DE102022110490A1

DE102022110490A1 - Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE102022110490A1
Application number: DE102022110490.7A
Authority: DE
Inventors: Li Carlos Rendler; Christian Reichel; Nils Klasen; Ammar Tummalieh; Dirk Holger Neuhaus
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2042-04-30
Also published as: DE102022110490B4; WO2023208629A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul, mit mehreren Modulsegmenten wobei die Modulsegmente zumindest zwei Teilsegmente aufweisen die jeweils zumindest einen ersten Solarzellenstring und jeder Solarzellenstring eine Mehrzahl in Reihe verschalteter Solarzellen aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul zumindest vier Modulsegmente aufweist wobei jedes der Teilsegmente der Modulsegmente einen ersten und zumindest einen zweiten Solarzellenstring aufweist. Diese zumindest vier Modulsegmente sind in einer Matrix angeordnet, welche zumindest zwei Zeilen und zumindest zwei Spalten aufweist, wobei jede Zeile und jede Spalte zumindest zwei der zumindest vier Modulsegmente aufweist. Zudem ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, so dass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen, wobei die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist. Über vorteilige Schaltungs- sowie Geometrieanordnungen der Elemente sind die Verschattungseigenschaften, die elektrischen Charakteristika und der Materialaufwand bei der Herstellung des Solarmoduls vorteilhaft angepasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Solarzellen sind empfindliche Halbleiterbauelemente. Um diese gegen Umwelteinflüsse langzeitbeständig zu schützen und handhabbare elektrische Ausgangsparameter zu erreichen, werden Solarzellen typischerweise elektrisch verschaltet und in einem Modulaufbau eingekapselt.
Problematisch bei der Verwendung von Solarzellenmodulen ist eine Teilabschattung, bei welcher einzelne Solarzellen ganz oder teilweise abgeschattet werden, beispielsweise durch Verschmutzung oder durch Objekte mit Schattenwurf auf das Solarzellenmodul. Bei einer Teilverschattung kann zum einen die elektrische Ausgangsleistung des gesamten Solarzellenmoduls wesentlich reduziert werden oder auf null sinken. Zum anderen kann eine Teilverschattung zu einer erheblichen Erwärmung der teilverschatteten Solarzelle führen, sodass das Risiko einer Beschädigung der Solarzelle und des Modulaufbaus besteht.
Es ist daher bekannt, Bypassdioden parallel zu mehreren Solarzellen zu verschalten, sodass im Fall einer Teilabschattung in einem Teilbereich des Solarzellenmoduls die Solarzellen in diesem Teilbereich über die Bypassdiode überbrückt werden.
Typischerweise weist ein Solarzellenmodul daher mehrere Modulsegmente auf, wobei jedes Modulsegment zumindest einen Solarzellenstring aufweist. Dieser Solarzellenstring weist mehrere in Reihe geschaltete Solarzellen auf.
Aus DE202013005357U1 und US20100012172A1 sind unterschiedliche Konfigurationen von Modulsegmenten eines Solarzellenmoduls bekannt, wobei jedem Modulsegment zumindest eine parallel geschaltete Bypassdiode zugeordnet ist. Aus WO2015/001413 ist ein Solarzellenmodul mit mehreren Modulsegmenten und mittig im Solarzellenmodul angeordneten Bypassdioden bekannt.
Die vorbekannten Modullayouts weisen den Nachteil auf, dass bei Verschattung entlang einer Kante des Solarzellenmoduls hohe Leistungsverluste auftreten können. Der hohe Leistungsverlust kommt bei vorbekannten Modullayouts zu Stande, weil bei Verschattung der jeweiligen Kante des Moduls die Bypassdioden des betroffenen Modulsegments eine Überbrückung des Modulsegments veranlassen. Bedingt durch die Leistungsverluste in speziellen Verschattungs-Szenarien, ist bei vorbekannten Modullayouts die Flexibilität der Orientierung begrenzt, da es besonders bei Solaranlagen, insbesondere bei Solarkraftwerksanlagen, bedingt durch die Anordnung in Solarmodulreihen bei tiefem Sonnenstand eine Solarmodulreihen übergreifende Verschattung vorliegen kann. Dieses Verschattungs-Szenario führt zu einer zunehmenden einseitigen Verschattung der Solarmodule, welche sich beginnend von einer Kante des Moduls über Teile des Moduls erstreckt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modullayout zur Verfügung zu stellen, welches geringere Leistungseinbußen bei Verschattung entlang einer Kante, insbesondere einer kurzen Kante eines rechteckigen Solarzellenmoduls aufweist.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul weist über Segmentverbinder in Reihe geschaltete Modulsegmente auf. Wobei jedes der Modulsegmente zumindest zwei Teilsegmente aufweist. Die zwei Teilsegmente der Modulsegmente sind über Teilsegmentverbinder in Reihe verschaltet. Die Teilsegmente weisen jeweils zumindest einen ersten Solarzellenstring auf. Jeder der Solarzellenstrings ist zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von in Reihe verschalteter Solarzellen, wobei die Solarzellen des Solarzellenmoduls derart angeordnet sind, dass das Solarzellenmodul eine kürzere Kante und eine längere Kante ausbildet.
