Optimiertes Photovoltaik Modul mit Bypass-Netzwerk
Die Erfindung betrifft ein Photovoltaik-Modul mit mindestens einem Bypass-Netzwerk mit datenverarbeitender Einheit, ein Bypass-Element mit einer datenverarbeitenden Einheit für ein Photovoltaik-Modul und ein Photovoltaik-Modul mit einem Frontglas und einem Rückglas mit mindestens einem Bypass-Netzwerk.
Um die Funktionalität eines Bypass-Netzwerks zu verbessern und eine in Wärme umsetzende Energie zu reduzieren, wird heutzutage üblicherweise eine Kombination von Controller und zusätzlichem Leistungsschalter verwendet, sodass bei aktivem Bypass-Netzwerk ein gegenüber herkömmlichen Dioden deutlich geringerer absoluter Spannungsabfall auftritt. Da der daraus resultierende geringe Absolutwert des Spannungsabfalls über dem Bypass-Netzwerk nicht ausreichend ist, den Controller direkt mit Energie zu versorgen und die für die Ansteuerung des zusätzlichen Leistungsschalters erforderliche Energie auf einfache Weise bereitzustellen, muss die Energieversorgung durch zusätzliche Maßnahmen ermöglicht werden.
Am Markt sind verschiedene Produkte verfügbar, z. B eine Smart Bypass-Diode. Bei der Smart Bypass-Diode LM 74611 von Texas Instruments wird als zusätzlicher Leistungsschalter ein N-Kanal-MOSFET verwendet, der bei aktivem Bypass im inversen Betrieb arbeitet. Der Drain ist negativ gegenüber Source. Der Source ist mit Body verbunden, wodurch sichergestellt wird, dass die Body-Diode des MOSFET bei inaktivem Bypass gesperrt ist und bei aktivem Bypass in Flussrichtung betrieben wird. Wenn bei ausgeschaltetem Leistungsschalter Strom durch das aktive Bypass- Netzwerk fließt, gibt es über der Body-Diode des MOSFET einen Spannungsabfall (typischerweise 0,4 ... 0,7 V), der ausreicht, um eine Ladungspumpe zu starten und damit einen Energiespeicher zu laden. Sobald der Energiespeicher eine ausreichende Ladungsmenge aufweist, wird der Leistungsschalter eingeschaltet, so dass der Absolutwert des Spannungsabfalls über dem Bypass-Netzwerk sehr gering wird. Dieser geringe Spannungsabfall reicht nicht mehr aus, um die Ladungspumpe zu betreiben, sodass die Ladung des Energiespeichers wieder absinkt. Wenn im aktiven Arbeitsbereich die Energie des Energiespeichers eine bestimmte Grenze unterschreitet, wird der zusätzliche Leistungsschalter wieder ausgeschaltet und die Spannung über dem Bypass-Netzwerk steigt wieder an. Dann fließt der Strom über die Body-Diode des MOSFET und der Zyklus beginnt von neuem.
WO 2011023732 A2 offenbart eine Bypass- und Schutzschaltung für ein Solarmodul umfassend einen Eingang zum Anschluss des Solarmoduls, einen Ausgang, ein By- pass-Element, das parallel zu dem Ausgang geschaltet ist, und ein Trenn-Element, das zwischen den Eingang und den Ausgang geschaltet ist und konfiguriert ist, um die Verbindung zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu steuern. Das Trenn- Element ist konfiguriert, um eine Verbindung zwischen dem Eingang und dem Ausgang abhängig davon zu steuern, ob das der Schaltung zugeordnete Solarmodul ganz oder teilweise abgeschattet ist, oder ob das der Schaltung zugeordnete Solarmodul ein- oder ausgeschaltet werden soll.
DE102005036153A1 offenbart eine Schutzschalteinrichtung für ein Solarmodul, bei dem eine Mehrzahl von im Normalbetrieb und im Abschattungsfall arbeitenden Solarzellen in Reihe geschaltet ist. Mindestens ein steuerbares elektrisches, als Bypas- selement dienendes Schaltelement ist dabei mit seiner Schaltstrecke parallel zu der Mehrzahl von Solarzellen geschaltet. Eine Versorgungsschaltung stellt eine Steuerspannung zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Bypasselementes bereit, wobei eine Trennschaltung zum Sperren der über die Schaltstrecke des Bypasselementes im Normalbetrieb liegenden Spannung zu der Versorgungsschaltung und zum Durchschalten der über die Schaltstrecke im Abschattungsfall mindestens einer Solarzelle liegenden Spannung zu der Versorgungsschaltung vorgesehen ist.
DE102008000504A1 offenbart ein Verfahren zur Diebstahlerkennung zumindest eines PV-Moduls einer PV-Anlage. Die PV-Anlage weist zumindest einen parallel geschalte¬ ten Strang von in Reihe geschalteten PV-Modulen zur Bereitstellung einer Feldspannung auf, wobei die PV-Module ihrerseits eine Vielzahl von in Reihe geschalteten PV- Zellen aufweisen. Zum Schutz der PV-Zellen sind antiparallel geschaltete Bypassdio- den vorgesehen. Es wird in einem Nichteinspeisebetrieb, insbesondere abends und nachts, eine bezüglich der Feldspannung negative Testspannung an die zumindest eine PV-Strangleitung geschaltet, um einen Teststrom durch die Bypassdioden einzu¬ stellen. Es wird automatisiert eine Diebstahlmeldung ausgegeben, wenn sich der Teststrom und/oder die Testspannung signifikant ändert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, die Funktionalität eines Bypass- Netzwerks gegenüber einer Smart Bypass-Diode zu verbessern und die Funktionalität auf eine Anwendung tagsüber und in der Nacht zu erweitern.
Nach einem ersten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Pho- tovoltaik-Modul mit mindestens einem Bypass-Netzwerk mit datenverarbeitender
Einheit. Die datenverarbeitende Einheit ermöglicht in Verbindung mit einem für mindestens einen gesamten Modulstring vorgesehenen String-Überwachungs-Server eine einfache und kosteneffektive Erkennung von Störungen im Stromkreis, auch bei nachts unbeleuchteten PV-Modulen. Das Bypass-Netzwerk umfasst eine Parallelschaltung aus einem die negative Spannung über dem Bypass begrenzenden Bauteil, einem zusätzlichen Leistungsschalter sowie einem Eingang eines DC-DC-Wandlers. Das Bypass-Netzwerk kann im aktiven Bereich dauerhaft einen ersten aktiven Zustand einnehmen, sofern der Strom durch das Bypass-Netzwerk unterhalb des Triggerstroms liegt. In dem ersten aktiven Zustand ist der zusätzliche Leistungsschalter nicht eingeschaltet. In dem ersten aktiven Zustand fließt ferner ein signifikanter Strom über das Bypass-Netzwerk. Der DC-DC-Wandler ist in der Lage die zum Bypass-Netzwerk gehörende datenverarbeitende Einheit, mit Energie zu versorgen, sofern die Spannung über dem Bypass-Netzwerk negativer wird als die Start-Up- Spannung (Ustart) des DC-DC-Wandlers. Die datenverarbeitende Einheit steuert bei Bedarf den zusätzlichen Leistungsschalter an.
