DE112016003768B4

DE112016003768B4 - Sonnenkollektor

Info

Publication number: DE112016003768B4
Application number: DE112016003768.6T
Authority: DE
Inventors: Ratson Morad; Gilad Almogy; Tamir Lance; Nathan Beckett
Original assignee: Maxeon Solar Pte Ltd
Current assignee: Maxeon Solar Pte Ltd Sg
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: CN110828591A; CN110828592A; US20170054047A1; US11804565B2; CN110634979A; CN110808301A; DE112016003768T5; US20180366604A1; CN110828591B; CN110808301B; US20220223753A1; WO2017030695A1; US10084104B2; CN106663706A; CN110828592B; CN110634979B; CN106663706B

Abstract

Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100), umfassend:eine Vielzahl von Superzellen (100), die in zwei oder mehr physikalisch parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Reihen elektrisch parallel miteinander verbunden sind, wobei jede Superzelle (100) eine Vielzahl von rechteckigen Silizium-Solarzellen (10) umfasst, die in Reihe mit langen Seiten benachbarter Silizium-Solarzellen (10) angeordnet sind, die überlappend und leitend direkt miteinander verbunden sind, um die Silizium-Solarzellen (10) in Reihe elektrisch zu verbinden; undeine Vielzahl von elektrischen Umwegverbindungen (275), von denen jede so angeordnet ist, dass sie sich senkrecht zu den Reihen erstreckt, um eine Metallisierung auf den Rückseiten von mindestens einem Paar von Solarzellen gleicher Spannung (10), die Seite an Seite in benachbarten Superzellenreihen angeordnet sind, elektrisch zu verbinden, um Umwegstrompfade bereitzustellen, die durch die elektrische Umwegverbindung (275) und durch die Rückflächenmetallisierung des Paars von Solarzellen (10) um eine oder mehrere andere Solarzellen (10) herum verlaufen, falls die eine oder mehreren anderen Solarzellen (10) einen unzureichenden Strom für den normalen Betrieb des Moduls liefern;wobei die Umwegstrompfade nicht durch Bypass-Dioden (310) verlaufen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Solarzellenmodule, in denen die Solarzellen geschindelt angeordnet sind, und insbesondere auf solche Solarmodule, in denen rückseitige elektrische Verbindungen zwischen Solarzellen in elektrisch parallelen Reihen von Solarzellen Umwegstrompfade durch das Solarmodul um leistungsschwache Solarzellen herum bereitstellen.
HINTERGRUND
Alternative Energiequellen werden benötigt, um den weltweit steigenden Energiebedarf zu decken. Solare Energieressourcen reichen in vielen geographischen Regionen aus, um diese Anforderungen durch Bereitstellung von elektrischer Energie, die teilweise mit Solarzellen (z. B. photovoltaischen Zellen) erzeugt wird, zu erfüllen.
Die US 3 340 096 A offenbart ein Solarzellenanordnung mit elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen, die die Anordnung bilden.
Die US 2011/0067751 A1 offenbart ein Photovoltaikmodul mit Rückseitenkontaktsolarzellen und mit einer flexiblen Leiterbahn aus einer Rückseitenfolie und einem Metallisierungsmuster.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt umfasst ein Solarmodul eine Vielzahl von Superzellen, die in zwei oder mehr physisch parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Reihen elektrisch parallel miteinander verbunden sind. Jede Superzelle umfasst eine Vielzahl von rechteckigen Silizium-Solarzellen, die in einer Linie mit langen Seiten benachbarter Silizium-Solarzellen angeordnet sind, die einander direkt überlappen und leitend miteinander verbunden sind, um die Silizium-Solarzellen in Reihe elektrisch zu verbinden. Das Solarmodul umfasst auch eine Vielzahl von elektrischen Umwegverbindungen, die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich senkrecht zu den Reihen von Superzellen erstrecken, um Rückseiten von mindestens einem Paar in benachbarten Reihen nebeneinanderliegender Solarzellen elektrisch zu verbinden, um Umwegstrompfade durch das Modul um eine oder mehrere andere Solarzellen für den Fall bereitzustellen, dass die eine oder mehreren anderen Solarzellen einen unzureichenden Strom für den normalen Betrieb des Moduls bereitstellen. Diese Umwegstrompfade durchlaufen keine Bypass-Dioden.
Diese und andere Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die zuerst kurz beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt ein Querschnittsdiagramm einer Reihe von in Reihe geschalteten Solarzellen, die schindelartig angeordnet sind, wobei die Enden benachbarter Solarzellen sich überlappen, um eine geschichtete Superzelle zu bilden.
2 zeigt ein Diagramm der Vorderseite eines beispielhaften rechteckigen Solarmoduls, das eine Vielzahl von rechteckigen geschichteten Superzellen aufweist, wobei die lange Seite jeder Superzelle eine Länge von ungefähr der vollen Länge der langen Seite des Moduls aufweist. Die Superzellen sind mit ihren langen Seiten parallel zu den langen Seiten des Moduls angeordnet.
Die 3-11 zeigen Diagramme der Rückseiten beispielhafter Solarmodule, in denen elektrische Verbindungen zwischen Rückseiten von Solarzellen in benachbarten Reihen von Superzellen alternative Strompfade (d. h. Umleitungen) durch das Solarmodul hindurch um beschädigte, schattierte oder anderweitig leistungsschwache Solarzellen bereitstellen.
