WO2009150189A2 - Elektrische anschluss- und verbindungsdose für ein solarzellenmodul - Google Patents

Elektrische anschluss- und verbindungsdose für ein solarzellenmodul Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an electrical connection and junction box for a solar cell module having a housing base and a housing cover comprehensive housing in which a first connection elements for electrically contacting the conductor strips of the solar cell module, second connection elements for electrically contacting the output lines and the first and second connection elements respectively Connected busbars comprehensive connection device is added.
  • connection device of such connection and connection boxes for solar cell modules contacts on the one hand the connection conductors of the solar cell modules, which are usually designed as thin conductor strips, and on the other hand contact e.g. to an inverter leading output lines.
  • the solar cells in a solar cell module are generally connected to each other with thin conductor strips. These conductor strips typically have a thickness of a few tenths of a millimeter and a width of a few millimeters. These conductor strips connecting the individual solar cells of the solar cell module are led out of the solar cell module, so that the thin conductor strips can be used directly for connection purposes.
  • connection device comprises so-called busbars which are produced as stamped and bent parts from a sheet material with a good electrical conductivity and serve to connect the potentials.
  • Busbars are used, for example, spring terminals or welded joints.
  • connection and junction box for a solar cell module according to the preamble of claim 1 has become known.
  • busbars are included with connection elements both for the conductor strips of the solar cell module and for electrically contacting the output lines in the housing base.
  • an additional circuit board for mounting the bypass diodes facilitates their replacement if necessary, but at the expense of a very complex overall structure.
  • connection and connection box according to the invention makes it possible to handle it very simply in the event of servicing, namely with an exceptionally simple and robust overall design.
  • first components of the connection device are firmly connected to the housing base, that second components of the connection device are fixedly connected to the housing cover, and that upon assembly of the housing cover with the housing base, the first and second components of the connection device are electrically contacted with each other ,
  • the busbars connected to the first connection elements are connected to the housing base and the busbars connected to the second connection elements are connected to the housing cover and, when the housing cover is joined to the housing base, interengage, in particular as blade contacts, and for cooperation with these provided contact tongues executed electrical contact elements.
  • a particularly good heat dissipation of the waste heat generated by the bypass diodes, which are also preferably accommodated in the connection and connection box, is achieved by soldering them as SMD components onto the busbars connected to the housing cover, in particular as large-area conductor tracks.
  • the electrical contacts of both the first connection elements with the conductor strips of the solar cell module and the second connection elements with the output lines are preferably realized by welded joints.
  • FIG. 1 shows a connection and junction box according to the invention in a
  • Fig. 2 the housing base of the connection and junction box of Fig. 1 with connecting conductors of a solar cell module
  • Fig. 3 the housing cover of the connection and connection box of FIG.
  • Fig. 2 is a housing base 1 of a junction box according to the invention and can be seen in a spatial view from above.
  • This housing base 1 is placed in a connection region of a solar cell module on this and attached thereto, for example by gluing.
  • the individual solar cells of the solar cell module which are not visible here, are connected to one another by thin conductor strips 4, which typically have a thickness of less than a tenth of a millimeter and a width of a few millimeters. These thin conductor strips 4 are led out of the solar cell module in the connection region and can be used directly there for connection purposes.
  • the connection device comprises a plurality of busbars 7, 8 produced as stamped and bent parts from a sheet material with good electrical conductivity, which serve to connect the potentials within the connection device.
  • the busbars 7 of the housing base 1 are provided with from the plane parallel to the surface of the solar cell module plane upwardly angled connecting elements 3. With these connection elements 3, the thin conductor strips 4 of the solar cell module are connected by welded joints e- lektrisch and mechanically. Further, also from the plane parallel to the surface of the solar cell module plane vertically upwards angled sections of the busbars are designed as blade contacts 10, which are provided for contacting associated mating contacts 1 1 in the housing cover 2.
  • the blade contacts 10 are in isolation shafts 10 'added, which are integrally formed on the housing base 1.
  • the housing cover 2 also contains busbars 8, which are designed in this case as a large-area conductor tracks.
  • the busbars 8 are inserted in the manufacture as a one-piece stamped grid in the housing cover 2, wherein on the housing cover 2 molded Positi- projecting and holding domes 12 protrude through holes in the stamped grid. The positioning and holding domes 12 are then caulked in their upper region, whereby the individual sections of the stamped grid are then clearly fixed and can be separated to separate the different potentials at designated separation points 8 '.
