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Die vorliegende Erfindung betrifft Anschlusselemente zur Anordnung auf Solarmodulen.
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Ein photovoltaisches Solarmodul umfasst typischerweise eine Schichtenanordnung mit einer flächenartigen, bestrahlungsseitigen Seite und einer flächenartigen zweiten Schicht zur rückseitigen Abdeckung der bestrahlungsseitigen Seite. Die einzelnen Solarzellen oder photovoltaischen Schichten im Falle sogenannter Dünnschichtmodule, die durch den fotovoltaischen Effekt elektrische Energie erzeugen, sind zwischen diesen beiden Schichten angeordnet und werden innerhalb der Schichtenanordnung innerhalb der Module untereinander verschaltet. Um die Kontakte der ausserhalb der Module befindlichen Verbindungskabel, mit denen der erzeugte Strom abgeführt wird, mit den Kontakten der aktiven Photovoltaikelemente zu verbinden, sind an den Modulen entsprechende Einrichtungen erforderlich. Solarmodule weisen in der Regel auch mindestens eine Diode auf und auch diese müssen in geeigneter Weise mit den Kontakten der aktiven Photovoltaikelemente verbunden werden. Hierfür ist der in den Modulen vorhandene Platz nicht ausreichend, so dass zusätzlich ein geschütztes Volumen zur Verfügung gestellt werden muss.
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Bisher wurden zur Erreichung dieses Ziels in erster Linie vorkonfigurierte Verbindergehäuse, oft auch als Anschlussdose bezeichnet, eingesetzt. Diese Anschlussdose ist ein in seiner Bedeutung häufig unterschätztes Bauteil des Solarmoduls. Die Anschlussdose muss die elektrische Verbindung zwischen den Modulen sicher herstellen und außerdem die Zellen bzw. photovoltaischen Schichten vor Schäden bewahren. Daher verlangen sowohl Konstruktion als auch Anbringung der Anschlussdosen bzw. Verbindergehäuse besondere Sorgfalt, um angesichts der großen Schwankungen bei Temperatur und Feuchtigkeit Schäden an der Solarzelle oder gar Brände durch Überhitzung zu vermeiden.
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Als Material für die rückseitigen Verbindergehäuse zur Unterbringung der elektrischen Installation eines Solarmoduls werden bislang ausschließlich Kunststoffe in den erhältlichen Solarmodulen eingesetzt. Die entsprechenden Kunststoffgehäuse werden, insbesondere bei der Verwendung von Kunststofffolien als rückseitige Abdeckung der Solarmodule mittels entsprechender Klebeverbindungen auf der Rückseite des Moduls angebracht. Gleiches gilt auch für Solarmodule mit rückseitigen Abdeckungen aus Glas, auf denen die Kunststoff-Verbindergehäuse ebenfalls durch Verklebung aufgebracht werden.
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Die Verbindergehäuse sind im Betrieb einer Photovoltaik-Anlage erheblichen Belastungen ausgesetzt. Diese ergeben sich zum einen aus starken Temperaturschwankungen, die durch die unterschiedliche Witterung, aber auch durch Verschattung oder einen Effekt an einem Solarmodul entstehen können. Ein defektes Solarmodul kann sich sehr stark erhitzen, und im Extremfall kann es zu Bränden kommen.
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Daher ist es außerordentlich wichtig, dass die Verbindergehäuse zum Einen eine dauerhafte mechanische Stabilität aufweisen und zum Anderen die elektrischen Kontakte im Inneren des Gehäuses dauerhaft bspw. vor dem Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen Umwelteinflüssen geschützt sind.
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Diesem insgesamt sehr hohen Anforderungsspektrum können Kunststoff-Anschlussdosen nicht in vollem Umfang gerecht werden. Bislang gibt es jedoch keine Verbindergehäuse für die rückseitige Anbringung auf Solarmodulen aus anderen Materialien. Insbesondere die dauerhafte, dichte und hochtemperaturbeständige Verbindung des Verbindergehäuses mit der rückseitigen Abdeckung hat bislang den Einsatz anderer Materialien verhindert. Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten bei Verbindergehäusen zur rückseitigen Anordnung und Anbringung auf Solarmodulen zu überwinden und entsprechende Verbindergehäuse zur Verfügung zu stellen, die den im Regelbetrieb einer Photovoltaik-Anlage entstehenden hohen Beanspruchungen an mechanische Stabilität, Temperaturbeständigkeit und dauerhafte Dichtigkeit des Gehäuses gerecht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anschlusselemente gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anschlusselemente sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform werden vorgefertigte Anschlusselemente aus Glas eingesetzt, wobei Glas jeglicher Provenienz geeignet ist. Grundsätzlich können also Standard-Fensterglas als auch andere, kostengünstige Gläser für die erfindungsgemäßen Anschlusselemente verwendet werden.