Die 12A-12B zeigen eine Rückseitenmetallisierung einzelner Solarzellen und elektrische Umwegverbindungen zwischen Superzellen, die es ermöglichen, dass Strom um einen horizontalen Riss in einer Solarzelle fließt.
13 zeigt ein typisches Rissmuster in einem herkömmlichen Solarmodul nach gleichmäßiger mechanischer Belastung.
14A zeigt eine beispielhafte strukturierte metallisierte Rückseitenfolie, das elektrische Verbindungen bereitstellt, die denen entsprechen, die durch die in 10 gezeigten elektrischen Verbindungen und Rückleitungen bereitgestellt werden. 14B zeigt eine Nahansicht von elektrischen Verbindungen zu Bypass-Dioden in der in 14A gezeigten Anschlussdose.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung sollte unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gelesen werden, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren beziehen. Die Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, stellen selektive Ausführungsformen dar. Die detaillierte Beschreibung veranschaulicht beispielhaft die Prinzipien der Erfindung. Diese Beschreibung wird es einem Fachmann eindeutig ermöglichen, die Erfindung durchzuführen und zu verwenden, und beschreibt mehrere Ausführungsformen, Anpassungen, Variationen, Alternativen und Verwendungen der Erfindung, einschließlich derjenigen, die derzeit als die beste Art der Ausführung der Erfindung angesehen wird.
Wie in dieser Patentschrift und den beigefügten Ansprüchen verwendet, umfassen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ Pluralbezüge, sofern der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Der Ausdruck „parallel“ soll auch „im Wesentlichen parallel“ bedeuten und geringe Abweichungen von parallelen Geometrien umfassen. Der Ausdruck „senkrecht“ soll „senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht“ bedeuten und geringfügige Abweichungen von senkrechten Geometrien umfassen, anstatt zu erfordern, dass irgendeine hier beschriebene senkrechte Anordnung genau senkrecht ist. Der Ausdruck „Quadrat“ soll „quadratisch oder im Wesentlichen quadratisch“ bedeuten und geringe Abweichungen von quadratischen Formen umfassen, beispielsweise im Wesentlichen quadratische Formen mit abgeschrägten (z. B. abgerundeten oder anderweitig abgeschnittenen) Ecken. Der Ausdruck „rechteckig“ soll „rechteckig oder im Wesentlichen rechteckig“ bedeuten und geringfügige Abweichungen von rechteckigen Formen umfassen, beispielsweise im Wesentlichen rechteckige Formen mit abgeschrägten (z. B. abgerundeten oder anderweitig abgeschnittenen) Ecken.
Diese Patentschrift offenbart hocheffiziente Solarmodule (hier auch als Sonnenkollektoren bezeichnet), die überlappend schindelartig angeordnete Silizium-Solarzellen aufweisen, die durch leitfähige Verbindungen zwischen benachbarten überlappenden Solarzellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, um Superzellen mit angeordneten Superzellen zu bilden, wobei die Superzellen in physikalisch parallelen Reihen im Solarmodul angeordnet sind. Eine Superzelle kann eine beliebige geeignete Anzahl von Solarzellen umfassen. Die Superzellen können beispielsweise Längen aufweisen, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge oder Breite des Solarmoduls erstrecken, oder zwei oder mehr Superzellen können Ende an Ende in einer Reihe angeordnet sein. Diese Anordnung verbirgt elektrische Verbindungen zwischen Solarzelle und Solarzelle und erhöht die Effizienz und die ästhetische Attraktivität des Moduls.
Vorteilhafterweise umfassen die hier beschriebenen Solarmodule elektrische Verbindungen zwischen Rückseiten von Solarzellen in benachbarten Reihen von Superzellen, die alternative Strompfade (d. h. Umleitungen) durch den Sonnenkollektor um beschädigte, schattierte oder anderweitig leistungsschwache Solarzellen bereitstellen. Diese Umwegstrompfade durchlaufen keine Bypass-Dioden.
Wendet man sich nun den Figuren für ein detaillierteres Verständnis der in dieser Beschreibung beschriebenen Solarmodule zu, so zeigt 1 eine Querschnittsansicht einer Reihe von in Reihe geschalteten Solarzellen 10, die schindelartig angeordnet sind, wobei sich die Enden benachbarter Solarzellen überlappen und elektrisch verbunden sind, um eine Superzelle 100 zu bilden. Jede Solarzelle 10 umfasst eine Halbleiterdiodenstruktur und elektrische Kontakte zu der Halbleiterdiodenstruktur, durch die ein elektrischer Strom, der in der Solarzelle 10 erzeugt wird, wenn sie durch Licht beleuchtet wird, für eine externe Last bereitgestellt werden kann.