Hierdurch kann die datenverarbeitende Einheit in der Lage sein, an den String- Überwachungs-Server Informationen zu übermitteln. Bei Überschreiten des Triggerstroms kann der zusätzliche Leistungsschalter mit Energie versorgt werden. Der Leistungsschalter kann in einem zweiten aktiven Bereich eingeschaltet sein.„Triggerstrom" kann so verstanden werden, dass es das Umschalten von dem ersten in den zweiten aktiven Bereich„triggert".„Das Bypass-Netzwerk kann dauerhaft einen ersten Zustand einnehmen" kann so verstanden werden, dass in diesem ersten Zustand ein dauerhafter Betrieb des Bypass-Netzwerks nicht zu einer Überlastung desselben führt.„Ein signifikanter Strom" kann so verstanden werden, dass der Strom ausreicht, um mindestens die datenverarbeitende Einheit damit zu versorgen.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, dass bei unbeleuchteten Zellen die Elektronik des Bypass-Netzwerks und dabei insbesondere die datenverarbeitende Einheit mit Energie aus dem String-Stromkreis versorgt werden. Die benötigte Energie muss bei unbeleuchtetem String vom String-Überwachungs-Server in den String- Stromkreis eingespeist werden.
Dem Bypass-Netzwerk kann ein kennlinienformendes Netzwerk parallel geschaltet sein. Das kennlinienformende Netzwerk kann aus einer Serienschaltung von Widerstand und Schottky-Diode bestehen.
Die datenverarbeitende Einheit des Bypass-Netzwerks kann eine drahtgebundene digitale Kommunikationsschnittstelle umfassen. Über die drahtgebundene digitale Kommunikationsschnittstelle kann die datenverarbeitende Einheit des Bypass- Netzwerks mit dem String-Überwachungs-Server Informationen austauschen.
Die datenverarbeitende Einheit des Bypass-Netzwerks kann eine drahtlose digitale Kommunikationsschnittstelle umfassen. Über die drahtlose digitale Kommunikationsschnittstelle kann die datenverarbeitende Einheit des Bypass-Netzwerks mit dem String-Überwachungs-Server Informationen austauschen.
Das Bypass-Netzwerk kann ferner einen Sensor für die Modulspannung umfassen. Die Messwerte des Sensors können bei bestrahlten Zellen über die drahtgebundene digitale oder drahtlose digitale Kommunikationsschnittstelle an den String- Überwachungs-Server geschickt werden.
Nach einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Bypass-Element mit einer datenverarbeitenden Einheit für ein Photovoltaik-Modul entsprechend dem ersten Aspekt. Das Bypass-Netzwerk umfasst eine Parallelschaltung aus einem die negative Spannung über dem Bypass-Netzwerk begrenzenden Bauteil, einem zusätzlichen Leistungsschalter, sowie dem Eingang eines DC-DC- Wandlers. Das Bypass-Netzwerk kann im aktiven Bereich dauerhaft einen ersten aktiven Zustand einnehmen, sofern der Strom durch das Bypass-Netzwerk unterhalb des Triggerstroms liegt. In dem ersten aktiven Zustand ist der zusätzliche Leistungsschalter nicht eingeschaltet. In dem ersten aktiven Zustand fließt ein signifikanter Strom über das Bypass-Netzwerk. Der DC-DC-Wandler ist in der Lage die zum Bypass-Netzwerk gehörende datenverarbeitende Einheit mit Energie zu versorgen, sofern die Spannung über dem Bypass-Netzwerk negativer wird als die Start- Up- Spannung (Ustart) des DC-DC Wandlers. Die datenverarbeitende Einheit steuert bei Bedarf den zusätzlichen Leistungsschalter an.
Nach einem dritten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Photovoltaik-Modul mit einem Frontglas und einem Rückglas mit mindestens einem Bypass-Netzwerk. Auf die Innenseite des Rückglases werden reflektierende Streifen aufgebracht. Die reflektierenden Streifen bilden das Muster eines Gitters. Durch Zwischenräume zwischen benachbarten Zellen trifft Licht auf die reflektierenden Streifen. Die reflektierenden Streifen reflektieren das Licht, so dass das Licht nicht für die Stromerzeugung verloren ist. Mit einer guten Wahrscheinlichkeit wird das Licht auf eine Zelle gelenkt und zur Stromerzeugung beitragen. Die reflektierenden Strei-
fen weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Gleichzeitig werden die reflektierenden Streifen für den Stromtransport zum Bypass-Netzwerk genutzt.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, auch eine Verbesserung des Modul-Wirkungsgrads zu erzielen.
Ferner kann das Photovoltaik-Modul ein Bypass-Netzwerk entsprechend dem zweiten Aspekt umfassen. Das Bypass-Netzwerk kann einen zusätzlichen elektrischen An- schluss für die Stromversorgung umfassen. Das Gitter aus den leitfähigen Steifen kann gezielt an mehreren Stellen unterbrochen sein, so dass zwei getrennte Strompfade zu dem Bypass-Netzwerk vorhanden sein können. Die zwei getrennten Strompfade können von einem elektrischen Modulanschluss zu dem Bypass-Netzwerk vorhanden sein.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: PV-String;
Fig. 2: beispielhafte Kennlinie von einem Tei Istring;
Fig. 3: drei Tei Istrings mit Bypass-Diode, wobei der mittlere Tei Istring verschattet ist;
Fig. 4: beispielhafte Kennlinie von einem Teilstring mit Bypass-Diode;
Fig. 5: Beispiele für Teilstrings mit parallel geschalteten Bypass-Netzwerken;
Fig. 6: PV-String mit Bypass-Netzwerk;
Fig. 7: Arbeitsbereiche eines Bypass-Netzwerks im Falle einer Bypass-Diode;
Fig. 8: Arbeitsbereiche eines Bypass-Netzwerks im Falle eines Smart PV- Bypass;
Fig. 9: Arbeitsbereiche eines Bypass-Netzwerks des erfindungsgemäßen Moduls;
Fig. 10: Blockschaltbild einer möglichen Realisierung des Bypass-Netzwerks;
Fig. 11: zwei Versionen von PV-Modulen mit Bypass-Netzwerk, das einmal mit einer zusätzlichen Leitung und einmal über das leitfähige Gitter angeschlossen ist;
Fig. 12: Aufbau von Glas-Glas-Modulen mit gut reflektierenden und elektrisch gut leitenden Streifen, die auf der Innenseite des Rückglases angebracht sind; und
Fig. 13: leitfähiges Gitter, bei dem von einem Anschluss eines Tei Istrings zwei getrennte Strompfade zum Bypass-Netzwerk führen.