  • the busbars 8 of the housing cover 2 are provided with connecting elements 5 which are vertically angled away from their main extension plane. With these connection elements 5 leading to other solar cell modules or to an inverter output lines 6 of the solar cell module are electrically and mechanically firmly connected by welded joints.
  • the output lines 6 are designed as insulated round conductors. These are introduced either directly into a recognizable at the front of the housing cover 2 connection opening, fixed by a union nut and welded with its stripped conductor to the connection element 5, or provided with a connector whose mating contact 13, as seen in the drawing, in the Inserted connection opening and welded to the connection element 5.
  • the contact tongues 1 provided for contacting the blade contacts 1 provided in the housing base 1 are also perpendicularly angled away from the main extension plane of the busbars 8 of the housing cover 2.
  • the bypassing diodes 9 of the connection elements are also connected to the busbars 8 of the housing cover 2. and junction box. These bypass diodes 9 are connected in antiparallel to the solar cells and cause, in the case of a shaded solar cell within a solar cell module, this solar cell does not make any contribution to the total voltage of the solar cell module, the current flow is nevertheless maintained.
  • the solar cell module thus shows only a reduced operating voltage, but does not completely fail, as would be the case without the bypass diodes 9.
  • bypass diodes 9 are mounted as SMD components on the busbars 8 and are soldered to the busbars 8 in a reflow soldering process.
  • the one connection of the bypass diodes 9 is formed by the visible in the drawing legs the other terminal is located on the bottom of the components.
  • connection and junction box as shown in Fig. 1 is completed by the contact tongues 1 1 of the busbars 8 of Housing cover 2 engage in the blade contacts 10 of the busbars 7 of the housing base 1 and thus establish the electrical connection between the conductor strips 4 of the solar cell module and the output lines 6.
  • molded clip hooks 14 engage in associated clip openings 15 of the housing base 1 a and ensure a fast and secure attachment of the housing parts 1, 2 to each other.

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Abstract

Eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul mit einem einen Gehäusesockel sowie einen Gehäusedeckel umfassenden Gehäuse, in dem eine erste Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder des Solarzellenmoduls, zweite Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen sowie mit den ersten und zweiten Anschlusselementen jeweils verbundene Stromschienen umfassende Anschlusseinrichtung aufgenommen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass erste Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusesockel verbunden sind, dass zweite Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusedeckel verbunden sind, und dass beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels mit dem Gehäusesockel die ersten und zweiten Bestandteile der Anschlusseinrichtung elektrisch miteinander kontaktiert werden.

Description

Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul
Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul mit einem einen Gehäusesockel sowie einen Gehäusedeckel umfassenden Gehäuse, in dem eine erste Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder des Solarzellenmoduls, zweite Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen sowie mit den ersten und zweiten Anschlusselementen jeweils verbundene Stromschienen umfassende Anschlusseinrichtung aufgenommen ist.
Die Anschlusseinrichtung derartiger Anschluss- und Verbindungsdosen für Solarzellenmodule kontaktiert dabei einerseits die üblicherweise als dünne Leiterbänder ausgeführten Anschlussleiter der Solarzellenmodule und andererseits die z.B. zu einem Wechselrichter führenden Ausgangsleitungen.
Die Solarzellen in einem Solarzellenmodul sind im allgemeinen mit dünnen Leiterbändern miteinander verbunden. Diese Leiterbänder weisen typischerweise eine Dicke von wenigen Zehntel Millimetern und eine Breite von einigen Millimetern auf. Diese die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls miteinander ver- bindenden Leiterbänder werden aus dem Solarzellenmodul heraus geführt, so dass die dünnen Leiterbänder direkt zu Anschlusszwecken verwendet werden können.
Zum Anschluss werden die Leiterbänder typischerweise in die elektrische Anschluss- und Verbindungsdose, die einen abnehmbaren Deckel aufweist, von unten her eingeführt, so dass die einzelnen Leiterbänder von Hand mit der in dem Gehäuse der Anschluss- und Verbindungsdose vorgesehenen elektrischen Anschlusseinrichtung kontaktiert werden können. Die Anschlusseinrichtung um- fasst dabei sogenannte Stromschienen, die als Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt sind und zur Verbindung der Potentiale dienen. Zur Kontaktierung der Leiterbänder mit diesen Stromschienen werden beispielsweise Federklemmen oder Schweißverbindungen eingesetzt.
