DE102005012213B4

DE102005012213B4 - Connected circuit

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Publication number: DE102005012213B4
Application number: DE102005012213A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing Quardt; Volker Dipl.-Ing. Grosch; Thomas Dipl.-Ing. Großen; Harald Dipl.-Ing. Mundinger
Original assignee: Insta Elektro GmbH and Co KG; Guenther Spelsberg GmbH and Co KG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: DE102005012213A1

Abstract

Anschlußschaltung, zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls (1), mit einer Schutzeinrichtung, die im Fall einer abgeschatteten Solarzelle als Strom-Bypass für die abgeschattete Solarzelle wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschaltung als Schutzeinrichtung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung (3) aufweist.Line circuit, for the electrical connection of Solar cells of a solar cell module (1), with a protective device, which in the case of a shadowed solar cell as a current bypass for the shaded Solar cell acts, characterized in that the connection circuit as a protective device, a controlled electronic switching arrangement (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anschlußschaltung, zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls.The Invention relates to a connection circuit, for the electrical connection of Solar cells of a solar cell module.

Anschlußschaltungen zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls sind aus der Praxis in vielfältiger Ausgestaltung gut bekannt. Dabei werden im allgemeinen mehrere Solarzellen zu Solarzellenmodulen zusammengeschaltet. Dazu besteht entweder die Möglichkeit der Reihenschaltung oder die Möglichkeit der Parallelschaltung der Solarzellen im Solarzellenmodul.connection circuits for the electrical connection of Solar cells of a solar cell module are in practice in a variety of configurations well known. In general, several solar cells are added Solar cell modules interconnected. This is either the possibility the series connection or the possibility the parallel connection of the solar cells in the solar cell module.

Durch ein Parallelschalten der Solarzellen addieren sich die einzelnen Ströme der Solarzellen zu einem Gesamtstrom. Dabei sollten die parallel geschalteten Solarzellen allerdings im wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschaften aufweisen, so daß sich in der Praxis das Parallelschalten von Solarzellen kaum durchgesetzt hat, insbesondere auch da eine einzelne Solarzelle bereits einen Strom von einigen Ampere liefern kann und die Ausgangsspannung einzelner Solarzellen typischerweise zu gering ist, um elektrische Geräte, wie Haushaltsgeräte, betreiben zu können.By a parallel connection of the solar cells add up the individual streams the solar cells to a total current. It should be parallel However, switched solar cells are essentially the same have physical properties, so that in practice the parallel switching of solar cells has hardly enforced, especially as one single solar cell already deliver a current of a few amps can and the output voltage of individual solar cells typically is too low to operate electrical appliances, such as household appliances to be able to.

Bei der Zusammenstellung von Solarzellenmodulen aus einzelnen Solarzellen werden diese daher häufig in Reihe geschaltet. Ein Problem kann sich dabei jedoch dann ergeben, wenn ein Solarzellenmodul im Betrieb partiell abgeschattet wird, also eine Solarzelle oder eine Mehrzahl von Solarzellen des Solarzellenmoduls weniger oder gar keine Sonnenbestrahlung erhält. Der Grund für eine derartig verringerte Sonnenbestrahlung kann z. B. in einer Verschmutzung der Solarzellen und/oder in Schattenwürfen von Bäumen, Gebäudeeinrichtungen oder Gebäuden selbst liegen.at the compilation of solar cell modules from individual solar cells These are therefore common connected in series. However, a problem may arise if a solar cell module is partially shaded during operation, So a solar cell or a plurality of solar cells of the solar cell module receives less or no sunshine. The reason for such a thing reduced solar radiation can, for. B. in a pollution of the solar cells and / or shadows cast by trees, buildings or buildings themselves lie.

Im Gegensatz zu einer Abschattung des Solarzellenmoduls gleichmäßig über seine gesamte Fläche, die nur zur einer Leistungsverringerung insgesamt führt, ergibt sich bei einer partiellen Abschattung folgendes Problem: Durch die in Reihe geschalteten Solarzellen des Solarzellenmoduls fließt ein gemeinsamer Strom, wobei jede einzelne Solarzelle mit ihrer jeweiligen Spannung zur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls beiträgt. Wird nun eine Solarzelle abgeschattet, so erzeugt diese keine Spannung mehr und setzt dem Stromfluß im So larzellenmodul praktisch eine Diode in Sperrichtung entgegen. Dies bedeutet jedoch, daß das gesamte Solarzellenmodul keinen Strom mehr liefern kann, so daß die gesamte Funktion des Solarzellenmoduls beeinträchtigt ist.in the Contrary to a shading of the solar cell module evenly over his the whole area, which only leads to a reduction in performance overall, results In the case of partial shading, the following problem arises: in series connected solar cells of the solar cell module flows a common Electricity, each individual solar cell with their respective voltage contributes to the total voltage of the solar cell module. If a solar cell is now shaded, so it produces no voltage and sets the current flow in So larzellenmodul practically a diode in the reverse direction. However, this means that the entire Solar cell module can no longer supply electricity, so that the entire function affected by the solar cell module is.

Weiterhin gilt, daß an der abgeschatteten Solarzelle eine Spannung anliegt, die abhängig ist von der Position der abgeschatteten Solarzelle in der Reihenschaltung. Ist diese an der abgeschatteten Solarzelle anliegende Spannung größer als ihre Sperrspannung, so wird es in der Solarzelle zu einem Durchschlag und damit zu einer dauerhaften Beschädigung kommen.Farther applies that to the shaded solar cell voltage is applied, which is dependent on the position of the shaded solar cell in series. Is this voltage applied to the shaded solar cell greater than their blocking voltage, so it is in the solar cell to a breakdown and thus come to a permanent damage.

Selbst wenn es zu keiner Beschädigung der Solarzelle durch einen Durchschlag kommen sollte, wird in einer abgeschatteten Solarzelle eine große Verlustleistung umgesetzt, so daß sich die abgeschattete Solarzelle aufheizt. Auch eine solche Aufheizung kann zu Beschädigungen an der abgeschatteten Solarzelle sowie an den ihr benachbarten Solarzellen führen.Even if there is no damage The solar cell should come through a punch is in one shaded solar cell implemented a large power dissipation, so that heats the shaded solar cell. Also, such a heating can cause damage on the shaded solar cell as well as on the neighboring solar cells to lead.

Um die mit teilweise abgeschatteten Solarzellen verbundene Problematik zu vermeiden, werden Schutzeinrichtungen verwendet, im allgemeinen nämlich Bypass-Dioden, die antiparallel zu den Solarzellen geschaltet werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine abgeschattete Solarzelle zwar keinen Anteil mehr zur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls leistet, der Stromfluß jedoch trotzdem erhalten bleibt. Das Solarzellenmodul zeigt somit lediglich eine verminderte Betriebsspannung, fällt jedoch nicht vollständig aus. Außerdem wird in der abgeschatteten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt, so daß eine Beschädigung der abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann.Around the problems associated with partially shaded solar cells safety devices are used, in general bypass diodes, which are connected in anti-parallel to the solar cells. To this Way is achieved that a Although shaded solar cell no longer contributes to the total voltage of the solar cell module, but still receive the flow of current remains. The solar cell module thus shows only a reduced Operating voltage drops but not completely out. Furthermore no power is converted in the shaded solar cell, so that one damage the shaded solar cell can be avoided.

Grundsätzlich könnte jeder Solarzelle eines Solarzellenmoduls genau eine Bypass-Diode zugeordnet sein. Häufig jedoch wird so vorgegangen, daß eine Mehrzahl hintereinander geschalteter Solarzellen, also ein sogenannter String von Solarzellen, jeweils durch eine gemeinsame Bypass-Diode abgesichert wird.Basically everyone could Solar cell of a solar cell module assigned to exactly one bypass diode be. Often However, the procedure is that a A plurality of solar cells connected in series, ie a so-called String of solar cells, each by a common bypass diode is secured.

Anschlußschaltungen zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls weisen somit im allgemeinen wenigstens eine Bypass-Diode, häufig eine Mehrzahl von Bypass-Dioden auf. Damit ist jedoch das Problem verbunden, daß die zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls verwendeten Anschlußschaltungen durch die in den Bypass-Dioden umgesetzte Leistung stark erwärmt werden, was unter verschiedenen Aspekten nachteilig ist.connection circuits for the electrical connection of Solar cells of a solar cell module thus generally have at least one bypass diode, often a plurality of bypass diodes. But that's the problem connected that the for the electrical connection of Solar cells of a solar cell module used connection circuits be strongly heated by the power dissipated in the bypass diodes, which is disadvantageous in various aspects.

Aus der DE 103 31 780 A1 ist eine elektrische Anschluß- und Verbindungsdose bekannt, die ein Gehäuse zum Anschließen und Verbinden in das Gehäuse eingeführter Leitungen miteinander bzw. mit in dem Gehäuse vorgesehenen elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen aufweist. Ferner ist ein elektrische oder/und elektronische Einrichtungen aufweisendes Ansteckmodul vorgesehen, das mittels einer Steckverbindung an das Gehäuse angesteckt ist, so daß die elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen des Ansteckmoduls mit den in dem Gehäuse vorgesehenen Leitungen bzw. elektrischen oder/und elektronischen Einrichtungen verbunden ist. Eine solche elektrische Anschluß- und Verbindungsdose ist insbesondere als Solardose geeignet, also als Anschluß- und Verbindungsdose für Solarzellen eines Solarzellenmoduls. Dabei werden in dem Ansteckmodul Bypass-Dioden vorgesehen, so daß bei defekten Bypass-Dioden ein Auswechseln derselben einfach und ohne Werkzeug durch Wechseln des Ansteckmoduls erfolgen kann.From the DE 103 31 780 A1 For example, an electrical connection and connection box is known, which has a housing for connecting and connecting lines introduced into the housing with one another or with electrical and / or electronic devices provided in the housing. Furthermore, an electrical or / and electronic devices exhibiting Ansteckmodul is provided, which is plugged by means of a plug connection to the housing, so that the electrical and / or electronic devices of the plug-in module with the connected in the housing lines or electrical and / or electronic devices is connected. Such an electrical connection and junction box is particularly suitable as a solar box, so as a connection and junction box for solar cells of a solar cell module. In this case, bypass diodes are provided in the plug-in module, so that in the case of defective bypass diodes, replacement thereof can be effected simply and without tools by changing the plug-on module.

Die DE 33 07 202 A1 beschreibt ferner ein Solarzellenmodul aus einzelnen, in Reihe angeordneten Solarzellen, die wenigstens teilweise elektrisch in Serie geschaltet sind. Bypass-Dioden sind parallel zu einzelnen Ketten dieser Solarzellen geschaltet, um die Heizleistung in partiell abgeschatteten Solarzellen zu begrenzen. Diese Bypass-Dioden sind direkt in das Solarzellenmodul integriert, so dass kein aufwendiger Anschlußkasten erforderlich ist.The DE 33 07 202 A1 further describes a solar cell module of individual, arranged in series solar cells, which are at least partially electrically connected in series. Bypass diodes are connected in parallel with individual chains of these solar cells in order to limit the heating power in partially shaded solar cells. These bypass diodes are integrated directly into the solar cell module, so that no complex terminal box is required.

Aus dem Stand der Technik sind ferner sogenannte Komparatorschaltungen z. B. als separate Bauteile bekannt. Solche Komparatorschaltungen weisen wenigstens zwei Eingänge, nämlich einen Eingang für die zu überwachende Spannung und einen Eingang für ein Referenzpotential (Masse/Erde), sowie einen Ausgang auf, über den abhängig davon, ob die überwachte Spannung oberhalb oder unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt, ein Ausgangssignal aktiviert oder deaktiviert wird. Exemplarisch sei dazu verwiesen auf die "Voltage Detectors MAX 6461-MAX 6466" von MAXIM Integrated Products und die zugehörigen Datenblätter. Im übrigen können entsprechende Komparatorschaltungen natürlich auch diskret aufgebaut werden, wozu auf das Lehrbuch "The Art of Electronics" von Paul Horowitz und Winfried Hill, 2. Edition, 1989, Seite 229–232, verwiesen wird.Out The prior art also includes so-called comparator circuits z. B. known as separate components. Such comparator circuits have at least two entrances, namely an entrance for the ones to be monitored Voltage and an input for a reference potential (ground / ground), as well as an output, via the dependent of whether the supervised Voltage is above or below a predetermined threshold, an output signal is activated or deactivated. exemplary Please refer to the "Voltage Detectors MAX 6461-MAX 6466 "from MAXIM Integrated Products and related datasheets. Otherwise, appropriate Comparator circuits, of course also be built discreetly, including the textbook "The Art of Electronics" by Paul Horowitz and Winfried Hill, 2nd Edition, 1989, pages 229-232.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Anschlußschaltung zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls anzugeben, die sich im Betrieb nur gering erwärmt.It The object of the invention is such a connection circuit for the electrical connection of Specify solar cells of a solar cell module, which is in operation only slightly heated.

Diese Aufgabe ist gelöst, durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1.These Task is solved, by the subject matter of patent claim 1.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß zur Vermeidung der oben beschriebenen, mit teilweise abgeschatteten Solarzellen verbundenen Problematik als Schutzeinrichtung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung verwendet wird, so daß die Verwendung von Bypass-Dioden reduziert oder ganz vermieden werden kann. Durch den Ersatz von Bypass-Dioden durch eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung, die zu den Bypass-Dioden funktional im wesentlichen gleichwirkend ist, kann eine Verringerung der Erwärmung der Schaltanordnung erzielt werden, wie nachfolgend ausgeführt.According to the invention is thus provided that to Avoiding the above, with some shading Solar cells connected problem as a protective device controlled electronic circuit arrangement is used, so that the use reduced by bypass diodes or can be completely avoided. By the replacement of bypass diodes by a controlled electronic switching arrangement, which is functionally substantially equivalent to the bypass diodes is a reduction in the heating of the switching device can be achieved as explained below.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die gesteuerte elektronische Schaltanordnung derart ausgelegt ist, daß sie im Fall einer abgeschatteten Solarzelle als Strom-Bypass für die abgeschattete Solarzelle wirkt. Diese funktionale Gleichwirkung zu den aus dem Stand der Technik bekannten Bypass-Dioden kann nun auf unterschiedliche Arten und Weisen erzielt werden.According to one preferred embodiment of the invention is provided that the controlled electronic Switching arrangement is designed such that they are shaded in the case of a Solar cell as a current bypass for the shaded solar cell works. This functional equality to the bypass diodes known from the prior art can now achieved in different ways.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die gesteuerte elektronische Schaltanordnung eine Ansteuerschaltung und eine von der Ansteuerschaltung ansteuerbare Schalteinrichtung aufweist, wobei die Schalteinrichtung parallel zu wenigstens einer Solarzelle, vorzugsweise parallel zu einem String von Solarzellen, geschaltet ist und im Falle einer Abschattung einer der Solarzellen, zu der sie parallel geschaltet ist, von der Ansteuerschaltung wenigstens zeitweise aufgesteuert wird, so daß ein Strom-Bypass für die abgeschattete Solarzelle erzielt wird.According to one preferred embodiment of the invention is provided that the controlled electronic Switching arrangement, a drive circuit and one of the drive circuit having controllable switching device, wherein the switching device parallel to at least one solar cell, preferably parallel to a string of solar cells, and in the case of a Shading of one of the solar cells to which they are connected in parallel is at least temporarily turned on by the drive circuit will, so that one Electricity bypass for the shaded solar cell is achieved.

Entsprechende Schalteinrichtungen lassen sich ebenfalls auf verschiedene Arten und Weisen realisieren. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Schalteinrichtung zwei in Reihe geschaltete und von der Ansteuerschaltung angesteuerte elektrische oder elektronische Schaltelemente aufweist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dabei insbesondere vorgesehen, daß als Schaltelemente zwei gegeneinander gepolte Transistoren, vorzugsweise zwei MOSFETS, vorgesehen sind. Weiterhin gilt, daß gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, daß die Stromversorgung der Ansteuerschaltung über den von den nicht abgeschatteten Solarzellen des Solarzellenmoduls erzeugten Strom erfolgt, wobei gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung insbesondere vorgesehen ist, daß die Ansteuerschaltung mit einem Speicherkondensator versehen ist.Appropriate Switching devices can also be done in different ways and realize ways. According to one preferred development of the invention, however, is provided that the switching device two in series and driven by the drive circuit having electrical or electronic switching elements. According to a preferred Further development of the invention is provided in particular that two as switching elements mutually poled transistors, preferably two MOSFETS provided are. Furthermore, it holds that according to a preferred embodiment of the invention is provided that the power supply of Control circuit via that of the unshaded solar cells of the solar cell module generated electricity, wherein according to a preferred embodiment the invention is particularly provided that the drive circuit with a storage capacitor is provided.

Weiterhin liegt eine Problematik beim Einsatz von Solarzellenmodulen mit einer Mehrzahl von Solarzellen darin, daß die Solarzellenmodule insgesamt häufig nur einen unbefriedigenden Wirkungsgrad aufweisen.Farther is a problem when using solar cell modules with a Plurality of solar cells in that the solar cell modules in total often only have an unsatisfactory efficiency.

Dementsprechend liegt eine weitere Aufgabe darin, eine Anschlußschaltung für Solarzellen eines Solarzellenmoduls anzugeben, mit der ein hoher Wirkungsgrad des Solarzellenmoduls insgesamt erzielt werden kann.Accordingly another object is to provide a connection circuit for solar cells specify a solar cell module, with a high efficiency of the solar cell module as a whole can be achieved.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Anschlußschaltung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung zum individuellen Steuern bzw. Regeln einer jeweiligen Solarzelle einer Mehrzahl von Solarzellen des Solarzellenmoduls aufweist.These Task is solved by that the connection circuit a controlled electronic switching arrangement for individual Controlling or regulating a respective solar cell of a plurality of solar cells of the solar cell module.

Unter diesem Aspekt ist also vorgesehen, die Betriebsparameter der einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls individuell zu beeinflussen, um insgesamt einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Insbesondere ist es auf diese Weise nämlich möglich, jede einzelne Solarzelle in ihrem optimalen Betriebszustand zu betreiben, während bei herkömmlichen Systemen häufig die schwächste Einheit, also die schwächste Solarzelle, den Betrieb des gesamten Solarzellenmoduls bestimmt hat. Entsprechendes gilt im übrigen auch bei dem Anschluß einer Mehrzahl von Solarzellenmodulen.Under This aspect is therefore provided, the operating parameters of the individual Solar cells of the solar cell module to individually influence Overall, to achieve optimum efficiency. Especially is it that way? possible, to operate each individual solar cell in its optimum operating state while at conventional Systems often the weakest Unity, so the weakest Solar cell, determines the operation of the entire solar cell module Has. The same applies in the rest also in the connection of a plurality of solar cell modules.

Die Tatsache, daß die Anschlußschaltung erfindungsgemäß eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung zum individuellen Steuern bzw. Regeln einer jeweiligen Solarzelle einer Mehrzahl von Solarzellen des Solarzellenmoduls aufweist, ist auch insofern vorteilhaft, als daß nicht nur eine Anpassung der Steuerung bzw. Regelung an den jeweiligen Zustand der Solarzellen bei Inbetriebnahme der Solaranlage mit den entsprechenden Solarzellen möglich ist, sondern vielmehr auch ein Ausgleich von Alterungseffekten der Solarzellen ermöglicht wird, so daß durch den Einsatz einer "intelligenten" Schaltung über die gesamte Lebensdauer der Solarzellen bzw. der entsprechenden Solaranlage ein optimaler Wirkungsgrad erzielt werden kann.The Fact that the Connected circuit According to the invention a controlled electronic switching arrangement for individually controlling a respective solar cell of a plurality of solar cells of the solar cell module is also advantageous in that not only an adaptation the control or regulation of the respective state of the solar cells when commissioning the solar system with the appropriate solar cells possible but rather a balance of aging effects of Solar cells enabled will, so that through the use of a "smart" circuit over the entire life of the solar cells or the corresponding solar system Optimum efficiency can be achieved.

Zur Lösung der zuletzt genannten Aufgabe ist zusätzlich oder alternativ zu dem zuvor ausgeführten vorgesehen, daß über die Anschlußkabel der Anschlußschaltung eine Bussteuerung erfolgt.to solution The latter object is additionally or alternatively to previously executed provided that over the cable the connection circuit a bus control takes place.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß über die Bussteuerung eine Abfrage oder/und Einstellung von Betriebsparametern der Solarzellen oder/und des Solarzellenmoduls erfolgt. Dies ist insbesondere hilfreich, um den zuvor beschriebenen Betrieb der Solarzellen des Solarzellenmoduls mit jeweils optimalem Wirkungsgrad, insbesondere auch in Abhängigkeit von Alterungseffekten, zu erreichen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Bussteuerung Astro-Funktionen zur Sonnennachführung umfaßt. Das heißt, daß über die einfache Eingabe von geographischen Ortsdaten sowie Datum und Uhrzeit eine optimale Ausrichtung beweg- und nachführbarer Solarzellen erzielt werden kann. Damit stehen die Solarzellen immer im optimalen Winkel zum einfallenden Sonnenlicht, wodurch die Energieausbeute maximiert wird.Especially can be provided that on the Bus control a query or / and setting of operating parameters the solar cell or / and the solar cell module takes place. This is especially helpful to the previously described operation of the solar cells the solar cell module, each with optimum efficiency, in particular also in dependence of aging effects. According to a preferred embodiment However, it can also be provided that the bus control astro functions to the sun tracking includes. The is called, that about the easy input of geographic location data as well as date and time optimal alignment of movable and traceable solar cells achieved can be. Thus, the solar cells are always in the optimum angle to the incident sunlight, maximizing the energy yield becomes.

Schließlich ist bei allen zuvor genannten Ausgestaltungen von Anschlußschaltungen für Solarzellen eines Solarzellenmoduls gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß ein Überspannungsschutzelement zum Schutz der Anschlußschaltung sowie der Solarzellen vor Überspannungen, z. B. durch einen benachbarten Blitzeinschlag, verwendet wird.Finally is in all the aforementioned embodiments of connection circuits for solar cells a solar cell module according to a preferred embodiment of the invention provided that an overvoltage protection element to protect the connection circuit and the solar cells against surges, z. B. by an adjacent lightning strike is used.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Anschlußschaltungen auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung verwiesen. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schema tisch eine Anschlußschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.in the individual, there are now a variety of ways, the connection circuits of the invention to design and develop. For this purpose, the subordinate to the independent claims claims as well as the following detailed description of a preferred embodiment directed the invention. In the drawing, the single figure shows schematically table a connection circuit according to a preferred embodiment the invention.

Die Figur zeigt dabei eine Solarzelle 1, die eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Strings 2 aufweist, die ihrerseits aus mehreren, im einzelnen nicht mehr dargestellten, ebenfalls in Reihe geschalteten Solarzellen bestehen. Das Vorsehen von drei Strings 2 für das Solarzellenmodul 1 ist rein exemplarisch. Ebenso exemplarisch ist für lediglich einen String 2 die Absicherung über eine Anschlußschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Eine entsprechende Absicherung kann natürlich für jeden String vorgesehen sein.The figure shows a solar cell 1 containing a plurality of strings connected in series 2 which in turn consist of several, not shown in detail, also connected in series solar cells. The provision of three strings 2 for the solar cell module 1 is purely exemplary. Likewise exemplary is for only one string 2 the fuse is shown via a connection circuit according to a preferred embodiment of the invention. A corresponding safeguard can of course be provided for each string.

Wie zuvor schon ausgeführt, ist es das Ziel, eine derartige Anschlußschaltung anzugeben, die gewährleistet, daß im Falle einer Abschattung des damit abgesicherten Strings ein Strom-Bypass für diesen abgeschatteten String erzielt wird, so daß das Solarzellenmodul 1 einerseits weiterhin einsatzbereit bleibt, also einen Strom liefert, und andererseits eine Beschädigung des abgeschatteten Strings 2 verhindert wird. Dazu weist die Anschlußschaltung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung 3 auf, die über eine Ansteuerschaltung 4 sowie eine Schalteinrichtung 5 verfügt. Die Schalteinrichtung 5 wird von zwei Schaltelementen gebildet, nämlich von zwei gegeneinander gepolten MOSFETS 6, 7, die von der Ansteuerschaltung 4 ansteuerbar sind. Im übrigen ist für die Ansteuerschaltung 4 ein Speicherkondensator 8 vorgesehen, so daß im Falle einer Abschattung des durch die Anschlußschaltung abgesicherten Strings 2 folgender Ablauf ermöglicht wird:
Bei Abschattung des abgesicherten Strings 2 und weiterer Beleuchtung der verbleibenden Strings 2 des Solarzellenmoduls 1 baut sich über den unteren, sperrend wirkenden MOSFET 7 aufgrund der parasitären Diode des oberen MOSFETS 6 eine Spannung auf. Die Ansteuerschaltung 4 ist nun derart ausgelegt, daß sie diese Spannung durch teilweises Aufsteuern wenigstens des MOSFETS 7 auf ca. 20 V begrenzt, so daß eine Beschädigung des abgesicherten Strings 2 vermieden wird. In dieser Phase lädt sich der Speicherkondensator 8 strombegrenzt aus der Spannung über den MOSFET 7 auf. Sobald der Speicherkondensator 8 auf ca. 15 V aufgeladen ist, werden die MOSFETS 6, 7 vollständig aufgesteuert, wodurch die über den MOSFETS 6, 7 anliegende Spannung zusam menbricht. Vom Auftreten der anfänglichen Sperrspannung bis zu diesem Zeitpunkt des Zusammenbrechens der Spannung vergehen nur wenige Mikrosekunden.As stated above, the aim is to provide such a connection circuit, which ensures that in the case of shading the thus secured string, a current bypass for this shadowed string is achieved, so that the solar cell module 1 on the one hand remains ready for use, that is, provides a current, and on the other hand damage to the shadowed string 2 is prevented. For this purpose, the connection circuit has a controlled electronic switching arrangement 3 on that via a drive circuit 4 and a switching device 5 features. The switching device 5 is formed by two switching elements, namely two mutually poled MOSFETs 6 . 7 that from the drive circuit 4 are controllable. Otherwise, for the drive circuit 4 a storage capacitor 8th provided so that in case of shading of the secured by the connection circuit strings 2 the following procedure is possible:
With shading of the secured string 2 and further lighting of the remaining strings 2 of the solar cell module 1 builds up over the bottom, blocking MOSFET 7 due to the parasitic diode of the upper MOSFET 6 a tension. The drive circuit 4 is now designed such that it this voltage by partially controlling at least the MOSFET 7 limited to about 20V, causing damage to the hedged string 2 is avoided. In this phase, the storage capacitor loads 8th current limited from the voltage across the MOSFET 7 on. Once the storage capacitor 8th is charged to about 15 V, the MOSFETs 6 . 7 completely turned on, causing the over the mosfets 6 . 7 voltage applied together breaks down. From the appearance of anfängli The blocking voltage is only a few microseconds away at this point in the breakdown of the voltage.

Durch den Eigenstromverbrauch der Ansteuerschaltung 4 sinkt die Spannung über dem Speicherkondensator 8 und an den Gates der MOSFETS 6, 7 langsam ab. Sobald eine Spannung unterschritten wird, bei der ein vollständiges Aufsteuern der MOSFETS 6, 7 nicht mehr gewährleistet ist, schaltet die Ansteuerschaltung 4 wenigstens den MOSFET 7 ab. Über den MOSFET 7 baut sich dann eine Spannung auf, die wiederum, wie oben beschrieben, begrenzt wird. Die Leitendphase der MOSFETS 6, 7 dauert mehrere zehn Millisekunden. Aufgrund der verglichen zur Leitendphase sehr kurzen spannungsbegrenzten Sperrphase fallen die momentan hohen Verlustleistungen über den MOSFETS 6, 7 während der Sperrphasen damit gegenüber den Leitendverlusten kaum ins Gewicht, so daß insgesamt Verluste deutlich unter denen einer Schottky-Diode erreicht wird.By the own power consumption of the drive circuit 4 the voltage across the storage capacitor drops 8th and at the gates of the mosfets 6 . 7 slowly. As soon as a voltage is undershot, at the complete turning on the MOSFETS 6 . 7 is no longer guaranteed, the drive circuit switches 4 at least the MOSFET 7 from. About the MOSFET 7 Then a voltage builds up, which in turn is limited as described above. The conducting phase of the MOSFETS 6 . 7 takes several tens of milliseconds. Due to the very short compared to the Leitendphase voltage-limited blocking phase, the currently high power losses fall over the MOSFETS 6 . 7 During the blocking phase so compared to the Leitendverlusten barely in weight, so that overall losses significantly below that of a Schottky diode is achieved.