In der Photovoltaik wird eine Serienschaltung von vielen Solarzellen (PV-Zellen) als ein String (Fig. 1) bezeichnet. In der Praxis umfasst ein String mindestens eine Zelle, kann aber häufig auch mehr als 1000 hintereinander geschaltete Zellen umfassen. Ein derartig langer String wird beispielsweise durch eine Serienschaltung von etwa 10-60 Modulen mit jeweils 20-100 seriell verschalteten Zellen realisiert. Hier wird beispielhaft ein Teil eines langen Strings, ein Teilstring mit beispielsweise 20 seriell verschalteten Zellen betrachtet. Fig. 2 zeigt grob die Kennlinie eines solchen Teilst- rings der zum Beispiel eine Leerlaufspannung U0c von ca. 10 V hat und einen Kurz- schluss Strom Isc von ca. 10 A aufweist. Solange der betrachtete Teilstring im I. Quadranten betrieben wird, gibt er Energie ab. Wenn er im II. Quadranten betrieben wird, wird er zum Energieverbraucher und zwar, umso mehr, je stärker die Umpolung des Teilstrings ist (d.h. je negativer die Spannung des Teilstrings wird).
Bei Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen) werden in der Regel Bypass-Dioden eingebaut, damit im Falle einer verminderten Leistung von Zellen in einem Teilstring der Strom teilweise um diese Zellen herumgeleitet wird (Bypass-Fall). Damit werden die Ertragsverluste durch Zellen mit verminderter Leistung begrenzt und es wird verhindert, dass Zellen mit Minderleistung (die nicht in ausreichendem Maße Strom erzeugen) zu große Leistungen in Wärme umwandeln. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, wobei drei seriell verschaltet Teilstrings mit jeweils einer parallelen Bypass-Diode zu sehen sind, und wobei der mittlere Teilstring verschattet ist, sodass der Strom IPV, i durch die Zellen dieses Strings deutlich geringer ist (als IPV, i und IPV, 3), was auch durch die Strichstärken der Pfeile veranschaulicht wird. Beim mittleren String fließt ein Großteil des Stroms (IBp, 2) am String vorbei, durch die dazugehörige Bypass-
Diode, wodurch verhindert wird, dass über dem mittleren String eine zu hohe negative Spannung aufgebaut wird.
Fig. 4 zeigt die Kennlinie eines Tei Istrings dem eine Bypass-Diode parallel geschaltet ist. Deutlich zu erkennen, dass hierbei auch bei hohen Strömen die negative Spannung (und damit der elektrische Verlust in diesem String) in Grenzen bleibt. Beispielsweise kann durch eine geeignete Diode die negative Spannung über dem Teilstring auf einen Absolutwert von ca. 0,5 V begrenzt werden. Bei PV-Modulen werden üblicherweise Halbleiter-Dioden auf Silizium Basis verwendet. Da bei den Bypass-Dioden unter dem Gesichtspunkt einer geringen Wärmeentwicklung eine geringe Durchgangsspannung im Bypass-Fall (in dem die Dioden in Leitrichtung gepolt sind) gewünscht wird, werden dafür häufig auch Schottky-Dioden verwendet, die sich durch einen geringen Spannungsabfall im Durchgangsbereich auszeichnen.
Die beschriebene Bypass-Diode stellt einen einfachen Fall eines Bypass-Netzwerks dar und erfüllt die wichtigste Funktion, die Verbesserung der Performance des Solarmoduls, wenn Teile des Moduls verschattet sind, oder wenn dem Solarmodul von außen ein höherer Strom eingeprägt wird als die PV-Zellen erzeugen können. Dieses Bypass-Netzwerk ist dabei immer einer Serienschaltung von mehreren Solarzellen parallel geschaltet, wobei diese Kombination in diesem Dokument als Teilstring mit Bypass bezeichnet wird. Ein Solarmodul kann auch mehrere Bypass-Netzwerke umfassen, wobei es grundsätzlich auch möglich ist, dass Zellen eines Moduls zu mehreren Teilstrings mit parallelem Bypass gehören.
Fig. 5 zeigt mehrere Beispiele, wie bei einem Solarmodul Teilstrings mit parallelem Bypass gebildet sein können. Für die Polarität des Bypass-Netzwerks gilt, dass der Plus-Pol des Bypass-Netzwerks mit dem Plus-Pol des stromerzeugenden Teilstrings verbunden ist, und der Minus-Pol des Bypass-Netzwerks mit dem Minus-Pol des stromerzeugenden Teilstrings verbunden ist. Ein Teilstring kann auch durch die Parallelschaltung von mehreren Gruppen von seriell verschalteten Zellen gebildet werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Stromrichtung (IBP beim Bypass und IPV bei der Solarzelle) sowohl bei den Solarzellen als auch beim Bypass-Netzwerk so definiert, dass ein positiver Strom einen vom Plus-Pol herausfließenden Strom darstellt. Grundsätzlich kann das Bypass-Netzwerk aus mehreren Bauteilen aufgebaut sein und auch neben den beschriebenen Funktionen nützliche Funktionen übernehmen, wobei anzustreben
ist, dass die Funktionen weitgehend durch integrierte Schaltungen realisiert werden, um die Funktionen kostengünstig realisieren zu können.
Bei einem einfachen, nur durch eine Diode gebildeten Bypass-Netzwerk gibt es im Wesentlichen zwei Arbeitsbereiche des Bypass-Netzwerks, die in der in Fig. 7 dargestellten Kennlinie als 100 und 200 bezeichnet werden:
Arbeitsbereich 100: Bypass-Netzwerk arbeitet nicht im aktiven Bereich (Kennlinienverlauf im IV. Quadrant):
Am Plus-Pol des Bypass-Netzwerks (Kathode der Bypass-Diode) liegt eine positive Spannung und am Minus-Pol des Bypass-Netzwerks (Anode der Bypass-Diode) liegt eine negative Spannung. Das Bypass-Netzwerk ist nicht aktiv. Es fließt nur ein geringer parasitäre Strom durch das Bypass-Netzwerk. Der dem Bypass-Netzwerk parallel geschaltete Zellstring erzeugt elektrische Energie, die abgegeben werden kann.
