CN117397164A - 太阳能电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池模块，太阳能电池模块具有至少一个第一、第二和第三模块分区，每个模块分区都具有多个串联的光伏太阳能电池。本发明的特征是，模块分区的太阳能电池设置在弯曲的面式的载体元件上或中，每个太阳能电池配设有一个太阳能电场法向量，太阳能电池模块配设有一个太阳能电池模块法向量，太阳能电池模块法向量对应于各太阳能电池法向量的向量平均值，每个太阳能电池配设有一个斜角，斜角对应于太阳能电池的太阳能电池法向量与太阳能电池模块法向量之间的角度，并且每个模块分区配设有一个斜角范围，斜角范围的边界通过模块分区的太阳能电池的最小和最大斜角确定，至少两个模块分区的斜角范围是不相交的，各模块分区是并联的，每个模块分区都具有相同数量的太阳能电池，并且一个模块分区的每个太阳能电池设置成直接与相同模块分区的至少一个另外的太阳能电池相邻。

Description

太阳能电池模块

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的太阳能电池模块。太阳能电池是敏感的半导体器件。为了长时间稳定地针对环境影响保护太阳能电池和实现可操作的电输出参数，通常将多个太阳能电池电连接并封装在一个模块结构中。

背景技术

在常见的太阳能电池模块中，将太阳能电池设置在平面的载体元件上，并且将这些太阳能电池分成多个模块分区。每个模块分区通常具有多个并联的太阳能电池串(String)。每个太阳能电池串具有多个串联的光伏太阳能电池。

由于世界范围的大规模太阳能电池生产，制造成本明显降低，从而对于不是最佳地朝向太阳并且相应地具有较低的比发电量的表面出现了新的应用场合。这种表面例如是车辆、特别是乘用车的引擎罩和顶棚，同样还有建筑立面和建筑围护。

因此存在将太阳能电池集成到弯曲表面中的需求。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种太阳能电池模块，所述太阳能电池模块适于将太阳能电池设置在弯曲的载体元件上或中。

所述目的通过根据权利要求1的太阳能电池模块来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。

本发明基于这样的认知，即，在太阳能电池的常规使用中在使用弯曲的表面时存在特殊的要求。

在制造太阳能电池时，主要目的是，太阳能电池和太阳能电池串的允许实现简单的制造以及在电上安全和高效的互连方式。特别是在部分遮蔽时应避免出现所谓的热斑：已知的是，在太阳能电池模块被部分遮蔽时，存在这样的风险，对于被遮蔽的太阳能电池，由于在向后区域中(部分)被遮蔽的太阳能电池的运行出现较高的发热，这种发热可能影响模块的整体性，甚至导致模块被破坏。此外，在模块互连时应出现较小的电阻损失，并且较小的材料消耗也是有利的。

在具有弯曲表面的应用场合使用太阳能电池时，太阳能电池模块必须具有二维或三维的弯曲。由此，进一步使得模块设计变得明显更为复杂。由于存在弯曲，模块的不同太阳能电池相对于入射的太阳光具有不同的方向。由于太阳能电池内的载流子生成以及还有入射的电磁辐射向电能的转换直接与辐照度成比例，因此在与入射阳光不同方向的太阳能电池串联时，会出现所产生的电流大小上的差别，即所谓的电流失配。这里产生最小电流的太阳能电池限制了整个太阳能电池串的功率。在太阳能电池串串联连接时，在太阳能电池模块中不同的弯曲位置处会出现相同的效应。

与太阳能电池所产生的电流不同，太阳能电池所产生的电压与辐照度并且特别是与入射阳光的方向的相关性明显更低。出于这个原因，向太阳能电池不均匀的辐照由于太阳能电池模块的弯曲，对太阳能电池串的电压的不利影响较小。

本发明特别是基于这样的认知，为了构成具有弯曲表面的太阳能电池模块，有利的是，将相对于入射的阳光具有相近的倾斜角的太阳能电池串联，并且将相对于入射的阳光具有不同的倾斜角的太阳能电池并联。