Wesentlich ist hierbei, dass das Solarmodul zumindest vier Modulsegmente aufweist, wobei jedes Modulsegment zumindest zwei Teilsegmente aufweist, die durch einen Teilsegmentverbinder in Reihe geschaltet sind, wobei jedes der Teilsegmente einen ersten und zumindest einen zweiten Solarzellenstring aufweist. Zudem ist wesentlich, dass die Solarzellenstrings jedes der Teilsegmente mittels eines innenliegenden Stringverbinders und eines außenliegenden Stringverbinders parallel geschaltet sind. Innenliegend beschreibt hierbei Anordnung in einem mittleren Bereich auf der Flächenausbreitung des Solarmoduls. Außenliegend beschreibt hierbei eine Position am oberen oder unteren Rand der Flächenausbreitung des Solarmoduls. Wesentlich ist zudem, dass die Solarzellenstrings jeweils eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Solarzellen aufweisen und dass sich die Solarzellenstrings parallel zu der kurzen Kante des Solarzellenmoduls erstrecken. Wesentlich ist zudem, dass die zumindest vier Modulsegmente in einer Matrix angeordnet sind, welche zumindest zwei Zeilen und zumindest zwei Spalten aufweist, wobei jede Zeile und jede Spalte zumindest zwei der zumindest vier Modulsegmente aufweist, wesentlich ist hierbei, dass in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, so dass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen, wobei die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist.
Im Gegensatz zu vorbekannten Konfigurationen weist das erfindungsgemäße Solarzellenmodul somit zumindest vier in Reihe geschaltete Modulsegmente auf, welche jeweils zumindest zwei Teilsegmente aufweisen, wobei in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, sodass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen und die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist.
Bei der Mehrzahl der aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen bestehen erhebliche Leistungsverluste bei Verschattung entlang der kurzen Kante des Moduls. Entscheidend ist hierbei die Positionierung der Modulsegmente.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul ermöglicht eine Anordnung der Modulsegmente, sodass sich die Solarzellen der Solarzellenstrings entlang der kurzen Kante des Moduls erstrecken und die Modulsegmente in einer Matrix angeordnet sind. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Anordnung im Teilverschattungsfall nur die einzelnen Modulsegmente der betroffenen Solarzellen ausfallen. Durch die Anordnung in Zeilen und Spalten sowie durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Modulsegmente, fällt somit nur ein Modulsegment einer Zeile beziehungsweise einer Spalte aus. Dadurch erhöht sich die Leistung in bestimmten Verschattungs-Szenarien und der Ertrag der gesamten Anlage ist potentiell höher als bei konventionellen Solarmodullayouts.
Zudem ist durch diese Anordnung das Risiko von Hotspots durch kürzere Solarzellenstrings verringert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Spannungsbelastung der Bypasselemente im Überbrückungsfall verringert ist, sodass die Bypasselemente geringere Leistungsverluste aufweisen. Durch die einfache Anpassung der Solarzellenanzahl pro Solarzellenstring oder der Änderung der Anzahl parallel geschalteter Solarzellenstrings pro Teilsegment besteht der Vorteil, dass eine flexible Ausgestaltung der Modulgröße möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Solarzellenstrings entlang der kurzen Modulkanten ist, dass geringere mechanische Spannungen in den Solarzellen im Fall einer mechanischen Belastung entstehen.
Vorteilhafterweise weist die Matrix genau zwei Zeilen auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Segmentverbinder in einem gemeinsamen mittleren Beriech zwischen den beiden Zeilen angeordnet werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Modulsegmente jeweils ein Bypasselement auf. Dieses Bypasselement ist den Teilsegmenten eines Modulsegments parallel geschaltet. Benötigt wird dieses Bypasselement da im Verschattungsfall einer Solarzelle hohe negative Spannungen entstehen. Dies ist der Fall, wenn der Strom im Arbeitspunkt des jeweiligen Zellstrangs über dem Kurzschlussstrom der abgeschatteten Zelle liegt. Es fließt ein Strom durch das Bypasselement und die negativen Spannungen an den Teilsegmenten werden begrenzt und somit auch die Spannung an den verschatteten Solarzellen. Durch diese vorteilige Konfiguration verbleibt auch bei Verschattung einer vollständigen Solarzelle stets eine Restausgangsleistung des Solarzellenmoduls durch die anderen Modulsegmente.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, bei welcher eine Mehrzahl der außenliegenden Stringverbinder und Teilsegmentverbinder in einem Randbereich des Solarzellenmoduls angeordnet sind und dass eine Mehrzahl der innenliegenden Stringverbinder und Segmentverbinder in einem mittleren Modulbereich angeordnet ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass alle Teilsegmentverbinder außenliegend, insbesondere zwischen einem Rand des Moduls und Teilsegment, angeordnet sind.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine flexible Erweiterung des Modullayouts mit ergänzenden Modulsegmenten in einfacher Weise möglich ist.
Eine vorteilhaft konstruktiv einfache Ausgestaltung ergibt sich in einer vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher die Segmentverbinder, welche Modulsegmente zweier benachbarter Zeilen in Reihe verschalten, zusätzlich als die innenliegenden Stringverbinder der verschalteten Teilsegmente der jeweiligen Modulsegmente ausgebildet sind.
Vorteilhaft bei der Ausführung ist, dass somit nur jeweils ein Element zur Verbindung benötigt wird, zudem kann dieser Segmentverbinder innerhalb der Einkapselung untergebracht werden.