Arbeitsbereich 200: Bypass-Netzwerk arbeitet im aktiven Bereich (Kennlinienverlauf im 2. Quadrant):
Der von außen der Parallelschaltung von Zellstring und Bypass-Netzwerk eingeprägte Strom ist größer als der vom Zellstring erzeugte Strom. Dies führt dazu, dass der überschüssige Strom über das Bypass-Netzwerk fließt. Am Plus-Pol des Bypass- Netzwerks (Kathode der Bypass-Diode) liegt eine negative Spannung und am Minus- Pol des Bypass-Netzwerks (Anode der Bypass-Diode) liegt eine positive Spannung. Das Bypass-Netzwerk ist aktiv. Es fließt Strom durch das Bypass-Netzwerk. Der dem Bypass-Netzwerk parallelgeschaltete Zellstring wird zum Energieverbraucher. Das Bypass-Netzwerk begrenzt die negative Spannung über dem parallel geschalteten String von Zellen und damit auch den elektrischen Verlust, der in den Zellen entsteht. Gleichzeitig wird dadurch der elektrische Stress auf die Zellen in dem Teilstring vermindert und es werden Hotspots vermieden.
Um die Funktionalität des Bypass-Netzwerks zu verbessern und insbesondere die im Arbeitsbereich 200 im Bypass-Netzwerk in Wärme umsetzende Energie zu reduzieren, werden die heute üblicherweise verwendeten Dioden (oder Schottky-Dioden) in einigen Fällen durch eine Kombination von Controller und zusätzlichem Leistungsschalter (in der Regel ein MOSFET) ergänzt, sodass bei aktivem Bypass-Netzwerk ein gegenüber den herkömmlichen Dioden deutlich geringerer absoluter Spannungsabfall auftritt (typischerweise einige 10 mV im Vergleich zu mehreren 100 mV). Da der daraus resultierende geringe Absolutwert des Spannungsabfalls über dem Bypass-
Netzwerk nicht ausreichend ist, den Controller direkt mit Energie zu versorgen und die für die Ansteuerung des zusätzlichen Leistungsschalters erforderliche Energie auf einfache Weise bereitzustellen, muss die Energieversorgung durch zusätzliche Maßnahmen ermöglicht werden. Am Markt sind verschiedene Produkte (genannt zum Beispiel Smart Bypass-Diode) verfügbar, bei denen zusätzliche Maßnahmen angewandt werden. Zum Beispiel wird bei der Smart Bypass-Diode LM 74611 von Texas Instruments als zusätzlicher Leistungsschalter ein N-Kanal-MOSFET verwendet, der bei aktivem Bypass im inversen Betrieb arbeitet (Drain negativ gegenüber Source (Source mit Body verbunden) wodurch sichergestellt wird, dass die Body-Diode des MOSFET im Arbeitsbereich 100 (Bypass inaktiv) gesperrt ist und im Arbeitsbereich 200 (aktiver Bypass) in Flussrichtung betrieben wird).
Weiterhin sind noch ein Energiespeicher und eine Ladungspumpe vorhanden. Wenn nun bei ausgeschaltetem Leistungsschalter Strom durch das aktive Bypass-Netzwerk fließt, gibt es über der Body-Diode des MOSFET einen Spannungsabfall (typischerweise 0,4 ... 0,7 V), der ausreicht um die Ladungspumpe zu starten und damit den Energiespeicher (Kondensator) zu laden. Sobald der Energiespeicher über eine ausreichende Ladungsmenge verfügt, wird der Leistungsschalter eingeschaltet, so dass der Absolutwert des Spannungsabfalls über dem Bypass-Netzwerk sehr gering wird (typischerweise einige 10 mV). Dieser geringe Spannungsabfall reicht nicht mehr aus, die Ladungspumpe zu betreiben, sodass die Ladung des Energiespeichers wieder absinkt (da der Controller ständig einen geringen Strom verbraucht und wegen parasitärer Entladung des Energiespeichers durch Leckströme). Wenn im aktiven Arbeitsbereich die Energie des Energiespeichers eine bestimmte Grenze unterschreitet, wird der zusätzliche Leistungsschalter wieder ausgeschaltet und die Spannung über dem Bypass-Netzwerk steigt wieder an, wobei der Strom jetzt wieder über die Body-Diode des MOSFET fließt und der Zyklus von neuem beginnt.
In US 2009/0184746 AI wird ebenfalls ein ähnliches Verfahren beschrieben, wie die Energie für den Controller und den Leistungsschalter zur Verfügung gestellt werden kann. Bei einer typischen Smart Bypass-Diode gibt es demzufolge statt dem vorher beschriebenen Arbeitsbereich 200 zumindest die beiden im Folgenden beschriebenen Arbeitsbereiche, deren dazugehörenden Kennlinien in Fig. 8 zu sehen sind:
Arbeitsbereich 210: Bypass-Netzwerk ist aktiv (arbeitet im II. Quadrant) wobei der zusätzliche Bypass-Schalter eingeschaltet ist:
Am Plus-Pol des Bypass-Netzwerks liegt eine negative Spannung und am Minus-Pol des Bypass-Netzwerks liegt eine positive Spannung. Über dem Bypass- etzwerk fällt nur eine sehr geringe absolute Spannung (typischerweise einige 10 mV) ab, die nicht ausreicht um die Schaltung mit der der Energiespeicher gefüllt wird zu betreiben. Die Leistung, die in diesem Arbeitsbereich in Wärme umgesetzt wird ist relativ gering.
Arbeitsbereich 220: Bypass-Netzwerk ist aktiv wobei der zusätzliche Bypass-Schalter nicht eingeschaltet ist:
Der Spannungsabfall über dem Bypass-Netzwerk wird durch die im Bypass-Netzwerk vorhandene spannungsbegrenzende Diode bestimmt und der Absolutwert steigt typischerweise auf einige 100 mV an, wodurch über eine Ladungspumpe das Aufladen eines Energiespeichers ermöglicht wird. Die Leistung, die in diesem Arbeitsbereich in Wärme umgesetzt wird, ist relativ hoch. Sofern der zusätzliche Schalter wie oben beschrieben von einem N-Kanal MOS-Transistor gebildet wird, handelt es sich bei der spannungsbegrenzenden Diode um die Body-Diode des N-Kanal MOS Transistors.
Um die Wärmeentwicklung des Bypass-Netzwerks möglichst gering zu halten, wird durch geschickte Auslegung der Schaltung erreicht, dass die Zeit im Arbeitsbereich 210 deutlich größer ist als die Zeit im Arbeitsbereich 220 (zum Beispiel um den Faktor 50). Bei einem aktiven Bypass-Netzwerk ist also der zusätzliche Bypass-Schalter möglichst lange eingeschaltet und möglichst kurz ausgeschaltet.
