(57)【要約】      （修正有）【課題】確実に電気的接続を切り離し、且つ電流消費を低減する、太陽電池装置を解除する機能を提供する。【解決手段】ストリングで接続された太陽電池セルを有する太陽電池装置２７の接続箱１’にて、接続箱は下部と上部とに分かれ機械的に結合され、下部と上部とのうち一方に第１接触部材Ｃ２、他方に互いに接続される第２接触部材Ｓ２が配置されており、第１接触部材のうち一部が組み立てられた状態にて太陽電池セルに接続され、第１接触部材のうち２つが太陽電池装置の接続ケーブルに接続されており、組み立てられた状態で第２と第１との接触部材が電気的に接触し互いに接続されており、接続箱はアクチュエータ１７及びその入力側に割り当てられた制御装置を有しており、アクチュエータは、下部と上部との機械的結合を切り離す且つ第１と第２の接触部材との接触を切り離すために設けられており、制御装置はアクチュエータ制御信号を形成する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のストリング（２３）として接続された複数の太陽電池セルを有する太陽電池装置（２７）の接続箱（１）において、
前記接続箱は下部（３，２１Ａ）と上部（７、２１Ｂ．１、２１Ｂ．２、２１Ｂ．３）とに分かれており、前記上部は前記下部に機械的に結合されており、
前記下部と前記上部とのうちの一方に第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）が配置され、前記下部と前記上部とのうちの他方に、互いに結合される第２接触部材（Ｓ１乃至Ｓ５）が配置されており、
前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）のうちの一部が組み立てられた状態にて太陽電池セルに結合され、前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）のうちの２つが前記太陽電池装置の接続ケーブル（５ａ、５ｂ）に接続されており、
前記第２接触部材（Ｓ１乃至Ｓ５）は組み立てられた状態にて前記第１接触部材に電気的に接触し、前記第２接触部材と前記第１接触部材とが接続されており、
さらに、前記接続箱（１）はアクチュエータ（１７）及び該アクチュエータの入力側に割り当てられた制御装置（１５）を有しており、
前記アクチュエータ（１７）は、前記下部と前記上部との機械的な結合を解除するために、且つ、前記第１接触部材と前記第２接触部材との接触を切り離すために設けられており、
前記制御装置（１５）は該アクチュエータの制御信号を形成するために設けられている
ことを特徴とする接続箱。
【請求項２】
前記アクチュエータ（１７）、及び／又は、前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）及び前記第２接触部材（Ｓ１乃至Ｓ５）は、前記下部と前記上部との機械的な結合の解除によって少なくとも１つの前記接続ケーブル（５ａ、５ｂ）と前記太陽電池装置（２７）との電気的な接続が切り離されるように構成されている、請求項１記載の接続箱。
【請求項３】
前記アクチュエータに割り当てられた制御装置（１５）は、前記太陽電池装置（２７）の状態パラメータを検出するためのセンサを有しており、前記太陽電池装置の正常でない状態を示すセンサ信号に反応して前記アクチュエータ（１７）をトリガするように構成されている、請求項１又は２記載の接続箱。
【請求項４】
前記アクチュエータに割り当てられた制御装置（１５）は、タイマ又は通信インターフェースを有しており、所定の時間が経過したときに、又は所定の時点に達したときに、又は前記通信インターフェースを介して受信したトリガ信号に基づいて、前記アクチュエータ（１７）をトリガするように構成されている、請求項１又は２記載の接続箱。
【請求項５】
前記アクチュエータ（１７）は、前記下部と前記上部とが結合されている状態において予圧されている圧縮バネ装置（２５）を有しており、該圧縮バネ装置（２５）は前記制御装置（１５）により制御される安全部材（２３）によって予圧されている状態に保持される、請求項１から４のいずれか１項記載の接続箱。
【請求項６】
前記安全部材は電流によって切断可能な溶融ワイヤ（２３）を有する、請求項５記載の接続箱。
【請求項７】
前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）は前記下部（３）に配置されており、前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）は該下部（３）が太陽電池装置上に取り付けられている状態で太陽電池セルに接続されており、前記第２接触部材（Ｓ１乃至Ｓ５）は前記上部（７）に配置されている、請求項１から６のいずれか１項記載の接続箱。