Eine besonders vorteilhaft Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, bei welcher die innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder der Modulsegmente einer ersten Zeile auf einer ersten Ebene angeordnet sind, und die innenliegenden Stringverbinder einer zweiten Zeile auf einer zweiten Ebene angeordnet sind, welche zur ersten Ebene beabstandet ist und über eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht voneinander getrennt sind, bevorzugt das die Ebenen innerhalb des Einkapselungsmaterials angeordnet sind, insbesondere die innenliegenden Stringverbinder der zweiten Zeile mit den innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder überlappend angeordnet sind. Die Ebenen sind parallel zur Vorderseite angeordnet.
Ein Vorteil dieser Ausführung ist die platzsparende Unterbringung der Verbinder, da die Verbinder im innenliegenden Bereich des Solarmoduls übereinander angeordnet sind. Somit kann die Flächenausnutzung verbessert werden und somit die Flächenleistungsdichte erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarmodul eine Mehrzahl von Kontaktdurchführungen auf. Diese Kontaktdurchführungen sind vor allem bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit den übereinander liegenden Verbindern von Vorteil. Die Kontaktdurchführungen dienen der Kontaktierung der Verbinder durch die Ebenen an die Rückseite des Solarmoduls. Die Kontaktdurchführungen sind bevorzugt mittig, insbesondere mittig zwischen zwei Modulsegmenten angeordnet. Bevorzugt der Kontaktierung der Stringverbinder, besonders bevorzugt der Kontaktierung der Segmentverbinder.
Ein Vorteil der Ausführung mit Kontaktdurchführungen ist, dass es möglich ist mehrere Kontakte durch eine Kontaktdurchführung an die Rückseite des Solarmoduls zu führen und somit auf kürzere Verbinder zurückzugreifen, was elektrische Serienwiderstandsverluste und Kosten senkt. Ein weiterer Vorteil der Ausführung mit Kontaktdurchführungen ist, dass eine einfache Verschaltung der Teilsegmente einer Spalte innerhalb von Anschlussdosen erfolgen kann.
Eine besonders für die Teilverschattung optimierte Ausgestaltung ergibt sich in einer vorteilhaften Weiterbildung, bei welcher die Modulsegmente jeweils ein erstes und ein zumindest zweites Bypasselement aufweisen, welche jeweils einen ersten und einen zweiten Pol aufweisen, wobei der erste Pol des ersten Bypasselements eines Modulsegments mit einem ersten Pol des ersten Teilsegment des Modulsegments verbunden ist und der zweite Pol des zweiten Bypasselements des Modulsegments mit einem zweiten Pol des zweiten Teilsegments des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Pol des ersten Bypasselements des Modulsegments und der erste Pol des zweiten Bypasselements des ersten Modulsegments mittels eines Bypassverbinders mit dem Teilsegmentverbinder des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist.
Hierbei fällt im Falle einer Verschattung entlang der kurzen Kante des Solarmoduls nur das jeweils betroffene Teilsegments eines Modulsegmentes aus. Dadurch erhöht sich die Leistung in bestimmten Verschattungs-Szenarien und der Ertrag der gesamten Anlage ist potentiell höher als bei konventionellen Solarmodullayouts. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Anordnung das Risiko von Hotspots durch kürzere Solarzellenstrings verringert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Spannungsbelastung der Bypasselemente im Überbrückungsfall verringert ist, sodass die Bypasselemente geringere Leistungsverluste aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind eine Mehrzahl der Bypasselemente, bevorzugt Bypasselemente und die Segmentverbinder, welche benachbarter Modulsegment einer Spalte miteinander elektrisch verbinden, in Anschlussdosen positioniert, insbesondere Bypasselemente welche zugehörig zu Modulsegmenten sind, welche der gleichen Spalte angehören.
Der Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich durch die effiziente Anordnung der Anschlussdosen. Denn so werden die Anschlüsse der Elemente kurzgehalten und inmitten des Solarmoduls verschaltet. Somit können die Verbinder Anschlüsse so kurz wie möglich gehalten werden und die Anzahl der Anschlussdosen klein gehalten werden, was Kosten verringert.
Vorteilhafterweise entsprecht die Anzahl der Modulsegmente der ersten Zeile der Anzahl der Modulsegmente der zweiten Zeile. Hierbei ist der Vorteil das somit eine einfache Produktion von Solarmodulen umgesetzt werden kann. Vorteilhafterweise weisen die Solarzellenstrings eines Teilsegments eines Modulsegments die gleiche Anzahl von Solarzellen auf. Hierdurch wird in einfacher Weise ermöglicht, dass alle Teilsegmente unter Normbedingungen die gleiche elektrische Spannung liefern, sodass kein Mismatch und somit kein Verlust aufgrund unterschiedlicher Spannungen der einzelnen Teilsegmente entsteht.