In den in dieser Beschreibung beschriebenen Beispielen ist jede Solarzelle 10 eine rechteckige kristalline Silizium-Solarzelle mit Metallisierungsmustern auf einer vorderen (Sonnenseiten-) Oberfläche und hinteren (abgeschatteten) Oberfläche, die einen elektrischen Kontakt zu gegenüberliegenden Seiten eines np-Übergangs bereitstellt, das Vorderseitenmetallisierungsmuster ist auf einer Halbleiterschicht mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ angeordnet, und das Rückseitenmetallisierungsmuster auf der ist auf einer Halbleiterschicht mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ angeordnet. Jedoch können andere Materialsysteme, Diodenstrukturen, physikalische Abmessungen oder elektrische Kontaktanordnungen verwendet werden, wenn sie geeignet sind. Zum Beispiel kann das Metallisierungsmuster auf der vorderen (Sonnenseiten-) Oberfläche auf einer Halbleiterschicht mit p-Leitfähigkeit und das Metallisierungsmuster auf der auf der hinteren (schattierten) Oberfläche auf einer Halbleiterschicht mit n-Leitfähigkeit angeordnet sein.
Rechteckige Solarzellen 10 können beispielsweise hergestellt werden, indem ein quadratischer oder pseudo-quadratischer Solarzellenwafer mit Standardgröße in zwei oder mehr (d. h. N) rechteckige Solarzellen mit jeweils einer Länge gleich der Seitenlänge (z. B. 156 mm) des Solarzellenwafers mit Standardgröße und einer Breite gleich einem Bruchteil (d. h. etwa 1/N) der Seitenlänge des Solarzellenwafers mit Standardgröße aufgetrennt wird. N kann beispielsweise 2 bis 20 oder mehr, beispielsweise 6 oder 8 sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 sind in der Superzelle 100 benachbarte Solarzellen 10 in dem Bereich, in dem sie überlappen, durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmaterial leitend direkt miteinander verbunden, welches das Vorderseitenmetallisierungsmuster einer Solarzelle mit dem Rückseitenmetallisierungsmuster der benachbarten Solarzelle elektrisch verbindet. Geeignete elektrisch leitfähige Verbindungsmaterialien können beispielsweise elektrisch leitfähige Klebstoffe und elektrisch leitfähige Klebschichten und Klebebänder sowie herkömmliche Lötmittel beinhalten.
2 zeigt eine Vorderansicht eines beispielhaften rechteckigen Solarmoduls 200 mit sechs rechteckigen Superzellen 100, von denen jede eine Länge aufweist, die ungefähr gleich der Länge der langen Seiten des Solarmoduls ist. Die Superzellen sind als sechs parallele Reihen angeordnet, wobei ihre langen Seiten parallel zu den langen Seiten des Moduls ausgerichtet sind. Ein ähnlich konfiguriertes Solarmodul kann mehr oder weniger Reihen solcher Seitenlängen-Superzellen als in diesem Beispiel gezeigt beinhalten. In weiteren Variationen können die Superzellen jeweils eine Länge aufweisen, die ungefähr gleich der Länge einer kurzen Seite eines rechteckigen Solarmoduls ist, und in parallelen Reihen angeordnet sein, wobei ihre langen Seiten parallel zu den kurzen Seiten des Moduls ausgerichtet sind. In noch weiteren Anordnungen kann jede Reihe zwei oder mehr Superzellen umfassen, die beispielsweise elektrisch in Reihe miteinander verbunden sein können. Die Module können kurze Seiten mit einer Länge von beispielsweise etwa 1 Meter und lange Seiten mit einer Länge von beispielsweise etwa 1,5 bis etwa 2,0 Meter aufweisen. Andere geeignete Formen (z. B. quadratisch) und Abmessungen für die Solarmodule können ebenfalls verwendet werden. Eine Superzelle kann eine beliebige geeignete Anzahl von rechteckigen Solarzellen mit beliebigen geeigneten Abmessungen umfassen. In ähnlicher Weise kann eine Reihe von Superzellen irgendeine geeignete Anzahl von rechteckigen Solarzellen mit beliebigen geeigneten Abmessungen umfassen, die in einer oder mehreren Superzellen angeordnet sind.
Solarmodule, wie sie hierin beschrieben sind, umfassen typischerweise viel mehr (z. B. N-mal) so viele Solarzellen wie ein herkömmliches Modul der gleichen Größe, da N rechteckige Solarzellen aus einem einzelnen herkömmlichen Solarzellenwafer gebildet werden. Wahlweise können die Superzellen, die aus diesen Solarzellen gebildet sind, in einer elektrisch parallelen/seriellen Kombination angeordnet sein, die Strom- und Spannungsausgänge ähnlich denen bereitstellt, die von einem Solarmodul von ungefähr der gleichen Größe bereitgestellt werden, das in Reihe geschaltete Solarzellen herkömmlicher Größe umfasst. Wenn beispielsweise ein herkömmliches Modul M Solarzellen mit einer herkömmlichen Größe beinhaltet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, dann umfasst ein entsprechendes geschichtetes Superzellenmodul N elektrisch parallele Reihen von Superzellen, wobei jede Superzellenreihe M, die in Reihe geschaltete rechteckige Solarzellen umfasst (jeweils mit 1/N der Fläche einer herkömmlichen Solarzelle), ungefähr die gleiche Spannung und Stromabgabe wie das herkömmliche Modul bereitstellen würde.