In Fig. 9 sind die Arbeitsbereiche des erfindungsgemäßen Bypass-Netzwerks für das erfindungsgemäße Modul erläutert. Der Arbeitsbereich 100, der bei positiver Spannung über dem Bypass-Netzwerk gilt, ist unverändert gegenüber Fig. 8 und damit bereits erläutert. Hier ist das Bypass-Netzwerk nicht aktiv, es fließt kein wesentlicher Strom durch das Bypass-Netzwerk. Die dazugehörende Kennlinie 100 liegt im IV. Quadranten. Der DC-DC-Wandler und der zusätzliche Leistungsschalter sind so auszulegen, dass bei positiver Spannung am Bypass-Netzwerk kein wesentlicher Strom aufgenommen wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, für den zusätzlichen Leistungsschalter einen N-Kanal MOSFET zu verwenden, der im Arbeitsbereich 100 ausgeschaltet ist, und der im aktiven Bereich des Bypass-Netzwerks im inversen Betrieb arbeitet. Hierdurch ist es möglich, die Body-Diode des MOSFET als das Bauteil zu verwenden, das die negative Spannung über dem Bypass begrenzt. Bei negativer Spannung über dem Bypass-Netzwerk ist das Netzwerk aktiv und es gibt zwei Kennlinienäste, die beide im II. Quadranten (negative Spannung und positiver Strom durch
das Bypass-Netzwerk) liegen. Der erste Kennlinienast beschreibt wie in Fig. 8 den Arbeitsbereich 210 mit eingeschaltetem zusätzlichem Leistungsschalter. Der zweite Kennlinienast beschreibt das Verhalten bei ausgeschaltetem Leistungsschalter, das zur Veranschaulichung noch in mehrere Arbeitsbereiche 221,... 225 unterteilt wird. Ausgehend von Spannung 0 in negative Richtung kommt zunächst Arbeitsbereich 221, in dem so gut wie keine wesentlichen Ströme durch das Bypass-Netzwerk fließen. Daran schließt sich Arbeitsbereich 222 an, in dem der Eingangsstrom des DC- DC-Wandlers den Strom durch das Bypass-Netzwerk wesentlich bestimmt. Der Übergang zwischen Bereich 221 und 222 könnte beispielsweise bei 50... 150 mV liegen. Insbesondere ist in diesem Bereich der Strom durch das Bauteil, das die negative Spannung begrenzt (dies ist in der Regel die Body-Diode, des als zusätzlicher Leistungsschalter arbeitenden MOSFET) deutlich geringer.
Trotz der signifikanten Stromaufnahme des DC-DC-Wandlers ist dieser in diesem Bereich noch nicht in der Lage, die datenverarbeitende Einheit zuverlässig mit Energie zu versorgen. Dies ist erst bei höherer negativer Erregerspannung im daran anschließenden Bereich 223 gegeben. Der DC-DC-Wandler muss so ausgelegt sein, dass er schon bei sehr geringen negativen Spannungen arbeitet. Der Übergang von Bereich 222 in Bereich 223 könnte beispielsweise bei -150...-300mV liegen. Damit ist im Bereich 223 die Funktion der datenverarbeitenden Einheit von Seiten der Energieversorgung gewährleistet. Der DC-DC-Wandler kann zusätzlich noch einen Energie- Speicher 34 umfassen.
Der DC-DC-Wandler sollte an seinem Ausgang bevorzugt eine Spannung im Bereich von 5 ... 15 V erzeugen, die ausreicht die datenverarbeitende Einheit 36 zu versorgen und insbesondere ausreicht auch den Leistungsschalter 30 so einzuschalten, dass er in eingeschaltetem Zustand auch bei hohen Strömen möglichst geringe elektrische Verluste aufweist. Mit höherer negativer Spannung steigt der Strom durch das spannungsbegrenzende Bauteil (in der Regel die Body-Diode des MOSFET) bis im Arbeitsbereich 224 der Strom durch diese Diode den wesentlichen Anteil des Stroms durch das Bypass-Netzwerk darstellt. Beispielsweise kann der Übergang zwischen 223 und 224 bei -300...-500 mV stattfinden.
Mit weiter steigender negativer Spannung steigt der Bypass-Strom weiter an, bis bei Utrig der Triggerstrom Itrig überschritten wird und damit der Arbeitsbereich 225 erreicht wird. In diesem Arbeitsbereich wird der Übergang in den Arbeitsbereich 210 initiiert, der kurz darauf auch eingenommen wird. Beispielsweise könnte Utrig bei - 500...-600 mV liegen. Itng kann beispielsweise bei 1 ... 101 mA liegen. Die Arbeitsbe-
reiche 222, 223 und 224 erfüllen die Kriterien für den oben erwähnten ersten Zustand des Bypass-Netzwerks.
Um den Kennlinienverlauf in den Bereichen 222, 223 und 224 zu beeinflussen, kann dem Bypass-Netzwerk noch ein kennlinienformendes Netzwerk 32 durch Parallelschaltung hinzugefügt werden. Dies ist von Vorteil, wenn die Serienschaltung vieler PV-Module vorliegt, und bei unbeleuchteten Modulen die Kennlinie der Serienschaltung von Modulen ausgewertet wird. Wenn durch ein kennlinienformendes Netzwerk sichergestellt ist, dass alle Module über Bypass-Netzwerke mit bekannter, gut reproduzierbare Kennlinie verfügen, können aus der Kennlinienmessung des Strings präzisere Rückschlüsse gezogen werden. Darüber hinaus kann der Kennlinienverlauf in eine vorteilhafte Form gebracht werden, sodass ein gut reproduzierbarer Zusammenhang zwischen Strom und Spannung besteht.
Das kennlinienformende Netzwerk 32 kann beispielsweise bestehen aus einer Serienschaltung eines Widerstands und einer Schottky-Diode mit sehr geringer Durchgangsspannung (von beispielsweise 150 mV). Die stellt sicher, dass Strom nur fließt wenn das Bypass-Netzwerk im aktiven Bereich arbeitet. Die I(U)-Kennlinie ist dann in einem gewissen Bereich wesentlich durch den Widerstand beeinflusst. Das kennlinienformende Netzwerk kann insbesondere auch im Arbeitsbereich 222 einen höheren Strom als der DC-DC-Wandler aufnehmen und damit auch hier die Kennlinie wesentlich beeinflussen.
Die Diebstahl-Überwachung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem String- Überwachungs-Server nachts beispielsweise folgendermaßen. Sofern alle Module unbeleuchtet sind und keinen Strom abgeben, wird vom String-Überwachungs-Server dem String ein positiver Strom unterhalb des Triggerstroms des Bypass-Netzwerks eingeprägt, der bei unbeleuchteten Teilstrings dazu führt, dass das jeweilige Bypass- Netzwerk in den ersten aktiven Zustand versetzt wird. Sofern es im Bereich 222, 223 oder 224 betrieben wird, kann durch Auswertung des Spannungsabfalls über dem String eine Störung der Verschattung der Module im String festgestellt werden (zum Beispiel vollständige elektrische Unterbrechung oder unerwartete Spannung über dem String). Sofern eine unerwartet hohe Störung festgestellt wird, kann ein Alarm ausgelöst werden.
