專利名稱：太陽(yáng)能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的光伏太陽(yáng)能模塊。
背景技術(shù)：
光伏太陽(yáng)能電池從一定的光輻射強(qiáng)度開(kāi)始提供電流，該電流隨著輻射強(qiáng)度提高。 從微小的輻射強(qiáng)度開(kāi)始已經(jīng)在太陽(yáng)能電池上產(chǎn)生電壓。電流以常見(jiàn)方式通過(guò)接線盒的電流接頭取出。太陽(yáng)能電池的短路電流以及相關(guān)地太陽(yáng)能模塊的短路電流只略高于(約5%) 在相應(yīng)的輻射時(shí)提供的額定電流。太陽(yáng)能模塊由多個(gè)串聯(lián)的光伏太陽(yáng)能電池組成。太陽(yáng)能模塊一般在他這邊串聯(lián)成太陽(yáng)能鏈，用于在逆變器上提供足夠高的電壓(必要時(shí)直到 1000V)。由于安全的原因太陽(yáng)能鏈到逆變器的連接通過(guò)直流電壓斷路開(kāi)關(guān)分開(kāi)。為了提高功率可以將多個(gè)太陽(yáng)能鏈并聯(lián)地或者通過(guò)獨(dú)立的輸入端在中間連接相應(yīng)的直流電壓斷路開(kāi)關(guān)的條件下與逆變器連接。但是該或這些直流電壓斷路開(kāi)關(guān)不會(huì)在裝配太陽(yáng)能設(shè)備時(shí)、 在維護(hù)或修理工作時(shí)、在故障時(shí)或者在相應(yīng)的輻射期間燃燒時(shí)使各太陽(yáng)能模塊無(wú)電壓，而是始終在其電流接頭上具有空載電壓，由此在太陽(yáng)能設(shè)備中出現(xiàn)危險(xiǎn)的接觸電壓。按照文獻(xiàn)DE 10 2006 034 223 Al太陽(yáng)能模塊包括橋接這些串聯(lián)的太陽(yáng)能電池的旁路二極管。該旁路二極管在太陽(yáng)輻射時(shí)、即在太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生電流時(shí)在截止方向上極化并由此不影響太陽(yáng)能電池的功能。如果太陽(yáng)能模塊在太陽(yáng)能鏈內(nèi)部暫時(shí)無(wú)效，尤其由于陰影遮蔽，則這個(gè)現(xiàn)在無(wú)電流的太陽(yáng)能模塊不再產(chǎn)生電壓，并且旁路二極管承載太陽(yáng)能鏈內(nèi)部其余太陽(yáng)能模塊的鏈電流。陰影遮蔽的太陽(yáng)能模塊免受過(guò)熱損壞，并且保留太陽(yáng)能鏈的功能。在一個(gè)太陽(yáng)能模塊損壞的情況下旁路二極管以類似的方式工作，并且保留其余太陽(yáng)能鏈的功能性。按照文獻(xiàn)DE 10 2006 026 661 Al在太陽(yáng)能模塊被陰影遮蔽或損壞的情況下通過(guò)以下方式降低該太陽(yáng)能模塊的損失功率代替旁路二極管設(shè)有一個(gè)具有低導(dǎo)通電壓的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，它通過(guò)控制電子裝置在太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生電流的情況下被截止，否則低歐姆地接通。缺陷是，控制電子裝置耗電，由此減小由太陽(yáng)能模塊提供的電流。此外在這里也不存在接觸電壓保護(hù)。DE 10 2005 017 835 B3公開(kāi)了一種具有熱開(kāi)關(guān)元件的光伏發(fā)電機(jī)，該熱開(kāi)關(guān)元件在動(dòng)作時(shí)使模塊連接極或鏈連接極或所連接的逆變器短接。DE 10 2005 018 173 B3公開(kāi)了一種用于可靠地中斷光伏設(shè)備運(yùn)行的開(kāi)關(guān)裝置， 其中該開(kāi)關(guān)裝置具有保護(hù)裝置，它可以通過(guò)控制線路將發(fā)電機(jī)場(chǎng)接通到低能量的工作點(diǎn)。 在此與控制功率相關(guān)的觸發(fā)裝置遠(yuǎn)離保護(hù)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是盡可能免受接觸電壓。由開(kāi)頭所述類型的太陽(yáng)能模塊出發(fā)，該目的按照本發(fā)明通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)，而由從屬權(quán)利要求取得本發(fā)明的有利改進(jìn)方案。
通過(guò)一個(gè)與串聯(lián)的太陽(yáng)能電池并聯(lián)設(shè)置的機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)起到的作用是，在需要時(shí)或者在有害情況下使該列太陽(yáng)能電池短路，由此在太陽(yáng)能模塊的電流接頭上不再有電壓。 為此使開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)以下面的方式與響應(yīng)壓力的致動(dòng)器連接一方面當(dāng)壓力致動(dòng)器上控制壓力低或沒(méi)有控制壓力時(shí)一個(gè)彈簧元件引起開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的閉合并由此通過(guò)太陽(yáng)能電池的短路將太陽(yáng)能模塊轉(zhuǎn)移到保護(hù)狀態(tài)中。