Die beispielhaften Solarmodule der 2 und der 3-11 (nachstehend beschrieben) umfassen sechs Reihen von Superzellen, von denen alle durch Anschlussverbindungen 250 an gegenüberliegenden Enden der Reihen elektrisch parallel verbunden sind. Wegen der elektrisch parallelen Anordnung ist die Spannung über jeder Reihe (Spannung zwischen einem Ende der Reihe und der anderen) die gleiche, obwohl der Strom durch jede Reihe unterschiedlich sein kann. Elektrische „Umweg“-Verbindungsanordnungen ähnlich denen, die nachstehend bezogen auf die 3-11 beschrieben sind, können auch in Solarmodulen verwendet werden, die weniger Reihen von Superzellen umfassen und/oder in denen einige, aber nicht alle Reihen von Superzellen elektrisch parallel verbunden sind.
Typischerweise, obwohl nicht notwendigerweise, umfassen die hierin beschriebenen Solarmodule eine oder mehrere (z. B. drei) Bypass-Dioden. Wenn eine zu einer der Bypass-Dioden elektrisch parallel angeordnete Solarzelle den Strom aufgrund von Abschattung, Rissbildung oder anderweitig suboptimaler Zellenleistung erheblich begrenzt, wird die Bypass-Diode in Durchlassrichtung gepolt und umgeht elektrisch diese Solarzelle oder einen Teil des Moduls einschließlich dieser Solarzelle. Dies verhindert die Bildung eines gefährlichen heißen Flecks (Hot Spot) um die Strombegrenzungszelle herum und verbessert die Leistungsfähigkeit des Moduls.
Da die hierin beschriebenen Solarmodule elektrisch parallel geschaltete Superzellen beinhalten, besteht die Möglichkeit, die Leistung weiter zu verbessern, indem alternative Strompfade (d. h. Umwege) bereitgestellt werden, für den Fall, dass eine Zelle in einer Superzelle stark abgeschattet ist oder es kann anderweitig eine Strombegrenzung einer benachbarten Reihe von Zellen in einer elektrisch parallelen Superzelle versuchen, dies durch einen Betrieb bei einem höheren Strom zu kompensieren. Diese Umwegpfade verlaufen durch die Rückseitenmetallisierung von Solarzellen und durch elektrische Umwegverbindungen, die elektrisch gleiche Spannungspaare von Solarzellen verbinden, die Seite an Seite in benachbarten Superzellenreihen in dem Modul angeordnet sind. Die Leitung durch die Rückseitenmetallisierung der Solarzellen ermöglicht die Umgehungs- und Umwegarchitekturen unter Verwendung von Umwegverbindungen und/oder planaren strukturierten metallisierten Rückseitenfolie, die hier beschrieben sind.
Im Extremfall sind alle Reihen von Superzellen elektrisch parallel geschaltet und jede Solarzelle würde Umweganschlüsse aufweisen, die an mindestens eine Zelle in einer anderen (z. B. benachbarten) Reihe angeschlossen sind, um alternative Strompfade bereitzustellen. Umweganschlüsse können jedoch stattdessen auf einer Teilmenge von Zellen platziert werden, um statistisch die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass ein Schaden durch Rissbildung oder andere Fehlermechanismen die Leistung des Moduls signifikant verschlechtert.
Darüber hinaus können Umweganschlüsse in Bereichen des Moduls konzentriert werden, in denen Zellbrüche am wahrscheinlichsten auftreten, wie beispielsweise entlang bekannter Spannungslinien von mechanischer Belastung. Risse können durch verschiedene Mechanismen erzeugt werden, können abhängig sein von der Art der Montage des Moduls im Feld oder auf dem Dach und können in vorhersagbaren Mustern auftreten, basierend auf der Befestigungsmethode und der Quelle der Belastung. Wind- und Schneelasten erzeugen spezifische Spannungen und damit Risse. Beim Gehen auf dem Modul können Risse entstehen. Schwerer Hagel kann eine andere Art von Riss erzeugen. Während anfänglich Risse keine elektrischen Unterbrechungen verursachen oder die Leistung eines Moduls auf andere Weise beeinträchtigen können, können sich die Risse ausdehnen, wenn das Modul Heiz- und Kühlzyklen durchläuft, und unter Umständen die Modulleistung erheblich beeinträchtigen. Risse in monokristallinen und polykristallinen Zellen können sich unterschiedlich verhalten.
Die elektrischen Umwegverbindungen zwischen der Rückseitenmetallisierung auf Solarzellen in benachbarten Reihen können beispielsweise unter Verwendung von kurzen Kupferzwischenverbindungen hergestellt werden, die eine Lücke zwischen den Reihen überbrücken und die an gegenüberliegenden Enden mit den Rückseiten der Solarzellen leitend verbunden sind. Die Umwegverbindungen können mit den Solarzellen verbunden sein (z. B. mit Kontaktflächen auf der Rückseite der Solarzellen), beispielsweise unter Verwendung von Lot oder leitfähigem Klebstoff oder einem anderen leitfähigen Klebstoff oder durch irgendein anderes geeignetes Verfahren. Jeglicher Abschnitt einer Umwegverbindung, der ansonsten von der Vorderseite des Solarmoduls aus sichtbar wäre (d. h. durch eine Lücke zwischen den Reihen), kann mit einer schwarzen Beschichtung oder einem schwarzen Band abgedeckt oder auf andere Weise abgedunkelt oder verborgen werden, um eine „Alles-schwarz-Optik“ bei einem „Blick von vorn auf das Modul“ zu erhalten. Im Betrieb kann der leitende Umwegstrompfad Abschnitte der Zellmetallisierung der Rückseite (z. B. Aluminium) sowie die Umwegverbindung beinhalten.