Vorteilhaft ist zudem das die einzelnen Modulsegmente eines Solarmoduls die identische Anzahl von Solarzellenstrings aufweisen und die Solarzellenstrings jeweils die identische Anzahl an Solarzellen aufweist. Auch hier wird in einfacher Weise ermöglicht, dass alle Modulsegmente unter Normbedingungen die gleiche Stromstärke liefern, sodass kein Mismatch und somit kein Verlust aufgrund unterschiedlicher Stromstärken der einzelnen Modulsegmente entstehen. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass alle Bypasselemente einer gleichen Anzahl von in Reihe verschalteten Solarzellen parallelgeschaltet sind. Es können daher gleiche oder gleichartige Bypasselemente verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Modulsegmente parallel nebeneinander angeordnet und an einem ersten Randbereich des Solarmoduls elektrisch in Reihe geschaltet, insbesondere mittels eines Teilsegmentverbinders, bevorzugt mittels eines geradlinigen Teilsegmentverbinders und dass die Modulsegmente an einem sich nicht am Rand des Solarmoduls befindlichen Bereich elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mittels Segmentverbinder bevorzugt geradlinigen Segmentverbinder. Vorteilhaft ist die Parallelanordnung der Teilsegmente da somit eine ideale Flächenausnutzung des Solarzellenmoduls umgesetzt wird. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass durch die mittige Anordnung der Segmentverbinder die Anschlussdosen Positionierung auch mittig erfolgen kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarmodul in der ersten Zeile vier Modulsegmente auf welche jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind. In der zweiten Zeile sind ebenso vier Modulsegmente angeordnet wobei jeweils zwei der vier Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind. Bevorzugt sind die ersten beiden Modulsegmente der zweiten Zeile sowie die beiden letzten Modulsegmente der zweiten Zeile über Segmentverbinder Verbunden und die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Erweiterung der Konfiguration konstruktiv einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist. Ein weiterer Vorteil dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform ist, die einfache skalierbare Erweiterung mehrerer Modulsegmente zu einem größeren Solarmodul mit einer erhöhten Ausgangsleistung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, welche insbesondere zu einer vorteilhaften Skalierbarkeit des Solarmoduls führt, weist in der ersten Zeile drei Modulsegmente auf die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind. In der zweiten Zeile sind ebenfalls drei Modulsegmente angeordnet wobei zwei der drei Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind. Die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen sind bei dieser Ausführung über Segmentverbinder in Reihe geschaltet.
Hierdurch ergibt sich ebenfalls der Vorteil, dass eine Erweiterung der Konfiguration konstruktiv sehr einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist.
Eine einfache Ausführungsform weist in der ersten Zeile und zweiten Zeile zwei Modulsegmente auf die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind. Die Modulsegmente der ersten oder der letzten Spalte der Zeilen sind bei dieser Ausführung über Segmentverbinder in Reihe geschaltet.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Anordnung sehr kompakt ausgeführt ist und trotz einer vollständigen Verschattung einer Solarzelle stets eine Restausgangsleistung des Solarzellenmoduls besteht. Die Restausgangsleistung besteht, da die nicht verschatteten Modulsegment keiner Beeinträchtigung unterliegen und weiterhin zu einer Ausgangsleitung beitragen.
Vorteilhafterweise liegt die Anzahl von Solarzellen jedes Solarzellenstrings im Bereich von 3 bis 65 Solarzellen.
Vorteilhafterweise werden für alle Teilsegmente Solarzellen mit im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen gleichen Leistungsdaten, insbesondere gleicher Spannung und Stromstärke am optimalen Arbeitspunkt unter Normbedingungen verwendet.
Vorteilhafterweise liegt die Anzahl der Solarzellenstrings der Teilsegmente im Bereich von zwei bis acht Solarzellenstrings pro Teilsegment.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine gewünschte Ausgangsstromstärke bei Normbeleuchtung durch entsprechende Anzahl der Solarzellenstrings für jedes Modulsegment wählbar ist.
Die Bypasselemente können in an sich bekannter Weise ausgebildet sein, insbesondere liegt auch die Ausbildung der Bypasselemente als Dioden, insbesondere Schottkydioden, als MOSFETs oder als elektronische Schalteinrichtung und/oder integrierte Schaltungen, insbesondere gemäß DE 102005012213 A1 und/oder DE 10 2009 060 604 A1 im Rahmen der Erfindung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Solarzellenmodul konstruktiv in an sich bekannter Weise ausgebildet ist. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Solarzellen des Solarzellenmoduls auf einer Trägerplatte angeordnet sind und auf der bei Verwendung den Lichteinfall zugewandten Seite eine an sich bekannte optisch transparente Deckschicht zur Verkapselung der Solarzellen angeordnet ist. Weiterhin sind bevorzugt rückseitig an dem Solarzellenmodul elektrische Kontakte zur Verschaltung des Solarzellenmoduls in einem Stromkreis angeordnet, insbesondere zur Verschaltung mit weiteren Solarzellenmodulen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, an sich bekannte Solarzellen zur Umwandlung einfallender Strahlung in elektrische Energie zu verwenden, insbesondere Solarzellen zu verwenden, welche mehr als zwei Bandlücken abdecken.
Insbesondere liegt die Verwendung von Teilsolarzellen, welche durch Teilung einer größeren Basissolarzelle entstehen, insbesondere Halb- oder Drittelzellen als Solarzellen im Rahmen der Erfindung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Solarzellen eines Solarzellenstrings mit den an sich bekannten Methoden in Reihe verschaltet sind. Besonders können die Solarzellen in Schindeltechnik angeordnet sein, insbesondere, dass die Solarzellen mittels leitfähigem Klebstoff oder Lot verbunden sind.
Die Solarzellen können als absorbierendes Material ein Halbleitermaterial sowie einen oder mehrere pn-Übergänge zur Trennung der Ladungsträger aufweisen. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass auf Materialien aus der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems basierende Solarzellen (sogenannte III/V-Solarzellen) oder auf Perovskit basierende Solarzellen insbesondere in Kombination mit anderen Materialien zu verwenden.