Die Ansteuerschaltung 4 ist weiterhin derart ausgelegt, daß sie bei Beleuchtung des damit abgesicherten Strings 2 nicht versorgt wird, so daß die MOSFETS 6, 7 sperren. Außer den geringen Sperrströmen der MOSFETS 6, 7 treten somit durch die gesteuerte elektronische Schaltanordnung 3 keinerlei Verluste auf, so daß die Gesamtverluste in der Praxis sogar unter denen von Schottky-Dioden liegen. Darüber hinaus ist bei der vorliegend beschriebenen Anschlußschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wesentlich, daß sich die gesteuerte elektrische Schaltanordnung in der spannungsbegrenzten Sperrphase aus den verbleibenden, also noch beleuchteten Strings 2 versorgt, so daß keine Fremdversorgung erforderlich ist.The drive circuit 4 is further designed so that they illuminate the thus secured string 2 is not supplied, so the mosfets 6 . 7 lock. Except for the low reverse currents of the MOSFETs 6 . 7 thus occur through the controlled electronic switching arrangement 3 no losses, so that the total losses are in practice even below those of Schottky diodes. Moreover, in the presently described connection circuit according to a preferred embodiment of the invention, it is essential that the controlled electrical switching arrangement in the voltage-limited blocking phase of the remaining, that is still lit strings 2 supplied, so that no external supply is required.

Im Ergebnis wird damit eine Anschlußschaltung für Solarzellen eines Solarzellenmoduls erzielt, die genauso unproblematisch einsetzbar ist wie eine Anschlußschaltung mit Bypass-Dioden, jedoch wesentlich geringere Verlustleistungen aufweist, so daß es zu deutlich geringeren Erwärmungen kommt.in the The result is a connection circuit for solar cells achieved a solar cell module, the same problem-free use is like a connection circuit with bypass diodes, but significantly lower power losses so that it to significantly lower warming comes.

Claims

Connection circuit, for the electrical connection of solar cells of a solar cell module ( 1 ), with a protective device which, in the case of a shaded solar cell, acts as a current bypass for the shaded solar cell, characterized in that the connection circuit serves as a protective device for a controlled electronic circuit arrangement ( 3 ) having.

Connection circuit according to Claim 1, characterized in that the controlled electronic circuit arrangement ( 3 ) a drive circuit ( 4 ) and one of the drive circuit ( 4 ) controllable switching device ( 5 ), wherein the switching device ( 5 ) is connected in parallel to at least one solar cell and in the case of shading of the solar cell of the drive circuit ( 4 ) is at least temporarily turned on, so that a current bypass for the shaded solar cell is achieved.

Connecting circuit according to Claim 2, characterized in that the switching device ( 5 ) two in series and by the drive circuit ( 4 ) controlled electrical or electronic switching elements ( 6 . 7 ) having.

Connecting circuit according to Claim 3, characterized in that as switching elements ( 6 . 7 ) are provided two mutually poled transistors, preferably MOSFETs.

Connection circuit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the power supply of the drive circuit ( 4 ) over that of the unshaded solar cells of the solar cell module ( 1 ) electricity is generated.

Connection circuit according to one of Claims 2 to 5, characterized in that for the drive circuit ( 4 ) a storage capacitor ( 8th ) is provided.

Connected circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connection circuit a controlled electronic switching arrangement for individual Controlling a respective solar cell of a plurality of Having solar cells of the solar cell module.

Connected circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that via the connecting cable of the Connected circuit a bus control is provided.

Connected circuit according to claim 8, characterized in that via the bus control a query or / and adjustment of operating parameters.

Connected circuit according to claim 8 or 9, characterized in that the bus control Astro-functions, in particular for Sonnennachführung included.

Connected circuit according to one of the claims 1 to 10, characterized in that an overvoltage protection element for Protection of the connection circuit as well as the solar cells against overvoltages is provided.