另一方面當(dāng)壓力致動(dòng)器的控制壓力提高時(shí)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)被打開(kāi)并且太陽(yáng)能模塊被轉(zhuǎn)移到有效狀態(tài)中。由壓力致動(dòng)器、彈簧元件和開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)組成的組合起到常閉觸點(diǎn)的作用，因?yàn)樵跊](méi)有壓力控制時(shí)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合。該太陽(yáng)能模塊配備用于控制壓力線路的控制接頭。開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、致動(dòng)器和控制接頭有利地與電流接頭一起安置在太陽(yáng)能模塊的接線盒中?？刂茐毫梢砸猿Ｒ?jiàn)的方式通過(guò)氣態(tài)或液態(tài)的壓力介質(zhì)由對(duì)于整個(gè)太陽(yáng)能設(shè)備足夠的壓力源一例如由在可能需要時(shí)可再充滿的蓄壓器、由僅僅補(bǔ)償壓力降的壓縮機(jī)或由供水網(wǎng)一提供。對(duì)于保持開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)在打開(kāi)狀態(tài)和在閉合狀態(tài)中無(wú)需或無(wú)需值得一提的電能。在處理按照本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊時(shí)，例如在打開(kāi)包裝時(shí)或在連接時(shí)，由于沒(méi)有控制壓力，太陽(yáng)能模塊通過(guò)由彈簧元件強(qiáng)制地閉合的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)被短路并由此保持無(wú)電壓。在維護(hù)或修理工作時(shí)通過(guò)有意識(shí)地?cái)嚅_(kāi)控制壓力使壓力致動(dòng)器無(wú)效并由此通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)使太陽(yáng)能模塊轉(zhuǎn)移到無(wú)電壓的保護(hù)狀態(tài)中。在有害的影響作用于用按照本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊構(gòu)造的太陽(yáng)能設(shè)備上的情況下，例如在著火或局部損壞的情況下，通過(guò)降低或失去控制壓力使壓力致動(dòng)器同樣過(guò)渡到無(wú)源的狀態(tài)，這也引起免受接觸電壓的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合。本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案在于，這樣地配設(shè)用于控制壓力線路的控制接頭， 例如以T接頭件的形式，該控制接頭以簡(jiǎn)單的方式允許在需要時(shí)與太陽(yáng)能鏈的其它太陽(yáng)能模塊連接。通過(guò)控制壓力線路可以使控制器或一個(gè)適用于所使用的壓力介質(zhì)的緊急開(kāi)關(guān)與太陽(yáng)能鏈連接。本發(fā)明的另一有利改進(jìn)方案在于，設(shè)有一個(gè)由手操縱的操作元件，通過(guò)該操作元件使通過(guò)開(kāi)關(guān)元件短路的該列太陽(yáng)能電池一例如為了測(cè)試一有意識(shí)地接通并再斷開(kāi)。對(duì)于確定地打開(kāi)和閉合開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)有利的是，該開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)構(gòu)造為躍動(dòng)觸點(diǎn) (Sprungkontakt)0一個(gè)適宜的改進(jìn)方案在于，與串聯(lián)成列的太陽(yáng)能電池并聯(lián)地設(shè)置有一個(gè)電壓監(jiān)控裝置，該電壓監(jiān)控裝置在顯著超過(guò)太陽(yáng)能模塊的空載電壓時(shí)通過(guò)閥接收壓力致動(dòng)器的控制壓力并由此引起太陽(yáng)能電池短路。通過(guò)這個(gè)改進(jìn)方案在錯(cuò)極時(shí)或在太陽(yáng)能模塊被陰影遮蔽時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，這例如可以節(jié)省旁路二極管。通過(guò)使用兩路閥可以僅僅從相關(guān)的太陽(yáng)能模塊去掉控制壓力并且其余繼續(xù)導(dǎo)引到其它的與這個(gè)太陽(yáng)能模塊連接的太陽(yáng)能模塊上。適宜地將電壓監(jiān)控裝置和閥安置在太陽(yáng)能模塊的接線盒中。為了該列太陽(yáng)能電池更快地短路，有利的是由電壓監(jiān)控裝置控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件、例如晶閘管或功率MOSFET與開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)并聯(lián)地設(shè)置。