Um die Bypass-Netzwerke des betrachteten Strings in den ersten aktiven Zustand zu versetzen, ist bei jedem Tei Istring (bzw. Modul) eine negative Spannung von beispielsweise ca. 500 mV erforderlich. Bei einer Serienschaltung von 60 Teilstrings ist
für den gesamten String demzufolge eine gegenüber der normalen String-Spannung negative Versorgungsspannung von ca. 30 V erforderlich. Die Schaltung im String- Überwachungs-Server, die einen ganzen String sowohl tagsüber als auch nachts überwacht, muss daher in der Lage sein, die Strings, die bei Beleuchtung mehrerer kW auf einem Spannungspegel von mehreren 100 V liefern, nachts mit einem Strom von einigen nnA und einer negativen Spannung von einigen 10 V zu versorgen. Um bei einer derartigen„String-Überwachung" den Kontrollmodus umzuschalten von Stromerzeugung und Stromüberwachung (tags) auf Kontrolle der String-Verschaltung auf Störung (nachts) und zurück, sind Schalter erforderlich, die jedoch relativ kostengünstig als elektronische Schalter ausgeführt werden können, da die beschriebene Umschaltung nur zu einem Zeitpunkt erfolgen muss, zudem alle Strings - wenn überhaupt nur - eine sehr geringe Leistung erzeugen. Geht man beispielsweise davon aus, dass bei einem String nachts ein Strom von 2mA mit einer Spannung von bis zu 40 V eingeprägt wird (diese geringe Spannung stellt keine Gefahr im Sinne der Personensicherheit dar) ist für die nächtliche String-Überwachung pro String eine Leistung von ca. 100 mW erforderlich.
Wenn bei der Überwachung eines unbeleuchteten Strings der Arbeitspunkt so gewählt wird, dass in jedem Modul mindestens ein Bypass-Netzwerk im Zustand 223 oder 224 arbeitet, dann ist eine Versorgung einer datenverarbeitenden Einheit in jedem Modul gesichert. Damit kann die datenverarbeitende Einheit komplexere Signalverarbeitungen vornehmen und insbesondere mit einer drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikations-Schnittstelle versehen werden, über die mit dem String- Überwachungs-Server (der ebenfalls mit einer korrespondierenden Kommunikationsschnittstelle versehen ist) kommuniziert werden kann. Hierzu könnte beispielsweise (über ein Bypass-Netzwerk in jedem Modul) jedes Modul individuell adressiert werden und mit individuellen geheimen Codes (abhängig von Seriennummer und Zeitpunkt) aktiviert werden. Sofern ein Modul über einen längeren Zeitraum hinweg (mehrere Tage, Wochen, Monate) nicht aktiviert wurde, kann das Modul mithilfe des zusätzlichen Schalters des Bypass-Netzwerks kurzgeschlossen werden und damit für einen Dieb wertlos machen. Die Kommunikations-Schnittstelle jedes Bypass- Netzwerks könnte beispielsweise einen Zigbee Router oder ein Zigbee End-Device enthalten. Der dazugehörende Zigbee Coordinator könnte demzufolge Teil der Kommunikations-Schnittstelle des String-Überwachungs-Servers sein. Wenn das Bypass- Netzwerk mit einer digitalen Publikations-Schnittstelle versehen ist, können mit geringem Zusatzaufwand auch andere attraktive Funktionen realisiert werden. Das Bypass-Netzwerk könnte dann auch mit weiteren Funktionen versehen werden, die dann arbeiten, wenn die Teilstrings Energie abgeben, d.h. wenn die herkömmlichen
Bypass-Netzwerke nicht aktiv sind. In diesem Fall steht eine ausreichend hohe Spannung von den dem Bypass-Netzwerk parallel geschalteten Solarzellen (in der Regel sind dabei mehrere Zellen seriell verschaltet) zur Verfügung, so dass es leicht ist, die Stromversorgung für diese zusätzlichen Funktionen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Bypass-Netzwerk auch die Spannung eines Teilstrings (bzw. eines PV-Moduls) ermittelt und über die Kommunikationsschnittstelle an den String-Überwachungs-Server weiterleitet. Dies stellt eine große Hilfe bei der Fehlersuche in Solarparks dar, da üblicherweise der Strom der einzelnen Strings gemessen wird und damit der Strom jedes Moduls im String bekannt ist. Leider ist die Spannung der einzelnen Module bisher erheblich schwieriger zu ermitteln, sodass eine modulintegrierte Spannungsmessung sehr hilfreich wäre. Insbesondere ist es damit sehr leicht, defekte oder schlecht arbeitende PV-Module in einem Solarpark zu identifizieren. Weitere interessante Funktionen sind:
Ergänzung des Bypass-Netzwerks mit Sensoren für Strom, Spannung, Leckstrom, Temperatur, mechanischen Stress (durch Biegung, Vibration),...;
Speichern und Auslesen der Historie des Moduls;
Sicherheitsfunktionen, bei denen das Modul über die drahtlose Schnittstelle kurzgeschlossen werden kann (zum Beispiel bei Brand oder Personengefährdung) und der Kurzschluss auch wieder aufgehoben werden kann; und
Sicherheitsfunktionen, bei denen das Modul automatisch kurzgeschlossen werden kann zum Beispiel bei Übertemperatur (Brand).
Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild einer Realisierung des Bypass-Netzwerks. Hierbei ist neben dem zusätzlichen Leistungsschalter 30 und dem DC-DC-Wandler 33 und dem spannungsbegrenzenden Bauteil 31 noch das kennlinienformende Netzwerk 32 enthalten. Weiterhin ist beim DC-DC-Wandler noch ein Energiespeicher 34 vorgesehen (Kondensator). Bei der datenverarbeitenden Einheit 36 wurde eine drahtlose Kom¬ munikationsschnittstelle 37 mit Antenne 38 vorgesehen. Der Energiefluss vom DC- DC-Wandler zur datenverarbeitenden Einheit ist durch den Pfeil 35 veranschaulicht. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft die elektrische Verschaltung des Bypass- Netzwerks innerhalb des PV-Moduls. Das Bypass-Netzwerk benötigt je eine elektri¬ sche Verbindung zum Minus-Pol und zum Plus-Pol des parallel geschalteten Teilstrings. Je nach Verschaltung der Zellen innerhalb eines Moduls liegen der Plus- und der Minus-Anschluss nicht immer sehr nahe beieinander, so dass zumindest eine mehr oder weniger lange elektrische Leitung erforderlich ist, die auch einen hohen Strom (typische Ströme einer Zelle liegen heute bei ca. 9A) leiten muss. Bei einigen Modultypen, insbesondere bei Glas-Glas-Modulen kann der Modulwirkungsgrad
dadurch verbessert werden, dass Licht, das von vorne auf das Modul auftrifft und das im Zwischenraum zwischen zwei nebeneinander liegenden Zellen (und nahe der Ränder von am Rand liegenden Zellen) auf das Modul Rücklastschrift (und bei Glas- Glas-Modulen mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Modulrückseite wieder austritt) möglichst gut reflektiert wird, sodass eine gute Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Licht über weitere Reflexionen wieder auf eine lichtempfindliche Fläche einer Zelle gelenkt wird und damit zu Stromerzeugung beiträgt. Bei einigen Modulen wird daher auf das Rückglas ein gut reflektierende Gittermuster aufgedruckt, wodurch ein Teil des Lichts, das sonst für die Stromerzeugung verloren wäre, direkt oder indirekt auf lichtempfindliche Bereiche der Zellen gelenkt werden. Es wurde gefunden, dass die Funktion der elektrischen Verschaltung des Bypass-Netzwerks im Modul geschickt mit der Funktion der Reflexion des Lichts im Zwischenraum zwischen benachbarten Zellen kombiniert werden kann. Hierzu werden auf der Innenseite des Rückglases Moduls gut reflektierende und gut leitende Streifen aufgebracht, sodass diese dann ein Gitter bilden (wobei die Gitterperiode im Wesentlichen durch die Kantenlänge der Zellen bestimmt sind, d.h. die Gitterperiode in X- und Y-Richtung ist um den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Zellen größer als die Kantenlänge der Zellen in X- und Y-Richtung), sodass zwischen nebeneinanderliegenden Zellen und im Randbereich von am Rand des Moduls liegenden Zellen das Licht möglichst gut auf stromerzeugenden Bereiche der Zellen gelenkt wird. Die Streifen müssen dazu nur wenige mm breit (zum Beispiel 3mm ... 10 mm) sein. Die Streifen können Beispiel Weise durch einen leitenden Lack hergestellt werden oder aber durch Aluminiumstreifen. Um die Reflexionseigenschaften der leitenden Streifen zu optimieren, können diese noch geprägt werden (um eine diffuse Reflexion zu erreichen) oder mit einer zusätzlichen Oberflächenbeschichtung versehen sein. Die Streifen liegen direkt auf der Innenseite des Rückglases auf, und sind durch das Einbettungsmaterial, das die PV-Zellen umgibt von den Zellen elektrisch isoliert. Reflektierende Gitter werden heute schon bei einer Reihe von Glas-Glas-Modulen verwendet, jedoch sind diese nur reflektierend und haben nicht die Zusatzfunktion der Verschaltung von Bypass- Netzwerken.
Fig. 11 zeigt diese besonders vorteilhaft Verschaltung des Bypass-Netzwerks beispielhaft bei einem Modul das aus 6 Reihen von halben Zellen besteht. Innerhalb einer von links nach rechts verlaufenen Reihe sind die Zellen jeweils seriell verschaltet wobei die 6 Reihen dann parallel geschaltet sind. Durch das reflektierende und leitfähige Gitter, das hinter den Zellen liegt, wird die Verbindung zwischen dem am linken Rand in der Anschlussdose befindlichen Bypass-Netzwerk und dem auf der rechten Seite befindlichen zweiten elektrischen Modulanschluss hergestellt. Zum
Vergleich ist in der oberen Hälfte von Fig. 11 ein Modul bei dem für die Verschaltung des Bypass-Netzwerks eine eigene Leitung 16 gelegt ist und in der unteren Hälfte ein vergleichbares Modul mit dem leitfähigen Gitter (15 schraffiert) gezeigt. Das vierte Gitter ist hierbei links und rechts noch erweitert mit Bereichen, an denen das Gitter gut kontaktiert werden kann und mit Leitern zum Bypass-Netzwerk und zu den Zellen verbunden ist.
Fig. 12 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Glas-Glas-Moduls, bei dem unten das Glas 11 liegt. Es ist ein Schnitt durch das Modul im Bereich zweier benachbarter Zellen gezeigt. Im Bereich 17, dem Zwischenraum zweier benachbarter Zellen sowie dem Randbereich um eine Zelle ist auf der Innenseite des Rückglases mit einem gewissen Überlappen zum Zellbereich 18 die elektrisch gut leitende und reflektierende Schicht 15 aufgebracht mit dem Muster eines Gitters (wenn man die Projektion auf die Fläche des Rückglases betrachtet). Auf dem Rückenglas mit der leitenden Schicht liegt dann das Einbettungsmaterial 12 für die Zellen 14, dass gleichzeitig eine elektrische Isolation der Zellen voneinander unter Zellen von der leitenden Schicht 15 auf der Rückwand ermöglicht. Dieses Einbettungsmaterial umgibt die Zellen von allen Seiten und stellt gleichzeitig die mechanische Verbindung der Zellen mit dem darüber liegenden Frontglas 13 und dem darunterliegenden Rückglas 11 her. Die leitfähigen Streifen dürfen keinen zu hohen elektrischen Widerstand haben (insgesamt sollte der gesamte Widerstand des Gitters deutlich unter 1 Ohm liegen) und sollten auch nicht zu dick sein. Aus diesem Grund wird ein gut leitendes Material benötigt. Insbesondere könnten diese Streifen aus Aluminium bestehen, wobei das Aluminium noch zur Optimierung der Reflexionseigenschaften beschichtet und/oder geprägt (diffuse Reflexion) sein kann.
Wie beschrieben wird die Stromversorgung für die datenverarbeitende Einheit des Bypass-Netzwerks dadurch bereitgestellt, dass das Bypass-Netzwerk immer wieder den zusätzlichen Leistungsschalter abschaltet, wodurch aber die Verlustleistung des Bypass-Elements kurzzeitig deutlich ansteigt. Diese hohe Verlustleistung ist unerwünscht, da ja dafür gesorgt werden muss, dass diese Wärme auch abgeführt wird. Mit dem beschriebenen leitfähigen Gitter ist es möglich, dass bei hohem Strom und aktivem Bypass der Spannungsabfall in dem leitfähigen Gitter (oder einem Teil des Gitters) dazu verwendet wird, die Energie für die Versorgung des Bypass-Netzwerks zur Verfügung zu stellen. Fig. 13 zeigt dazu wie auf der Basis des in Fig. 11 gezeigten Moduls das Gitter modifiziert werden könnte. Die elektrischen Leiter des Gitters werden dazu gezielt an mehreren Stellen 23 unterbrochen, so dass vom elektrischen Modulanschluss 20, der weit vom Bypass-Netzwerk entfernt liegt, zwei getrennte
Strompfade 21 und 22 zum Bypass-Netzwerk 2 vorhanden sind und das Bypass- Netzwerk über einen zusätzlichen Anschluss zur Stromversorgung verfügt. Über den einen Strompfad fließt bei aktivem Bypass-Netzwerk der größte Anteil des Stroms, sodass in diesem Pfad 21 ein deutlicher Spannungsabfall auftritt (zum Beispiel einige 100 mV, die für die Versorgung des Bypass-Netzwerks ausreichen). Über den zweiten Pfad fließt nur ein geringer Versorgungsstrom für das Bypass-Netzwerk, so dass hier kein wesentlicher Spannungsabfall auftritt, und somit eine elektrische Versorgungsspannung von einigen 100 mV für das Bypass-Netzwerk zur Verfügung steht. Damit kann erreicht werden, dass im Falle, eines hohen Bypass-Stroms das Bypass- Netzwerk dadurch mit Energie versorgt wird, und der zusätzliche Leistungsschalter bei hohen Strömen nicht mehr abschalten muss, und somit eine geringere Verlustleistung im Bypass-Netzwerk anfällt. Gleichzeitig ist zu bemerken, dass in dem leitfähigen Gitter natürlich eine zusätzliche Verlustleistung anfällt, die jedoch wegen der geringen Leistungsdichte leicht abgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste:
1 Solarmodul
2 Bypass-Netzwerk
3 Bypass-Diode
4 Solarzelle
5 Plus-Pol des Bypass-Netzwerks
6 Minus-Pol des Bypass-Netzwerks
7 Plus-Pol eines Teilstrings (bzw. eines Moduls) mit Bypass-Netzwerk
8 Minus-Pol eines Teilstrings (bzw. eines Moduls) mit Bypass-Netzwerk
9 Anschlussbox (J-Box) für Plus
10 Anschlussbox (J-Box) für Minus
11 Rückglas
12 Einbettungsmaterial
13 Frontglas
14 Solarzelle
15 elektrisch leitfähige und gut reflektierende Schicht, die in Streifen auf dem Rückglas im Wesentlichen in Form eines Gitters aufgebracht ist
16 Leitung zum Anschluss des Bypass-Netzwerks
17 Randbereich und Zelle, bzw. Zwischenraum zwischen zwei Zellen
18 Zellbereich= Bereich (senkrechte Projektionsfläche in der Zellen auf das Rückglas) eines Moduls in dem Zellen liegen
19 Modulanschlussdose mit Bypass-Netzwerk
20 Modulanschlussdose weit entfernt von Bypass-Netzwerk
21 Stromfahrt über dem Bypass-Strom fließt
22 Strom pfad zur Versorgung des Bypass-Netzwerks
23 Auftrennung des leitfähigen Gitters
30 zusätzlicher Leistungsschalter
31 Bauteil, das die negative Spannung über dem Bypass begrenzt
32 Kennlinienformendes Netzwerk
33 DC-DC-Wandler
34 Energie-Speicher im DC-DC-Wandler
35 Energie-Versorgung für die datenverarbeitende Einheit
36 Datenverarbeitende Einheit
37 Drahtlose Kommunikationsschnittstelle der datenverarbeitenden Einheit
38 Antenne für drahtlose Kommunikationsschnittstelle
100 Bypass-Netzwerk ist nicht aktiv
200 Das durch eine Diode gebildete Bypass-Netzwerk ist aktiv
210 Bypass-Netzwerk ist aktiv. Zusätzlicher Leistungsschalter ist eingeschaltet
220 Bypass-Netzwerk ist aktiv. Zusätzlicher Leistungsschalter ist abgeschaltet
221 Bypass-Netzwerk ist aktiv. Zusätzlicher Leistungsschalter ist abgeschaltet.
Strom durch Bypass-Netzwerk ist vernachlässigbar. Ein Übergang in Arbeitsbereich 210 ist nicht möglich.
222 Bypass-Netzwerk ist aktiv. Zusätzlicher Leistungsschalter ist abgeschaltet.
Strom durch Bypass-Netzwerk fließt im Wesentlichen durch DC-DC Wandler bzw. das kennlinienformende Netzwerk bestimmt; Ein Übergang in Arbeitsbereich 210 ist nicht möglich.
223 wie 222 wobei hier die datenverarbeitende Einheit über DC-DC-Wandler mit Energie versorgt wird und arbeitet. Ein Übergang in Arbeitsbereich 210 ist nicht möglich.
224 Bypass-Netzwerk ist aktiv. Zusätzlicher Leistungsschalter ist abgeschaltet.
Strom fließt im Wesentlichen durch spannungsbegrenzende Diode, und die datenverarbeitende Einheit arbeitet. Ein Übergang in Arbeitsbereich 210 ist nicht möglich.
225 Bypass-Netzwerk ist aktiv. Strom fließt im Wesentlichen durch spannungsbegrenzende Diode. Die datenverarbeitende Einheit arbeitet. Arbeitsbereich ist nicht dauerhaft stabil, da Leistungsschalter eingeschaltet wird, wodurch das Bypass-Netzwerk in Arbeitsbereich 210 übergeht.
I, II, III, IV: Die vier Quadranten im I(U) Kennlinien Diagramm des Bypass-
Netzwerks
Uoc Leerlaufspannung von Teilstring
Isc Kurzschlussstrom von Teilstring
UBP Spannung zwischen Plus- und Minus-Anschluss des Bypass-Netzwerks
Uum Negative Spannung auf die Bypass-Diode begrenzt
IPV Strom durch PV-String: Strom der am Plus-Anschluss der Tei Istrings von den
Solarzellen herausfließt
IPV,I, IPV,2, Ipv,3: Ipv von Teilstring 1, 2 oder 3
IBp Bypass-Strom, d. h. Strom der am Plus-Anschluss des Bypass-Netzwerks herausfließt
ΙΒΡ,Ι, IBP,2, IBP,3: Bypass-Strom von Teilstring 1, 2 oder 3
Ustart Spannung über dem Bypass-Netzwerk an der Grenze zwischen Arbeitsbereich 222 und 223. Sofern eine höhere negative Spannung als Ustart am Bypass-
Netzwerk anliegt werden die Systemteile des Bypass-Netzwerks ausreichend mit Leistung versorgt. Der Wert von Ustart ist eine negative Spannung.
Istart Strom der bei Ustart am Bypass-Netzwerk anliegt
Utrig Negativer Spannungswert, den Bypass-Spannung unterschreiten muss damit der zusätzlichen Leistungsschalter eingeschaltet wird.