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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Anschlußdose zum elektrischen Anschluß von Solarzellen
eines Solarzellenmoduls, mit einem Gehäuse, das wenigstens eine Schutzeinrichtung
aufweist, die im Fall einer abgeschatteten Solarzelle als Strom-Bypass
für die
abgeschattete Solarzelle wirkt.
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Dosen
zum elektrischen Anschluß von
Solarzellen eines Solarzellenmoduls sind aus der Praxis in vielfältiger Ausgestaltung
gut bekannt. Dabei werden im allgemeinen mehrere Solarzellen zu
Solarzellenmodulen zusammengeschaltet, da die Ausgangsspannung einzelner
Solarzellen typischerweise zu gering ist, um elektrische Geräte, wie
Haushaltsgeräte,
betreiben zu können.
Dazu besteht einerseits die Möglichkeit
der Reihenschaltung und andererseits die Möglichkeit der Parallelschaltung
der Solarzellen im Solarzellenmodul.
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Durch
ein Parallelschalten der Solarzellen addieren sich die einzelnen
Ströme
der Solarzellen zu einem Gesamtstrom. Dabei sollten die parallel
geschalteten Solarzellen allerdings im wesentlichen die gleichen
physikalischen Eigenschaften aufweisen, so daß sich in der Praxis das Parallelschalten
von Solarzellen kaum durchgesetzt hat, insbesondere auch da eine
einzelne Solarzelle bereits einen Strom von einigen Ampere liefern
kann.
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Bei
der Zusammenstellung von Solarzellenmodulen mit einzelnen Solarzellen
werden diese daher häufig
in Reihe geschaltet. Ein Problem kann sich dabei jedoch dann ergeben,
wenn ein Solarzellenmodul im Betrieb partiell abgeschattet wird,
also eine Solarzelle oder eine Mehrzahl von Solarzellen des Solarzellenmoduls
weniger oder gar keine Sonnenbestrahlung erhält. Der Grund für eine derartig
verringerte Sonnenbestrahlung kann z. B. in einer Verschmutzung
der Solarzellen und/oder in Schattenwürfen von Bäumen, Gebäudeeinrichtungen oder Gebäuden selbst
liegen.
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Im
Gegensatz zu einer Abschattung des Solarzellenmoduls gleichmäßig über seine
gesamte Fläche,
die nur zur einer Leistungsverringerung insgesamt führt, ergibt
sich bei einer partiellen Abschattung folgendes Problem: Durch die
in Reihe geschalteten Solarzellen des Solarzellenmoduls fließt ein gemeinsamer
Strom, wobei jede einzelne Solarzelle mit ihrer jeweiligen Spannung zur
Gesamtspannung des Solarzellenmoduls beiträgt. Wird nun eine Solarzelle abgeschattet,
so erzeugt diese keine Spannung mehr und setzt dem Stromfluß im Solarzellenmodul praktisch
eine Diode in Sperrichtung entgegen. Dies bedeutet jedoch, daß das gesamte
Modul keinen Strom mehr liefern kann, so daß die gesamte Funktion des
Solarzellenmoduls beeinträchtigt
ist.
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Weiterhin
gilt, daß an
der abgeschatteten Solarzelle eine Spannung anliegt, die abhängig ist von
der Position der abgeschatteten Solarzelle in der Reihenschaltung.
Ist diese an der abgeschatteten Solarzelle anliegende Spannung größer als
ihre Sperrspannung, so wird es in der Solarzelle zu einem Durchschlag
und damit zu einer dauerhaften Beschädigung kommen.
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Selbst
wenn es zu keiner Beschädigung
der Solarzelle durch einen Durchschlag kommen sollte, wird in einer
abgeschatteten Solarzelle eine große Verlustleistung umgesetzt,
so daß sich
die abgeschattete Solarzelle aufheizt. Auch eine solche Aufheizung
kann zu Beschädigungen
an der abgeschatteten Solarzelle sowie an den ihr benachbarten Solarzellen
führen.
