DE3415828A1

DE3415828A1 - Solarzellenanordnung

Info

Publication number: DE3415828A1
Application number: DE19843415828
Authority: DE
Inventors: Eiichi Narashino Nagase; Shinichiro Yasu Watari
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1983-04-30
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1984-11-29
Also published as: US4595789A; DE3415828C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung, die aus einer Mehrzahl von Solarzellenmodulen bzw. -bausteinen zusammengesetzt ist, welche in Reihe, parallel oder in einer Matrix verbunden sind, so daß eine gewünschte Spannung und Leistungskapazität erhalten wird.

Nach dem Stande der Technik umfaßt eine Solarzellenanordnung üblicherweise eine Verbindung einer Mehrzahl von identischen Modulen bzw. Bausteinen, in der ein Draht zwischen die beiden Anschlüsse des letzten Moduls geschaltet und zum ersten Modul zurückgeführt werden muß, damit der Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung der Mehrzahl von Modulen abgegeben wird. In dem Falle einer Solarzellenanordnung, die vier Module 21, 22, 23 und 24 umfaßt, wie in Figur 2 gezeigt, muß zum Beispiel ein Draht 28 zwischen die Anschlüsse 24a und 24b des letzten Moduls geschaltet werden, damit der Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung zwischen den Anschlüssen 21a und 21b des ersten Moduls 21 abgegeben wird.

Im Falle einer konventionellen Solarzellenanordnung, die in Figur 3 gezeigt ist und vier Module 31, 32, 33 und 34 umfaßt, die mit einer einzigen Eingangs/Ausgangs-Leitung 38 verbunden sind, müssen die Drähte 36 und 37 zwischen den Anschluß 31a des ersten .Moduls 31 und einen Anschluß des Ausgangssteckers 35 sowie zwischen den Anschluß 34a des letzten Moduls 34 und den anderen Anschluß des Ausgangssteckers 35 geschaltet werden.

In beiden Fällen sind Drähte, oder allgemein gesagt Leitungen, erforderlich, um die Ausgangsleistung von den

verbundenen Modulen zu erhalten. Insbesondere dann, wenn viele Module verbunden werden, ist das Verbinden mit Drähten bzw. Leitungen mühsam, und oftmals kommt es zu einem Draht- bzw. Leitungsbruch.
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Daher soll mit der vorliegenden Erfindung eine Solarzellenanordnung zur Verfügung gestellt werden, die einen Kreis bzw. eine Schaltung bildet, der bzw. die in der Lage ist, den Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung von einer Mehrzahl von Modulen von den Anschlüssen des ersten Moduls abzugeben, wenn die Module miteinander verbunden sind, so daß infolgedessen Drähte bzw. Leitungen, die zu Bruch gehen bzw. zerbrochen werden können, unnötig sind und eine Unbequemlichkeit der Handhabung der Module vermieden wird sowie die Drahtungs- bzw. Leitungsverlegungsarbeit für die Drähte bzw. Leitungen auch unnötig ist.

Eine Solarzellenanordnung, mit der dieses Ziel erreicht wird, ist in den Patentansprüchen, insbesondere im Hauptanspruch angegeben.

Es seien nachfolgend zur näheren Erläuterung einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigen: 25

Fig. 1 eine zur Erläuterung dienende Zeichnung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 2 und 3 zur Erläuterung dienende Zeichnungen, die Verbindungs- bzw. Schaltungsbeispiele von kon

ventionellen Modulen veranschaulichen; und

Fig. 4 eine zur Erläuterung dienende Zeichnung, die eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