根据本发明的太阳能电池模块具有至少一个第一、第二和第三模块分区。每个模块分区具有多个串联的光伏太阳能电池。

重要的是，各模块分区的太阳能电池设置在弯曲的面式的载体元件上或中。每个太阳能电池分配有一个太阳能电池法向量。由此，所述太阳能电池法向量与太阳能电池的表面形成的平面垂直的向量。太阳能电池具有基本上平的表面，从而所述法向量是唯一确定的。太阳能电池也可以是略微弯曲的，在这种情况下，太阳能电池法向量代表在用阳光照射时实现最大的输出功率的空间方向。当太阳能电池的各个面式区域分别配设有一个法向量时，这通常是向量的平均值。

所述太阳能电池模块配设有一个太阳能电池模块法向量，所述太阳能电池模块法向量对应于各太阳能电池法向量的向量平均值。由此，太阳能电池模块法向量的方向是有利的太阳光入射方向。

每个太阳能电池配设有一个斜角，所述斜角对应于太阳能电池的太阳能电池法向量与太阳能电池模块法向量之间的角度。

每个模块分区配设有一个斜角范围，所述斜角范围的边界通过该模块分区的各太阳能电池的最小和最大斜角确定。

重要的是，至少两个模块分区的斜角范围是不相交的(disjunkt)，各模块分区是并联的，每个模块分区都具有相同数量的太阳能电池，并且一个模块分区的每个太阳能电池都与相同模块分区的至少一个另外的太阳能电池直接相邻地设置。

由此，通过太阳能电池这样的设计方案和布置形式，以及模块分区的划分，存在至少两个带有不相交的斜角范围的模块分区，所述模块分区是并联的，并且每个模块分区都具有多个串联的光伏太阳能电池。由于如前面所述的特别是影响太阳能电池的电流强度的不同斜角导致的电流失配，通过所述模块分区的并联降低。

由于每个模块分区都具有相同数量的太阳能电池，并且如前面所述，相对于电流强度，对于太阳能电池的输出电压有明显更小的影响，各个模块分区的总电压的差别较小。

为了避免或至少减轻由于电流失配出现的不利影响，有利的是，设置较大数量的模块分区。所述太阳能电池模块有利地具有至少五个、至少八个、特别是至少十个、更为优选至少20个模块分区，每个模块分区都根据前面针对第一、第二和第三模块分区提及的条件构成。

总体上有利的是，预先规定较大数量的不相交的角度范围，以便减少电流失配。因此，所述太阳能电池模块有利地具有至少三个、特别是至少五个、更为优选地至少十个具有不相交的角度范围的模块分区。

为了实现所有模块分区都具有尽可能统一的总电压，有利的是，所述太阳能电池模块的所有模块分区具有相同数量的太阳能电池。一个模块分区优选具有至少两个、优选至少3个、更为优选至少4个、进一步优选至少8个太阳能电池。

为了实现尽可能小的电流失配，有利的是，每个模块分区的太阳能电池是串联的，就是说这些太阳能电池按串联电路互连。

根据本发明的太阳能电池模块，模块分区可以具有任意的几何形状，所述几何形状由太阳能电池模块的太阳能电池的布置形式预先确定。特别是在本发明范围内，一个或多个所述模块分区具有矩形的形状或L形形状。

所述太阳能电池模块的太阳能电池优选按本身已知的方式设置，使得所述太阳能电池在矩形的边框之内形成均匀的布置形式。特别是，所述太阳能电池的中点设置在一个均匀的矩形网格的网格线上。

由此，如前面所述的那样，将所述太阳能电池模块分成模块分区使得可以将太阳能电池模块的弯曲结构划分成多个弯曲区域并且给每个弯曲区域分配一个或多个模块分区。这里特别有利的是，所述太阳能电池模块具有一组至少两个模块分区、特别是四个模块分区，这组模块分区包围至少一个中央模块分区、特别是两个中央模块分区。