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Um
die mit teilweise abgeschatteten Solarzellen verbundene Problematik
vermeiden, werden Schutzeinrichtungen, wie Bypass-Dioden, verwendet,
die antiparallel zu den Solarzellen geschaltet werden. Auf diese
Weise wird erreicht, daß eine
abgeschattete Solarzelle zwar keinen Anteil mehr zur Gesamtspannung
des Solarzellenmoduls leistet, der Stromfluß jedoch trotzdem erhalten
bleibt. Das Solarzellenmodul zeigt somit lediglich eine verminderte Betriebsspannung,
fällt jedoch
nicht vollständig
aus. Außerdem
wird in der abgeschatteten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt,
so daß eine
Beschädigung
der abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann.
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In
letzter Zeit sind als Alternative zu Bypass-Dioden elektronische
Anschlußschaltungen
bekannt geworden, die ebenfalls den Zweck erfüllen, im Falle einer abgeschatteten
Solarzelle als Strom-Bypass für
diese abgeschattete Solarzelle zu wirken. Dazu wird häufig eine
gesteuerte elektronische Schaltanordnung verwendet, die eine Ansteuerschaltung
und eine von der Ansteuerschaltung ansteuerbare Schalteinrichtung
aufweist, wobei die Schalteinrichtung parallel zu wenigstens einer
Solarzelle geschaltet ist und im Falle der Abschattung der Solarzelle
von der Ansteuerschaltung wenigstens zeitweise auf gesteuert wird,
so daß ein
Strom-Bypass für die
abgeschattete Solarzelle erzielt wird. Es sind jedoch auch andere
Schaltanordnungen bekannt geworden, die jeweils als Alternative
für eine
Bypass-Diode verwendet werden können.
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Grundsätzlich könnte jeder
Solarzelle eines Solarzellenmoduls genau eine Schutzeinrichtung
zugeordnet sein. Häufig
jedoch wird so vorgegangen, daß eine
Mehrzahl hintereinander geschalteter Solarzellen jeweils durch eine
gemeinsame Schutzeinrichtung abgesichert wird.
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Dosen
zum elektrischen Anschließen
von Solarzellen eines Solarzellenmoduls weisen somit im allgemeinen
wenigstens eine Schutzeinrichtung, häufig eine Mehrzahl von Schutzeinrichtungen
auf. Damit ist jedoch das Problem verbunden, daß die zum elektrischen Anschluß von Solarzellen
eines Solarzellenmoduls verwendeten Dosen durch die in den Schutzeinrichtungen
umgesetzte Leistung stark erwärmt
werden. Dies gilt insbesondere für
den Fall von Bypass-Dioden. Eine gewisse Erwärmung ist jedoch auch bei den
zuletzt bekannt gewordenen Schaltanordnungen, die keine Bypass-Dioden
verwenden, immer vorhanden. Aufgrund einer maximal tolerierbaren
Erhitzung der zum Anschluß der
Solarzellen verwendeten elektrischen Anschlußdosen existiert damit ein
höchsten
zulässiger
Maximalstrom, der die Dimensionierung und den Einsatz der Solarzellenmodule
beschränkt.
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Um
einer Erwärmung
einer elektrischen Anschlußdose
für ein
Solarzellenmodul entgegenzuwirken, ist aus dem Stand der Technik
eine Mehrzahl von Lösungen
bekannt. In der
US 4,460,232 ist
z. B. beschrieben, eine elektrische Anschlußdose mit einem metallischen
Deckel zu verwenden, wobei der Deckel als Kühlblech wirken soll, über den
die Hitze an die Umgebungsluft abgegeben wird. Ein ähnliches Konzept
wird gemäß der
DE 100 50 614 C1 verfolgt, in
der beschrieben ist, Bypass-Dioden an einen Kühlkörper in Form einer Anschlußdose anzuschließen. In
der
DE 103 16 231
A1 sind schließlich
Wärmeabstrahlteile
beschrieben, die mit Bypass-Dioden in körperlichem Kontakt stehen und über die
deren Wärme abgestrahlt
werden soll.
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Ein
anderer Ansatz zur Wärmeabfuhr
der in den Schutzeinrichtungen erzeugten Wärme wird gemäß der
DE 103 61 184 B3 verfolgt.
Dort ist beschrieben, Bypass-Dioden im Abstandshalterprofil einer Photovoltaik-Isolierglasscheibe vorzusehen.