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Die Anbringung der vorkonfigurierten bzw. vorgefertigten Anschlusselemente, in denen gemäß einer Ausführungsform auch die im Regelfall vorhandenen Dioden integriert sein können, auf der, vorzugsweise rückseitigen, Abdeckung der Solarmodule kann in an sich bekannter Weise durch geeignete Klebstoffe erfolgen, d. h. das Anbringen des vorkonfigurierten Anschlusselements kann mittels eines Klebstoffs auf der Rückseite des Solarmoduls angebracht werden. Dies erfolgt in der Regel an der Stelle, an der die elektrischen Anschlüsse der photovoltaischen Schichten bzw. Solarzellen aus dem Modul herausgeführt werden.
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Bei dieser Variante ist darauf zu achten, dass die Festigkeit der Klebstelle und damit die dauerhafte Verbindung der rückseitigen Anschlussdose mit der Rückseite des Solarmoduls den im Regelbetrieb einer Photovoltaik-Anlage auf der Rückseite der Solarmodule unter Umständen auftretenden hohen Temperaturen ohne zu starke Einbuße der Klebefestigkeit Stand hält. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Glasabdeckung des Anschlusselements sich von der Rückseite des Solarmoduls löst und damit die elektrischen Anschlusskontakte unter Umständen den Witterungsbedingungen ohne Schutz ausgesetzt sein können.
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Gemäß einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform umfasst, insbesondere besteht das erfindungsgemäße Anschlusselement aus einer Glasabdeckung. Bei dieser Ausführungsform erfolgt der Anschluss der Kabel und die Unterbringung der Dioden unter getrennten Glasabdeckungen, d. h. es werden keine vorgefertigten Anschlusselemente in eigenen Gehäusen verwendet, sondern es werden in geeigneter Weise auf der der Bestrahlungsseite abgewandten Seite des Moduls an den Stellen, an denen die rückwärtige Seite Durchbrüche zur Durchführung von Elementen zur Kontaktierung der im Innern des Moduls befindlichen Zellen mit auf der Rückseite angebrachten Elementen wie Dioden oder Leitungen zur Abführung des erzeugten Stroms aufweist, Glasabdeckungen aufgebracht. Besonders vorteilhaft kann auf diese Weise eine hohe Zahl solcher Abdeckungen einfach aufgebracht werden, was es ermöglicht, die Zahl der Bauteile (insbesondere die Zahl der Dioden), die in einem einzelnen Anschlusselement untergebracht werden müssen, zu reduzieren. Auf diese Weise kann die thermische Belastung der Anschlusselemente deutlich reduziert werden, die in erster Linie durch die Zahl der im Anschlusselement befindlichen Bauteile bestimmt wird.
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Besonders bevorzugt ist es, für jeden Kabelanschluss bzw. jede Diode eine eigene Glasabdeckung bzw. ein eigenes Anschlusselement vorzusehen.
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Das eingangs geschilderte Überhitzungs- und Brandrisiko ist so deutlich verringert.
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Geeignete Glasabdeckungen lassen sich kostengünstig und automatisiert in großer Stückzahl und in der jeweils erforderlichen Größe herstellen.
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Die Verklebung der Glasabdeckungen mit dem Modul kann in an sich bekannter Weise mit geeigneten Klebstoffen erfolgen, die dem Fachmann an sich bekannt und im Handel erhältlich sind. Besteht die rückseitige Abdeckung des Moduls selbst ebenfalls aus Glas, kann zudem für die Glasabdeckungen bzw. Glaskappen in einer bevorzugten Ausführungsform die gleiche Glasart verwendet werden wie für die Modulabdeckung, was eine grundsätzlich vorteilhafte ”homogene” Verklebung, d. h. eine Verklebung zweier gleichartiger oder sogar identischer Materialien ermöglicht. Grundsätzlich eigenen sich die Klebstoffe, die auch für die Verklebung der aus dem Stand der Technik bekannten vorkonfigurierten Kunststoffdosen verwendet werden. Darüber hinaus eignen sich spezielle Kleber, wie sie für die Verklebung von Glas untereinander dem Fachmann bekannt und in der Literatur verschrieben sind.
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Besonders vorteilhaft erhält jeder Kabelanschluss bzw. jede Diode eine eigene Glasabdeckung, wodurch die Gefahr der Überhitzung oder Entzündung weitgehend ausgeschlossen werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Oberfläche der erfindungsgemäßen Anschlusselemente im Hinblick auf eine verbesserte Wärmeabfuhr gestaltet bzw. maximiert werden, indem beispielsweise durch eine Riffelung die zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert wird.