Alternativ können die Umwegverbindungen zwischen Solarzellen in einer „Reihe“ von Solarzellen, die senkrecht zu den Superzellenreihen ausgerichtet sind, beispielsweise mit einem einzelnen langen, ungefähr modulbreiten Kreuzungsband hergestellt werden, das leitend mit der Rückseite jeder Zelle in der Reihe verbunden ist. Dieser Ansatz kann zum Beispiel für Module mit einer sehr großen Anzahl von Solarzellen bevorzugt sein, zum Beispiel ein Modul mit sechs Reihen von Superzellen, wobei jede Reihe achtzig Solarzellen aufweist. Solch ein Modul würde ansonsten 400 separate kurze Verbindungen erfordern, um Umwegpfade für jede Zelle bereitzustellen.
Die Umwegverbindungen (kurz oder lang) können auf die gleiche Weise wie „verdeckte Abgriff”-Verbindungen zu Bypass-Dioden hergestellt werden, wie beispielsweise in der am 31. März 2015 eingereichten US-Patentanmeldung 14/674.983 mit dem Titel „Shingled Solar Cell Panel Employing Hidden Taps“, das hierin in vollem Umfang durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die '983-Anmeldung offenbart auch Rückseitenmetallisierungsmuster und Kontaktflecken für verdeckte Abgriffzwischenverbindungen, um Dioden zu umgehen, die Umgehungsverbindungen erleichtern, wie hier ebenfalls beschrieben. Wie zum Beispiel in den 3-11 gezeigt, können die Umwegwege und die Verbindungen zu Bypass-Dioden in einem Solarmodul unter Verwendung der gleichen oder im Wesentlichen ähnlichen Arten von Verbindungen hergestellt werden.
Die Umwegverbindungen können auch beispielsweise unter Verwendung einer strukturierten metallisierten Rückseitenfolie hergestellt werden, das leitend mit den Rückseiten der Solarzellen verbunden ist, wobei die strukturierte Metallisierung auf der Rückseitenfolie die Umwegstromverbindungen bereitstellt. Die strukturierte Metallisierung auf der Rückseitenfolie kann auch elektrische Verbindungen zu Bypass-Dioden und/oder zu einer Anschlussdose bereitstellen. (Siehe zum Beispiel nachstehend die Diskussion der 14A-14B). Typischerweise ist das Metallisierungsmuster auf der Rückseitenfolie einlagig planar.
In dem beispielhaften Solarmodul 300 aus 3 sind alle verfügbaren Umgehungswege installiert. Das heißt, die Rückseitenmetallisierung jeder Solarzelle 10 ist elektrisch mit der Rückseitenmetallisierung ihrer benachbarten Solarzelle (oder Solarzellen) in benachbarten Superzellenreihen durch Umwegzwischenverbinder 275 verbunden. Zwei der Umwegverbindungen (275A und 275B) sind auch elektrisch über Rückleitungen (Leiter) 280A und 280B mit drei Bypass-Dioden (nicht gezeigt) in der Anschlussdose 290 verbunden. Die Rückleitungsdrähte 280C und 280D verbinden die Bypass-Dioden elektrisch mit den Anschlussverbindungen 250. Die anderen Umwegverbindungen in einer Reihe über die Reihen mit der Umwegverbindung 275A oder 275B dienen als verdeckte Abzweigungen zu den Bypass-Dioden zusätzlich zum Bereitstellen von Umwegstrompfaden. (Ähnliche Anordnungen mit Umwegverbindungen, die auch verdeckte Abgriffe für Bypass-Dioden bereitstellen, sind in anderen Figuren ebenfalls gezeigt).
In 3 und den anderen Figuren, die nachstehend beschrieben werden, sollte klar sein, dass Rückführungsdrähte, wie zum Beispiel 280A-280D, elektrisch von den Solarzellen und Leitern isoliert sind, über die sie hinausgehen, außer an ihren Enden. Zum Beispiel ist der Rückleiter 280B in 3 elektrisch verbunden (z. B. leitend verbunden), um die elektrische Verbindung 275B zu umgehen, aber elektrisch isoliert von den anderen elektrischen Umwegverbindungen, über die er auf dem Weg zur Anschlussdose 290 gelangt. Dies kann beispielsweise mit einem Isolierungsstreifen erreicht werden, der zwischen dem Rückleiter und den Rückseiten der Solarzellen und anderen Modulkomponenten angeordnet ist.
Das beispielhafte Solarmodul 400 von 4 ist ähnlich dem von 3, außer, dass in dem Solarmodul 400 jede andere (d. h. alternierende) Solarzelle entlang einer Superzellenreihe Umleitungen installiert hat.
