用于光伏模块的框架的制作方法

1.本发明涉及一种用于光伏模块的框架以及电力电子设备在此框架中的整合。


背景技术：

2.根据现有技术的光伏模块(100)由以单晶硅制成的太阳能电池(101)构成，其通常层压在玻璃板(102)与背板箔(103)之间或者借助两块层压箔(104)层叠在两块玻璃板之间。该层结构，即背板箔/层压箔/太阳能电池/层压箔/玻璃，称为层压件。
3.如图1所示，光伏模块通常用铝框(104)来框架化，以确保机械稳定性并且附接安装夹。图2示出了这种框架轮廓(104)的横截面，以及在光伏模块的4个角落处两个框架轮廓利用所谓的连接骨架(201)的连接。框架轮廓被压在层压件的边缘上，并且通常利用硅酮或密封带密封。
4.光伏模块具有应用于背板或背玻璃的背面的连接座(105)。术语“连接座”可包括本专利说明书中的各种元件。根据现有技术，连接座包括通常由塑料制成的壳体。其进一步包括接触垫或接触端子，焊带从光伏模块的内部通过焊接或借助夹紧，导电性地连接到该接触垫或接触端子。此外，连接座通常包含三个所谓的旁路二极管，其并联连接至光伏模块内特定数量的太阳能电池。连接座通常具有两根带连接插头的连接电缆。
5.在下文中，术语“连接座”使用方式为，使得单个或所有这些元件能够被囊括。例如，不带有旁路二极管的连接座是能够想象到的，或者带连接插头的连接座也直接附接到不带有电缆的连接座的壳体。
6.在光伏模块的生产过程中，与太阳能电池互连的焊带必须通过后侧层压箔和背板箔费力地从层压件中取出。为此，箔必须被割成长条然后焊带必须被拉出。此工序几乎全部人工完成，因为自动化将会非常昂贵。如图3所示，通过模块边缘一侧给料焊带(301)会变得更容易。特别是在玻璃/玻璃模块的情况下，横向给料-通过比给料-通过模块背部更简单且更低廉，因为后者必须以巨大费用钻孔。在所谓两面模块的情况下，其具有透明模块和电池背板并由此实现太阳能电池从背板接受照射，连接座特别阻碍，因为它从后遮挡在单独的太阳能电池上，并由此导致总串电流降低。如上所述，连接座通常具有两根带插头的连接电缆。为了互连模块，一个模块的插头连接到相邻模块的插头。电缆通常悬空并且利用夹或电缆扎带来固定，以防止它们摩擦子结构或顶部并且损坏电缆绝缘。然而在实践中，难以完全避免电缆下垂，因为在组装时难以接触到电缆，特别是当其安装在顶部时——并且仅具有少量固定点。电缆布线系统将会是可取的，其中电缆能够轻易接触到并且永久受保护。
7.另一问题是，在安装期间，非常容易忘记将一个模块的电缆连接到相邻模块的电缆。在安装模块之后，非常难以检查所有模块是否已经实际上彼此连接。
8.可取的是，具有这样的系统，其组装之后实现了互连的简单控制。
9.除连接座以外，光伏模块还能够装备有用于模块电子设备的电子电路，其实现更佳的光伏模块优化和监控。这些电路可以例如是所谓的优化器或微逆变器。出于热和机械理由，有利的是将这种电子电路集成到模块框架中。一种框架集成微逆变器由
wo2018162532a1专利说明书可知。
10.如果电子电路集成到标准框架中，电缆布线的相同问题会与连接座的问题一同出现。另外，替换有缺陷设备是耗时的，因为模块框架内侧难以接触到。
11.模块电子设备的更高可接触性将会是可取的。