Vorteilhafterweise werden photovoltaische Solarzellen, insbesondere auf einem Siliziumsubstrat basierende photovoltaische Solarzellen, zur Ausbildung der Solarzellenstrings verwendet. Hierdurch kann auf an sich bekannte und auf dem Markt verfügbare Solarzellen zurückgegriffen werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, bifaziale Solarzellen zur Ausbildung der Solarzellenstrings zu verwenden. Solche Solarzellen sind zur Lichtabsorption von Vorder- und Rückseite der Solarzelle ausgebildet. In dieser Ausführungsform weist das Solarzellenmodul bevorzugt an Vorder- und an der Rückseite des Solarzellenmoduls optisch transparente Schichten auf, sodass Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite des Solarzellenmoduls durch die Verkapselungsschichten des Solarzellenmoduls auf die Solarzellen auftrifft.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert. Dabei zeigen die 1 bis 6 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls.
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen bzw. Anordnungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls weist vier Modulsegmente 3a, 3b, 3c und 3d auf. Durch gestrichelte Linien sind jeweils den Modulsegmenten 3a die Teilsegmente 2a und 2b, dem Modulsegment 3b die Teilsegmente 2c und 2d, dem Modulsegment 3c die Teilsegmente 2e und 2f und dem Modulsegment 3d die Teilsegmente 2g und 2h zugeordnet.
Dem Teilsegment 2a sind die Solarzellenstrings 1a, 1b und 1c zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2b sind die Solarzellenstrings 1d, 1e und 1f zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2c sind die Solarzellenstrings 1g, 1h und 1i zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2d sind die Solarzellenstrings 1j, 1k und 1l zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2e sind die Solarzellenstrings 1m, 1n und 1o zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2f sind die Solarzellenstrings 1p, 1q und 1r zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2g sind die Solarzellenstrings 1s, 1t und 1u zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2h sind die Solarzellenstrings 1v, 1w und 1x zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet.
Exemplarisch weisen die Solarzelle 8 der Solarzellenstrings 1 a bis 1x eine Anzahl von 8 auf. Die Solarzellen sind schematisch durch ein in einem Rechteck angeordnetes Dreieck dargestellt. Diese schematische Darstellung repräsentiert das Ersatzschaltbild einer Solarzelle. Das zu Grunde liegende Ersatzschaltbild basiert auf die allgemeine Vorgangsbeschreibung innerhalb einer Solarzelle über das Zwei-Dioden-Modell. Hierbei verweist die Orientierung des Dreiecks innerhalb des Rechtecks auf die Dioden-Anordnung der zwei Dioden innerhalb des Ersatzschaltbilds. Die technische Stromflussrichtung innerhalb der Solarzelle entspricht somit einer entgegen der Dreieckorientierung gerichteten Richtung.
Die Solarzellenstrings 1a, 1b und 1c sind im Teilsegment 2a parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1d, 1e und 1f sind im Teilsegment 2b parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1g,1h und 1i sind im Teilsegment 2c parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1j,1k und 1l sind im Teilsegment 2d parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1m,1n und 1o sind im Teilsegment 2e parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1p, 1q und 1r sind im Teilsegment 2f parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1s,1t und 1u sind im Teilsegment 2g parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1v,1w und 1x sind im Teilsegment 2h parallel verschaltet angeordnet.
Zwischen Teilsegment 2a und Teilsegment 2b ist ein Teilsegmentverbinder 6a angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6a stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2a.2 des Teilsegments 2a und dem Pol 2b.1 des Teilsegments 2b her. Zwischen Teilsegment 2c und Teilsegment 2d ist ein Teilsegmentverbinder 6b angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6b stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2c.2 des Teilsegments 2c und dem Pol 2d.1 des Teilsegments 2d her. Zwischen Teilsegment 2e und Teilsegment 2f ist ein Teilsegmentverbinder 6c angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6c stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2d.2 des Teilsegments 2d und dem Pol 2e.1 des Teilsegments 2e her. Zwischen Teilsegment 2g und Teilsegment 2h ist ein Teilsegmentverbinder 6d angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6d stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2g.2 des Teilsegments 2g und dem Pol 2h.1 des Teilsegments 2h her.
Der Pol 4a.1 des Bypasselements 4a ist mit dem Pol 2a.1 des Teilsegmentes 2a elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4a.2 des Bypasselements 4a ist mit dem Pol 2b.2 des Teilsegmentes 2b elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4b.1 des Bypasselements 4b ist mit dem Pol 2c.1 des Teilsegmentes 2c elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4b.2 des Bypasselements 4b ist mit dem Pol 2d.2 des Teilsegmentes 2d elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4c.1 des Bypasselements 4c ist mit dem Pol 2e.2 des Teilsegmentes 2e elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4c.2 des Bypasselements 4a ist mit dem Pol 2f.1 des Teilsegmentes 2f elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4d.1 des Bypasselements 4d ist mit dem Pol 2g.2 des Teilsegmentes 2g elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4d.2 des Bypasselements 4d ist mit dem Pol 2h.1 des Teilsegmentes 2h elektrisch leitend verbunden.
Die Bypasselemente 4a, 4b, 4c und 4d sind jeweils als Bypassdiode ausgebildet. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Bypasselemente in einer alternativen Ausbildungsform wie zuvor beschrieben auszubilden, beispielsweise jeweils als MOSFET.