【請求項８】
前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）と第２接触部材（Ｓ１乃至Ｓ５）とは、前記上部（７）を下部（３）に被せた場合に互いに係合するプラグコンタクトとして形成されている、請求項１から７のいずれか１項記載の接続箱。
【請求項９】
ラッチ手段（９、１１）が、前記上部（７）と前記下部（３）との間、又は前記上部と太陽電池装置の機械的な支持体との間を機械的にラッチするために設けられており、前記ラッチ手段（９、１１）は同時に、前記第１接触部材（Ｃ１乃至Ｃ５）及び第２接触部材（Ｓ１乃至Ｓ５）を互いに係合しており、
前記アクチュエータは前記ラッチ手段の保持力に打ち勝つように構成されている、請求項１から８のいずれか１項記載の接続箱。
【請求項１０】
結合されている状態にて前記上部（７）によってカバーされている前記下部（３）の内部空間には、永続的な合図マーク（１８）、又は、前記合図マークを形成するための装置が前記上部の切り離された状態を判別するために設けられており、前記装置は前記下部と前記上部との機械的な結合を解除した際に作動される、請求項１から９のいずれか１項記載の接続箱。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の接続箱を有する太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のストリングとして接続された複数の太陽電池セルを有する太陽電池装置の接続箱、特に太陽電池モジュールの接続箱に関する。この接続箱は下部と上部とに分かれており、上部は下部に機械的に結合されている。また、本発明はこのような接続箱を装備した太陽電池装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系の太陽電池モジュールは、いわゆるストリングとして直列接続された光起電力セルから成る。一般的な太陽電池モジュールは直列接続された６０個の太陽電池セルから成る。ここで、これらの６０個のセルは、それぞれ２０個のセルでできた３つのストリングとして接続されている。これらのストリングは、今日のモジュールにおいて一般的にそれぞれ１つのバイパスダイオードによって逆並列に架橋されている。これらのバイパスダイオードは、ストリングの１つ又は複数のセルが陰になっている場合に、陰になっていないシステムによって生成された電流を、陰になっているセルにより形成されるボトルネックから迂回させる機能を有している。これらのダイオードは遮光によって低下するおそれのある電流を引き継ぎ、陰になっているセルを迂回させることによって、（部分的に）陰になっている場合に総電流、ひいては太陽電池モジュールから取り出すことのできる総電力の制限を防止する。これらのバイパスダイオードは太陽電池モジュールの接続箱、例えばプラスチックケーシング内に設けられている。このプラスチックケーシング内で、モジュールからの太陽電池セルの端子はフレキシブル電気ケーブルに接続されており、さらに、これらのフレキシブル電気ケーブルは太陽電池モジュール同士を互いに接続している。
【０００３】
接続箱の構造をどうするかについては、多数の形態が知られている。通常、接続箱は、太陽電池装置（特に太陽電池モジュール）の支持体上に取り付けられた下部と、この下部に被せられるカバーとから成る。下部には、ストリングを電気接続するための導電路部材並びに上述したバイパスダイオードが収納されており、カバーは、接続箱を密閉し、その中に含まれている電気的及び電子的な構成要素を保護する。
【０００４】
現行の開発では、例えば火災等の危険時に太陽電池モジュールを保護的に遮断する機能が必要であることがわかっている。従来の保護的遮断機能は、１つはケーブルベースである、すなわち、直列接続された所定の数のモジュールに対してただ１つの電気機械式スイッチが用いられる。この場合、モジュールを直列接続することによって、依然として危険な高電圧が形成される可能性がある。代替的な方法は、電子スイッチを利用した、モジュールベースの電子装置を用いることである。この場合の問題はガルバニック絶縁が行われないことであり、すなわち、電子スイッチが故障した場合に保護的な遮断が完全には行われず、その設備は引き続き危険な状態にとどまるのである。他のモジュールベースの解決策は、非常時にガルバニック絶縁するために電気機械式スイッチ（例えばリレー）を用いることである。