Aus der DE 203 1 1 184 U1 ist eine elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden. Bei dieser Anschluss- und Verbindungsdose sind in dem Gehäusesockel Stromschienen mit Anschlusselementen sowohl für die Leiterbänder des Solarzellenmoduls als auch zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen aufgenommen. Eine zusätzliche Leiterplatte zur Montage der Bypass-Dioden erleichtert zwar im Bedarfsfalle deren Austausch, allerdings auf Kosten eines sehr aufwendigen Gesamtaufbaus.
Die erfindungsgemäße Anschluss- und Verbindungsdose ermöglicht dagegen eine sehr einfache Handhabung im Servicefall, und zwar bei einem ausgespro- chen einfachen und robusten Gesamtaufbau.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass erste Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusesockel verbunden sind, dass zweite Bestandteile der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusedeckel verbunden sind, und dass beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels mit dem Gehäusesockel die ersten und zweiten Bestandteile der Anschlusseinrichtung elektrisch miteinander kontaktiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mit den ersten Anschlusselementen verbundenen Stromschienen mit dem Gehäusesockel und die mit den zweiten Anschlusselementen verbundenen Stromschienen mit dem Gehäusedeckel verbunden, und weisen beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels mit dem Gehäusesockel ineinander eingreifende, insbesondere als Messerkontakte sowie zur Kooperation mit diesen vorgesehene Kontaktzungen ausgeführte elektrische Kontaktelemente auf. Eine besonders gute Wärmeableitung der durch die in der Anschluss- und Verbindungsdose vorzugsweise ebenfalls aufgenommenen Bypass-Dioden erzeugten Verlustwärme wird dadurch erreicht, dass diese als SMD-Bauelemente auf den mit dem Gehäusedeckel verbundenen, insbesondere als großflächige Lei- terbahnen ausgeführten Stromschienen aufgelötet sind.
Die elektrischen Kontaktierungen sowohl der ersten Anschlusselemente mit den Leiterbändern des Solarzellenmoduls als auch der zweiten Anschlusselemente mit den Ausgangsleitungen werden bevorzugt durch Schweißverbindungen reali- siert.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Anschluss- und Verbindungsdose in einer
Explosionsdarstellung
Fig. 2: den Gehäusesockel der Anschluss- und Verbindungsdose aus Fig. 1 mit Anschlussleitern eines Solarzellenmoduls
Fig. 3: den Gehäusedeckel der Anschluss- und Verbindungsdose aus Fig.
1 von der Unterseite her gesehen
In Fig. 2 ist ein Gehäusesockel 1 einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Verbindungsdose in einer räumlichen Ansicht von oben zu sehen. Dieser Gehäusesockel 1 wird in einem Anschlussbereich eines Solarzellenmoduls auf dieses aufgesetzt und auf diesem z.B. durch eine Klebung befestigt. Die einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls, die hier nicht zu erkennen sind, sind mit dünnen Leiterbändern 4 miteinander verbunden, die typischerweise eine Dicke von weni- gen Zehntel Millimetern und eine Breite von einigen Millimetern aufweisen. Diese dünnen Leiterbänder 4 werden in dem Anschlussbereich aus dem Solarzellenmodul heraus geführt und können dort direkt zu Anschlusszwecken verwendet werden.
Zu sehen ist hier der Gehäusesockel 1 der Anschluss- und Verbindungsdose, von dem der zugehörige Gehäusedeckel 2 entfernt ist. Die Leiterbänder 4 sind von unten her in den Gehäusesockel 1 eingeführt, um dort mit der elektrischen Anschlusseinrichtung kontaktiert werden zu können.