通过这种布置形式，可以沿两个空间方向逼近弯曲结构。

所述太阳能电池模块的太阳能电池可以按本身已知的方式设置。特别是本身已知的两面接触的太阳能电池可以通过电池连接器串联连接，所述电池连接器将一个太阳能电池的正面与相邻太阳能电池的背面连接。这里，在本发明范围内的是，可以使用正方形的太阳能电池、具有平角的太阳能电池(伪正方形)或者也可以使用长宽比大于1、特别是大于1.5、特别是大于2的矩形太阳能电池。特别是在本发明范围内的是，使用通过对初始太阳能电池、特别是正方形的初始太阳能电池进行电池划分形成所谓的分太阳能电池。

根据本发明的太阳能电池模块特别是适于硅太阳能电池。但同样在本发明范围内的是，使用基于其他半导体材料或基于多种半导体材料的组合的太阳能电池，用以构成本发明的太阳能电池模块。

特别有利的是，使用能背面接触的太阳能电池。这种太阳能电池在背面既具有正的接触点也具有负的接触点，从而不需要通过电池连接器接触太阳能电池的正面。这种太阳能电池例如是在正面没有金属的接触结构的背接触太阳能电池。同样还已知MWT结构(Metal Wrap Through，金属穿孔卷绕技术)，在这种结构中，通过从太阳能电池的正面到背面的金属的贯穿连接结构构成附加的背面接触的可能性。

能背面接触的太阳能电池具有这样的优点，即通过设置在背面上的电池连接元件，在一个太阳能电池分区的内部可以构成太阳能电池的串联电路，并且在另一个优选实施形式中，还可以构成模块分区的并联电路。使用柔性的具有导电线路的接线元件是有利的。这种接线元件例如可以构造成结构化的用金属涂覆的膜。

对于预先给定的、弯曲的面式的载体元件和太阳能电池预先规定的数量和设计方案，可以如下面说明的那样进行模块分区的划分。

例如如果面式的载体元件设定为乘用车的顶棚，并且预先给定具有统一的宽度和长度的太阳能电池，则所述太阳能电池可以如前面说明的那样按规则的布置形式在希望的要覆盖的表面上分布，从而每个太阳能电池的中点设置在一个规则的矩形网格的交点上，所述网格模仿面式载体元件的弯曲形状。

将太阳能电池设置在弯曲的面式载体元件上或中规定了太阳能电池的斜度，从而通过太阳能电池法向量的向量平均值确定太阳能电池模块法向量，并且对于每个太阳能电池，为太阳能电池模块法向量与太阳能电池的太阳能电池法向量之间的角度确定所述斜角。

在一个有利地可能的用于将太阳能电池模块划分成模块分区的设计方案中，预先规定模块分区的倾斜角的最大偏差。太阳能电池现在可以组成多个组，使得每个组之内的太阳能电池的数量最大化，但所述组的角度范围、即该组中具有最小的斜角和最大的斜角的太阳能电池的差不大于预先规定的最大角度范围。具有数量最少的太阳能电池的组确定了模块分区的太阳能电池的总数。这里，所有太阳能电池组都根据该数量进行划分，使得每个模块段都具有特定数量的太阳能电池。如前面说明的那样，这里一个模块分区是一个连贯的区域，就是说，一个模块分区的每个太阳能电池都与相同模块分区的至少一个另外的太阳能电池邻接。邻接的太阳能电池也是指角部相互邻接的太阳能电池。

拱曲的模块的希望的发电量设定得越大，则最大角度范围必须选择得越小。因此有利的是，每个模块分区具有一个角度跨度，即模块分区最小和最大斜角之间的差，所述角度跨度优选小于等于60度、更为优选小于等于30度，特别是小于等于15度。为了实现特别高的发电量，有利的是，每个模块分区具有小于12度、优选小于8度、特别优选小于4度、特别是小于2度的角度跨度。

附图说明

根据下面参考附图和实施例来说明其他有利的特征和设计方案。

图1、2和3分别示出根据本发明的太阳能电池模块的一个实施例。图1a用分图a示意性示出模块分区的划分，并且在分图b中示出用于说明太阳能电池模块的弯曲形式和太阳能电池的斜角的剖视图。图2a针对根据图2的实施例示出相应地说明的附图，并且图3a针对根据图3的实施例示出相应地说明的附图。

