DE19953584C1 - Solarmodulanordnung - Google Patents

Abstract

Es wird eine aus einer Anzahl von aus mehreren mit jeweils einer antiparallel geschalteten Bypass-Diode kooperierenden Solarzellensträngen gebildeten Solarmodulen bestehende Solarmodulanordnung vorgeschlagen. DOLLAR A Dabei soll das technische Problem gelöst werden, eine Minimierung der im Falle einer Abschattung von mehreren Solarmodulsträngen bzw. einzelnen Solarmodulen auftretenden Verlustleistung zu gewährleisten. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß jeweils ein Halbleiter-Leistungsschaltelement zu jedem Solarmodul parallel geschaltet ist, welches bei einer Überdeckung des Solarmoduls mit eine deutliche Reduktion der in dasselbe einfallenden Lichtstrahlen verursachenden Schatten und der dadurch bedingten, sämtliche diesem Solarmodul zugehörigen Bypass-Dioden betreffenden Strombelastung durchgeschaltet ist, wodurch diese Reihe der Bypass-Dioden überbrückt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Solarmodulanordnung aus.

Derartige Solarmodule sind zur Umsetzung der einfallenden Lichtstrahlen d. h. der darin enthaltenen Strahlungsenergie in elektrische Energie vorgesehen, die in einem den Solarmodulen zugeordneten Stromkreiszweig gespeichert und/oder direkt bzw. indirekt über eine Wandlereinrichtung einem elektrischen Verbraucher zugeführt wird.

Eine Solarmodulanordnung der eingangs erwähnten Art ist z. B. durch die US- PS 4 567 316 bekanntgeworden, wobei jeweils mehrere in Reihe geschaltete Solarzellen zu jeweils einem mit einer antiparallel geschalteten Bypass-Diode kooperierenden Solarzellenstrang zusammengefaßt sind und wobei wiederum mehrere in Reihe geschaltete Solarzellenstränge ein Solarmodul bilden. Um die Spannung auf eine bestimmte Größenordnung zu bringen, können dann noch mehrere dieser Solarmodule in Reihe geschaltet werden, während zur Erhöhung Leistung mehrere solcher Solarmodule parallel zu schalten sind.

Bei derartigen Ausführungsformen besteht das Problem, daß bei einer Abschattung von einem oder mehreren Solarmodul(en), d. h. bei einer durch von Lichtstrahlenbarrieren - wie z. B. sehr dichte Bewölkung - verursachten Schatten hervorgerufenen deutlichen Reduzierung der einfallenden Lichtstrahlen der Strom bestimmungsgemäß über die zum Schutz der betroffenen Solarzellenstränge vorgesehene(n) Bypass-Diode(n) fließt, was eine ganz beachtliche Verlustleistung zur Folge hat. Diese in Form von Stromwärme sich einstellende Verlustleistung kann bei in geringem Abstand von Objekten - wie z. B. Gebäude-Wände oder -Dächer - angebrachten, dicht nebeneinander angeordneten, die Solarmodule bildenden Solarzellen/Solarzellenstränge zum Wärmestau und damit zur Schädigung der gesamten Solarmodulanordnung führen.

Aufgrund dessen liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Solarmodulanordnung zu schaffen, bei der im Falle einer Abschattung von mehrere Solarzellenstränge aufweisenden Solarmodulen die auftretende Verlustleistung minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst, Vorteihaft bei einem solchen Aufbau einer Solarmodulanordnung ist, daß mit relativ geringem Aufwand eine ganz beachtliche Verbesserung der Effizienz einer solchen Solarmodulanordnung gewährleistet ist.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind an einem der Einfachheit halber nicht dargestellten Substrat - wie z. B. einer Gebäude-Wand oder -Dach Solarmodule 1'-n' bis 1"-n" derart gehalten, daß dieselben mehr oder minder optimal auf die einfallenden, natürlichen Lichtstrahlen ausgerichtet sind. In der Konsequenz bedeutet dies, daß die sensitive Oberfläche eines jeden Solarmoduls derart auf die Lichtquelle ausgerichtet ist, daß die davon ausgehenden Lichtstrahlen in einem bevorzugten Zeitfenster im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche auftreffen. Darüberhinaus ist es zwecks Spreizung des Zeitfensters aber auch möglich, die der Oberfläche zugeordneten Bereiche der Solarmodule verstellbar zu halten, so daß die Oberflächen einem sich verändernden Abstrahlwinkel der Lichtstrahlen z. B. mit Hilfe eines automatischen Nachführsystems folgen können.

Die Solarmodule selbst sind aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellensträngen S1.1'-S1.n' bis Sn.1'-Sn.n' und S1.1"-S1.n" bis Sn.1"- Sn.n" zusammengesetzt, die wiederum jeweils aus mehreren im einzelnen nicht veranschaulichten Solarzellen bestehen. Zu jedem dieser Solarzellenstränge ist zwecks Vermeidung von Schädigungen der Solarmodulanordnung eine Bypass-Diode D1.1'-D1.n' bis Dn.1'-Dn.n' und D1.1"-D1.n" bis Dn.1"-Dn.n" antiparallel geschaltet, wodurch im Falle einer partiellen oder vollständigen Abschattung einzelner Solarzellenstränge bzw. einzelner Solarmodule der in dem betroffenen Bereich der Solarmodulanordnung fließende Strom dann über die diesem Bereich der Solarmodulanordnung zugehörigen Bypass-Dioden geführt ist.