Das Modulsegment 3a ist mit dem Modulsegment 3b über einen Segmentverbinder 7a elektrisch leitend verbunden. Der Segmentverbinder 7a verbindet hierbei den Pol 2b.2 des Teilsegments 2b des Modulsegments 3a mit dem Pol 2c.1 des Teilsegments 2c des Modulsegments 3b miteinander. Das Modulsegment 3a ist mit dem Modulsegment 3c über einen Segmentverbinder 7b elektrisch leitend verbunden. Der Segmentverbinder 7b verbindet hierbei den Pol 2a.1 des Teilsegments 2a des Modulsegments 3a mit dem Pol 2e.2 des Teilsegments 2e des Modulsegments 3c miteinander. Das Modulsegment 3b ist mit dem Modulsegment 3d über einen Segmentverbinder 7c elektrisch leitend verbunden. Der Segmentverbinder 7c verbindet hierbei den Pol 2d.2 des Teilsegments 2d des Modulsegments 3b mit dem Pol 2h.1 des Teilsegments 2h des Modulsegments 3d miteinander.
Neben der verschaltungstechnischen Anordnung weist das Ausführungsbeispiel, aus einer Draufsicht, ein wie folgt beschriebenes Layout auf. Die vier Modulsegmente sind in einer Matrix angeordnet. Die Modulsegmente 3a und 3b liegen nebeneinander wobei das Modulsegment 3b zur rechten des Modulsegments 3a liegt. Sie bilden somit eine erste Matrix Zeile, die Teilsegmente 2a bis 2d der Modulsegmente 3a und 3b sind parallel zueinander angeordnet, sodass die in Reihe angeordneten Solarzellen 8 der Solarzellenstrings 1a bis 1l auch parallel zueinander angeordnet sind. Die Modulsegmente 3c und 3d liegen nebeneinander wobei das Modulsegment 3d zur rechten des Modulsegments 3c liegt. Sie bilden somit eine zweite Matrix Zeile, die Teilsegmente 2e bis 2h der Modulsegmente 3c und 3d sind parallel zueinander angeordnet, sodass die in Reihe angeordneten Solarzellen 8 der Solarzellenstrings 1e bis 1x auch parallel zueinander angeordnet sind. Die Teilsegmente weisen jeweils eine Stromrichtung auf, wobei in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, sodass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen. Die Stromrichtung des Teilsegment 2a verläuft von dem Pol 2a.1 zu dem Pol 2a.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2b verläuft von dem Pol 2b.1 zu dem Pol 2b.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2c verläuft von dem Pol 2c.1 zu dem Pol 2c.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2d verläuft von dem Pol 2d.1 zu dem Pol 2d.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2e verläuft von dem Pol 2e.1 zu dem Pol 2e.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2f verläuft von dem Pol 2f.1 zu dem Pol 2f.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2g verläuft von dem Pol 2g.1 zu dem Pol 2g.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2h verläuft von dem Pol 2h.1 zu dem Pol 2h.2. Die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten Zeile und der zweiten Zeile sind somit gleich.
Das Solarmodul umfasst zwei Matrix Spalten, der ersten Spalte gehören das Modulsegment 3a und 3c an. Der zweiten Spalte gehören das Modulsegment 3b und 3d an.
Der Teilsegmentverbinder 6a und 6b erstreckt sich am oberen Randbereich der ersten Zeile Matrix. Der Teilsegmentverbinder 6c und 6d erstreckt sich am unteren Randbereich der zweiten Zeile der Matrix.
Der Segmentverbinder 7a erstreckt sich am unteren Bereich der ersten Zeile der Matrix. Die Segmentverbinder 7b und 7c erstrecken sich von der ersten Zeile in die zweite Zeile.
Mittig in 1 ist schematisch durch Symbole „+“ und „-“ die Position gekennzeichnet, an welcher rückseitig an dem Solarzellenmodul der positive und negative Kontakt zum Verschalten des Solarzellenmoduls mit einem externen Stromkreis, insbesondere mit weiteren Solarzellenmodulen, angeordnet sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung bei dem in 1 und auch bei den in den anderen Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen, dass bei einer umgekehrten Solarzellenrichtungsanordnung die jeweilige Polung der Kontakte des Solarmoduls vertauscht ist.
Die 2 bis 6 zeigen jeweils abgewandelte Ausführungsbeispiele. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden lediglich auf die wesentlichen Unterschiede zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eingegangen:

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Modulsegmente 3a und 3b sowie 3c und 3d jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f sowie 3g und 3h auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3f elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3b elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3g ist über den Segmentverbinder 7g mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3h ist über den Segmentverbinder 7h mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend Verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend Verbunden.

Die Modulsegmente 3e und 3g sind rechts neben dem Modulsegment 3a sowie 3c Angeordnet. Die Modulsegmente 3f und 3h sind links neben dem Modulsegment 3b sowie 3d Angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Erweiterung der im Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Konfiguration konstruktiv einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Modulsegment 3a und 3d jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3b elektrisch leitend verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3a und 3c jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel des in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3b und 3c jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3b verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel des in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3a und 3c jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3b elektrisch leitend verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Hierdurch ergibt sich, bei dem Ausführungsbeispiel aus 3 sowie der Abwandlungen, wie auch in 2 gezeigt der Vorteil, dass eine Erweiterung der im Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Konfiguration konstruktiv einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Modulsegment 3b und 3d keine elektrisch leitende Verbindung auf. Das Modulsegment ist im Gegensatz zu dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel über den Segmentverbinder 7b elektrisch leitend mit dem Modulsegment 3c verbunden.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3a und 3c keine elektrisch leitende Verbindung auf. Das Modulsegment 3b ist im Gegensatz zu dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel über den Segmentverbinder 7b elektrisch leitend mit dem Modulsegment 3d verbunden.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass für die gezeigte Konfiguration nur ein zeilenübergreifender Segmentverbinder benötigt wird.