Insbesondere sofern das Abstandshalterprofil ein Metallelement aufweist,
soll damit eine gute Wärmeableitung
erzielt werden. Zur weiteren Wärmeableitung sollen
im übrigen
im Abstandshalterprofil Kühlrippen angebracht
sein.
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Diese
aus dem Stand der Technik bekannten Lösung können jedoch nur eine unzureichende
Wärmeableitung
gewährleisten.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Dose zum
elektrischen Anschluß von
Solarzellen eines Solarzellenmoduls anzugeben, die sich im Betrieb
nur gering erwärmt.
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Ausgehend
von der eingangs beschriebenen Dose ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Verbindungseinrichtung
aus gut wärmeleitfähigem Material
zum wärmeleitenden
Verbinden der Schutzeinrichtung mit einer vorhandenen Einrichtung
des Solarzellemmoduls vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß wird also
die Möglichkeit bereitgestellt,
die durch die in der Schutzeinrichtung umgesetzte Leistung erzeugte
Wärme von
der Dose effektiv abzuführen,
nämlich
indem sie über
die gut wärmeleitfähige Verbindungseinrichtung
auf eine schon vorhandene Einrichtung des Solarzellenmoduls abgeführt wird.
Durch die schon vorhandene Einrichtung des Solarzellenmoduls stehen
typischerweise insgesamt wesentlich mehr Material zur Aufnahme der
Wärme und
außerdem
eine wesentlich größere Oberfläche zur
Abgabe der Wärme
an die Umgebung zur Verfügung.
Außerdem
macht die Verwendung einer schon vorhandenen Einrichtung des Solarzellenmoduls
die Erfindung sehr einfach.
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Dabei
kann grundsätzlich
praktisch jede schon vorhandene Einrichtung des Solarzellenmoduls
zum Verbinden mit der Verbindungseinrichtung der Dose verwendet
werden. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Verbindungseinrichtung
mit einer vorhandenen Einrichtung des Solarzellenmoduls aus Metall
verbunden ist. Ganz besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang
das Verbinden der Verbindungseinrichtung mit solchen metallischen
Einrichtungen des Solarzellenmoduls, wie einem Metallrahmen des
Solarzellenmoduls oder Metallträgern
für das
Solarzellenmodul.
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Dabei
gilt, daß die
Verbindungseinrichtung selbst grundsätzlich auch aus einem beliebigen
Material sein kann, solange dieses Material gut wärmeleitend
ist. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist jedoch auch vorgesehen, daß die Verbindungseinrichtung
im wesentlichen aus Metall besteht.
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Grundsätzlich kann
es ausreichend sein, daß die
Verbindungseinrichtung an der Außenseite des Gehäuses mit
diesem verbunden ist. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Verbindungseinrichtung
in das Gehäuse
hineingeführt
ist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Verbindungseinrichtung
in gut wärmeleitender
Weise mit der Schutzeinrichtung verbunden ist. Dazu ist gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, daß die
Schutzeinrichtung auf einer Platine montiert ist und die Verbindungseinrichtung
flächig an
der Platine anliegt.
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Vorzugsweise
ist die Verbindungseinrichtung dabei fest mit der Platine verbunden,
beispielsweise mit dieser verschraubt oder verklemmt. Eine ganz
besonders gute Wärmeableitung
von der Schutzeinrichtung über
die Platine wird dabei dadurch gewährleistet, daß die Verbindungseinrichtung
flächig
auf der Platine aufliegt.
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Ebenso
kann eine gute Wärmeableitung
vorzugsweise auch dadurch unterstützt werden, daß die Verbindungseinrichtung
flächig
auf einem Teilbereich des Gehäuses
aufliegt und dabei vorzugsweise fest mit diesem verbunden ist, z.
B. ebenfalls durch eine Verschraubung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Verbindungseinrichtung
einen Befestigungsbereich zum Befestigen an der vorhandenen Einrichtung
des Solarzellenmoduls aufweist, wobei der Befestigungsbereich derart
ausgebildet ist, daß die
Verbindungseinrichtung im befestigten Zustand flächig an der vorhandenen Einrichtung
des Solarzellenmoduls anliegt. Hier gilt ebenfalls, daß auf diese
Weise eine besonders gute Wärmeübertragung
auf die vorhandene Einrichtung des Solarzellenmoduls gewährleistet wird.