Da bei einem vollständig im Schatten sich befindenden Solarmodul die von den davon betroffenen Bypass-Dioden hervorgerufene Verlustleistung eine ganz beachtliche Größenordnung erreicht, ist nunmehr pro Solarmodul ein vorzugsweise als Thyristor ausgebildetes Leistungshalbleiter-Schaltelement T1' bis Tn' und T1" bis Tn" vorgesehen, daß parallel zu den darin vorhandenen Bypass-Dioden geschaltet ist. Bei einer Abschattung eines Solarmoduls verändert sich der an der Steuerelektrode dieses Schaltelementes liegende Steuerstrom, wodurch das Leistungshalbleiter-Schaltelement in den durchgeschalteten Zustand gebracht wird. Damit fließt nun der durch die vorgeschalteten Solarmodule sich ergebende Strom nicht mehr über die dem Solarmodul zugehörigen Bypass-Dioden sondern über das parallel dazu liegende Leistungshalbleiter-Schaltelement, womit die sich ansonsten durch die Bypass-Dioden einstellende Verlustleistung deutlich reduziert ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Solarmodulanordnung sehr dicht an einer Substratoberfläche z. B. einem Gebäudedach angeordnet ist und zwar, weil dadurch eine beachtliche Erwärmung (Wärmestau) sich ergibt, die bei den bislang üblichen Ausführungsformen bis zur Zerstörung eines oder mehrerer Solarmodul(e) führen kann. In jeder an einer jeden Steuerelektrode angeschlossenen elektrischen Leitung ist zum Schutz des jeweiligen Leistungshalbleiter-Schaltelementes ein Vorwiderstand R1' bis Rn' und R1" bis Rn" sowie eine Schutzdiode SD1' bis SDn' und SD1" bis SDn" vorgesehen.

Sämtliche parallel- bzw hintereinander-geschalteten Solarmodule sind wiederum über eine gemeinsame Schutzdiode SD mit einem als Akkumulator ausgebildeten Energiespeicher B verbunden. Natürlich können dieselben aber auch direkt über geeignete Wandlereinrichtungen mit einem Versorgungsnetz verbunden sein.

Claims (5)

1. Solarmodulanordnung mit einer Anzahl von aufgrund einfallender Lichtstrahlen elektrische Energie liefernden, jeweils mit einer antiparallel geschalteten Bypass-Diode (D1.1'-D1.n' bis Dn.1'-Dn.n'; D1.1"-D1.n" bis Dn.1"-Dn.n") kooperierenden, aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellen bestehenden Solarzellensträngen (S1.1'-Sn.n'; S1.1"-Sn.n"), die wiederum zu einer Kette von jeweils aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellensträngen gebildeten Solarmodulen (1'-n'; 1"-n") zusammengefaßt sind, welche einem die erzeugte elektrische Energie ggf. umsetzenden und/oder speichernden, eventuell mehrere parallel geschaltete Solarmodulketten (I, II) aufweisenden Stromkreiszweig zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Halbleiter-Leistungsschaltelement (T1'-Tn'; T1"-Tn") zu jedem Solarmodul parallel geschaltet ist, welches bei einer Überdeckung des Solarmoduls mit eine deutliche Reduktion der in dasselbe einfallenden Lichtstrahlen verursachenden Schatten und der dadurch bedingten, sämtliche diesem Solarmodul zugehörigen Bypass-Dioden betreffenden Strombelastung durchgeschaltet ist, wodurch diese Reihe der Bypass- Dioden überbrückt ist.

2. Solarmodulanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jedem Solarmodul (1' bis n'; 1" bis n") zugeordnete Halbleiter- Leistungsschaltelement (T1'-Tn'; T1"-Tn") aus einem Thyristor besteht, dessen Steuerelektrode über einen zugehörigen Vorwiderstand (R1'-Rn'; R1"-Rn") am negativen Pol (-) des Stromkreises angeschlossen ist.

3. Solarmodulanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einem jedem Thyristor zugehörige Vorwiderstand (R1'-Rn'; R1"- Rn") über jeweils eine in Sperrichtung betriebene Schutzdiode (SD1'- SDn'; SD1"-SDn") am negativen Pol (-) des Stromkreises liegt.

4. Solarmodulanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der am positiven Pol (+) des Stromkreises angeschlossenen, zu den Solarmodulen (1'-n'; 1"-n") führenden Verbindungsleitung eine in Sperrichtung betriebene, sämtlichen Solarmodulen zugeordnete, gemeinsame Schutzdiode (SD) vorhanden ist.

5. Solarmodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis als der erzeugten Energie zugeordneten Stromkreiszweig einen als Akkumulator ausgebildeten Energiespeicher (B) aufweist.