Das Ausführungsbeispiel welches in 5a gezeigt ist, weist neben 7a keine weiteren Segmentverbinder auf, die Funktion der Zeilenübergreifenden Segmentverbinder übernehmen zwei Zeilenschienen 9a und 9b. Das Modulsegment 3a ist über die Zeilenschiene 9a mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über die Zeilenschiene 9b mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden. Die Zeilenschienen 9a und 9b sind hierbei innerhalb der Einkapselung angeordnet. Die Stringverbinder 10a und 10b der Modulsegmente 3a und 3b sind innerhalb des Laminats in einer ersten Ebene E1 angeordnet und über einen sich ebenfalls in dieser Ebene befindlichen Segmentverbinder 7a elektrisch leitend verbunden. Die Stringverbinder 10c und 10d der Modulsegmente 3c und 3d sind innerhalb der Einkapselung in einer zweiten Ebene E2 angeordnet. Die Ebene 2 ist zur ersten ebene E1 beabstandet. Die Isolationsschicht 11 ist zwischen den Ebenen E1 und E2 angeordnet. Die gezeigte Ausführung umfasst zwei Kontaktdurchführungen 12a und 12b, diese Kontaktdurchführungen 12 ermöglichen eine Kontaktierung der sich in der Einkapselung 13 befindlichen Verbinder. Die nach Außen geführten Verbinder sind innerhalb der Anschlussdosen mit den Bypasselementen 4 verschaltet.
In 5b ist ein Ausschnitt eines Schnittes entlang der Schnittlinie A - A aus 5a gezeigt. Diese Abbildung veranschaulicht die Position der einzelnen Ebenen E1 und E2, der Isolationsschicht 11 der Einkapselung 13 die Positionierung der Kontaktdurchführung 12 sowie die Vorderseite 15 und Rückseite 14 des Moduls.
Durch diese übereinander angeordneten Verbinder ergibt sich der Vorteil, dass ergibt sich der Vorteil, dass die Flächenausnutzung verbessert wird, was zu einer Erhöhung der Effizienz führt.
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Modulsegmente 3a bis 3d jeweils zwei Bypasselemente 4 auf.
Der Pol 4b.2 des Bypasselements 4b ist mit dem Pol 2b.2 des Teilsegmentes 2b elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4a.2 und 4b.1 sind über den Bypassverbinder 5a mit dem Kontakt 6a.3 des Teilsegmentverbinders 6a elektrisch leitend verbunden.
Der Pol 4c.1 des Bypasselements 4c ist mit dem Pol 2c.1 des Teilsegmentes 2c elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4d.2 des Bypasselements 4d ist mit dem Pol 2d.2 des Teilsegmentes 2d elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4c.2 und 4d.1 sind über den Bypassverbinder 5b mit dem Kontakt 6b.3 des Teilsegmentverbinders 6b elektrisch leitend verbunden.
Der Pol 4f.1 des Bypasselements 4f ist mit dem Pol 2f.1 des Teilsegmentes 2f elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4e.2 des Bypasselements 4e ist mit dem Pol 2e.2 des Teilsegmentes 2e elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4f.2 und 4e.1 sind über den Bypassverbinder 5c mit dem Kontakt 6c.3 des Teilsegmentverbinders 6c elektrisch leitend verbunden.
Der Pol 4h.1 des Bypasselements 4h ist mit dem Pol 2h.1 des Teilsegmentes 2h elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4g.2 des Bypasselements 4g ist mit dem Pol 2g.2 des Teilsegmentes 2g elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4h.2 und 4g.1 sind über den Bypassverbinder 5d mit dem Kontakt 6d.3 des Teilsegmentverbinders 6c elektrisch leitend verbunden.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, dass es durch die Verbindung mittels Bypassverbinder 5 zu einer Verminderung des Materialaufwands bedingt durch das Zusammenführen der sonst benötigten Einzel-Verbindungen der Bypasselemente mit dem Teilsegmentverbinder kommt. Über solche Verbinder ist es möglich, kleinteilige Teilsegmente mit einem Bypass abzusichern, um somit Teilverschattungsverluste zu reduzieren. Zudem ermöglicht die Verwendung eines Bypassverbinders eine flexiblere Anordnung der Bypasselemente auf dem Solarmodul. Zudem ist durch diese Anordnung das Risiko von Hotspots durch kürzere Solarzellenstrings verringert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Spannungsbelastung der Bypasselemente im Überbrückungsfall verringert ist.
