrichting 8 op het dak 9 van een gebouw, die verschilt van de in fig. 1 getoonde inrichting 1, doordat de parallelle dragerbalken die fungeren als positieve 3 of negatieve 4 stroomgeleider in één balk 25 zijn geïntegreerd. Een van de stroomgeleiders 4 en een derde dragerbalk 10, elektrisch van de modulen 2 geïsoleerd, evenwijdig aan de geleiderbalken 3, 4 en op een afstand daarvan die veel groter is dan de onderlinge afstand tussen de geleiderbalken 3, 4, verlenen de noodzakelijke mechanische 30 stabiliteit aan de inrichting.'De negatieve en positieve conctactpunten van de modulen 2 zijn met behulp van daartoe ontworpen koppelstukken 12 (getoond in fig. 4) verbonden met de geleiderbalken 3, 4. Een dergelijke uitvoeringsvorm biedt de mogelijkheid om de dragerbalken 4, 10 direct, dat wil 35 zeggen zonder elektrische isolatie, om een stalen onderframe te bevestigen, waarbij de elektrisch geleidende dragerbalk 4 geaard wordt. De voordelen van deze inrichting 8 zijn de 1021582* ; 7 mogelijkheid een inverter direct, dat wil zeggen zonder stripverbindingen, met de geleiderbalken 3, 4 te koppelen, de mogelijkheid om modulen 2 van verschillende lengte maar met eenzelfde spanning door elkaar toe te passen (waarbij 5 uiteraard de afstand van de dragerbalk 10 tot de geleiderbalken 3, 4 moet worden aangepast) en de mogelijkheid de inrichting 8 op een stalen onderframe te monteren, hetgeen van belang is in verband met beveiliging tegen blikseminslag. Doordat de positieve 3 en negantieve geleiderbalken 4 dicht 10 naast elkaar liggen, is het uitlijnen van de dragerbalken 4, 10 bij de installatie van de inrichting minder kritisch, terwijl een eenmaal geïnstalleerde inrichting minder gevoelig is voor storingen ten gevolge van optredende thermische uitzettingen.

15 Fig. 4 toont het omcirkelde deel IV uit fig. 3 in meer detail. De positieve elektrische geleiderbalk 3 is opgenomen tussen de opstaande lange zijden van een in dwarsdoorsnede U-vormig kunststof profiel 11, dat met zijn korte zijde op de positieve geleiderbalk 4 is bevestigd.

20 Fig. 5 toont een koppelstuk 5 van een vezelversterkt kunststof materiaal, dat is gekoppeld met een aluminium dragerbuis 3, 4 die dienst doet voor het bevestigen van een module met een laminaire structuur (niet getoond) en het geleiden van stroom. De dragerbuis 3, 4 is bevestigd op een 25 kunststof voetstukje 13 waarin een schroefgat 14 is aangebracht ten behoeve van de montage van het profiel 3, 4 op een daartoe bestemde plaats. Het koppelstuk 5 vertoont aan zijn bovenzijde in een doorsnede evenwijdig aan de dragerbuis 3, 4 een ü-vormige sleuf 20, waarvan de opening zich uitstekt 30 evenwijdig aan de dragerbuis 3, 4, voor het opnemen van een randzone van een module (niet getoond). De dragerbuis 3, 4 en het koppelstuk 5 zijn voorzien van in elkaar grijpende respectieve klauwvormige randprofielen 15, 16. Een drukveer 17, voorzien van een op het bovenoppervlak 18 van de 35 dragerbuis 3, 4 afsteunbaar aandrukelement 19 voor het tussen dat oppervlak 18 en dat aandrukelement 19 onder door de drukveer 17 geleverde kracht opsluiten van een met de 1021582« betreffende module verbonden contactstrook (niet getoond) van een flexibel elektrisch geleidend materiaal. De drukveer oefent aan zijn aan zijn bovenzijde een kracht uit op een scharnierbaar aan het koppelstuk 5 bevestigde halve ring 21 5 voor het aandrukken van een in de U-sleuf 20 opgenomen module. De figuur toont voorts nog een opening 22 in de bovenzijde van het koppelstuk 5 voor het opnemen van een borgveer na het in de sleuf 20 van een module.

Fig. 6 toont het koppelstuk 5 op de dragerbuis 3, 4 uit 10 fig. 5 in een aanzicht dwars op de dragerbuis 3, 4. De buitenwanden 23 van het koppelstuk 5 vertonen aan hun onderzijde een wigvormige en afgeronde vorm, die dient ter bescherming van de randprofielen 16 bij plaatsen van het koppelstuk 15 op de dragerbuis 3, 4.

15 Benadrukt wordt dat de beschreven uitvoeringsvoorbeelden dienen ter toelichting van de uitvinding, niet ter beperking ervan. Binnen het kader van de uitvinding zijn voor de deskundige in het vakgebied tal van uitvoeringsvormen te realiseren. Het is bijvoorbeeld mogelijk de dragerlichamen te 20 verschaffen in de vorm van ronde buizen, waarop de modulen geklemd worden met klemlichamen die zijn voorzien van een in dwarsrichting ringvormige en deels open verend contact, waarvan de binnenafmetingen corresponderen met de buitenafmetingen van de buizen. Ook is het mogelijk om ten 25 behoeve van de mechanische bevestiging van en elektrisch contact met de modulen de dragerlichamen te voorzien van bussen en de modulen te voorzien van met die bussen samenwerkende stekers.

Tenslotte zij opgemerkt dat de uitvinding niet is beperkt 30 tot fotovoltaïsche inrichtingen waarin de ten minste ene fotovoltaïsche module een laminaat van een dragerplaat, fotovoltaïsche cellen en een transparante dekplaat omvat. Een fotovoltaïsche inrichting waarin de fotovoltaïsche module wordt gevormd door een flexibel kunststof folie met zogeheten 35 dunnefilmzonnecellen, welk folie via zogeheten lijncontacten elektrisch is verbonden met en opgespannen is door twee zich aan weerszijden van dat folie parallel uitstrekkende metalen 1021589« : 9 geleiders, bijvoorbeeld aluminium buizen, valt evenzeer onder de strekking van de uitvinding.

10215824

Claims

1. Modulair samengestelde fotovoltaïsche inrichting (1, 6, 8), omvattend ten minste een aan een gestel bevestigde fotovoltaïsche module (2) die is voorzien van ten minste een eerste en ten minste een tweede elektrisch contactpunt, welk 5 gestel ten minste twee elektrisch geleidende dragerlichamen (3, 4) omvat, met het kenmerk, dat de dragerlichamen (3, 4) elektrisch van elkaar zijn geïsoleerd en elektrisch koppelbaar zijn met de module (2), waarbij het eerste elektrische contactpunt koppelbaar is met het eerste 10 dragerlichaam (3) en het tweede elektrische contactpunt koppelbaar is met het tweede dragerlichaam (4).

2. Inrichting (1, 6, 8) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dragerlichamen (3, 4) zijn vervaardigd uit aluminium.

3. Inrichting (1, 6, 8) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dragerlichamen (3, 4) zijn vervaardigd uit staal.

4. Inrichting (1, 6, 8) volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de dragerlichamen worden gevormd door 20 zich evenwijdig ten opzichte van elkaar uitstrekkende langwerpige dragerbalken (3, 4).

5. Inrichting (8) volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat deze ten minste drie dragerbalken (3, 4, 10) omvat, waarvan ten minste twee dragerbalken (3, 4) elektrisch van 25 elkaar zijn geïsoleerd en elektrisch koppelbaar zijn met de module (2), waarbij het eerste elektrische contactpunt koppelbaar is met de eerste dragerbalk (3) en het tweede elektrische contactpunt koppelbaar is met de tweede dragerbalk (4), waarbij de afstand tussen de eerste (3) en 30 tweede (4) dragerbalk klein is ten opzichte van de afstand tussen de derde (11) en de eerste (3) of de tweede (4) dragerbalk.

6. Inrichting (1, 6, 8) volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het eerste en het tweede contactpunt van 1021582« de module (2) worden verschaft door een strook van een flexibel elektrisch geleidend materiaal.

7. Inrichting (1, 6, 8) volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de strook flexibel materiaal een op een 5 kunststof film verschafte metaallaag omvat.

8. Inrichting (1, 6, 8) volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de metaallaag een laag aluminium omvat.

9. Inrichting (1, 6, 8) volgens een der conclusies 7-8, met het kenmerk, dat de kunststof film een polyetheen film 10 is.

10. Inrichting (1, 6, 8) volgens een der conclusies 7-8, met het kenmerk, dat de kunststof film een polyester film is.

11. Inrichting (1, 6, 8) volgens een der conclusies 1-10, waarin de module (2) een vlakke laminaire structuur vertoont, 15 met het kenmerk, dat de module op de dragerlichamen (3, 4) is bevestigd door middel van om een randzone van de respectieve modulen (2) geklemde koppellichamen (5).

12. Inrichting (1) volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de koppellichamen (5) elk onder een door een drukveer 20 (17) geleverde kracht om de respectieve randzone zijn geklemd.

13. Inrichting (1) volgens een der conclusies 11-12, met het kenmerk, dat de koppellichamen (5) en de dragerlichamen (3, 4) zijn voorzien van in el-kaar grijpende klauwvormige 25 randprofielen (15, 16) voor het bevestigen van de koppelichamen (5) op de respectieve dragerlichamen (3, 4).

14. Inrichting (1) volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de respectieve klauwvormige randprofielen (15, 16) onder een door een drukveer (17) geleverde kracht in elkaar 30 grijpen.

15. Inrichting (1) volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de koppellichamen (5) elk onder een door een drukveer (17) geleverde kracht om de respectieve randzone zijn geklemd en de koppellichamen (5) en de dragerlichamen (3, 4) zijn 35 voorzien van onder een door de drukveer (17) geleverde kracht in elkaar grijpende klauwvormige randprofielen (15, 16) voor het bevestigen van de koppelichamen (5) op de respectieve 1021582· dragerlichamen.

16. Inrichting (1) volgens een der conclusies 14-15, met het kenmerk, dat het koppellichaam (5) is voorzien van een op een oppervlak van een dragerlichaam (3, 4) afsteunbaar 5 aandrukelement (19) voor het tussen dat oppervlak en dat aandrukelement (19) onder door de drukveer (17) geleverde kracht opsluiten van een als contactpunt van een fotovoltaische module (2) verschafte strook van een flexibel elektrisch geleidend materiaal. 102158Ü