この場合の問題は、太陽電池の通常動作時にもリレーが電流を消費してしまうことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、確実に電気的接続を切り離し、且つ電流消費を低減する、太陽電池装置を解除する機能を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、請求項１の特徴を備えた接続箱が提供される。本発明の着想の適切な発展形態は従属請求項に記載されている。さらに、請求項１１の特徴を備えた太陽電池装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、第１部分機能は接続箱の下部で実現され、第２部分機能を実現するための付加的な構成部材は接続箱の上部に収納されており、太陽電池の電気的接続は上部と下部との間の機械的結合によって実現されることによって、太陽電池装置、特に通常のような構造を持っている太陽電池モジュールにおいて結合乃至は機能毎に分けてモジュラー式に実現する着想を基礎としている（基本的に、このモジュール化は下部と上部とを機能的に交換した場合であっても可能であるが、これは今の観点からすると最適な形態を意味しない）。
【０００８】
さらに、本発明は、接続箱の下部と接続箱の上部との間の機械的な結合を解除することにより保護的遮断機能を実現するという着想を基礎としている。この機械的な結合を解除すると同時に、電気的な接触乃至は接続が遮断される。これら両方の部材の機械的な結合を解除することはアクチュエータによって行われ、このアクチュエータの入力側に、適切な制御信号を形成するための制御装置が割り当てられている。上部を解除すること特に切り離すことによって、太陽電池装置の端子を流れる電流（及び場合によって個々のセルの間を流れる電流）がガルバニック絶縁され、この装置（モジュール）は光起電力設備の集合体から効果的に電気的に切り離される。
【０００９】
本発明の安全面での有利な実施形態によれば、アクチュエータ及び／又は第１接触部材及び第２接触部材は、下部と上部との機械的な結合の解除によって少なくとも１つの接続ケーブルと太陽電池装置との電気的な接続が遮断されるように構成されている。
【００１０】
本発明の重要な実施形態によれば、アクチュエータに割り当てられた制御装置は太陽電池装置の状態パラメータを検出するためのセンサ（例えば温度センサ）を有しており、太陽電池装置の正常でない状態（例えば高過ぎる温度）を示すセンサ信号に反応してアクチュエータをトリガするように構成されている。
【００１１】
他の実施形態によれば、アクチュエータに割り当てられた制御装置はタイマ又は通信インターフェースを有しており、所定の時間が経過したときに、又は所定の時点に達したときに、又は前記通信インターフェースを介して受信したトリガ信号に基づいてアクチュエータをトリガするように構成されている。これによって、遠隔操作による緊急の遮断及び／又は時間的に正確に制御された遮断が可能になる。
【００１２】
通信インターフェースは、例えば一般的な赤外線遠隔操作のインターフェースであってもよいし、あるいはＷＬＡＮ若しくは移動通信網の無線インターフェースであってもよい。「タイマ」という概念は、それ自体が他の信号発信器（センサ等）によってトリガされる時間遅延素子と同様にリアルタイムクロックも含んでいる。
【００１３】
簡単且つ有利な構造上の実施形態によれば、アクチュエータは、下部と上部とが結合されている状態において予圧されている圧縮バネ装置を有しており、この圧縮バネ装置は制御装置により制御可能な安全部材によって予圧されている状態に保持される。この安全部材は、特に電流によって切断可能な溶融ワイヤを有するか、又は、電気機械式のタイロッド若しくはバイメタル板を介して作動されるタイロッドを有していてもよいし、又は、当業者が容易に想到可能な他の仕方で機能する。
【００１４】
本発明の１つの実施形態によれば、第１接触部材と第２接触部材とは、上部を下部に被せた場合に互いに係合するプラグコンタクトとして形成されている。有利にはこの場合、第１接触部材及び／又は第２接触部材は、位置決め公差を実現するために可塑性を有するように、特に弾性を有するように構成されている。
【００１５】
本発明の提案する接続箱の他の構造上の実施形態によれば、ラッチ手段は、上部と下部との間、又は前記上部と太陽電池装置の機械的な支持体との間を機械的にラッチするために設けられており、このラッチ手段は同時に、第１接触部材及び第２接触部材を互いに係合させる。アクチュエータはラッチ手段の保持力に打ち勝つことができるように構成されている。