技术实现要素：

12.本发明的目的是研制一种模块框架，连接座或模块电子设备能够以轻易可接触的方式整合到其中，并且其能够充当电缆布线系统。
13.本发明实现本目的是通过带有以下轮廓的模块框架(401)，其至少部分对外开放，并由此为电缆布线和整合模块电子设备提供外部容积(402)。
14.图4示出了本发明的可行实施例。框架可以由铝制成，但是也可以有其他材料诸如镀锌钢或涂有magnelis的钢制成。框架高度h通常为25-40mm。
15.以下参照所附附图描述本发明的示范性实施例。附图所示元件不必按比例。它们用于解释实施例的本质方面。完整的电子电路和太阳能模块可以包括其他此处未示出的元件。
16.各个实施例的特征可以以各种方式彼此组合，除非这种组合被明确排除或由于技术原因而排除。
17.图5显示了标准框架(104)与新模块框架(401)之间的对比。竖直腹板(501)在该两个模块框架中非常近似，但在新框架(401)中它们向内偏移了距离d。距离d在3-50mm之间。这样在模块框架外侧设置了轻易可接触区域。另一优点是，在模块相反侧的腹板(501)之间的距离被缩短，显著减小了模块玻璃和太阳能电池上的机械应力，因为在此距离上出现的力和应力的相关性不成比例。
18.通过朝向模块中心重置腹板，轮廓的重心也向模块中心偏移。模块的重力周长中心由此减小。这样减少了每个模块的金属消耗，随即减小了模块框架的成本。
19.在本发明的各个实施例中，模块框架的底侧(503)可以向模块中心方向延长长度l，以提供所需抗扭刚度。
20.如图6所示，焊带(301)可以非常轻易地引出到层压件的一侧，并通过开口(601)给料到框架(401)中。它们非常容易接触到，并且可以焊接到连接座(105)的触点。图7示出了用于框架总成的连接座的可行实施例(701)，其已经制备有用于电子电路连接的插头(702)。
21.插头可以具有两个或多个触点。在本发明另一实施例中，取代插头，连接座可以装备有两根或多根连接电缆。
22.为了将焊带给料到模块框架中，重要的是将带彼此之间且与模块框架电绝缘。为此目的，带可以包裹有绝缘带(602)。在本发明一个实施例中，光伏模块装备有微逆变器。在此情况下，如在模块典型dc串联连接中焊带与模块框架之间的电压不高于1500v，但是dc电压最高是光伏模块的开路电压，即通常低于100v。
23.这意味着，电压在低压范围内并且对绝缘体的介电强度要求显著更低。
24.对于连接座，向模块框架的整合是有利的，因为框架充当冷却器并由此旁路二极管的热载荷显著更低。在本发明的一个实施例中，如果连接座形成有插头并且旁路二极管
位于额外的可移除单元中，另一优点是，模块可以在满载荷下彼此分隔开，而没有电气闪络和火花的风险。
25.图8示出了关于电缆布线以互连多个模块的本发明各个实施例。电缆(801)固定引导到模块框架(401)并且一直保持在模块平面内。即使当从一个模块通过到下一模块时，它们不必如现有技术互连一般地离开模块平面，其中电缆必须在模块框架之下通过。这样导致非常干净的电缆布线。电缆可以以各种方式固定，例如利用电缆扎带或夹或甚至更简单地通过导向挡边(802)或导向通道(803)来固定。多根电缆也可以在框架中布线。另外，假设例如一行模块将要连接到下一行模块，系统提供了简练且方便的、在框架中框架角落附近的电缆布线。不论框架水平而实现特定互连的可能性得以保留。对于电缆，其是否为dc电缆、ac电缆或子结构的潜在等同物，并不相关。
26.电缆是易于接触的并且永久受保护的。与本发明的接线可以大规模简化模块安装工作流程。模块不必再被费力地抬升以能够触及电缆。相对地，模块可以首先被机械地固定到位。然后单个模块的电缆彼此连接。这也使得其易于检查布线。这样几乎不可能再忘记将一个模块连接到下一个。
27.本发明中的模块之间连接电缆的长度显著短于现有技术的，因为不必为了倾斜和随后的模块定位提供额外的长度。根据现有技术的典型电缆长度是2x 1000mm。对于本发明，2x500mm的电缆长度是足够的。这样为每个模块提升了约0.5w的模块功率。
28.当模块电子设备诸如优化器或微逆变器被使用时，本发明显得特别有优势。如图9所示的本发明各个实施例，这些整合到框架中。如wo2018162532a1的专利说明书所述，模块框架(401)执行模块电子设备(901)的双重功能。首先，框架为模块电子设备提供有效的机械保护，使得模块电子设备的壳体能够以非常低成本实现。另一方面，模块框架代表冷却模块电子设备的散热器并且导致模块电子设备的使用寿命显著延长。由于许多时效工艺是热激发的并且对温度具有指数相关性，冷却10℃已经导致使用寿命翻倍。
29.通过调整框架轮廓在4个模块角落处的切削角，具有不同宽度b的框架轮廓可以组合起来，如图10所示。这意味着，例如，容纳模块电子设备的模块侧的宽度b可以大于另外三个模块侧。
30.为实现最大模块效率，可取的是，模块边缘与太阳能电池之间的距离保持尽可能小。在现有技术中，太阳能电池不靠在模块框架上。使得在本发明中，不存在由模块框架对太阳能电池增加的机械载荷，然而太阳能电池可以置于框架轮廓上，在本发明的一个实施例中，支撑件(504)在朝向模块中心的方向上被降低，如此使得居中空间在太阳能电池与支撑件表面(504)之间被创设。在框架装配期间，这可以用柔性材料诸如硅酮来填充。降低可以例如通过倒角、圆角或台阶来实现。
31.模块电子设备可以以各种方式固定在模块框架中。特别有利的是，图9所示实施例的右方，其中模块电子设备通过简单地将一个或多个位于模块电子设备壳体内的凹槽(903)卡扣到腹板(902)中来固定。模块电子设备随后滑移到框架内的连接座(701)的接触插头(702)上。
32.在本发明的一个实施例中，连接座可以与模块电子设备结合。如果在发生故障时，其在模块之间具有可视地亮起的状态led，本发明使得易于识别有缺陷的模块电子设备部件。另外，本发明使得其非常容易更换有缺陷的模块电子设备部件。根据整个光伏系统的配
置，带有有缺陷部件的模块甚至不必被解螺栓。将模块电子设备的连接插头脱接并更换电子设备就已足够。
附图说明
33.图1：根据现有技术贯穿光伏模块(100)的横截面。太阳能电池(101)通常用eva箔被层压在模块玻璃(102)与背板、或背玻璃(103)之间。整个层压件被铝框架(104)所包围。对于太阳能电池的电连接，模块装备有至少一个连接座(105)。
34.图2：标准模块框架(104)的轮廓以及在模块四个角落处用于连接轮廓件的相关联连接骨架(201)。
35.图3：优选横向给料通过，将焊带(301)从层压件中取出。
36.图4：本发明的实施例包括模块框架(401)，其轮廓为对外部分开放并且具有从外侧可接触到的外部容积(402)、以及连接骨架(201)。
37.图5：标准框架(104)与本发明实施例(401)的对比。在本发明的情况下，竖直腹板(501)向模块中心偏移：在本发明的各个实施例中，底板(503)可以延伸超过腹板(501)不同长度l。层压件靠在支撑件(504)上。
38.图6：本发明的实施例显示了焊带(301)通过模块框架(401)可行的给料通过。焊带给料通过开口(601)，到模块框架的外侧。它们可以用绝缘带(602)包裹，用于电绝缘。
39.图7：整合到模块框架(401)的连接座(701)带有用于模块电子设备的连接插头(702)的实施例。
40.图8：本发明的各个实施例，带有不同选项(802)且用于引导连接电缆(801)。
41.图9：本发明的各个实施例，带有框架整合模块电子设备(901)，其可以利用弹簧(902)和匹配的凹槽(903)固定在模块框架(401)中。
42.图10：本发明的各个实施例，带有不同宽度b的模块框架(401)。