在由電壓監(jiān)控裝置檢測(cè)到電壓超出時(shí)非常迅速地通過(guò)導(dǎo)通的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的短路。在由于機(jī)械慣性延遲地閉合開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)以后，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件被橋接并且被再斷開(kāi)。因此半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件可以只對(duì)于機(jī)械的壓力致動(dòng)器和開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間接通和承載短路電流。適宜地將半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件安置在太陽(yáng)能模塊的接線盒中。


由下面的借助于附圖解釋的實(shí)施例給出本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中圖1示出按照本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊的開(kāi)關(guān)裝置。
具體實(shí)施例方式該太陽(yáng)能模塊包括多個(gè)串聯(lián)成列的光伏太陽(yáng)能電池1。通過(guò)電流接頭+Pol和-Pol 在輻射時(shí)產(chǎn)生電壓并且可以取出產(chǎn)生的太陽(yáng)能電流。電流接頭+Pol和-Pol安置在與太陽(yáng)能模塊連接的接線盒9中。如果多個(gè)太陽(yáng)能模塊連接成太陽(yáng)能鏈，則這些太陽(yáng)能模塊的電流接頭+Pol和-Pol串聯(lián)。串聯(lián)成列的太陽(yáng)能電池1通過(guò)旁路二極管2橋接。如果太陽(yáng)能模塊提供電流，則旁路二極管2通過(guò)在太陽(yáng)能電池1上產(chǎn)生的電壓截止。如果該列太陽(yáng)能電池1尤其由于陰影遮蔽沒(méi)有形成電壓，則旁路二極管2電流導(dǎo)通，由此使由同一太陽(yáng)能鏈的其它太陽(yáng)能模塊提供的電流在保護(hù)太陽(yáng)能電池1的情況下由旁路二極管2承擔(dān)。所述太陽(yáng)能模塊1配備安置在接線盒9中的用于壓力介質(zhì)的控制接頭，該控制接頭在這種情況下包括控制線路輸入端Pin和與該控制線路輸入端通過(guò)內(nèi)部線路直接連接的控制線路輸出端Pout。如果多個(gè)太陽(yáng)能模塊連接成太陽(yáng)能鏈，則這些太陽(yáng)能模塊的控制線路接頭Pin和Pout利用常見(jiàn)的壓力線路和連接體串聯(lián)。作為壓力介質(zhì)在本示例中設(shè)有空氣，其壓力由外部的蓄壓器通過(guò)外部的控制閥提供。蓄壓器中的適當(dāng)壓力在下降時(shí)由小型壓縮機(jī)提供，如同在自動(dòng)血壓測(cè)量?jī)x器中類似已知的那樣。在接線盒9內(nèi)部該控制線路輸入端Pin在中間連接閥5的條件下與測(cè)壓器形式的壓力致動(dòng)器4的氣缸連接。在壓力致動(dòng)器4中安置彈簧10，該彈簧元件在與壓力介質(zhì)作用方向相反的方向上加載壓力致動(dòng)器4 的壓力活塞。與串聯(lián)的太陽(yáng)能電池1并聯(lián)地在接線盒9中設(shè)置一個(gè)構(gòu)造為躍動(dòng)觸點(diǎn)的機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3。該開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3與壓力致動(dòng)器4的壓力活塞連接。在低的或沒(méi)有控制壓力時(shí)通過(guò)彈簧元件10的作用閉合開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3并且沒(méi)有能耗地保持閉合。如果壓力致動(dòng)器4被足夠的控制壓力加載，則開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3在克服彈簧元件10的力作用的條件下打開(kāi)并且沒(méi)有能耗地保持打開(kāi)?？捎墒植倏v的操作元件8設(shè)置在接線盒9中并且作用于壓力致動(dòng)器4的壓力活塞上。通過(guò)操作元件8為了測(cè)試可以暫時(shí)有意識(shí)地打開(kāi)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3。在接線盒9內(nèi)部還安置一個(gè)用于電壓監(jiān)控裝置7的開(kāi)關(guān)裝置以及一個(gè)功率-MOSFET形式的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6，它們兩個(gè)與該列太陽(yáng)能電池1并聯(lián)地設(shè)置。電壓監(jiān)控裝置7通過(guò)其輸出端可控地與上述的閥5和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6連接。