专利名称：太阳能模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的光伏太阳能模块。
背景技术：
光伏太阳能电池从一定的光辐射强度开始提供电流，该电流随着辐射强度提高。 从微小的辐射强度开始已经在太阳能电池上产生电压。电流以常见方式通过接线盒的电流接头取出。太阳能电池的短路电流以及相关地太阳能模块的短路电流只略高于(约5%) 在相应的辐射时提供的额定电流。太阳能模块由多个串联的光伏太阳能电池组成。太阳能模块一般在他这边串联成太阳能链，用于在逆变器上提供足够高的电压(必要时直到 1000V)。由于安全的原因太阳能链到逆变器的连接通过直流电压断路开关分开。为了提高功率可以将多个太阳能链并联地或者通过独立的输入端在中间连接相应的直流电压断路开关的条件下与逆变器连接。但是该或这些直流电压断路开关不会在装配太阳能设备时、 在维护或修理工作时、在故障时或者在相应的辐射期间燃烧时使各太阳能模块无电压，而是始终在其电流接头上具有空载电压，由此在太阳能设备中出现危险的接触电压。按照文献DE 10 2006 034 223 Al太阳能模块包括桥接这些串联的太阳能电池的旁路二极管。该旁路二极管在太阳辐射时、即在太阳能模块产生电流时在截止方向上极化并由此不影响太阳能电池的功能。如果太阳能模块在太阳能链内部暂时无效，尤其由于阴影遮蔽，则这个现在无电流的太阳能模块不再产生电压，并且旁路二极管承载太阳能链内部其余太阳能模块的链电流。阴影遮蔽的太阳能模块免受过热损坏，并且保留太阳能链的功能。在一个太阳能模块损坏的情况下旁路二极管以类似的方式工作，并且保留其余太阳能链的功能性。按照文献DE 10 2006 026 661 Al在太阳能模块被阴影遮蔽或损坏的情况下通过以下方式降低该太阳能模块的损失功率代替旁路二极管设有一个具有低导通电压的半导体开关元件，它通过控制电子装置在太阳能模块产生电流的情况下被截止，否则低欧姆地接通。缺陷是，控制电子装置耗电，由此减小由太阳能模块提供的电流。此外在这里也不存在接触电压保护。DE 10 2005 017 835 B3公开了一种具有热开关元件的光伏发电机，该热开关元件在动作时使模块连接极或链连接极或所连接的逆变器短接。DE 10 2005 018 173 B3公开了一种用于可靠地中断光伏设备运行的开关装置， 其中该开关装置具有保护装置，它可以通过控制线路将发电机场接通到低能量的工作点。 在此与控制功率相关的触发装置远离保护装置。
发明内容
因此本发明的目的是尽可能免受接触电压。由开头所述类型的太阳能模块出发，该目的按照本发明通过独立权利要求的特征实现，而由从属权利要求取得本发明的有利改进方案。
通过一个与串联的太阳能电池并联设置的机械开关触点起到的作用是，在需要时或者在有害情况下使该列太阳能电池短路，由此在太阳能模块的电流接头上不再有电压。 为此使开关触点以下面的方式与响应压力的致动器连接一方面当压力致动器上控制压力低或没有控制压力时一个弹簧元件引起开关触点的闭合并由此通过太阳能电池的短路将太阳能模块转移到保护状态中。另一方面当压力致动器的控制压力提高时开关触点被打开并且太阳能模块被转移到有效状态中。由压力致动器、弹簧元件和开关触点组成的组合起到常闭触点的作用，因为在没有压力控制时开关触点闭合。该太阳能模块配备用于控制压力线路的控制接头。开关触点、致动器和控制接头有利地与电流接头一起安置在太阳能模块的接线盒中。控制压力可以以常见的方式通过气态或液态的压力介质由对于整个太阳能设备足够的压力源一例如由在可能需要时可再充满的蓄压器、由仅仅补偿压力降的压缩机或由供水网一提供。对于保持开关触点在打开状态和在闭合状态中无需或无需值得一提的电能。在处理按照本发明的太阳能模块时，例如在打开包装时或在连接时，由于没有控制压力，太阳能模块通过由弹簧元件强制地闭合的开关触点被短路并由此保持无电压。在维护或修理工作时通过有意识地断开控制压力使压力致动器无效并由此通过闭合开关触点使太阳能模块转移到无电压的保护状态中。在有害的影响作用于用按照本发明的太阳能模块构造的太阳能设备上的情况下，例如在着火或局部损坏的情况下，通过降低或失去控制压力使压力致动器同样过渡到无源的状态，这也引起免受接触电压的开关触点闭合。本发明的一种有利的改进方案在于，这样地配设用于控制压力线路的控制接头， 例如以T接头件的形式，该控制接头以简单的方式允许在需要时与太阳能链的其它太阳能模块连接。通过控制压力线路可以使控制器或一个适用于所使用的压力介质的紧急开关与太阳能链连接。本发明的另一有利改进方案在于，设有一个由手操纵的操作元件，通过该操作元件使通过开关元件短路的该列太阳能电池一例如为了测试一有意识地接通并再断开。对于确定地打开和闭合开关触点有利的是，该开关触点构造为跃动触点 (Sprungkontakt)0一个适宜的改进方案在于，与串联成列的太阳能电池并联地设置有一个电压监控装置，该电压监控装置在显著超过太阳能模块的空载电压时通过阀接收压力致动器的控制压力并由此引起太阳能电池短路。通过这个改进方案在错极时或在太阳能模块被阴影遮蔽时实现保护，这例如可以节省旁路二极管。通过使用两路阀可以仅仅从相关的太阳能模块去掉控制压力并且其余继续导引到其它的与这个太阳能模块连接的太阳能模块上。适宜地将电压监控装置和阀安置在太阳能模块的接线盒中。为了该列太阳能电池更快地短路，有利的是由电压监控装置控制的半导体开关元件、例如晶闸管或功率MOSFET与开关触点并联地设置。在由电压监控装置检测到电压超出时非常迅速地通过导通的半导体开关元件实现太阳能电池的短路。在由于机械惯性延迟地闭合开关触点以后，半导体开关元件被桥接并且被再断开。因此半导体开关元件可以只对于机械的压力致动器和开关触点的响应时间接通和承载短路电流。适宜地将半导体开关元件安置在太阳能模块的接线盒中。
由下面的借助于附图解释的实施例给出本发明的其它细节和优点。附图中图1示出按照本发明的太阳能模块的开关装置。
具体实施例方式该太阳能模块包括多个串联成列的光伏太阳能电池1。通过电流接头+Pol和-Pol 在辐射时产生电压并且可以取出产生的太阳能电流。电流接头+Pol和-Pol安置在与太阳能模块连接的接线盒9中。如果多个太阳能模块连接成太阳能链，则这些太阳能模块的电流接头+Pol和-Pol串联。串联成列的太阳能电池1通过旁路二极管2桥接。如果太阳能模块提供电流，则旁路二极管2通过在太阳能电池1上产生的电压截止。如果该列太阳能电池1尤其由于阴影遮蔽没有形成电压，则旁路二极管2电流导通，由此使由同一太阳能链的其它太阳能模块提供的电流在保护太阳能电池1的情况下由旁路二极管2承担。所述太阳能模块1配备安置在接线盒9中的用于压力介质的控制接头，该控制接头在这种情况下包括控制线路输入端Pin和与该控制线路输入端通过内部线路直接连接的控制线路输出端Pout。如果多个太阳能模块连接成太阳能链，则这些太阳能模块的控制线路接头Pin和Pout利用常见的压力线路和连接体串联。作为压力介质在本示例中设有空气，其压力由外部的蓄压器通过外部的控制阀提供。蓄压器中的适当压力在下降时由小型压缩机提供，如同在自动血压测量仪器中类似已知的那样。在接线盒9内部该控制线路输入端Pin在中间连接阀5的条件下与测压器形式的压力致动器4的气缸连接。在压力致动器4中安置弹簧10，该弹簧元件在与压力介质作用方向相反的方向上加载压力致动器4 的压力活塞。与串联的太阳能电池1并联地在接线盒9中设置一个构造为跃动触点的机械开关触点3。该开关触点3与压力致动器4的压力活塞连接。在低的或没有控制压力时通过弹簧元件10的作用闭合开关触点3并且没有能耗地保持闭合。如果压力致动器4被足够的控制压力加载，则开关触点3在克服弹簧元件10的力作用的条件下打开并且没有能耗地保持打开。可由手操纵的操作元件8设置在接线盒9中并且作用于压力致动器4的压力活塞上。通过操作元件8为了测试可以暂时有意识地打开开关触点3。在接线盒9内部还安置一个用于电压监控装置7的开关装置以及一个功率-MOSFET形式的半导体开关元件6，它们两个与该列太阳能电池1并联地设置。电压监控装置7通过其输出端可控地与上述的阀5和半导体开关元件6连接。阀5在电压监控装置 7没有控制信号时以及在无能源的状态使控制线路输入端Pin与压力致动器4连接。如果电压监控装置7检测到没有过电压，则它不给出控制信号到阀5和半导体开关元件。在这种情况下半导体开关元件6是打开的并且压力致动器4可以通过控制线路输入端Pin被压力介质控制。在显著超过由该列太阳能电池1形成的空载电压时-例如由于太阳能模块的错极装配、但是也包括在阴影遮蔽太阳能模块期间在省去或由于有缺陷地分开旁路二极管2 时-电压监控装置7给出控制信号。由此在最短的时间内半导体开关元件6闭合并由此使该列太阳能电池1低欧姆地桥接。