【００１６】
さらに、上述したように、本発明の対象は、とりわけ、ストリングとして接続された、結晶系タイプ、特にシリコンベースの太陽電池セルを備えた従来形成される太陽電池モジュールの接続箱である。しかしながら基本的には、本発明に従って構成された接続箱は、根本的に異なるタイプの太陽電池セルに接続されている他の太陽電池装置の接続ユニットとして用いられてもよい。
【００１７】
その他の点では、本発明の利点及び目的適合性は図面に基づく実施例の後続の説明から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による接続箱の基本的な構成が透視図で概略的に示されている。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるアクチュエータが詳細に示されている。
【図２Ｂ】本発明の実施形態によるアクチュエータが詳細に示されている。
【図２Ｃ】本発明の実施形態によるアクチュエータが詳細に示されている。
【図３Ａ】２つの動作状態において、本発明による接続箱の全体図が概略的な断面図として示されている。
【図３Ｂ】２つの動作状態において、本発明による接続箱の全体図が概略的な断面図として示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、太陽電池モジュールの接続箱１の一部、つまり接続ケーブル５ａ及び５ｂを有する下部（ボディ）３と上部（カバー）７とが簡単な透視図で示されている。上部７の内表面を取り囲み且つ後退しているフレーム９は、下側が切り込まれた周縁を有している。これによって、下部３に上部７を被せた場合に、この上部７が下部３の内壁の上端に相応に一体成形された（又ははめ込まれた）突起１１と係合されることによって接続箱１をラッチする密閉が同時に行われる。
【００２０】
下部３には、第１接触手段Ｃ１乃至Ｃ５のグループを見て取ることができる。一方、これに対して対応する位置には、上部７の内表面から垂直に突き出るように第２接触手段Ｓ１乃至Ｓ５が配置されている。ここに示されている実施形態によれば、第１接触手段Ｃ１乃至Ｃ５は実質的にフラットな平行６面体形状を有しており、第２接触手段Ｓ１乃至Ｓ５はそれぞれ、（個々には明示されていない）支持体部分と、この支持体部分から突き出ているΩ形状のコンタクトスプリングとから成形される。このコンタクトスプリングは、第２接触部材が、下部及び上部乃至はこれらの部分に設けられた接触装置における製造公差が狭い場合であっても、確実に第１接触部材との係合部に達し、且つ第１と第２の接触部材同士の電気的な接触を長い使用期間に亘って低い接触抵抗で維持するように材料及び寸法が決定されている。
【００２１】
その他の点では、上部７には、第２接触手段Ｓ１乃至Ｓ５の支持体面が同時に付加的な電子機能部材に対する支持体１３として（例えばプリント基板として）形成されている。接続箱の接触手段Ｃ１乃至Ｃ５は、太陽電池モジュール内にはめ込まれた太陽電池セル及び２つの接続ケーブルに接続されている。カバーの接触手段Ｓ１乃至Ｓ５は、このカバー内に固定された電子モジュールの支持体ボード１３に接続されている。
【００２２】
この図面には、下部３の内部空間において制御装置１５及びアクチュエータ１７が、上部７を下部３から切り離すことにより太陽電池装置を緊急に遮断するために設けられていることが概略的に示されている。さらに、下部の内部底面には警告色のコーティング１８が施されており、下部にもはや上部がないとき、すなわち緊急の遮断が行われた場合、警告色のコーティング１８は、観察者に比較的遠くからでも見られることを可能にする。
【００２３】
制御装置１５は簡単な温度監視回路でできていてもよいし、又は遠隔操作を介して通信インターフェースによって非常に複雑にモジュールの遮断を行ってもよい。また、これらのいずれの形態にもモジュール監視部を組み合わせることができる。この場合、例えばモジュール温度及びモジュール電圧が検出され、中央評価部に転送される。この場合、組み込まれている電子回路は個々のシリアル番号を有しており、このシリアル番号を組み込まれた又は別個の通信インターフェースを介して確認することができる。同様に、ＲＦＩＤチップを埋め込むことを考慮してもよい。
【００２４】
接続箱の部材の機械的形態に関しても、一方では、確実な機械的な密閉並びに第１接触部材と第２接触部材との長期に亘る信頼性の高い且つ抵抗の低い電気的接触が保証され、他方では、アクチュエータによる確実な機械的な解除が保証されることを前提として、多数の可能性が存在する。ケーシング部の機械的結合のために、ラッチ結合又はスナップ嵌め結合の他に、基本的に接着結合及び他の結合又は種々異なる結合原理の組合せも考慮される。
【００２５】
図２Ａから２Ｃにはアクチュエータ１７の実施例として、バネが確実に予圧されたピンソケット装置が側面図乃至は断面図で示されている。箱構造物にアクチュエータ１７を組み込むことは、次の図３Ａ及び図３Ｂに示されている。この実施形態では、アクチュエータ１７はソケット底部１９ａと一体成形されたソケット１９ｂを含んでおり、アクチュエータがトリガされていない状態において、このソケット１９ｂ内に対向するピン底部２１ａと一体成形されたピン２１ｂがはめ込まれている。これらの部材は、プラスチックから作製することができる。
【００２６】
ソケット１９ｂの壁部、ピン２１ｂ及びピン底部２１ａにはそれぞれ孔が次のように配置されている。すなわち、図２Ｂに最もわかり易く示されているように、Ｕ形状に曲がった溶融ワイヤ２３がソケット部材１９とピン部材２１とを互いに位置決めし、固定するように孔が配置されているのである。両方の部材１９，２１は、それらの部材１９，２１の間で予圧され且つ支承される圧縮バネ２５によって互いに力がかかった状態にある。図２Ｃに示したように、溶融ワイヤ２３が相応の大きな電流によって切断されたら直ぐに、その固定作用は解除され、圧縮バネ２５は無荷重状態になり、ここで部材１９，２１を押し離す。
【００２７】
図３Ａ及び３Ｂには、太陽電池モジュール２７上の接続箱１’においてアクチュエータ原理がどのように働くかが示されている。第１及び第２の接触部材は図１に示したように形成されており、図３Ａ及び３Ｂでは接触部材ペアＣ２／Ｓ２を除いて、参照符号を改めて付していない。
【００２８】
図３Ａ及び３Ｂに従う接続箱１’は、図２Ａから２Ｃで説明したアクチュエータ１７の両方が設けられている点で図１に従う接続箱１とは異なる。ここに示した実施形態でのアクチュエータ１７は、有利には上部７’の内部取り付け面に取り付けられており、下部３’の底面上のソケット部材１９の底部１９ａによって支えられている。溶融ワイヤ２３が切断されると、（図３Ｂに示したように）上部は下部と切り離され、同時に第２接触部材は第１接触部材との係合から外れて、この係合状態において存在していた電気接続が遮断される。
【００２９】
制御装置を動作させる及びアクチュエータを機能させる（例えば溶融ワイヤを切断する）ために必要な電気エネルギは、太陽電池モジュール自体によって形成することができる。それだけになおさら、通常はトリガは日中のみ、つまり太陽電池モジュールの動作状態のとき必要になるであろう。これに対して、完全なガルバニック絶縁を意味する解除状態ではエネルギは必要ではない。
【００３０】
接続箱は、新たなカバーを簡単に取り付けることによって再び利用できる。古いカバーの中でトリガされたアクチュエータはリサイクルにまわすことができる。モジュール構造のおかげで、修理は迅速且つ単純に行うことができる。
【００３１】
上部が切り離されたときに遠くからでも見える、接続箱の下部の内部における図１に示した永続的な警告色のコーティングの他に、下部と上部との結合を解除してはじめて作動される、解除状態を視覚的に通知するための手段が下部に設けられていてもよい。この手段は、アクチュエータによって直接破壊されるか、又は下部から上部が切り離されたときに破壊され、その内容物が放出される、例えばカラーペースト又は着色の液体を有する容器である。
【００３２】
また、その他の点では、本発明の実施形態は上述した例及び強調される側面には制限されず、当業者が実施できる範囲内で存在する複数の形態も同様に可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１、１’  接続箱、  ３、３’  下部、  ５ａ、５ｂ  接続ケーブル、  ７、７’  上部、  ９  ラッチ手段、  １１  ラッチ手段、  １３  支持体、  １５  制御装置、  １７  アクチュエータ、  １８  コーティング、  １９  ソケット部材、  １９ａ  ソケット底部、  １９ｂ  ソケット、  ２１  ピン部材、  ２１ａ  ピン底部、  ２１ｂ  ピン、  ２３  溶融ワイヤ、  ２５  圧縮バネ、  ２７  太陽電池装置、  Ｃ１乃至Ｃ５  第１接触部材、  Ｓ１乃至Ｓ５  第２接触部材
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2012191201.tif 000007
【図３Ｂ】
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