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Es sei nun nachstehend eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben. Die dargestellten vier Solarzellenmodule 1, 2, 3 und 4 haben Anschlüsse 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b,und zwar sind das jeweils zwei Anschlüsse auf einer Seite von jedem Modul, und sie haben Anschlüsse 1c, 1d, 2c, 2d, 3c, 3d, 4c und 4d, und zwar sind das jeweils zwei Anschlüsse auf der entgegengesetzten Seite von jedem Modul. Die Module können mechanisch dadurch verbunden sein, daß die An-Schlüsse 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a und 4b zu einer konvexen Gestalt geformt sind, und daß die Anschlüsse 1c, 1d, 2c, 2d, 3c, 3d, 4c und 4d zu einer konkaven Gestalt geformt sind. Im einzelnen ist das Modul 2 dadurcn mit dem Modul 1 verbunden, daß die konvexen Anschlüsse 2a und 2b des Moduls 2 in den konkaven Anschlüssen 1c und 1d des Moduls 1 angebracht bzw. in diese konkaven Anschlüsse gesteckt sind. Das Modul 3 ist mit dem Modul 2 dadurch verbunden, daß die konvexen Anschlüsse 3a und 3b des Moduls in den konkaven Anschlüsse 2c und 2d des Moduls 2 angebracht bzw. in diese konkaven Anschlüsse gesteckt sind. Das Modul 4 ist mit dem Modul 3 dadurch verbunden, daß die konvexen Anschlüsse 4a und 4b des Moduls 4 in den konkaven Anschlüssen 3c und 3d des Moduls 3 angebracht bzw. in diese konkaven Anschlüsse gesteckt sind. Auf diese Weise werden die Module eines nach dem anderen verbunden. In Figur 1 ist jede Solarzelle durch das Symbol einer Diode angedeutet.

Ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen jedes Mo-0 duls ist über einen Schalter miteinander verbunden. Im einzelnen ist die Eingangsleitung 1a - Solarzelle - 1c mit der Ausgangsleitung 1b - 1d über den Schalter 5 verbunden, die Eingangleitung 2a - Solarzelle - 2c ist mit der Ausgangsleitung 2b - 2d über den Schalter 6 verbunden, die Eingangsleitung 3a - Solarzelle - 3c ist mit der Ausgangsleitung 3b - 3d über den Schalter 7 ver-

bunden, und die Eingangsleitung 4a - Solarzelle - 4c ist mit der Ausgangsleitung 4b - 4d über den Schalter 8 verbunden.

Die Betätigungselemente 5a, 6a, 7a und 8a werden durch Federn 5b, 6b, 7b und 8b stets mit Druck beaufschlagt und über die Wände, welche sich auf den zu verbindenden Seiten befinden, zum Vorstehen gebracht, so daß die Schalter eingeschaltet werden, wenn die Module getrennt werden. Wenn die Module 1, 2, 3 und 4 miteinander verbunden werden, dann werden die Betätigungselemente 5a, 6a und 7a durch die Wände auf den VerbxndungsSeiten der Module 2,3 und 4 gegen die Kräfte der Federn 5b, 6b und 7b zurückgedrückt, bzw. nach einwärts gedrückt. Infolgedessen werden die Schalter 5, 6 und 7 ausgeschaltet. Jedoch bleibt der Schalter 8 des Moduls 4 im eingeschalteten Zustand, da kein Modul vorhanden ist, welches das Betätigungselement 8a des Moduls 4 einwärts drückt. Demgemäß bleiben die Eingangs- und Ausgangsleitung des Moduls 4 über den Schalter 8, der eingeschaltet bleibt, miteinander verbunden. Mit anderen Worten bedeutet das, daß der Anschluß 1a des Moduls 1 in der nachstehenden Reihenfolge mit den folgenden Elementen verbunden ist: mit der Solarzelle des Moduls 1, mit den Anschlüssen 1c, 2a, mit der Solarzelle des Moduls 2, mit den Anschlüssen 2c, 3a, mit der Solarzelle des Moduls 3, mit den Anschlüssen 3c, 4a, mit der Solarzelle des Moduls 4, mit dem Schalter 8a, mit den Anschlüssen 4b, 3d, 3b, 2d, 2b, 1d und dem Anschluß 1b des Moduls 1.

Auf diese Weise wird ein Rückführkreis bzw. eine Rückführschaltung ausgebildet, wenn diese Module verbunden werden. Als Ergebnis hiervon kann der gesamte Ausgang bzw. die gesamte Ausgangsleistung der Module 1,2, 3 und 4, die in Reihe verbunden sind, von den Anschlüssen 1a und 1b des Moduls 1 abgegeben werden.