閥5在電壓監(jiān)控裝置 7沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)以及在無(wú)能源的狀態(tài)使控制線路輸入端Pin與壓力致動(dòng)器4連接。如果電壓監(jiān)控裝置7檢測(cè)到?jīng)]有過(guò)電壓，則它不給出控制信號(hào)到閥5和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。在這種情況下半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6是打開(kāi)的并且壓力致動(dòng)器4可以通過(guò)控制線路輸入端Pin被壓力介質(zhì)控制。在顯著超過(guò)由該列太陽(yáng)能電池1形成的空載電壓時(shí)-例如由于太陽(yáng)能模塊的錯(cuò)極裝配、但是也包括在陰影遮蔽太陽(yáng)能模塊期間在省去或由于有缺陷地分開(kāi)旁路二極管2 時(shí)-電壓監(jiān)控裝置7給出控制信號(hào)。由此在最短的時(shí)間內(nèi)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6閉合并由此使該列太陽(yáng)能電池1低歐姆地橋接。此外通過(guò)由于隱含的機(jī)械慣性引起的延遲利用閥5由壓力致動(dòng)器4接收在所示情況下通過(guò)控制線路輸入端Pin產(chǎn)生的控制壓力并且閉合開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3，它不僅使該列太陽(yáng)能電池1而且使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6短路，這導(dǎo)致半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6打開(kāi)。因此半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件7只對(duì)于閥5、壓力致動(dòng)器5和開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3組合的響應(yīng)時(shí)間接通和承載短路電流，而開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3必需持續(xù)地承載這個(gè)電流。使用兩路閥作為閥5能夠僅僅從這個(gè)太陽(yáng)能模塊去掉控制壓力并且其余通過(guò)控制線路輸出端Pout繼續(xù)導(dǎo)引到其它與這個(gè)太陽(yáng)能模塊連接的太陽(yáng)能模塊。在未安裝的狀態(tài)中，按照本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊不與控制壓力線路連接，由于沒(méi)有控制壓力使開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3強(qiáng)制閉合。由此使該列太陽(yáng)能電池1短路并且沒(méi)有電壓。在維護(hù)或修理工作時(shí)通過(guò)斷開(kāi)外部位置上的控制壓力實(shí)現(xiàn)相同的效果。在有害地作用于通過(guò)按照本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊構(gòu)造的太陽(yáng)能設(shè)備上的情況下，通過(guò)降低或失去控制壓力使壓力致動(dòng)器 4同樣過(guò)渡到無(wú)源狀態(tài)中，這也起到防止接觸電壓的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3閉合的作用。由后一種情況可以看出，對(duì)于控制壓力的大小應(yīng)該正好選擇對(duì)于打開(kāi)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3還足夠可靠的參數(shù)，用于在有害情況下足夠快速地降低控制壓力。本發(fā)明不局限于上述的實(shí)施例。因此也可以使按照本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊以液體壓力介質(zhì)運(yùn)行。彈簧元件10無(wú)需是壓力致動(dòng)器4的組成部分，而且可以直接與開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)3連接或者是其組成部分。作為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6也可以是作用相同的元件，例如晶閘管，或者使用作用相同的開(kāi)關(guān)裝置。除太陽(yáng)能電池1外所有對(duì)于本發(fā)明所需的組成部分在接線盒9 中的布置盡管是適宜的，但是不是強(qiáng)制必需的。此外本發(fā)明的基本保護(hù)效果也可以在去掉半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件6的條件下并且也在附加地去掉電壓監(jiān)控裝置7和閥5的情況下實(shí)現(xiàn)。附圖標(biāo)記清單
1太陽(yáng)能電池
2旁路二極管
