DE3111969A1

DE3111969A1 - Anordnung zum wahlweisen vervielfachen der strom- und/oder der spannungswerte von solarzellen-flachgeneratoren

Info

Publication number: DE3111969A1
Application number: DE19813111969
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.rer.nat. 8012 Ottobrunn Plättner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1982-10-07

Description

Anordnung zum wahlweisen Vervielfachen der Strom-
und/oder der Spannungswerte von Solarzellen-Flachgeneratoren.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Anordnung zum wahlweisen Vervielfachen der Strom- und/oder der Spannungswerte von Solarzellen-Flachgeneratoren durch Serien- und/oder Parallelschaltung von Solarzellenmoduln gleichen Bautyps.
Mit der gegenwärtigen Entwicklung von Billig-Solarzellen, insbesondere aus Silizium, werden kleine Solarzellen-Module interessant, welche für die verschiedensten Anwendungen, z. B. für Kleingeräte, einsetzbar sind. Zur Verringerung der Typenvielfalt ist es dabei wünschenswert, kleine Module mit einer Modulspannung Un von 1 V oder 1,5 V zu benutzen, die entsprechend der benötigten Gesamtspannung in Serie geschaltet werden. Auch die benötigte Stromstärke kann durch Parallelschaltung solcher Module erreicht werden. Solche aus mehreren Modulen bestehenden Solarzellen-Flachgeneratoren oder Solarpaneele können auch zur Energienutzung für Fassaden- und Dachverkleidungen verwendet werden.
Anwendungen in Gebrauchs geräten und Anlagen sind in einem Sonderdruck aus ~Elektronik", 27. Jahrgang, Nr. 7/1978 (Franzis-Verlag, München) ausfUhrlich beschrieben.
Bislang hat man den Aufbau von Solarzellengeneratoren durch Zusammenschalten mehrerer Solarzellenmoduln durch eine zusätzliche Verkabelung bewerkstelligt, wobei man die Kontaktierung der einzelnen Solarzellenanordnungen in einem Modul in einen Plus- und einen Minuskontakt zusammengeführt hat und dann zwischen den Kontakten der einzelnen Module Kabelverbindungen angebracht hat (siehe auch Bild 16 aus dem oben zitierten Sonderdruck der Elektronik). Die Art dieser Kontaktierung ist bei einem Solarzellen-Flachgenerator sehr aufwendig und für die variable Abstufung von Strom- und Spannungswerten schlecht geeignet.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb in der Schaffung einer Anordnung, mit der es möglich ist, a) Solarzellenmodule mit nur einem Bautyp in einer einfachen und kostengünstigen Serien- und Parallelschaltung miteinander zu verbinden und b) einen variablen, auf den jeweiligen Verwendungszweck angepaßten Aufbau der Module zu einem Array (Solargenerator) schnell zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, welche gekennzeichnet ist durch im Modulkörper aus Kunststoff an gegenüberliegenden Seiten eines jeden Moduls angebrachte, durch den Körper durchgehende, mit den Kontaktbahnen der Solarzellenanordnung verbundene Plus- bzw. Minuskontaktbuchsen aus Metall und an die Buchsen angepaßte Steckverbindungen aus leitendem oder isolierendem Material. Dabei werden zur Stromerhöhung die Plus- und die Minuskontaktbuchsen jeden Moduls in gleicher Orientierung mit Steckverbindungen aus Metall untereinander verbunden, so daß mehrere Stromzweige entstehen. Der durch diese Parallelschaltung fließende Gesamtstrom I ist dann die Summe der Teilströme In durch die Zweige, während die Spannung bei den n-gleichen Stromquellen konstant bleibt. Zur Spannungserhöhung werden die Plus- und die Minuskontaktbuchsen eines jeden Moduls in abwechselnd unterschiedlisksr: Orlentierung mit Steckverbindur»n aus Metall und mit Steckverbindungen aus Kunststoff untereinander verbunden, so daß eine æwischen der ersten Eingangsklemme und der letzten Ausgangsklemme vorhandene Spannung U den Strom I durch alle Elemente treibt. Bei dieser Serienschaltung addiert sich die Spannung Un; der Strom bleibt konstant.
Durch das der Erfindung zugrundeliegende kabellose Zusammenschalten von Solarzellenmodulen zu einem Array ist es möglich, durch Kombination von Serien- und Parallelschaltungen praktisch unbegrenzte Strom- und Spannungsabstufungen für jeden gewünschten Anwendungsbereich zu erhalten. Dabei wird von nur einem Bautyp eines Solarzellenmoduls ausgegangen.
Weitere Einzelheiten sind nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 bis 5 noch näher erläutert. Dabei zeigt die Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen Solarzellenmodul mit Kontaktbuchsen und Kontaktsteckern, die Figur 2 eine Parallelschaltung der Module, die Figur 3 eine Serienschaltung der Module und die Figuren 4 und 5 Modulanordnungen, welche sowohl zur Spannungs- als auch zur Stromerhöhung verwendet werden können.
Für gleiche Teile sind in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.
Das in Figur 1 dargestellte Solarzellenmodul 2 besteht aus drei Solarzellenanordnungen 3, 4, 5 aus Silizium, welche in einem rabmenförmigen Modulkörper 6 aus einem Spritzguß-Plastikteil eingebettet sind. Die Solarzellenanordnungen 3, 4, 5 sind an ihrer Oberfläche mit einer Glasabdeckung 7 versehen, die den Modulkörper 6 nach oben hin abschließt. Untereinander sind die Solarzellenanordnungen 3, 4, 5 durch interne Verdrahtungen 8 elektrisch leitend miteinander verbunden. Diese Verdrahtungen 8 werden im Modul (3, 4, 5) zu den entsprechenden Plus- bzw. Minuskontakt 9 und 10 geführt, welche jeweils an den beiden Schmalseiten des Modulrahmens 6 herausgeführt sind. Die Plus- und Minuskontakte 9 und 10 werden jeweils mit dem unterhalb der Solarzellenanordnungen 3, 4, 5 im Modulrabmen 6 angeordneten Plus-' und Minuskontaktbuchsen 11 und 12 verbunden, welche durch den Rahmen 6 nach außen geführt sind und aus einem gut leitenden Metall bestehen. In diese Buchsen 11, 12 werden dann die jeweiligen Steckverbindungen aus Metall 13 oder aus Kunststoff 14 eingebracht, wobei mit einer Steckverbindung (13 oder 14) jeweils zwei Buchsen (11 oder 12) zweier Module 2, 20 bestückt werden.
Es besteht nun die Möglichkeit, wie in Figur 2 ausgeführt ist, die Module 2, 20, 21, 22, 23 zur Stromerhohung in gleicher Orientierung aneinander zu stecken. Dabei sind sowohl die Plus- als auch die Minuskontakte elektrisch leitend miteinander verbunden (Parallelschaltung).
Mit den gleichen Modulen 2, 20, 21, 22, 23 kann jedoch auch eine Spannungserhöhung erreicht werden, in dem sie, wie in Figur 3 dargestellt ist, in abwechselnd unterschiedlicher Orientierung aneinander gesteckt werden. In diesem Fall werden die Steckbuchsen (11, 12) nur jeweils einseitig leitend bestückt (Serienschaltung). Die restlichen Steckverbindungen können zur Erhöhung der Stabilität der gesteckten Einheit mit nicht leitenden Plastiksteckern 14 versehen werden.
Durch Kombination beider Anordnungsarten (Figur 2 und Figur 3) für die Module 2, 20, 21, 22, 23 .... können, wie in Figur 4 und 5 dargestellt ist, beliebige Faktoren der Strom- und Spannungs erhöhung eingestellt werden. So zeigt die Figur 4 eine Schaltung, bei der zweimal die Spannung Un und viermal der Strom In vervielfach ist, während bei der Schaltung in Figur 5 dreimal die Spannungswerte Un und dreimal die Stromwerte In vervielfacht sind.
7 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansprüche .

Anordnung zum wahlweisen Vervielfachen der Strom-und/oder der Spannungswerte von Solarzellen-Flachgeneratoren (2, 20, 21, 22 ....) durch Serien- und/oder Parallelschaltung von Solarzellenmoduln (2) gleichen Bautyps, g ek e n n z e i c h n e t d u r c h im Modulkörper (6) aus Kunststoff an gegenüberliegenden Seiten eines Jeden Moduls (2) angebrachte, durch den Kdrper (6) durchgehende, mit den Kontaktbahnen (9, 10) der Solarzellenanordnung (3, 4, 5) verbundene Plus- bzw.

Minuskontaktbuchsen (11, 12) aus Metall und an die Buchsen (11, 12) angepaßte Steckverbindungen (13, 14) aus leitendem oder isolierendem Material.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Stromerhöhung die Plus- und die Ninuskontaktbuchaen (11, 12) eines jeden Moduls (2, 20, 21, 22 ....) in gleicher Orientierung mit Steckverbindungen (13) aus Metall untereinander verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Spannungserhöhung die Plus- und die Minuskontaktbuchsen (11, 12) eines jeden Moduls (2, 20, 21, 22 ....) in abwechselnd unterschiedlicher Orientierung mit Steckverbindungen (13) aus Metall und mit Steckverbindungen (14) aus Kunststoff untereinander verbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß aie nicht für die Funktion der Schaltung dienenden Kontaktbuchsen zur Erhöhung der Stabilität der Anordnung mit Steckverbindungen (14) aus isolierendem Material, z. B. aus Kunststoff versehen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erhöhung der Strom- und der Spannungswerte eines Solarzellengenerators (2, 20, 21, 22 ....) sowohl in den in gleicher als auch in abwechselnd unterschiedlicher Orientierung angeordneten Module (2, 20 ....) Je nach Maßgabe der gewünschten Strom- und Spannungserhohung Steckverbindungen aus Metall (13) und aus Kunststoff (14) in die Kontaktbuchsen (11, 12) eingebracht sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mödulkörper (6) aus einem Spritzgiiß-Kunststoffteil besteht.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stecker (13, 14) für die Steckverbindungen an ihren beiden Enden mit Schlitzen versehen sind.