具体实施方式

所有附图示出示意性的、不符合比例的图示。相同的附图标记在附图中表示相同或作用相同的元件。

在图1、2和3中太阳能电池分别作为矩形示出，通过箭头分别表示太阳能电池的流通方向。

根据本发明的太阳能电池模块的在图1中示出的第一实施例具有第一模块分区1a、第二模块分区1b和第三模块分区1c。模块分区的划分在图1a、分图a)中可见。

所述三个模块分区中的每个模块分区都具有18个串联的光伏太阳能电池。这些太阳能电池构造成硅太阳能电池。

模块分区1a、1b和1c的太阳能电池设置在弯曲的面式的载体元件3上，在当前情况下设置在乘用车的顶棚上。

载体元件3在当前情况下仅沿一个空间方向具有统一的曲率：在根据图1a、分图a)的图示中，载体元件3沿用A表示的方向具有曲率半径为1500mm的曲率。相反，在用B表示的方向上，载体元件没有弯曲。

在图1a、分图b)中示出太阳能电池模块的沿根据分图a)的线A的剖视图并且垂直于图平面示出，其中带有弯曲的透明的载体元件3，太阳能电池2设置在所述载体元件中。对于每个太阳能电池，用箭头示出垂直于太阳能电池的表面的法向量。各太阳能电池法向量的向量平均值形成太阳能电池模块法向量4。所述太阳能电池模块法向量在当前情况下对应于中间的太阳能电池的太阳能电池法向量，中间的太阳能电池相应地具有0°的斜角。

太阳能电池模块法向量4与一个太阳能电池的太阳能电池法向量之间的角度构成这个太阳能电池的斜角。所述倾斜角对于每个太阳能电池分别通过太阳能电池法向量给出。

如前面说明的那样，载体元件3根据第一实施例仅具有一个统一的沿根据图1a、分图a)的方向A的曲率。

第一模块分区1a和第三模块分区1c的所有太阳能电池相应地具有8°、12°或16°的斜角。第二模块分区1b的太阳能电池具有0°或4°的斜角。

第一模块分区1a和第三模块分区1c由此配设有8°至16°的斜角范围。第二模块分区1b配设有0°至4°的斜角范围。第二模块分区1b的斜角范围由此与第一模块分区1a和第三模块分区1c的角度范围是不相交的。

如图1所示，通过导体线路，分别将模块分区的第一太阳能电池的正极与正接线柱5a连接。相应地，每个模块分区的串联电路中的最后一个太阳能电池的负极通过导体线路与负接线柱5b连接。这三个模块分区1a、1b和1c由此是并联的。

每个模块分区都具有相同数量的太阳能电池，在当前情况下是18个太阳能电池。一个模块分区的每个太阳能电池与相同模块分区的至少一个另外的、在当前情况下至少两个另外的太阳能电池直接相邻地设置。

根据本发明的太阳能电池模块的在图2和2a中示出的第二实施例与第一实施例的区别在于，第二实施例的载体元件3a沿两个相互垂直的方向具有弯曲：

根据图2a中的图示，载体元件3a沿方向A具有曲率半径为2000mm的统一的曲率并且沿方向B具有曲率半径为1500mm的统一的曲率。

每个太阳能电池2也配设有一个太阳能电池法向量，所述太阳能电池法向量垂直于太阳能电池的表面，并且各太阳能电池法向量的向量平均值形成太阳能电池模块法向量，所述太阳能电池模块法向量在图2和2a的图示中分别垂直于图平面。

在图2a中，对于每个太阳能电池分别给出一个斜角，根据太阳能电池的太阳能电池法向量与太阳能电池模块法向量之间的角度得到所述斜角。

此外在图2a中示出的那样，第二实施例具有五个模块分区。围绕第一模块分区1a设置四个另外的模块分区1b、1c、1d和1e。如图2所示，这四个模块分区中的每个模块分区都分别具有六个太阳能电池，这些太阳能电池是串联的。

有图2a可见，第一模块分区1a配设有3°至5°的斜角范围，相反，模块分区1b、1c、1d和1e分别配设有10°至20°的斜角范围。由此存在两个不相交的角度范围。模块分区1a的角度跨度由此为2°，并且模块分区1b、1c、1d和1e的角度跨度分别为10°。