Die Anschlusseinrichtung umfasst mehrere als Stanz-Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellte Stromschienen 7, 8, die zur Verbindung der Potentiale innerhalb der Anschlusseinrichtung dienen. Die Stromschienen 7 des Gehäusesockels 1 sind mit aus der zur Fläche des Solarzellenmoduls parallelen Ebene senkrecht nach oben abgewinkelten Anschlusselementen 3 versehen. Mit diesen Anschlusselementen 3 werden die dünnen Leiterbänder 4 des Solarzellenmoduls durch Schweißverbindungen e- lektrisch und mechanisch fest verbunden. Weitere, ebenfalls aus der zur Fläche des Solarzellenmoduls parallelen Ebene senkrecht nach oben abgewinkelte Ab- schnitte der Stromschienen sind als Messerkontakte 10 ausgebildet, die zur Kon- taktierung zugeordneter Gegenkontakte 1 1 im Gehäusedeckel 2 vorgesehen sind. Die Messerkontakte 10 sind dabei in Isolationsschächten 10' aufgenommen, die einstückig an den Gehäusesockel 1 angeformt sind.
In Fig. 3 ist der dem Gehäusesockel 1 in Fig. 2 zur Komplettierung des Gehäuses und damit der gesamten Anschluss- und Verbindungsdose zuzuordnende Gehäusedeckel 2 zu sehen. Der Gehäusedeckel 2 enthält ebenfalls Stromschienen 8, die in diesem Falle als großflächige Leiterbahnen ausgeführt sind. Die Stromschienen 8 werden bei der Herstellung als einteiliges Stanzgitter in den Gehäusedeckel 2 eingelegt, wobei an dem Gehäusedeckel 2 angeformte Positi- onier- und Haltedome 12 durch Bohrungen in dem Stanzgitter hindurchragen. Die Positionier- und Haltedome 12 werden in ihrem oberen Bereich dann verstemmt, wodurch die einzelnen Abschnitte des Stanzgitters dann eindeutig fixiert sind und zur Trennung der verschiedenen Potentiale an dafür vorgesehenen Trennstellen 8' aufgetrennt werden können.
Die Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 sind mit aus ihrer Haupterstre- ckungsebene senkrecht abgewinkelten Anschlusselementen 5 versehen. Mit diesen Anschlusselementen 5 werden die zu weiteren Solarzellenmodulen oder zu einem Wechselrichter führenden Ausgangsleitungen 6 des Solarzellenmoduls durch Schweißverbindungen elektrisch und mechanisch fest verbunden. Die Ausgangsleitungen 6 sind als isolierte Rundleiter ausgeführt. Diese sind entweder direkt in eine an der Vorderseite des Gehäusedeckels 2 erkennbare Anschlussöffnung eingeführt, mittels einer Überwurfmutter festgelegt und mit ihrem abisolierten Stromleiter an dem Anschlusselement 5 angeschweißt, oder mit einem Steckverbinder versehen, dessen Gegenkontakt 13, wie in der Zeichnung zu sehen, in die Anschlussöffnung eingeführt und an dem Anschlusselement 5 angeschweißt ist. Ebenfalls aus der Haupterstreckungsebene der Stromschienen 8 des Gehäuse- deckeis 2 senkrecht abgewinkelt sind die zur Kontaktierung der im Gehäusesockel 1 vorhandenen Messerkontakte 10 vorgesehenen Kontaktzungen 1 1. Mit den Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 verbunden sind auch die By- pass-Dioden 9 der Anschluss- und Verbindungsdose. Diese Bypass-Dioden 9 sind antiparallel zu den Solarzellen geschaltet und bewirken, dass bei einer ab- geschatteten Solarzelle innerhalb eines Solarzellenmoduls diese eine Solarzelle zwar keinen Beitrag 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, wie dies ohne die Bypass-Dioden 9 der Fall wäre. Außerdem wird in der abgeschat- teten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt, so dass eine Beschädigung der abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann. Allerdings wird durch den Strom, der von den nicht von der Abschattung betroffenen Solarzellen bestimmungsgemäß über die zum Schutz der betroffenen Solarzellen vorgesehenen Bypass-Dioden 9 geleitet wird, eine Verlustleistung hervorgerufen, die durchaus beachtliche Ausmaße annehmen kann, was zu einer entsprechenden Wärmeentwicklung führt. Die Bypass-Dioden 9 sind als SMD-Bauelemente auf den Stromschienen 8 montiert und werden in einem Reflow-Lötprozess mit den Stromschienen 8 verlötet. Der eine Anschluss der Bypass-Dioden 9 ist dabei durch die in der Zeichnung sichtbaren Beinchen gebildet der andere Anschluss befindet sich auf der Unterseite der Bauelemente.
