DE102013218044A1 - solar cell array - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung (20; 30; 40; 50) aus einer Mehrzahl von Solarzellenstrings (23; 33; 43; 53), die mit halben Solarzellen (21; 31; 41; 51) gebildet ist, wobei die halben Solarzellen mittels bandförmiger Verbinder oder eines flächigen Verbinders zu mindestens einem Halbzellen-String in Reihe geschaltet sind und der oder jeder Halbzellen-String in einem zentralen Bereich der Solarzellenanordnung mit den weiteren Solarzellenstrings quer-verschaltet ist, wobei der oder jeder Halbzellen-String durch die zentrale Position der Quer-Verschaltung in einen oberen und unteren Teil-Halbzellenstring (23.1; 23.2; 33.1; 33.2; 43.1; 43.2; 53.1; 53.2) unterteilt ist.The invention relates to a solar cell arrangement (20; 30; 40; 50) comprising a plurality of solar cell strings (23; 33; 43; 53) formed with half solar cells (21; 31; 41; 51), wherein the half solar cells are connected by means of solar cells band-shaped connector or a planar connector to at least one half-cell string are connected in series and the or each half-cell string is cross-connected in a central region of the solar cell array with the other solar cell strings, wherein the or each half-cell string through the central position of the Transverse circuit is divided into an upper and lower half-cell string (23.1; 23.2; 33.1; 33.2; 43.1; 43.2; 53.1; 53.2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung aus einer Mehrzahl von Solarzellenstrings, die üblicherweise als Solarzellenmodul bezeichnet wird.The invention relates to a solar cell arrangement comprising a plurality of solar cell strings, which is usually referred to as a solar cell module.

Stand der TechnikState of the art

Der weitaus größte Teil der heutzutage angebotenen und im Einsatz befindlichen Photovoltaikanlagen nutzt Solarzellen aus kristallinem Silizium, die aus sog. Wafern gebildet sind. Dies sind sehr dünne Scheiben, die aus einem im Wesentlichen zylindrischen Rohling geschnitten sind. 1 zeigt ein Schaltbild eines derartigen herkömmlichen Solarzellenmoduls 10 aus insgesamt 60 ganzen Solarzellen 11, die zunächst in Reihe in sechs Strings 13 zu je 10 Zellen verschaltet sind. Jeweils zwei Strings 13 sind sodann über eine am oberen Rand des Solarzellenmoduls angeordnete Quer-Verschaltung über je eine Freilaufdiode 15 in Reihe geschaltet, und das Solarzellenmodul 10 insgesamt hat einen einzelnen externen Anschluss (plus/minus oder Potential/Masse) 17. Da bereits das Kristallzüchtungsverfahren zur Bereitstellung solcher einkristalliner Rohlinge aufwendig und im Übrigen deren Weiterverarbeitung zu den genannten Solarzellen aufwendig ist, sollen einmal hergestellte Solarzellen möglichst restlos zu Solarzellenanordnungen (Solarzellenmodulen) verbaut werden.By far the largest part of photovoltaic systems currently available and in use uses solar cells made of crystalline silicon, which are formed from so-called wafers. These are very thin slices cut from a substantially cylindrical blank. 1 shows a circuit diagram of such a conventional solar cell module 10 out of a total of 60 whole solar cells 11 , first in series in six strings 13 are interconnected to 10 cells each. Two strings each 13 are then via a arranged at the top of the solar cell module cross-connection via a respective freewheeling diode 15 connected in series, and the solar cell module 10 in total has a single external connection (plus / minus or potential / ground) 17 , Since already the crystal growing process for providing such monocrystalline blanks is complicated and, moreover, their further processing to the mentioned solar cells is complicated, once produced solar cells should be installed as completely as possible to form solar cell arrays (solar cell modules).

