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‚Black box‘ für Photovoltaik-Module

In der Photovoltaik sorgt die sogenannte ‚Junction Box‘ für die elektrische Verbindung von Solarmodulen untereinander sowie zum Wechselrichter. Das Aufbringen der Box auf die Rückseite des Solar-Panels ist einer der letzten Prozessschritte bei der Fertigung der Solarmodule. Hohe Ansprüche an Qualität, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer weisen der ‚Junction Box‘ eine bedeutende Rolle im Prozess der Modulherstellung zu. Denn diese ‚Black box‘ leistet – ähnlich wie der Wechselrichter – einen wichtigen Beitrag zum einwandfreien Betrieb und zur optimalen Leistungsausbeute einer PV-Anlage.
Zurzeit wächst die Bedeutung der ‚Automatisierungsfähigkeit‘ einer ‚Junction Box‘. Ob nun kristalline Siliziummodule oder Dünnschichtmodule hergestellt werden, die automatisierte Produktion der Module und damit die automatisierte Verarbeitung einzelner Komponenten gewinnen stetig an Bedeutung. Der steigende Kostendruck sowie der weltweit steigende Bedarf an PV-Modulen begünstigen diesen Trend. Modul-Hersteller, die ihre Modul-Produktion steigern möchten, müssen in einem hoch technisierten Prozess für gleichbleibend hohe Qualität sorgen. So wird es für die Hersteller immer wichtiger, den Fertigungsschritt ‚elektro-mechanischer Anschluss des Moduls‘ per Junction Box zu optimieren. Dabei gilt der Kontaktierung des Solargenerators besonderes Augenmerk.

Junction-Box-Lösung

Während Kontaktbänder noch vielfach manuell eingefädelt werden, setzt Phoenix Contact bei seiner ‚Junction Box PV-JB‘ auf einen hohen Automatisierungsgrad: Junction Box greifen, auf Kontaktbänder – ‚Ribbons‘ – platzieren, Junction Box herunterdrücken – und schon ist die Kontaktierung erfolgt. Zeitaufwendige Schritte, wie Umbiegen der Kontaktbänder, Verlöten oder vorheriges Öffnen von Klemmstellen, fallen weg. Das Aufsetzen der Junction Box PV-JB ist nicht an ein spezielles Maschinenkonzept gebunden, und die Applizierung können einfache Roboter vornehmen. Die zeit- und kostenintensive Handmontage kann so vollständig entfallen. Dadurch wird die Taktzeit im Prozessschritt ‚Anschlussdose setzen‘ bei gleichbleibend hoher Verarbeitungsqualität deutlich reduziert. Auch ein anfänglich manuelles Aufsetzen der Junction Box ist mithilfe einer Anschlagslehre möglich.

Technische Daten

Die ‚Junction Box PV-JB 2,5/2-20‘ hat Phoenix Contact speziell für Dünnschicht- und kristalline Module kleiner Leistungsklassen entwickelt. Sie kann zwei Bänder kontaktieren, die bis zu 4mm Breite und bis zu 0,3mm Stärke aufweisen. Dabei kommt ein dauerhaft kontaktsicherer Federkraftanschluss zum Einsatz. Im Produktportfolio von Phoenix Contact spielt die Federkrafttechnik eine wichtige Rolle, sie wird kontinuierlich weiterentwickelt. Auslegung und Zertifizierung der Klemmstelle entsprechen der IEC60999 – und damit den normativen Anforderungen für Industrie-Steckverbinder. Bohrungen mit einem Durchmesser von 4 bis 5mm im Rückseitenglas eines Dünnschicht-Panels sind typische Abmaße, um die Ribbons nach außen zu führen. Dies entspricht den Öffnungen der Ribbons für die Einführung der stromtragenden Bänder in die Junction Box. Mittels Robotertechnik kann die Verlegung der Kontaktbänder präzise vorgenommen werden. Die Auslegung der restlichen Komponenten der Junction Box – wie etwa die Kabelzugentlastung – wurde gemäß VDE0126-5 vorgenommen und entspricht somit dem aktuell gültigen Normenstandard. Der eingesetzte Kunststoff ist RoHS-konform und entspricht den Anforderungen an UV-Stabilität und Brennbarkeitsbeständigkeit. Weil der Standard der Schutzart IP65 erfüllt wird, liegt die Dichtigkeit über dem gültigen Standard. Der abgedeckte Temperaturbereich zwischen -40 und +90°C sowie der durchgeführte 1.000-Stunden-Kälte-Wärme-Feuchte-Test sprechen für den sicheren Einsatz der Solarmodule über einen Zeitraum von 20 Jahren. Außerdem läuft zurzeit eine Zertifizierung durch den Technischen Überwachungsverein (TÜV), deren Ergebnisse im Herbst vorliegen werden.