Der Ausgangsanschlußblock 10 für die Solarzellenmodule besteht aus einer Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. 9, einem Ausgangsstecker ρ und einer Schnur bzw. Leitungsschnur 11, welche die Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. und den Stecker verbindet. Konkave Anschlüsse 9a und 9b sind auf der Seitenwand der Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. 9 ausgebildet, so daß eine Verbindung mit den konvexen Anschlüssen des Moduls 1 möglich ist. Durch Anbringen der konvexen Anschlüsse in den konkaven Anschlüssen der Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. 9 bzw. durch Einstecken der konvexen Anschlüsse des Moduls 1 in die konkaven Anschlüsse der Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. 9 wird der Modul 1 direkt mit der Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. 9 verbunden. Im einzelnen werden die konvexen Anschlüsse 1a und 1b des Moduls 1 in die konkaven Anschlüsse 9a und 9b der Fassung o. dgl. 9 eingefügt, so daß der Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung der verbundenen Solarzellenmodule 1, 2, 3 und 4 erhalten wird. Auf diese Weise werden die Module 1,2, 3 und 4 durch die Fassung o. dgl. 9 integriert,und der Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung der Module kann von dem Stecker ρ abgegeben werden, der über die Schnur 11 mit der Fassung o. dgl. 9 verbunden ist. Der Stecker ρ wird mit einer Einrichtung verbunden, die eine Spannungszufuhr benötigt, so daß dadurch die gewünschte Spannung, die von der gewünschten Anzahl von Modulen abgegeben wird, zugeführt wird. Der Stecker ρ in Figur 1 wird beispielsweise in die Zigarettenanzündersteckdose eines Wagens, insbesondere eines Kraftwaaens, hineingesteckt, um eine Batterieladespannung zuzuführen. In diesem Fall sind die verbundenen Module auf dem Instrumentenbrett oder an anderen Stellen installiert, wo sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind.

Die Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform, die aus Modulen besteht, welche zum Erhalten des gewünschten Gesamtausgangs bzw. der gewünschten Gesamtausgangsleistung parallel verbunden bzw. geschaltet sind.

Die in Figur 4 gezeigten Solarzellenmodule 41 und 42 sind quadratisch und haben Verbindungsabschnitte, welche eine Verbindung in Reihe, parallel oder in einer Matrixanordnung gestatten. Im einzelnen hat der Modul 41 Anschlüsse 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g und 41h auf seinen vier Seiten. In der gleichen Weise hat der Modul 42 Anschlüsse 41a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f, 42g und 42h auf seinen vier Seiten. Die Anschlüsse 41e und 41f sind intern mit der Leitung zwischen dem Anschluß 41a und der Solarzelle des Moduls 41 verbunden. Die Anschlüsse 42e und 42f sind intern mit der Leitung zwischen dem Anschluß 4 2a und der Solarzelle des Moduls 42 verbunden. Weiterhin sind die Anschlüsse 41f und 41h intern mit der Leitung zwischen der Solarzelle des Moduls 41 und dem Anschluß 41c verbunden, und die Anschlüsse 42f und 42h sind intern mit der Leitung zwischen der Solarzelle des Moduls 42 und dem Anschluß 42c verbunden. Da die Module 41 und 42die vorstehend beschreibenen Zwischenverbindungen bzw. internen Verbindungen haben, werden sie parallel geschaltet, wenn die Anschlüsse 41g und 41h des Moduls 41 mit den Anschlüssen 42e und 42f des Moduls 42 verbunden werden. Durch Verbinden der Anschlüsse 49a und 49b der Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. 49 mit den Anschlüssen 41a und 41b oder 41e und 41f des Moduls oder den Anschlüssen 42a und 42b des Moduls 4 2 kann der Ausgang bzw. die Ausgangsleistung der beiden parallel geschalteten Module 41 und 42 von dem Stecker p abgegeben werden.