In dem beispielhaften Solarmodul 500 von 5 sind Umwegzwischenverbindungen 275 in einem Muster installiert, das dafür ausgelegt ist, ein typisches Rissmuster zu kompensieren, das sich aus einer gleichmäßigen mechanischen Belastung eines Solarmoduls ergeben kann. Das Rissmuster ist in 13 gezeigt, die einer Skizze eines herkömmlichen Flachband-Solarmoduls überlagert ist, wobei das Rissmuster allgemein durch die Linien 305 angezeigt ist. In dem Beispiel von 5 sind die Leiter 280A und 280B leitend mit der Rückseitenmetallisierung der Solarzellen 10A bzw. 10B verbunden, um sie elektrisch mit Bypass-Dioden in der Anschlussdose 290 zu verbinden.
Umwegverbindungen können in geeigneten Intervallen entlang einer Superzellenreihe installiert werden. Die Intervalle können gleich oder ungefähr gleich sein oder stattdessen in der Länge entlang der Reihe variieren. Bei den beispielhaften Solarmodulen 600 (6) und 700 (7) sind die Umwegverbindungen 275 in vier annähernd gleichmäßig beabstandeten Linien über das Modul installiert. Bei den beispielhaften Solarmodulen 800 (8) und 900 (9) sind Umwegzwischenverbindungen 275 in fünf Leitungen über das Modul installiert, wobei der Abstand zwischen Umwegzwischenverbindungen an einem Ende des Moduls größer ist als am anderen Ende des Moduls. In dem beispielhaften Solarmodul 1000 (10) sind Umwegzwischenverbindungen 275 in sechs Leitungen über das Modul installiert, wobei der Abstand zwischen den Verbindungen im mittleren Abschnitt des Moduls größer ist als an den Enden des Moduls. Bei dem beispielhaften Solarmodul 1100 (11) sind Umwegzwischenverbindungen 275 in neun Leitungen über das Modul in Kombination mit fünf in Reihe geschalteten Bypass-Dioden mit zwei Leitungsverbindungsleitungen zwischen jedem benachbarten Paar von Bypass-Dioden installiert.
Wenn das Solarmodul Bypass-Dioden umfasst, kann jede geeignete Anzahl von Bypass-Dioden verwendet werden, und sie können in jedem geeigneten Intervall entlang der Superzellenreihen beabstandet sein. Die Bypass-Dioden können in einer Anschlussdose installiert sein oder alternativ in ein Laminat eingebettet sein, das die Solarzellen umfasst. Die beispielhaften Solarmodule 300, 400, 500 und 1000 enthalten jeweils drei in Reihe geschaltete Bypass-Dioden (nicht gezeigt), die in der Anschlussdose 290 angeordnet sind. In den beispielhaften Solarmodulen 600, 700, 900 und 1100 sind fünf in Reihe geschaltete Bypassdioden 310 in das Solarzellenlaminat eingebettet. Bei dem beispielhaften Solarzellenmodul 800 sind drei in Reihe geschaltete Bypass-Dioden 310 in das Laminat eingebettet. Die beispielhaften Solarmodule 700 und 900 umfassen jeweils zwei Anschlussdosen 290A und 290B, eine an jedem Ende des Moduls, die jeweils einen einzigen (z. B. positiven oder negativen) Ausgang bereitstellt.
Unter Bezugnahme auf die 12A-12B kann ein Riss (z. B. Riss 330), der entlang der langen Achse einer Solarzelle 10 orientiert ist, den Stromfluss senkrecht zur langen Achse der Zelle im Wesentlichen verringern, welches die Richtung ist, in der Strom bevorzugt die Solarzellen während des normalen Betriebs der hier beschriebenen Module (d. h. wenn kein Umweg genommen wird) durchströmt. Die Verwendung von elektrischen Umwegverbindungen, wie oben beschrieben, kann einen Umweg um die gerissene Zelle bereitstellen.
Ein Umwegstrompfad um und über den Riss kann auch innerhalb der Zelle bereitgestellt sein, wie in den 12A-12B gezeigt. Insbesondere sind die Umwegverbindungs-Kontaktanschlussflächen 320 auf der Rückseite der Solarzelle an den kurzen Enden der Solarzelle positioniert und parallel zu den kurzen Enden verlängert, um im Wesentlichen die Breite der Solarzelle zu überspannen. Umleitverbindungen 275, die leitend mit diesen Kontaktfeldern verbunden sind, stellen einen Rissübersprung-Strompfad bereit, der es ermöglicht, dass Strom in der Zelle zu einer Verbindung 275 gelangt, über den oder um den Riss herum und dann zurück zu dem anderen Teil der Solarzelle fließt, wie beispielsweise durch Pfeile 335 gezeigt.
Bezugnehmend nun auf die 14A-14B stellt die beispielhafte strukturierte metallisierte Rückseitenfolie 350 Umwegstrompfade und elektrische Verbindungen zu Bypass-Dioden 310 in einer Anschlussdose 290 bereit, die denen entsprechen, die durch Umwegverbindungen 275 und Rückleitungen 280A-280D in 10 bereitgestellt sind. (Die Anschlussdose ist nicht Teil der Rückseitenfolie, sondern befindet sich im Modul bezogen auf die Rückseitenfolie, wie in den Abbildungen gezeigt). Insbesondere umfasst das Metallisierungsmuster eine positive Rückführungsregion 355, eine negative Rückführungsregion 360, eine erste Bypass-Dioden-Rückleitung 365, eine zweite Bypass-Dioden-Rückleitung 370, zwei Reihen von Umweg-Verbindungsregionen 375A, die auch als verdeckte Abgriffe zu den Bypass-Dioden dienen, und drei zusätzliche Reihen von Umwegverbindungsbereichen 375B. Die Metallisierung wird von der Rückseitenfolie entfernt, beispielsweise wie bei 380 angegeben, um die verschiedenen Bereiche elektrisch voneinander zu isolieren.