此外通过由于隐含的机械惯性引起的延迟利用阀5由压力致动器4接收在所示情况下通过控制线路输入端Pin产生的控制压力并且闭合开关触点3，它不仅使该列太阳能电池1而且使半导体开关元件6短路，这导致半导体开关元件6打开。因此半导体开关元件7只对于阀5、压力致动器5和开关触点3组合的响应时间接通和承载短路电流，而开关触点3必需持续地承载这个电流。使用两路阀作为阀5能够仅仅从这个太阳能模块去掉控制压力并且其余通过控制线路输出端Pout继续导引到其它与这个太阳能模块连接的太阳能模块。在未安装的状态中，按照本发明的太阳能模块不与控制压力线路连接，由于没有控制压力使开关触点3强制闭合。由此使该列太阳能电池1短路并且没有电压。在维护或修理工作时通过断开外部位置上的控制压力实现相同的效果。在有害地作用于通过按照本发明的太阳能模块构造的太阳能设备上的情况下，通过降低或失去控制压力使压力致动器 4同样过渡到无源状态中，这也起到防止接触电压的开关触点3闭合的作用。由后一种情况可以看出，对于控制压力的大小应该正好选择对于打开开关触点3还足够可靠的参数，用于在有害情况下足够快速地降低控制压力。本发明不局限于上述的实施例。因此也可以使按照本发明的太阳能模块以液体压力介质运行。弹簧元件10无需是压力致动器4的组成部分，而且可以直接与开关触点3连接或者是其组成部分。作为半导体开关元件6也可以是作用相同的元件，例如晶闸管，或者使用作用相同的开关装置。除太阳能电池1外所有对于本发明所需的组成部分在接线盒9 中的布置尽管是适宜的，但是不是强制必需的。此外本发明的基本保护效果也可以在去掉半导体开关元件6的条件下并且也在附加地去掉电压监控装置7和阀5的情况下实现。附图标记清单
1太阳能电池
2旁路二极管
3开关触点
4致动器
5阀
6半导体开关元件
7电压监控装置
8操作元件
9接线盒
10弹簧元件
+Pol正电流接头
=Pol负电流接头
Pin控制线路输入端
Pout控制线路输出端
权利要求
1.太阳能模块，包括多个串联成列的光伏太阳能电池(1)，电流接头(+Pol，-Pol)，用于取出所产生的太阳能电流以及用于在需要时与另外的太阳能模块串联连接，和在需要时一桥接该列太阳能电池(1)的旁路二极管O)，该旁路二极管在太阳能模块提供电流的状态中截止并且在其它情况中导通电流，其特征在于，一机械的开关触点(3)与串联成列的太阳能电池(1)并联地设置，一压力致动器(4)与所述开关触点C3)连接，其中，当所述压力致动器(4)上的控制压力低或缺少控制压力时所述开关触点(3)通过弹簧元件(10)的作用闭合并且当所述压力致动器(4)上的控制压力提高时所述开关触点(3)反作用于所述弹簧元件(10)的作用打开，和所述压力致动器(4)与用于控制压力线路的控制接头(Pin，Pout)连接。
2.如上述权利要求所述的太阳能模块，其特征在于，所述控制接头(Pin，P0ut)构造成用于在需要时与另外的太阳能模块连接。
3.如上述权利要求中任一项所述的太阳能模块，其特征在于，一用于手动打开的操作元件(8)与所述开关触点(3)附加地作用连接。
4.如上述权利要求中任一项所述的太阳能模块，其特征在于，所述开关触点(3)构造为跃动触点。
5.如上述权利要求中任一项所述的太阳能模块，其特征在于，与串联成列的太阳能电池(1)并联地设置有一电压监控装置(7)，所述电压监控装置在该列太阳能电池(1)的空载电压被显著超过时利用阀( 从所述压力致动器(4)接收控制压力。
6.如上述权利要求所述的太阳能模块，其特征在于，与所述开关触点(3)并联地设置有一被所述电压监控装置(7)控制的半导体开关元件(6)。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能模块，具有多个串联成列的光伏太阳能电池(1)。要解决的问题在于免受接触电压。为此一个机械的开关触点(3)与串联成列的太阳能电池(1)并联地设置。一个压力致动器(4)与开关触点(3)连接，其中在低的或没有控制压力作用于压力致动器(4)上时通过弹簧元件(10)的作用闭合开关触点(3)并且在提高的控制压力作用于压力致动器(4)上时反作用于弹簧元件(10)的作用打开开关触点(3)。所述压力致动器(4)与用于控制压力线路的控制接头(Pin，Pout)连接。
文档编号H02H5/00GK102217078SQ200980145714
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月16日
发明者T·弗赖尔穆特 申请人:伊顿工业有限公司