Der gewünschte Ausgang bzw. die gewünschte Ausgangsleistung kann auch von dem Stecker ρ erhalten werden, wenn die Module in Reihe, wie in Figur 1 veranschaulicht, geschaltet sind, und die Module, die, wie in Figur 4 veranschaulicht ist, parallel geschaltet sind, werden weiter in einer Matrixform verbunden, sofern das gewünscht ist. 35

Wenn die Anschlüsse 42a und 42b des Moduls 42 mit den Anschlüssen 41c und 41d des Moduls 41 verbunden werden,

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wie in Figur 4 gezeigt ist, dann wird der Schalter 43 des Moduls 41 ausgeschaltet und die beiden Module werden in Reihe miteinander verbunden. Auf diese Weise kann der Gesamtausgang bzw. die 'Gesamtausgangsleistung der beiden Module über die Anschlüsse 41a und 41b des Moduls 41 abgegeben werden. Das ist nach der obigen Beschreibung ohne weiteres ersichtlich.

Auf diese Weise kann jede Spannung und Leistungskapazitat, wie sie entsprechend dem Stromversorgungsanwendungsfall gewünscht wird, dadurch abgegeben werden, daß man eine Mehrzahl von Modulen in gewünschter Weise miteinander verbindet und den Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung von dem Ausgangsanschlußblock abgibt bzw. -nimmt. In dem Fall, in dem die Module dazu verwendet werden, Kraftfahrzeugbatterien wiederaufzuladen, kann die Anzahl der Module in gewünschter Weise so bestimmt werden, daß jedes Batteriespannungsniveau (beispielsweise 12 Volt oder 24 Volt) von jedem Kraftfahrzeug erzeugt bzw. abgenommen werden kann. Die in der oben beschriebenen Weise verbundenen Module können auch auf Yachten und Motorbooten zum Wiederaufladen von deren Batterien installiert werden. Außerdem können sie auch dazu verwendet werden, strombetriebene Muße- bzw. Vergnügungsgeräte oder strombetriebene tragbare Geräte mit Strom zu versorgen oder deren Batterien wiederaufzuladen.

Wie oben beschrieben, ist ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen des Moduls nach der Erfindung miteinander über einen Schalter verbunden. Wenn eine Mehrzahl von Modulen miteinander verbunden wird, werden die Schalter der vorhergehenden Module ausgeschaltet, und wenn die Module nicht verbunden sind, sind die Schalter eingeschaltet. Da die Module diese Funktionen haben, wird, wenn die Module in Reihe oder in einer Matrix verbunden werden, ein Rückführkreis bzw. eine Rückführschaltung zum ersten Modul

automatisch durch die verbundenen Module ausgebildet. Infolgedessen kann der Gesamtausgang bzw. die Gesamtausgangsleistung der verbundenen Module über die Anschlüsse bzw. zwischen den Anschlüssen des ersten Moduls abgegeben werden. Daher ist eine Drahtverbindung bzw. eine gesonderte Leitungsverbindung zum Verbinden der Module nicht erforderlich. Als Ergebnis hiervon kann das Verbinden leicht durch nichtprofessionelle Personen ausgeführt werden, und die verbundenen Module haben weniger Raum bzw. nehmen weniger Raum ein.

Claims

PATENTANWÄLTE

UND ZUSELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-INQ. DIPL.-ING. ANNEKÄTE WEISERT · DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES

IRMQARDSTRASSE 1» · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077 TELESRAMM KRAUSPATENT · TELEX 5-2121ΒΘ kpat d · TELEFAX (O89) 7 9182 33

4443 JS/up

KYOCERA CORPORATION Kyoto, Japan

Solarzellenanordnung

PATENTANSPRÜCHE

i/ Solarzellenanordnung, umfassend ein Paar von Eingangsanschlüssen für Reihenverbindung und ein Paar von Ausgangsanschlüssen für Reihenverbindung, die auf zwei Seiten eines Solarmoduls vorgesehen sind, das eine Solarzelle aufweist; ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen für Reihenverbindung, durch welche Leitungen die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind, wobei eine bzw. die Solarzelle mit wenigstens einer der Leitungen verbunden ist; ein Paar von Eingangsanschlüssen für Parallelverbindung und ein Paar von Ausgangsanschlüssen für Parallelverbindung, die auf anderen zwei Seiten des Moduls vorgesehen sind; ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen für Parallelverbindung, durch welche Leitungen die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind, wobei das Paar von Eingangs- und Ausgangs-