3開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)
4致動(dòng)器
5閥
6半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件
7電壓監(jiān)控裝置
8操作元件
9接線盒
10彈簧元件
+Pol正電流接頭
=Pol負(fù)電流接頭
Pin控制線路輸入端
Pout控制線路輸出端
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能模塊，包括多個(gè)串聯(lián)成列的光伏太陽(yáng)能電池(1)，電流接頭(+Pol，-Pol)，用于取出所產(chǎn)生的太陽(yáng)能電流以及用于在需要時(shí)與另外的太陽(yáng)能模塊串聯(lián)連接，和在需要時(shí)一橋接該列太陽(yáng)能電池(1)的旁路二極管O)，該旁路二極管在太陽(yáng)能模塊提供電流的狀態(tài)中截止并且在其它情況中導(dǎo)通電流，其特征在于，一機(jī)械的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)與串聯(lián)成列的太陽(yáng)能電池(1)并聯(lián)地設(shè)置，一壓力致動(dòng)器(4)與所述開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)C3)連接，其中，當(dāng)所述壓力致動(dòng)器(4)上的控制壓力低或缺少控制壓力時(shí)所述開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)通過(guò)彈簧元件(10)的作用閉合并且當(dāng)所述壓力致動(dòng)器(4)上的控制壓力提高時(shí)所述開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)反作用于所述彈簧元件(10)的作用打開(kāi)，和所述壓力致動(dòng)器(4)與用于控制壓力線路的控制接頭(Pin，Pout)連接。
2.如上述權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能模塊，其特征在于，所述控制接頭(Pin，P0ut)構(gòu)造成用于在需要時(shí)與另外的太陽(yáng)能模塊連接。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能模塊，其特征在于，一用于手動(dòng)打開(kāi)的操作元件(8)與所述開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)附加地作用連接。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能模塊，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)構(gòu)造為躍動(dòng)觸點(diǎn)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能模塊，其特征在于，與串聯(lián)成列的太陽(yáng)能電池(1)并聯(lián)地設(shè)置有一電壓監(jiān)控裝置(7)，所述電壓監(jiān)控裝置在該列太陽(yáng)能電池(1)的空載電壓被顯著超過(guò)時(shí)利用閥( 從所述壓力致動(dòng)器(4)接收控制壓力。
6.如上述權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能模塊，其特征在于，與所述開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)并聯(lián)地設(shè)置有一被所述電壓監(jiān)控裝置(7)控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能模塊，具有多個(gè)串聯(lián)成列的光伏太陽(yáng)能電池(1)。要解決的問(wèn)題在于免受接觸電壓。為此一個(gè)機(jī)械的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)與串聯(lián)成列的太陽(yáng)能電池(1)并聯(lián)地設(shè)置。一個(gè)壓力致動(dòng)器(4)與開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)連接，其中在低的或沒(méi)有控制壓力作用于壓力致動(dòng)器(4)上時(shí)通過(guò)彈簧元件(10)的作用閉合開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)并且在提高的控制壓力作用于壓力致動(dòng)器(4)上時(shí)反作用于彈簧元件(10)的作用打開(kāi)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)(3)。所述壓力致動(dòng)器(4)與用于控制壓力線路的控制接頭(Pin，Pout)連接。
文檔編號(hào)H02H5/00GK102217078SQ200980145714
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
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