Durch die großflächige Ausführung der Stromschienen 8 im Gehäusedeckel 2 sind große wirksame Leiterbahnquerschnitte realisiert und damit eine entsprechend hohe Stromtragfähigkeit der jeweiligen Verbindung gewährleistet. Ein wei- terer Effekt der großflächigen Leiterbahnen besteht darin, dass diese über ihre Oberfläche sehr viel Wärme abstrahlen können und somit als Kühlkörper dienen, über die die durch die oben angesprochene Verlustleistung der Bypass-Dioden 9 entwickelte Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Die Positionierung dieser Kühlkörper im Gehäusedeckel 2 und somit im größtmöglichen Ab- stand zu dem Solarzellenmodul unterstützt diese Wirkung sehr effektiv.
Durch das Aufsetzen des Gehäusedeckels 2 auf den bereits auf dem Solarzellenmodul, beispielsweise durch Aufkleben befestigten und mit den Leiterbändern 4 desselben elektrisch kontaktierten Gehäusesockel 1 wird die Anschluss- und Verbindungsdose wie in Fig. 1 dargestellt komplettiert, indem die Kontaktzungen 1 1 der Stromschienen 8 des Gehäusedeckels 2 in die Messerkontakte 10 der Stromschienen 7 des Gehäusesockels 1 eingreifen und somit die elektrische Verbindung zwischen den Leiterbändern 4 des Solarzellenmoduls und den Ausgangsleitungen 6 herstellen. An dem Gehäusedeckel 2 angeformte Clipshaken 14 greifen dabei in zugeordnete Clipsöffnungen 15 des Gehäusesockels 1 ein und gewährleisten eine schnelle und sichere Befestigung der Gehäuseteile 1 , 2 aneinander.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose für ein Solarzellenmodul mit einem einen Gehäusesockel (1 ) sowie einen Gehäusedeckel (2) umfas- senden Gehäuse, in dem eine erste Anschlusselemente (3) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder (4) des Solarzellenmoduls, zweite Anschlusselemente (5) zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen (6) sowie mit den ersten und zweiten Anschlusselementen (3, 5) jeweils verbundene Stromschienen (7, 8) umfassende Anschlusseinrich- tung aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass erste Bestandteile (3, 7) der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusesockel (1 ) verbunden sind, dass zweite Bestandteile (5, 8) der Anschlusseinrichtung fest mit dem Gehäusedeckel (2) verbunden sind, und dass beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels (2) mit dem Gehäusesockel (1 ) die ersten und zweiten Bestandteile der Anschlusseinrichtung elektrisch miteinander kontaktiert werden.
2. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mit den ersten Anschlusselementen (3) verbun- denen Stromschienen (7) mit dem Gehäusesockel (1 ) verbunden sind, dass die mit den zweiten Anschlusselementen (5) verbundenen Stromschienen (8) mit dem Gehäusedeckel (2) verbunden sind, und dass die ersten und zweiten Stromschienen (7, 8) beim Zusammenfügen des Gehäusedeckels (2) mit dem Gehäusesockel (1 ) ineinander eingreifende e- lektrische Kontaktelemente (10, 1 1 ) aufweisen.
3. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gehäusesockel (1 ) verbundenen Stromschienen (7) Messerkontakte (10) und die mit dem Gehäusedeckel (2) verbundenen Stromschienen (8) zur Kooperation mit diesen vorgesehene Kontaktzungen (1 1 ) aufweisen.
4. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf den mit dem Gehäusedeckel (2) verbundenen Stromschienen (8) als SMD-Bauelemente ausgeführte Bypass- Dioden 9 aufgelötet sind.
5. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gehäusedeckel (2) verbundenen Stromschienen (8) als großflächige Leiterbahnen ausgeführt sind.
6. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Anschlusselemente (3) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbänder (4) des Solarzellenmoduls durch eine Schweißverbindung vorgesehen sind.
7. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anschlusselemente (5) zur elektrischen Kontaktierung der Ausgangsleitungen (6) durch eine Schweißverbindung vorgesehen sind.
8. Elektrische Anschluss- und Verbindungsdose nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (7, 8) Stanz-
Biegeteile aus einem Blechmaterial mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit sind.
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