Außerdem
gilt auch hier, daß eine
feste Verbindung zwischen der vorhandenen Einrichtung des Solarzellenmoduls
einerseits und der Verbindungseinrichtung andererseits z. B. durch
Verschrauben oder Verklemmen erfolgen kann.
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Zuvor
ist immer eine derartige Dose beschrieben worden, die eine Schutzeinrichtung
aufweist. Selbstverständlich
läßt sich
die Erfindung ohne weiteres auch auf eine derartige Dose übertragen, die
eine Mehrzahl von Schutzeinrichtungen aufweist.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Dose
auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die dem Anspruch
1 nachgeordneten Ansprüche
sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
Dose gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Schnitt von der Seite und
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2 die
Dose gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Schnitt von oben.
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Aus 1 ist
eine Dose gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zum elektrischen Anschluß von Solarzellen 1 eines
nicht weiter dargestellten Solarzellenmoduls ersichtlich. Die Dose
weist ein Gehäuse 2 auf,
in der mehrere Bypass-Dioden 3 vorgesehen sind. Die Bypass-Dioden 3 sind
auf einer Platine 4 montiert, die über eine Befestigungseinrichtung 5 in
dem Gehäuse 2 gehalten
ist. Über
die vorliegend beschriebene Dose können mehrere Solarzellen 1 eines
Solarzellenmoduls elektrisch angeschlossen werden, wobei die Bypass-Dioden 3 die
eingangs beschriebene Funktion zur Sicherung des Solarzellenmoduls übernehmen.
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Um
nun die aufgrund der in den Bypass-Dioden 3 umgesetzten
Leistung erzeugte Wärme
effektiv abführen
zu können,
ist mit der Platine 4 eine Verbindungseinrichtung 6 aus
Metall verbunden. Die Verbindungseinrichtung 6 besteht
aus einem gewinkelten Blechbauteil, das in das Gehäuse 2 von
außen her
eingeführt
und mit der Platine 4 mit Schrauben 7 derart verschraubt
ist, daß es zu
einer flächigen
Anlage zwischen der Platine 4 und der Verbindungseinrichtung 6 kommt.
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Der
aus dem Gehäuse 2 herausgeführte Keil der
Verbindungseinrichtung ist abgewinkelt, so daß folgende Installation der
Dose gemäß dem vorliegend
beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung möglich
ist: Der gegenüber
dem aus dem Gehäuse 2 herausgeführten Bereich
abgewinkelte Bereich der Verbindungseinrichtung 6 wird mit
einem metallischen Rahmen 8, der Bestandteil des Solarzellenmoduls
ist, verbunden, um einen gut wärmeleitfähigen Kontakt
herzustellen. Dazu liegt die Verbindungseinrichtung 6 mit
einem Befestigungsbereich 9 flächig an dem Rahmen 8 des
Solarzellenmoduls an und ist mit diesem dort mittels Schrauben 10 fest
verschraubt. Auf diese Weise ergibt sich eine vordefinierte Position
der Dose, an der die Dose auf der Solarzelle l befestigt, z. B.
verklebt wird.
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Insgesamt
wird damit eine derartige Dose erzielt, bei der ohne großen Aufwand,
insbesondere ohne eigene Kühlkörper der
Dose, eine effektive Wärmeableitung
aus dem Gehäuse 2 der
Dose heraus gewährleistet
wird, so daß es
zu keiner Überhitzung
der Dose durch die in den Bypass-Dioden 3 umgesetzte Leistung
kommen kann. Wesentlich ist dafür,
daß die
Dose mit einer eigenen Verbindungseinrichtung 6 versehen
ist, die aus einem gut wärmeleitfähigen Material,
vorliegend nämlich
Metall, besteht und auf einfache Art in ebenfalls gut wärmeleitfähiger Weise
mit einer vorhandenen Einrichtung des Solarzellenmoduls, vorliegend
mit dem metallischen Rahmen 8 des Solarzellenmoduls, verbunden
werden kann.