Obwohl in den oben beschriebenen beispielhaften Solarmodulen jede rechteckige Solarzelle 10 lange Seiten mit einer Länge aufweist, die gleich der Seitenlänge eines herkömmlichen Silizium-Solarzellenwafers ist, können alternativ die langen Seiten der Solarzellen 10 ein Bruchteil (z. B. 1/2 1/3, 1/4 oder weniger) der Seitenlänge eines herkömmlichen Solarzellenwafers sein. Die Anzahl von Reihen von Superzellen in einem Modul kann entsprechend erhöht werden, beispielsweise um den Kehrwert dieses Bruchteils (oder um eine oder mehrere Reihen, die kleiner als der Kehrwert sind, um Raum für Lücken zwischen Reihen zu lassen). Zum Beispiel könnte jede Solarzelle 10 voller Länge im Solarmodul 300 (3) durch zwei Solarzellen halber Länge ersetzt sein, die in elf oder zwölf Reihen Superzellen oder in irgendeiner anderen geeigneten Anzahl von Reihen von Superzellen angeordnet sind. Die rechteckigen Solarzellen könnten zum Beispiel Abmessungen von 1/6 bis 1/2 der Seitenlänge eines herkömmlichen Solarzellenwafers aufweisen. Die Verringerung der Zellenlänge auf diese Weise kann die Robustheit der Zellen in Bezug auf Rissbildung erhöhen und den Einfluss einer gerissenen Zelle auf die Leistung des Moduls verringern. Ferner kann die Verwendung von elektrischen Umwegverbindungen oder metallisierten Rückseitenfolien, wie oben beschrieben, mit kleineren Zellen, wie gerade beschrieben, die Anzahl der durch das Modul verfügbaren Umwegstrompfade erhöhen (verglichen mit der Verwendung von Zellen voller Länge), wodurch der Einfluss einer gerissenen Zelle auf die Leistung weiter verringert wird.

Claims

Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100), umfassend: eine Vielzahl von Superzellen (100), die in zwei oder mehr physikalisch parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Reihen elektrisch parallel miteinander verbunden sind, wobei jede Superzelle (100) eine Vielzahl von rechteckigen Silizium-Solarzellen (10) umfasst, die in Reihe mit langen Seiten benachbarter Silizium-Solarzellen (10) angeordnet sind, die überlappend und leitend direkt miteinander verbunden sind, um die Silizium-Solarzellen (10) in Reihe elektrisch zu verbinden; und eine Vielzahl von elektrischen Umwegverbindungen (275), von denen jede so angeordnet ist, dass sie sich senkrecht zu den Reihen erstreckt, um eine Metallisierung auf den Rückseiten von mindestens einem Paar von Solarzellen gleicher Spannung (10), die Seite an Seite in benachbarten Superzellenreihen angeordnet sind, elektrisch zu verbinden, um Umwegstrompfade bereitzustellen, die durch die elektrische Umwegverbindung (275) und durch die Rückflächenmetallisierung des Paars von Solarzellen (10) um eine oder mehrere andere Solarzellen (10) herum verlaufen, falls die eine oder mehreren anderen Solarzellen (10) einen unzureichenden Strom für den normalen Betrieb des Moduls liefern; wobei die Umwegstrompfade nicht durch Bypass-Dioden (310) verlaufen.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei jede elektrische Umwegverbindung (275) eine Länge aufweist, die kürzer als die Breite von zwei Reihen ist und an jedem Ende mit dem einen oder dem anderen Paar von Solarzellen (10) leitend verbunden ist.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruche 2, wobei die elektrischen Umwegverbindungen (275) mit Kontaktflächen auf den Rückseiten der Solarzellen (10), die sie verbinden, leitend verbunden sind und die Kontaktflächen benachbart zu und verlängert parallel zu den kurzen Enden ihrer Solarzellen (10) positioniert sind.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 2, wobei die elektrischen Umwegverbindungen (275) in einer oder mehreren Linien senkrecht zu den Reihen angeordnet sind.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 4, wobei jede Linie von elektrischen Umwegverbindungen (275) die Breite des Moduls senkrecht zu den Reihen überspannt und alle Reihen elektrisch miteinander verbindet.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei jede elektrische Umwegverbindung (275) sich senkrecht zu den Reihen erstreckt, um Rückseiten von Solarzellen (10) in drei oder mehr Reihen elektrisch zu verbinden.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 6, wobei jede elektrische Umwegverbindung (275) die Breite des Moduls senkrecht zu den Reihen überspannt und alle Reihen elektrisch miteinander verbindet.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, umfassend eine Rückseitenfolie (350), die mit einer rückseitigen Fläche des Moduls verbunden ist, wobei die elektrischen Umwegverbindungen (275) durch ein planares Metallisierungsmuster auf der Rückseitenfolie (350) bereitgestellt werden.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 8, wobei elektrische Verbindungen zu Bypass-Dioden (310) durch das planare Metallisierungsmuster auf der Rückseitenfolie (350) vorgesehen sind, wobei die Bypass-Dioden (310) angeordnet sind, um eine oder mehrere Gruppen von Solarzellen (10) in dem Fall zu umgehen, dass eine oder mehrere Solarzellen (10) in der einen oder den mehreren Gruppen zu wenig Strom für den normalen Betrieb des Moduls liefern.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 8, wobei elektrische Verbindungen zu einer Anschlussdose (290) durch das planare Metallisierungsmuster auf der Rückseitenfolie (350) bereitgestellt werden.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei jede Solarzelle (10) in dem Modul elektrisch mit mindestens einer Solarzelle (10) benachbarter Reihen durch eine elektrische Umwegverbindung (275) verbunden ist