Unfangreiches Zubehör

Positionierung und Befestigung der Junction Box auf der Rückseite des Solar-Panels sind entweder mit doppelseitigen Klebe-Pads oder mit dickflüssigem Klebstoff möglich. Beide Varianten haben alle geforderten Tests bestanden und erreichen Klebekräfte von über 500N. Dies übertrifft die normativen Anforderungen von 75N für eine Minute um einiges. Das Aufbringen – das sogenannte Dispensen – des dickflüssigen Klebestoffs wie Silikon wird von den Maschinenbau-Experten aus der PV-(Photovoltaik)-Branche als bessere Automatisierungslösung gewertet. Im Maschinenbau existieren bereits Anlagen, die für ein gleichbleibend gutes und sauberes Ergebnis sorgen. Die gesamte Bauhöhe inklusive des Dichtungsmaterials beträgt nach der Applizierung der ‚Junction Box‘ auf das Solar-Panel nur ca. 13,5mm. Somit ist die Anschlussdose auch für den Einsatz bei rahmenlosen Modulen geeignet, da sie die Verpackungsdichte nicht beeinträchtigt. Damit bei Beschattung oder Ausfall der Module die Leistungsverluste im gesamten PV-System gering gehalten werden, wird zwischen Plus- und Minuspol innerhalb der Junction Box eine Diode geschaltet. Je nach spezifiziertem Bemessungsstrom lassen sich unterschiedliche Dioden in die Junction Box einsetzen. Der größte Teil der Modulhersteller benötigt eine Junction Box mit vorkonfektionierten Kabeln und Steckverbindern. Die Junction Box von Phoenix Contact deckt Kabelaußendurchmesser von 5,4 bis 5,9mm ab. Das entspricht einem Kabelquerschnitt von etwa 1,5 bis 2,5mm² – abhängig vom eingesetzten Kabeltyp. Damit die angeschlossenen Kabel beim Aufsetzvorgang der Junction Box sicher verstaut sind, befinden seitlich an der Anschlussdose angespritzte Kabelhalterungen. Der Transport der Junction Box sowie des gesamten Moduls im Automatisierungsprozess wird auf diese Weise vereinfacht. Die feste Positionierung der Kabel und Stecker mittels Kabelhalterungen ist außerdem vorteilhaft, um die Kontakte für den letzten Prüftest ‚Flashen‘ abzugreifen.

Individuelle Varianten

Die spezifischen Anforderungen der Modulhersteller an eine Junction Box sind von Modul zu Modul unterschiedlich. Sie richten sich nach:

– Eigenschaften der Kontaktbänder wie Abmessungen und Lotauflagen
– Platzierung der Ribbon-Ausbrüche im Modul
– Anordnung und Lageposition der Kontaktbänder innerhalb des Moduls

Phoenix Contact bietet die Junction Box in unterschiedlichen Varianten, die sich hinsichtlich Kontaktanzahl, Ribbon-Breite und Abstandsgeometrie unterscheiden. So ist z.B. auch eine einpolig ausgelegte Variante jederzeit umsetzbar. Für die Module, bei denen die ‚Umleitung‘ des Stromflusses im Schadensfall über zusätzlich verlegte Kontaktbänder – sogenannten Busbars – erfolgt, ist die Integration einer Diode in der Junction Box nicht erforderlich. Der Modulhersteller, der über die Komponente Junction Box Einsparungen im Fertigungsprozess erzielen möchte, kann mit der Junction Box von Phoenix Contact über die Komponente in Verbindung mit dem automatisierten Prozess Kosten einsparen. Die Steigerung der Produktivität durch die schnelle und unkomplizierte Verarbeitung der Anschlussdose bringt den Modulhersteller einen großen Schritt weiter auf dem Weg zur Netzparität.

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