根据在图2中示出的第二实施例的太阳能电池模块由此具有四个包围一个中央模块分区、即第一模块分区1a的模块分区1b、1c、1d和1e。

由此得到这样的优点，即，由于模块中央区域中的各太阳能电池靠近拱曲的顶部，这个太阳能电池具有较小斜角，将这些太阳能电池分组到一个分区中。由此降低了具有与大斜角的分区的斜角范围的最大差，由此提高模块的发电量。

在图3和3a中示出根据本发明的太阳能电池模块的第三实施例，这个实施例是在图2和2a中示出的第二实施例的一个改进方案。下面为了避免重复仅说明主要区别。

第三实施例的载体元件3a沿方向A和方向B具有不同的曲率半径。

但第三实施例的太阳能电池分别具有十个模块分区1a至1l。每个模块分区具有四个串联的太阳能电池2。两个中央模块分区1a和1b由一组四个模块分区1c、1d、1e和1f包围。在根据图3和3a的图示的上边缘和下边缘上附加地分别设置三个正方形的模块分区1g、1h和1i以及1j、1k和1l。

如图3中所示，全部模块分区是并联的。

在图3a、分图b)中，对于根据第三实施例的模块分区的每个太阳能电池2分别给出斜角。由此对于这些模块分区得到下面的斜角范围：

分区	角度范围
		1a	0–2°
1b	0–2°
		1c	4–6°
1d	4–6°
		1e	9–11°
1f	7–8°
		1g	9–11°
1h	4–7°
		1i	4–7°
1j	10–15°
		1k	8–12°
1l	10–15°

这样的划分得到这样的优点，即，这些角度范围没有超过5°的最大差。此外，分区中的太阳能电池相对于太阳具有类似的方向。

附图标记列表

1a 第一模块分区

1b 第二模块分区

1c 第三模块分区

1e至1l 模块分区

2 太阳能电池

3、3a 载体元件

4 太阳能电池模块法向量

5a、5b 接线柱

Claims (8)

1.太阳能电池模块，所述太阳能电池模块具有至少一个第一、第二和第三模块分区(1a、1b、1c)，每个所述模块分区(1a-1l)都具有多个串联的光伏太阳能电池(2)，其特征在于，

所述模块分区(1a-1l)的太阳能电池(2)设置在弯曲的面式的载体元件(3、3a)上或中，每个太阳能电池配设有一个太阳能电场法向量，所述太阳能电池模块配设有一个太阳能电池模块法向量(4)，所述太阳能电池模块法向量对应于各太阳能电池法向量的向量平均值，每个太阳能电池(2)配设有一个斜角，所述斜角对应于太阳能电池(2)的太阳能电池法向量与太阳能电池模块法向量(4)之间的角度，并且每个模块分区配设有一个斜角范围，所述斜角范围的边界通过模块分区(1a-1l)的太阳能电池(2)的最小和最大斜角确定，至少两个模块分区(1a-1l)的斜角范围是不相交的，

各所述模块分区(1a-1l)是并联的，

每个模块分区(1a-1l)都具有相同数量的太阳能电池(2)，并且

一个模块分区(1a-1l)的每个太阳能电池(2)设置成直接与相同模块分区(1a-1l)的至少一个另外的太阳能电池(2)相邻。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块具有至少5个、特别是至少10个、更为优选至少20个模块分区(1a-1l)。

3.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块具有至少3个、特别是至少5个、更为优选至少10个具有不相交的斜角范围的模块分区(1a-1l)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块的所有模块分区(1a-1l)都具有相同数量的太阳能电池(2)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于，每个模块分区(1a-1l)的太阳能电池(2)串联连接。

6.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于，每个太阳能电池模块具有至少一个与相邻的模块分区的两个侧面邻接、特别是包围相邻模块分区的至少一个角部的模块分区(1c、1d、1i、1h)。

7.根据权利要求中6所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块具有一组至少两个模块分区(1c、1d、1i、1h)、特别是四个模块分区(1c、1d、1i、1h)，所述组的模块分区包围至少一个中央模块分区(1a、1b)、特别是两个中央模块分区(1a、1b)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块的太阳能电池(2)采用能背面接触的太阳能电池。