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Umwegverbindungen (275) so angeordnet sind, dass sie ein vorbestimmtes Solarmodul-Rissmuster (305) kompensieren, wobei Zellbrüche entlang des vorbestimmten Solarmodul-Rissmusters (305) am wahrscheinlichsten auftreten.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei: jede elektrische Umwegverbindung (275) eine Länge hat, die kürzer ist als die Breite von zwei Reihen und leitend an jedem Ende mit dem einen oder dem anderen Paar von Solarzellen (10) verbunden ist; und jede Solarzelle (10) in dem Modul elektrisch mit mindestens einer Solarzelle (10) benachbarter Reihen durch eine elektrische Umwegverbindung (275) verbunden ist;
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei: jede elektrische Umwegverbindung (275) eine Länge hat, die kürzer ist als die Breite von zwei Reihen und leitend an jedem Ende mit dem einen oder dem anderen Paar von Solarzellen (10) verbunden ist; und die elektrischen Umwegverbindungen (275) so angeordnet sind, dass sie ein vorbestimmtes Solarmodul-Rissmuster (305) kompensieren, wobei Zellbrüche entlang des vorbestimmten Solarmodul-Rissmusters (305) am wahrscheinlichsten auftreten.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei: jede elektrische Umwegverbindung (275) die Breite des Moduls senkrecht zu den Reihen überspannt und alle Reihen elektrisch miteinander verbindet; und jede Solarzelle (10) in dem Modul elektrisch mit mindestens einer Solarzelle (10) benachbarter Reihen durch eine elektrische Umwegverbindung (275) verbunden ist.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, wobei: jede elektrische Umwegverbindung (275) die Breite des Moduls senkrecht zu den Reihen überspannt und alle Reihen elektrisch miteinander verbindet; und die elektrischen Umwegverbindungen (275) so angeordnet sind, dass sie ein vorbestimmtes Solarmodul-Rissmuster (305) kompensieren, wobei Zellbrüche entlang des vorbestimmten Solarmodul-Rissmusters (305) am wahrscheinlichsten auftreten.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, umfassend eine Rückseitenfolie (350), die mit einer rückseitigen Fläche des Moduls verbunden ist, wobei: die elektrischen Umwegverbindungen (275) durch ein planares Metallisierungsmuster auf der Rückseitenfolie (350) bereitgestellt sind; und jede Solarzelle (10) in dem Modul elektrisch mit mindestens einer Solarzelle (10) benachbarter Reihen durch eine elektrische Umwegverbindung (275) verbunden ist.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach Anspruch 1, umfassend eine Rückseitenfolie (350), die mit einer rückseitigen Fläche des Moduls verbunden ist, wobei: die elektrischen Umwegverbindungen (275) durch ein planares Metallisierungsmuster auf der Rückseitenfolie (350) bereitgestellt sind; und die elektrischen Umwegverbindungen (275) so angeordnet sind, dass sie ein vorbestimmtes Solarmodul-Rissmuster (305) kompensieren, wobei Zellbrüche entlang des vorbestimmten Solarmodul-Rissmusters (305) am wahrscheinlichsten auftreten.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach einem der Ansprüche 1-8 oder 10-18, ferner umfassend Bypass-Dioden (310), die angeordnet sind, um eine oder mehrere Gruppen von Solarzellen (10) zu umgehen, falls eine oder mehrere Solarzellen (10) in der einen oder den mehreren Gruppen einen unzureichenden Strom für den normalen Betrieb des Moduls liefern.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und 4 bis 19, wobei die elektrischen Umwegverbindungen (275) mit Kontaktflächen auf den Rückseiten der Solarzellen (10), die sie verbinden, leitend verbunden sind und die Kontaktflächen benachbart zu und verlängert parallel zu den kurzen Enden ihrer Solarzellen (10) positioniert sind.
Solarmodul (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei jegliche Abschnitte der elektrischen Umwegverbindungen (275), die von einer Vorderansicht des Solarmoduls aus gesehen zwischen den parallelen Reihen sichtbar sind, mit einer dunkleren Beschichtung versehen oder auf andere Weise abgedunkelt sind, um den sichtbaren Kontrast zwischen den elektrischen Umwegverbindungen (275) und den Superzellen (100) zu reduzieren.