Bezugszeichenliste

1: Solarzellenstring
2: Teilsegment
3: Modulsegment
4: Bypasselement
5: Bypasselementverbinder
6: Teilsegmentverbinder
7: Segmentverbinder
8: Solarzelle
9: Zeilenverbinder
10: Stringverbinder
11: Isolationsschicht
12: Kontaktdurchführung
13: Einkapselung
14: Rückseite
15: Frontseite
16: Stromrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202013005357 U1 [0005]
US 20100012172 A1 [0005]
WO 2015001413 [0005]
DE 102005012213 A1 [0043]
DE 102009060604 A1 [0043]

Claims

Solarzellenmodul, welches über Segmentverbinder in Reihe geschaltete Modulsegmente aufweist, wobei jedes der Modulsegmente zumindest zwei Teilsegmente aufweist, welche über einen Teilsegmentverbinder in Reihe geschaltet sind, wobei die Teilsegmente jeweils zumindest einen ersten Solarzellenstring mit einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Solarzellen aufweisen, wobei die Solarzellen des Solarzellenmoduls derart angeordnet sind, dass das Solarzellenmodul eine kürzere Kante und eine längere Kante ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul zumindest vier Modulsegmente aufweist, wobei jedes Modulsegment zumindest zwei Teilsegmente aufweist, die durch einen Teilsegmentverbinder in Reihe geschaltet sind, wobei jedes der Teilsegmente einen ersten und zumindest einen zweiten Solarzellenstring aufweist, wobei die Solarzellenstrings jedes der Teilsegmente mittels eines innenliegenden Stringverbinders und eines außenliegenden Stringverbinders parallel geschaltet sind, wobei die Solarzellenstrings jeweils eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Solarzellen aufweisen, dass sich die Solarzellenstrings parallel zu der kurzen Kante des Solarzellenmoduls erstrecken, dass die zumindest vier Modulsegmente in einer Matrix angeordnet sind, welche zumindest zwei Zeilen und zumindest zwei Spalten aufweist, wobei jede Zeile und jede Spalte zumindest zwei der zumindest vier Modulsegmente aufweist, dass in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, so dass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen, wobei die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsegmente jeweils ein Bypasselement aufweisen, welches den Teilsegmenten des Modulsegments parallel geschaltet ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der außenliegenden Stringverbinder und Teilsegmentverbinder in einem Randbereich des Solarzellenmoduls angeordnet ist und dass eine Mehrzahl der innenliegenden Stringverbinder und Segmentverbinder in einem mittleren Modulbereich angeordnet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentverbinder, welche Modulsegmente zweier benachbarter Zeilen in Reihe verschalten, zusätzlich als die innenliegenden Stringverbinder der verschalteten Teilsegmente der jeweiligen Modulsegmente ausgebildet sind.
Solarzellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder der Modulsegmente einer ersten Zeile auf einer ersten Ebene angeordnet sind, und die innenliegenden Stringverbinder einer zweiten Zeile auf einer zweiten Ebene angeordnet sind, welche zur ersten Ebene beabstandet ist und über eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht voneinander getrennt sind, bevorzugt das die Ebenen innerhalb des Einkapselungsmaterials angeordnet sind, insbesondere die innenliegenden Stringverbinder der zweiten Zeile mit den innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder überlappend angeordnet sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul eine Mehrzahl von Kontaktdurchführungen besitzt, um eine Kontaktierung der Verbinder, bevorzugt der Kontaktierung der Stringverbinder, besonders bevorzugt der Kontaktierung der Segmentverbinder, durch die Ebenen an die Rückseite des Solarmoduls zu ermöglichen.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsegmente jeweils ein erstes und ein zumindest zweites Bypasselement aufweisen, welche jeweils einen ersten und einen zweiten Pol aufweisen, wobei der erste Pol des ersten Bypasselements eines Modulsegments mit einem ersten Pol des ersten Teilsegments des Modulsegments verbunden ist und der zweite Pol des zweiten Bypasselements des Modulsegments mit einem zweiten Pol des zweiten Teilsegments des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Pol des ersten Bypasselements des Modulsegments und der erste Pol des zweiten Bypasselements des ersten Modulsegments mittels eines Bypassverbinders mit dem Teilsegmentverbinder des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Bypasselemente, bevorzugt Bypasselemente und die Segmentverbinder, welche benachbarter Modulsegment einer Spalte miteinander elektrisch verbinden, in Anschlussdosen positioniert sind, insbesondere Bypasselemente welche zugehörig zu Modulsegmenten sind, welche der gleichen Spalte angehören.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Modulsegmente der ersten Zeile der Anzahl der Modulsegmente der weiteren Zeile und/oder weiteren Zeilen entspricht.
Solarzellenmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellenstrings eines Teilsegments eines Modulsegments die identische Anzahl an Solarzellen aufweisen wie die Solarzellenstrings der weiteren Teilsegmente des Modulsegments und dass die über Segmentverbinder verbundenen Modulsegmente die identische Anzahl von Solarzellenstrings aufweisen und die Solarzellenstrings jeweils die identische Anzahl an Solarzellen aufweisen.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsegmente parallel nebeneinander angeordnet sind und die Teilsegmente der Modulsegmente an einem Randbereich des Solarmoduls elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mittels Teilsegmentverbinder, bevorzugt mittels geradlinigen Teilsegmentverbinder und dass die Modulsegmente an einem sich nicht am Rand des Solarmoduls befindlichen Bereich elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mittels Segmentverbinder bevorzugt geradlinigen Segmentverbinder.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Zeile vier Modulsegmente angeordnet sind die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind, dass in der zweiten Zeile vier Modulsegmente angeordnet sind wobei jeweils zwei der vier Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind und die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Zeile drei Modulsegmente angeordnet sind die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind, dass in der zweiten Zeile drei Modulsegmente angeordnet sind wobei zwei der drei Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind und die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und zweiten Zeile zwei Modulsegmente angeordnet sind die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind, und die Modulsegmente der ersten oder letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind.