用于光伏发电机的模块逆变器的缆线模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将光伏太阳能模块的模块逆变器电连接到交流电网上的缆线模块以及一种这样的方法。
【背景技术】
[0002]光伏发电机领域的发展经历了不懈的努力，在该领域中通常借助硅基半导体发电。虽然几十年来已知光伏太阳能模块可用于发电，但尤其是在中欧区域中特别适合的表面已经几乎完全被开发。
[0003]在此特别适合的表面具有以下特征:这些表面尽可能理想地朝向南方，在那里太阳能模块能够与地面形成约35°的倾斜角并且这些表面和因此太阳能模块在白昼不被遮挡。在这些条件下，光伏发电机可达到其最佳的电功率输出。常常用于此的是房屋屋顶或其它屋顶表面，其具有常见的、正好处于理想倾斜角度范围内或至少接近该角度的斜屋顶。
[0004]原则上可以有多得多数量的表面来用作用于光伏发电机的表面。在开发其它表面时，尤其是可能的遮挡造成显著问题，这些遮挡例如通过屋顶结构或周围遮挡物体、如树木、高楼或工业设施引起。
[0005]在传统的光伏发电机中，各个光伏模块(PV模块)串联成一个链，因此其电压增加。根据设备规模，一个链或多个链被导向一个链-逆变器，在该逆变器上生成的直流电被转换为公共供电网的兼容交流电。
[0006]在此问题在于串联连接，尤其是在遮挡时。单个PV模块或甚至是PV模块的单个电池组的遮挡都会影响整个链的输出。因此只要有几片叶子分布在PV模块上就足以减小光伏发电机的输出。但不同的屋顶结构、如天窗和烟囱也可减小输出，当它们暂时遮挡PV模块时。
[0007]与此相反，安全机制、如通常安装在位于PV模块背面上的接线盒中的旁路二极管往往只能提供虚假的安全性。虽然旁路二极管引导未被遮挡的链模块的电流绕过被遮挡位置的“瓶颈”并且原则上因此防止了危险的热点。但在少数情况下这些旁路二极管设计用于在光伏模块的整体寿命上补偿长期或反复的遮挡。这导致旁路二极管的超载并且由此整个链输出重新降低。
[0008]因此，通常人们不在已知或预计(暂时)被遮挡的表面区域上安装PV模块或将选择的、预计受到类似程度遮挡的PV模块连接成特定的链。
[0009]—种已知的、用于减少该问题程度的方式在于，PV模块仅相互并联或基本上仅相互并联地连接、即不形成由串联连接的PV模块构成的链。在此电压不相加，而是设备的电流相加，由此产生直流电单模块连接。由于在高电流和低电压的情况下会产生较高的传输损耗，因此，即便可能也很少使用PV模块的纯并联连接，除非是极小的设备、如房车。
[0010]—种相对较新的、用来解决该问题的方式在于使用模块逆变器。在此在每个PV模块附近安装一个小的模块逆变器，这样在最大功率输入方面确定其尺寸，使得该模块逆变器能够转换一个或几个、如两个PV模块的功率。这允许使用更便宜且更小的构件，其能够实现效率的进一步提尚。
[0011]通过使用模块逆变器，PV模块彼此独立，以致每个PV模块可持续地在最佳工作点中工作。定期被遮挡的区域因此不再影响同一链的其余PV模块的功率输出，因此未遮挡的PV模块不再受被遮挡PV模块的影响。同时也比在直流电单模块连接时产生更高的功率输出。
[0012]但现在PV模块的布线面临新的挑战，因为PV交流电网的布线完全不同于PV直流电网的布线。
【发明内容】
[0013]因此，本发明的任务在于提供光伏模块逆变器到交流电网的布线，并且该电布线系统的损耗特别低。
[0014]本发明的另一任务在于低成本地实现该布线系统。
[0015]本发明的任务在于这样设计该布线系统，使得PV模块可在供货状态中良好地堆积。
[0016]本发明的任务通过独立权利要求的技术方案来解决。本发明的有利扩展方案在从属权利要求中被定义。
[0017]根据本发明，光伏发电机具有多个安装有模块逆变器的光伏模块以及用于输出模块逆变器电功率的交流电布线系统。
[0018]根据本发明，单个PV模块的交流电布线系统包括交流电干线和连接到交流电干线上的、用于将交流电从多个模块逆变器馈入共同的交流电干线的分支缆线。
[0019]因此，交流电干线因此构成总线，各个PV模块借助模块逆变器并且通过分支缆线将其电功率馈入交流电干线中。该主线可在整个或仅在部分光伏发电机上延伸并且可包括多个优选同类型的、预装配的缆线模块。因此，借助该主线或总线在PV模块中生成的电流可被传输至电网接口。
[0020]预装配的缆线模块具有用于交流电的第一干线插接连接器和与第一干线插接连接器相对置的第二干线插接连接器，它们分别能连接到相邻PV模块的另一缆线模块上。
[0021]此外，缆线模块具有连接第一和第二干线插接连接器的干线缆线区段，该干线缆线区段将第一干线插接连接器与缆线模块的第二干线插接连接器分隔开，以便尤其是实现与相邻PV模块的简单连接。
[0022]换言之，缆线模块借助其第一和第二干线插接连接器插接成一个串联的交流电链，以致由此串联连接的干线缆线区段共同形成交流电干线。换言之，插接的干线插接连接器与干线缆线区段共同形成PV发电机或PV子发电机的总线。
[0023]缆线模块具有与干线缆线区段并且因此在插接状态中与交流电干线电连接的分支缆线。借助该分支缆线交流电干线可远离模块逆变器或相配的PV模块铺设。换言之，分支缆线能实现交流电干线的相对自由的铺设。
[0024]为每个模块逆变器分别配置一个具有分支缆线的缆线模块，以致模块逆变器可分别借助相配的分支缆线连接到交流电干线上，另一方面，在安装位置上没有多余且因此裸露的分支缆线端部。
[0025]分支缆线可以以第一导线端部分别直接连接到相配的缆线模块的第一或第二干线插接连接器上并且与之固定连接。该固定连接优选预装配地进行并且非破坏不能分离。换言之，第一干线插接连接器或第二干线插接连接器与干线缆线区段和分支缆线共同形成在供货状态中固定连接并且组装的单元。有利的是，在不使用其它构件的情况下通过相互插接第一和第二干线插接连接器就已经建立用于相互连接PV模块以及可选地连接模块逆变器的整个交流电布线系统。固定连接的、包括(第一或第二)干线插接连接器、干线缆线区段和分支缆线的单元因此构成可模块化插接的干线区段，在此多个固定连接的单元总体上形成干线。
[0026]分支缆线优选构造成至少两极或两芯的、特别优选相应于通常待馈电的单相或三相电网构造成三芯或五芯的(三芯相应于普通家用电源，五芯相应于强电网)。优选分支缆线和交流电干线构造成芯线数相同的、即具有相同数量的电线。
[0027]优选第一和第二干线插接连接器具有金属插接触点，金属插接触点分别与在所述链中直接相邻的缆线模块的相配对互补的干线插接连接器的互补金属插接触点插接。这例如可以是金属插头和与之互补的金属插座。
[0028]干线缆线区段和分支缆线的电单导线的导线端部在此尤其是分别直接连接、如压接、钎焊或恪焊到相应的金属插接触点上。
[0029]换言之，分支缆线的芯线伸入第一或第二干线插接连接器中并且在那里与干线缆线区段的相应芯线一起被连接到相应芯线的接触插头上。通过芯线在干线插接连接器中的直接接触特别有利地节省了其它成本高且占用空间大的构件及其相应的过渡电阻。
[0030]干线缆线区段的导线横截面优选显著大于分支缆线的导线横截面。例如干线缆线区段的导线横截面可约为4_2并且分支缆线的导线横截面可约为0.75_2。
[0031]第一和第二干线插接连接器具有壳体，该壳体容纳金属插接触点、相应干线缆线区段和相应分支缆线的导线端部并且该壳体尤其是构造成介电的。此外，第一和第二干线插接连接器的壳体在内部被浇注绝缘的浇注材料并且浇注材料在没有分支缆线的干线插接连接器的情况下封装干线缆线区段的端部区段、即尤其是裸露的芯线末端。在直接连接有分支缆线的干线插接连接器的情况下浇注材料可封装干线缆线区段和分支缆线的端部区段、即尤其是裸露的芯线末端。由此特别可靠地防止了触电以及分离了裸露的芯线和周围空气湿度。此外，根据UL1703标准第30号浇注材料改善了低温冲击强度。
[0032]干线插接连接器优选具有插接面。借助该插接面干线插接连接器可与在所述链中直接相邻的缆线模块的配对互补的干线插接连接器插接，在直接连接有分支缆线的干线插接连接器中，干线缆线区段和分支缆线在与插接面相对置的一侧上彼此平行地伸入干线插接连接器的壳体中。换言之，不仅分支缆线而且干线缆线区段优选在壳体同一侧上伸入干线插接连接器中，从而所有芯线相互平行延伸。
[0033]分支缆线和干线缆线区段在此优选经由两个分开的后侧开口伸入相应壳体中并且分别借助一个环形密封件在相应的后侧开口中密封。
[0034]交流电干线和分支缆线优选构造为至少三芯、四芯或五芯的，干线插接连接器具有至少三个、四个或五个金属插接触点。特别优选金属插接触点并排设置在一个平面中，以致形成特别扁平的结构。通过扁平结构即使在运输时干线插接连接器也可被装在PV模块下方，从而PV模块之间的距离无需基于干线插接连接器而增大。
[0035]因此，换言之，干线插接连接器壳体的宽度构造得明显大于高度，由此其具有扁平形状。在此壳体的宽度尤其是至少为30mm并且壳体的高度至多为20mm。
[0036]交流电干线和分支缆线优选分别构造用于传输单相交流电、即构造成单相且具有三个单导线、即相线、接地导线和保护导线或构造用于传输多相的、也称为三相交流电的交流电，并且具有至少四个、特别优选五个单导线。干线插接连接器在此相应具有三个或四个或五个彼此分离的金属插接触点。
[0037]保护导线优选设置在相线和接地导线之间、特别优选设置在插接面中间，由此实现倾斜保护。特别优选保护导线构造成靠前的、即例如略微比相线