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Das nach der Kontaktierung im erfindungsgemäßen Anschlusselement verbleibende Volumen wird vorzugsweise mit einer geeigneten Vergussmasse aufgefüllt, um einen zusätzlichen Schutz für die Kontakte zu bieten. Entsprechende Produkte sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich, so dass sich an dieser Stelle detaillierte Ausführungen erübrigen.
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Vorzugsweise werden die Glasabdeckungen der erfindungsgemäßen Anschlusselemente, in denen die Kabelkontakte hergestellt werden, mit einer Zugentlastung für das Kabel ausgestattet. Eine auf das Kabel wirkende Kraft wird dann in die Kappe geleitet und geht auf das Modul über – der Kabelkontakt selbst wird nicht oder nur gering belastet, was die Kontaktsicherheit erhöht. Die Kontaktstelle bleibt weitgehend kraftfrei und der elektrische Kontakt wird dauerhaft gewährleistet.
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Zur Herausführung der elektrischen Verbindungen aus den erfindungsgemäßen Anschlusselementen können darin, z. B. in deren Glasabdeckungen entsprechende Auslässe bzw. Bohrungen vorgesehen werden. Auch hier wirkt sich die Verwendung des Materials Glas vorteilhaft aus, da der Querschnitt dieser Bohrungen sich auch bei thermischen Veränderungen bzw. thermischen Belastungen der Abdeckung der Verbindergehäuse bzw. Anschlusselemente nicht verändert und insoweit die Gefahr von Abquetschungen oder ähnlichen Prozessen ebenfalls deutlich verringert ist.
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Grundsätzlich können die Glasabdeckungen der erfindungsgemäßen Anschlusselemente auch in anderer Weise als durch Verklebung mit dem Solarmodul verbunden werden. Hier sind prinzipiell auch Schraubgewinde oder andere Arten der Befestigung geeignet, wobei in jedem Fall die dauerhafte Beständigkeit der Verbindung gegenüber Witterungseinflüssen sicherzustellen ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Solarmodule mit mindestens einem erfindungsgemäßen Anschlusselement, vorzugsweise mit Anschlusselementen, umfassend bzw. in der Form von Glasabdeckungen. Besonders bevorzugt sind Solarmodule mit jeweils einem erfindungsgemäßen Anschlusselement für jeden Kabelanschluss oder jede Diode.
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Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente für die, insbesondere rückseitige, Anbringung auf Solarmodulen eignen sich prinzipiell für jede Art im Handel befindlicher gängiger Solarmodule. Entsprechende Module sind dem Fachmann an sich bekannt und in der Literatur beschrieben, so dass sich hier nähere Angaben diesbezüglich erübrigen.
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Auch die Anordnung der elektrischen Verbindungen innerhalb der erfindungsgemäßen Anschlusselemente unterliegt keiner besonderen Beschränkung, so dass auch hier völlige Gestaltungsfreiheit gegeben ist. Besonders vorteilhaft wird, wie bereits erwähnt, für jeden elektrischen Kontakt bzw. jede Diode ein eigenes Anschlusselement bereitgestellt. In diesem Fall besteht das erfindungsgemäße Anschlusselement vorzugsweise praktisch ausschließlich aus der Glasabdeckung, da im Innern keine vorkonfigurierte Anordnung mehrerer Bauteile erforderlich ist. Somit erübrigt sich auch ein geschlossenes Gehäuse für das Anschlusselement, da die Glasabdeckung dort auf dem Solarmodul angebracht werden kann, wo Durchführungen ins Innere des Solarmoduls vorliegen. Bei dieser Variante wird somit mit den erfindungsgemäßen Anschlusselementen eine Abdichtung der Moduldurchführungen erreicht.
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Im Vergleich zu den bislang bei der Herstellung von Solarmodulen eingesetzten Verbindergehäusen aus Kunststoff zeigen die erfindungsgemäßen Anschlusselemente aus Glas eine verbesserte Temperaturbeständigkeit, eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen wie auch eine Verbesserung des Verhaltens im Brandfall, da insbesondere auch keine Emissionen wie beim Verbrennen von Kunststoffen zu befürchten sind. Durch die einfache Gestaltung der Anschlusselemente können eine Vielzahl pro Modul eingesetzt werden, was die Zahl der Bauteile pro Anschlusselement im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verbindergehäusen verringert. Damit weisen Solarmodule mit den erfindungsgemäßen Anschlusselementen deutlich bessere sicherheitstechnische und anwendungstechnische Eigenschaften für die photovoltaische Stromerzeugung auf.
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Wenngleich vorangehend hauptsächlich auf die rückseitige Anbringung der erfindungsgemäßen Anschlusselemente abgestellt wird, sind selbstverständlich auch solche Ausführungsformen vorstellbar und mit umfasst, bei denen diese Anschlusselemente auf der Vorderseite und/oder an bzw. auf dem Rand des Solarmoduls angebracht sind.
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Die in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln aus auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.