leitungen mit der Solarzelle bzw. mit beiden Enden der Solarzelle verbunden ist, welche mit der Eingangs- oder Ausgangsleitung für Reihenverbindung verbunden ist, wobei diese Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anordnung weiter einen normalerweise eingeschalteten Schalter (6, 7, 8) hat, der ausgeschaltet wird, wenn die Eingangsanschlüsse (1c, 1d, 2c, 2d, 3c, 3d, 4c, 4d; 41c, 41d, 42c, 42d) des Moduls (1, 2, 3, 4; 41, 42) mit den Ausgangsanschlüssen (1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b; 41a, 41b, 42a, 42b) für Reihenverbindung eines anderen Moduls (1, 2, 3, 4; 41, 42) verbunden werden.
2. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Modul (41, 42) eine quadratische Form hat, worin ein Paar von Eingangsanschlüssen (41c, 41d, 42c, 42d) für Reihenverbindung und ein Paar von Ausgangsanschlüsse (41a, 41b, 42a, 42b) für Reihenverbindung auf zwei Seitendes Moduls (41, 42) vorgesehen sind, die entgegengesetzt zueinander sind, und worin ein Paar von Eingangsanschlüssen (41g, 41h, 42g, 42h) für Parallelverbindung und ein Paar von Ausgangsanschlüssen (41e, 41f, 42e, 42f) für Parallelverbindung auf zwei anderen Seiten vorgesehen sind, die zueinander entgegengesetzt sind.
3. Solarzellenanordnung, umfassend ein Paar von Eingangsanschlüssen für Reihenverbindung und ein Paar von Ausgangsanschlüssen für Reihenverbindung, die auf zwei Seiten eines Solarmoduls vorgesehen sind, das eine Solarzelle aufweist; ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen für Reihenverbindung, durch welche Leitungen die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind, wobei eine bzw. die Solarzelle mit wenigstens einer der Leitungen verbunden ist; ein Paar von Eingangsanschlüssen für Parallelverbindung und ein

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Paar von Ausgangsanschlüssen für Parallelverbindung, die auf anderen zwei Seiten des Moduls vorgesehen sind; ein Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen für Parallelverbindung, durch welche Leitungen die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind, wobei das Paar von Eingangs- und Ausgangsleitungen mit der Solarzelle bzw. mit beiden Enden der Solarzelle verbunden ist, welche mit der Eingangs- oder Ausgangsleitung für Reihenverbindung verbunden ist, wobei diese Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eingangsund Ausgangsanschlüsse (1a bis 4d; 41a bis 41d, 42a bis 42d) für Reihenverbindung so vorgesehen sind, daß sie durch Ineinanderfügen verbunden werden können, und daß die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse (41e bis 41h, 4 2e bis 42h) für Parallelverbindung auch so vorgesehen sind, daß sie durch Ineinanderfügen verbunden werden können; und daß diese Anordnung weiter einen Ausgangsanschlußblock (10; 49,p) umfaßt, der Anschlüsse (9a, 9b; 49a, 49b) hat, die mechanisch und elektrisch mit den Ausgangsanschlüssen (1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b; 41a, 41b, 42a, 42b) für Reihenverbindung oder den Ausgangsanschlüssen (41e, 41f, 42e, 42f) für Parallelverbindung verbindbar sind, so daß der Ausgang bzw. die Ausgangsleistung eines einzelnen Moduls (1, 2, 3, 4; 41, 42) oder verbundener Module (1, 2, 3, 4; 41, 42)abgegeben werden kann.
4. Solarzellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgangsanschlußblock (10; 49, p) eine Steckdose, Buchse, Fassung o. dgl. (9; 49), einen Ausgangsstecker (p) und eine Schnur bzw. Leitungsschnur (11) zum Verbinden der Steckdose, Buchse, Fassung (9; 4 9) mit dem Ausgangsstecker (p) umfaßt.