Seit einigen Jahren werden deshalb auch Solarzellen verwendet, bei denen es begrenzte Defekte gibt, bei denen aber eine Hälfte oder auch nur ein Drittel der Zellenfläche defektfrei und daher für die Bildung von Solarzellenmodulen geeignet ist. Es wurden spezielle Lösungen für die Montage dieser sog. Halbzellen zu Solarmodulen entwickelt; vgl. etwa die US 7,388,146 B2 ; oder die Firmenveröffentlichungen bp solar: „Das IntegraBusTM-System”, 30. Mai 2006 (internes Erstellungsdatum) ; Innotech Solar Pressemitteilung vom 07. Juni 2010: „Solarmodule mit halbierten und gedrittelten Zellen reduzieren Solarstrom-Kosten” und MITSUBISHI ELECTRIC PHOTOVOLTAIC MODULES: A New Premium Generation, July 2011. For some years, therefore, solar cells are used in which there are limited defects, but in which one half or even one third of the cell surface is defect-free and therefore suitable for the formation of solar cell modules. Special solutions have been developed for the assembly of these so-called half-cells into solar modules; see. about the US 7,388,146 B2 ; or the Company publications bp solar: "The IntegraBusTM system", May 30, 2006 (internal creation date) ; Innotech Solar Press release of 07 June 2010: "Solar modules with halved and threefold cells reduce solar power costs" and MITSUBISHI ELECTRIC PHOTOVOLTAIC MODULES: A New Premium Generation, July 2011.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Solarzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The present invention provides a solar cell arrangement having the features of claim 1. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind sämtliche Solarzellenstrings Halbzellenstrings, d. h. die Anordnung besteht ausschließlich aus Halbzellen. Grundsätzlich ist aber auch die Einbindung einzelner Halbzellen-Strings in einer ansonsten aus ganzen Zellen gebildete Solarzellenanordnung denkbar.In an advantageous embodiment of the invention, all solar cell strings are half cell strings, i. H. the arrangement consists exclusively of half-cells. Basically, however, the integration of individual half-cell strings in a solar cell arrangement otherwise formed from whole cells is conceivable.

In technologisch sinnvollen Ausgestaltungen der Erfindung sind die bandförmigen Verbinder oder der jeder flächige Verbinder mit den halben Solarzellen verlötet oder leitfähig verklebt bzw. versintert.In technologically expedient embodiments of the invention, the band-shaped connector or each planar connector with the half solar cells are soldered or adhesively bonded or sintered.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist für die Quer-Verschaltung ein Schaltungssubstrat in Art einer Leiterplatte vorgesehen. In Kombination hiermit, aber auch unabhängig von der Verwendung eines solchen Substrats, können in die Quer-Verschaltung neben Freilaufdioden zusätzliche Funktionselemente zur Realisierung von Zusatzfunktionen, insbesondere einer Schutzschalter-Funktion und/oder der elektronischen Speicherung einer ID der Solarzellenanordnung, eingebunden sein.In further embodiments of the invention, a circuit substrate in the manner of a printed circuit board is provided for the transverse interconnection. In combination herewith, but also independently of the use of such a substrate, additional functional elements for realizing additional functions, in particular a circuit breaker function and / or the electronic storage of an ID of the solar cell arrangement, can be integrated into the cross-connection in addition to freewheeling diodes.

Die erfindungsgemäße Verschaltung von halben Solarzellen (Halbzellen) erbringt, zumindest in bevorzugten Ausgestaltungen, eine ganze Reihe von Vorteilen:

  • – reduzierte ohmsche Verluste durch geringere Stromdichte,
  • – es können wie bisher Strings der gleichen Länge (wie Standardtechnologie) verwendet werden (z. B. 20 halbe Zellen statt 10 ganze Zellen),
  • – Handling der Strings und Ablegen in der Matrix mit vergleichbarem Aufwand wie bisher,
  • – Einsatz der Leiterplatte für Quer-Verschaltung ermöglicht einfache Integration von zusätzlichen Funktionen (PowerCut; RFID) im Laminat,
  • – horizontal frei wählbare Position der Dose ohne Leitungsverlängerung,
  • – doppelte Modulspannung reduziert Leitungsverluste auch in der Modulverschaltung,
  • – nur eine Anschlussdose notwendig,
  • – nur drei Freilaufdioden notwendig,
  • – Modulanschlusswerte entsprechen üblichen Spezifikationen und
  • – kurze Leitungswege außerhalb des Moduls, da Pole auf beide Modulseiten verteilt sind.
The interconnection of half solar cells (half cells) according to the invention provides, at least in preferred embodiments, a whole series of advantages:
  • - reduced ohmic losses due to lower current density,
  • - as before, strings of the same length (as standard technology) can be used (eg 20 half cells instead of 10 whole cells),
  • Handling the strings and storing them in the matrix with comparable effort as before,
  • - Use of PCB for cross-connection allows easy integration of additional functions (PowerCut; RFID) in the laminate,
  • - horizontally freely selectable position of the box without line extension,
  • - double module voltage reduces line losses even in the module interconnection,
  • - only one junction box necessary,
  • - only three freewheeling diodes necessary,
  • - Module connection values correspond to usual specifications and
  • - Short lines outside the module, as poles are distributed on both sides of the module.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hiervon zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic drawings. Hereof show:

1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Solarzellenmoduls (gebildet ausschließlich aus ganzen Solarzellen), 1 a circuit diagram of a conventional solar cell module (formed solely from whole solar cells),

2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls, 2 a circuit diagram of an embodiment of the solar cell module according to the invention,

3 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls, 3 a circuit diagram of a second embodiment of the solar cell module according to the invention,

4 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls und 4 a circuit diagram of a third embodiment of the solar cell module according to the invention and

5 und 5A ein Schaltbild bzw. eine Detailansicht einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung unter Verwendung einer einzelnen Standard-Anschlussdose. 5 and 5A a circuit diagram or a detailed view of an embodiment of the solar cell assembly according to the invention using a single standard junction box.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

2 zeigt, analog zur Darstellung des Standard-Solarzellenmoduls 10 in 1, ein Schaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls 20, wobei die einzelnen Teile analog zu 1 bezeichnet sind. Ziffer 21 steht hier allerdings für eine halbe Solarzelle bzw. Halbzelle. Ein weiterer wichtiger Unterschied zur herkömmlichen Anordnung gemäß 1 besteht darin, dass die Solarzellenstrings (Halbzellen-Strings) 23 jeweils durch die in der Mitte des Solarzellenmoduls 20 angeordnete Quer-Verschaltung in einen ersten und zweiten Teil-String 23.1, 23.2 untergliedert sind. Der erste und zweite Teil-String 23.1, 23.2 können grundsätzlich wahlweise in Reihe oder parallel verschaltet werden und sind jeweils mit einer Freilaufdiode versehen. 2 shows, analogous to the representation of the standard solar cell module 10 in 1 , A circuit diagram of a first solar cell module according to the invention 20 , where the individual parts are analogous to 1 are designated. digit 21 However, here stands for half a solar cell or half cell. Another important difference from the conventional arrangement according to 1 is that the solar cell strings (half-cell strings) 23 in each case through the in the middle of the solar cell module 20 arranged transverse interconnection in a first and second sub-string 23.1 . 23.2 are subdivided. The first and second sub-string 23.1 . 23.2 In principle, they can be interconnected either in series or in parallel and are each provided with a freewheeling diode.

Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass auch dieses Solarzellenmodul mit drei Freilaufdioden 25 auskommt. Die Freilaufdioden 25 und etwaige andere (hier nicht gezeigte) Bauelemente zur Realisierung von Zusatzfunktionen sind auf einer Leiterplatte 29 untergebracht.Furthermore, it should be noted that this solar cell module with three freewheeling diodes 25 gets along. The freewheeling diodes 25 and any other (not shown here) components for the realization of additional functions are on a circuit board 29 accommodated.

3 und 4 zeigen als Verschaltungs-Varianten Solarzellenmodule 30 bzw. 40, die ebenfalls aus 6 × 20 Halbzellen mit mittiger Anordnung der Quer-Verschaltung gebildet sind und bei denen die Bezeichnung der einzelnen Teile weder zu 1 bzw. 2 korrespondiert. Bei der Schaltungs-Variante nach 3 ist der externe Anschluss des Solarzellenmoduls räumlich in einen an einer ersten Seitenkante vorgesehenen ersten Anschluss 37a und einen an der gegenüberliegenden Seitenkante vorgesehenen zweiten Anschluss 37b aufgespalten. Dies erfordert das Vorsehen von zwei Anschlussdosen. Das Solarzellenmodul 40 aus 4 andererseits kommt wieder mit einer Anschlussdose aus, die den externen Anschluss 37 aufnimmt; es ist aber zur Bereitstellung der doppelten Ausgangsspannung (z. B. 72 V statt 36 V) ausgelegt und enthält sechs statt drei Freilaufdioden. 3 and 4 show as interconnection variants solar cell modules 30 respectively. 40 , Which are also formed of 6 × 20 half-cells with central arrangement of the cross-connection and in which the designation of the individual parts neither to 1 respectively. 2 corresponds. In the circuit variant after 3 the external terminal of the solar cell module is spatially in a provided on a first side edge first port 37a and a second port provided on the opposite side edge 37b split. This requires the provision of two junction boxes. The solar cell module 40 out 4 on the other hand comes again with a junction box, which is the external connection 37 receives; however, it is designed to provide twice the output voltage (eg 72 V instead of 36 V) and contains six instead of three freewheeling diodes.

5 und 5A zeigen als konkrete Implementierung ein Solarzellenmodul 50 mit einer Standard-Anschlussdose 58, der ein externer Anschluss 57 zugeordnet ist und die (ggfs. zusammen mit weiteren, nicht gezeigten Bauelementen) drei Freilaufdioden 55 enthält. 5 and 5A show as a concrete implementation a solar cell module 50 with a standard junction box 58 who has an external connection 57 is assigned and the (optionally together with other, not shown components) three freewheeling diodes 55 contains.

Die Bereitstellung einer der oben skizzierten Anordnungen bedeutet verfahrensseitig die Herstellung von sechs Strings mit jeweils 20 Halbzellen im bekannten Verfahren (Löten oder Kleben der Zellen mittels Verbinder auf die vorhandenen Busbars). Die Strings werden wie bekannt in einer Matrix angeordnet. Anschließend erfolgt die Querverbindung der Strings. Hier erfolgt nun speziell bei der Variante nach 2 eine Quer-Verschaltung derart, dass elektrisch jeweils zwei Strings parallel geschaltet werden. Dabei sind die physisch hergestellten Strings und die nach dem Verschalten elektrisch zusammengehörigen Strings nicht identisch.The provision of one of the above-outlined arrangements means in the process the production of six strings each having 20 half-cells in the known method (soldering or gluing the cells by means of connectors on the existing busbars). The strings are arranged as known in a matrix. Subsequently, the cross-connection of the strings takes place. Here is done now especially in the variant 2 a cross-connection such that electrically two strings are connected in parallel. In this case, the physically produced strings and the strings which are electrically connected after interconnection are not identical.

Die Vorteile dieser vorgeschlagenen Art der Verschaltung liegen auf der Hand:

  • – Verwendung der bekannten/vorhandenen Stringer- und Layuptechnologie,
  • – Materialeinsparung durch Verwendung nur einer Anschlussdose und von nur drei Freilaufdioden,
  • – Industriestandard bzgl. elektrischer Modulparameter und
  • – Möglichkeit zur Integration von zusätzlicher Elektronik in die Quer-Verschaltung falls diese durch Leiterplatte realisiert wird.
The advantages of this proposed type of interconnection are obvious:
  • Use of the known / existing stringer and layup technology,
  • - Material savings by using only one junction box and only three freewheeling diodes,
  • - Industry standard regarding electrical module parameters and
  • - Possibility to integrate additional electronics into the cross-connection if this is realized by a printed circuit board.

Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.Within the scope of expert action, further refinements and embodiments of the method and apparatus described here by way of example only arise.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • Innotech Solar Pressemitteilung vom 07. Juni 2010: „Solarmodule mit halbierten und gedrittelten Zellen reduzieren Solarstrom-Kosten” [0003] Innotech Solar Press release of June 7, 2010: "Solar Modules with Halved and Third-Tier Cells Reduce Solar Power Costs" [0003]
  • MITSUBISHI ELECTRIC PHOTOVOLTAIC MODULES: A New Premium Generation, July 2011. [0003] MITSUBISHI ELECTRIC PHOTOVOLTAIC MODULES: A New Premium Generation, July 2011. [0003]

Claims (8)

Solarzellenanordnung (20; 30; 40; 50) aus einer Mehrzahl von Solarzellenstrings (23; 33; 43; 53), die mit halben Solarzellen (21; 31; 41; 51) gebildet ist, wobei die halben Solarzellen mittels bandförmiger Verbinder oder eines flächigen Verbinders zu mindestens einem Halbzellen-String in Reihe geschaltet sind und der oder jeder Halbzellen-String in einem zentralen Bereich der Solarzellenanordnung mit den weiteren Solarzellenstrings quer-verschaltet ist, wobei der oder jeder Halbzellen-String durch die zentrale Position der Quer-Verschaltung in einen oberen und unteren Teil-Halbzellenstring (23.1; 23.2; 33.1; 33.2; 43.1; 43.2; 53.1; 53.2) unterteilt ist.Solar cell arrangement ( 20 ; 30 ; 40 ; 50 ) from a plurality of solar cell strings ( 23 ; 33 ; 43 ; 53 ) with half solar cells ( 21 ; 31 ; 41 ; 51 ), wherein the half solar cells are connected in series by means of band-shaped connector or a planar connector to at least one half-cell string and the or each half-cell string is cross-connected in a central region of the solar cell array with the other solar cell strings, the or each half-cell string through the central position of the cross-connection into an upper and lower partial half-cell string ( 23.1 ; 23.2 ; 33.1 ; 33.2 ; 43.1 ; 43.2 ; 53.1 ; 53.2 ) is divided. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, welche ausschließlich aus halben Solarzellen (21; 31; 41; 51) gebildet ist, derart, dass sämtliche Solarzellenstrings (23; 33; 43; 53) in Teil-Halbzellenstrings (23.1; 23.2; 33.1; 33.2; 43.1; 43.2; 53.1; 53.2) unterteilt sind.Solar cell arrangement according to claim 1, which consists exclusively of half solar cells ( 21 ; 31 ; 41 ; 51 ) is formed such that all solar cell strings ( 23 ; 33 ; 43 ; 53 ) in partial half cell strings ( 23.1 ; 23.2 ; 33.1 ; 33.2 ; 43.1 ; 43.2 ; 53.1 ; 53.2 ) are divided. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die bandförmigen Verbinder oder der jeder flächige Verbinder mit den halben Solarzellen verlötet oder leitfähig verklebt bzw. versintert sind.A solar cell assembly according to claim 1 or 2, wherein the band-shaped connector or the each planar connector with the half solar cells are soldered or conductively glued or sintered. Solarzellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quer-Verschaltung der Solarzellenstrings derart ausgebildet ist, dass die gleiche Anzahl von Freilaufdioden (25; 35; 45; 55) eingebunden ist wie bei einer Solarzellenanordnung aus ganzen Solarzellen.Solar cell arrangement according to one of the preceding claims, wherein the transverse interconnection of the solar cell strings is formed such that the same number of freewheeling diodes ( 25 ; 35 ; 45 ; 55 ) is integrated as in a solar cell arrangement of whole solar cells. Solarzellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer einzelnen Anschlussdose (58), die in dem zentralen Bereich der Solarzellenanordnung (50) positioniert ist.Solar cell arrangement according to one of the preceding claims, with a single junction box ( 58 ) located in the central area of the solar cell array ( 50 ) is positioned. Solarzellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche sechs Halbzellen-Strings (23.1; 23.2; 33.1; 33.2; 43.1; 43.2; 53.1; 53.2) mit je 20 halben Solarzellen (21; 31; 41; 51) und drei Freilaufdioden (25; 45; 55) aufweist.Solar cell arrangement according to one of the preceding claims, which comprises six half cell strings ( 23.1 ; 23.2 ; 33.1 ; 33.2 ; 43.1 ; 43.2 ; 53.1 ; 53.2 ) each with 20 half solar cells ( 21 ; 31 ; 41 ; 51 ) and three freewheeling diodes ( 25 ; 45 ; 55 ) having. Solarzellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für die Quer-Verschaltung ein Schaltungssubstrat in Art einer Leiterplatte (29; 39; 49; 59) vorgesehen ist.Solar cell arrangement according to one of the preceding claims, wherein for the cross-connection a circuit substrate in the manner of a printed circuit board ( 29 ; 39 ; 49 ; 59 ) is provided. Solarzellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in die Quer-Verschaltung neben Freilaufdioden (25; 35; 45; 55) zusätzliche Funktionselemente zur Realisierung von Zusatzfunktionen, insbesondere einer Schutzschalter-Funktion und/oder der elektronischen Speicherung einer ID, eingebunden sind.Solar cell arrangement according to one of the preceding claims, wherein in the transverse interconnection in addition freewheeling diodes ( 25 ; 35 ; 45 ; 55 ) additional functional elements for the realization of additional functions, in particular a circuit breaker function and / or the electronic storage of an ID, are involved.
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