EP3900181A1 - Method and device for reducing the potentially induced degradation of solar cells - Google Patents

Method and device for reducing the potentially induced degradation of solar cells

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Publication number
EP3900181A1
EP3900181A1 EP19818027.5A EP19818027A EP3900181A1 EP 3900181 A1 EP3900181 A1 EP 3900181A1 EP 19818027 A EP19818027 A EP 19818027A EP 3900181 A1 EP3900181 A1 EP 3900181A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solar module
electrical
frame
potential
module according
Prior art date
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Pending
Application number
EP19818027.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bart Elger PIETERS
Andreas Gerber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP3900181A1 publication Critical patent/EP3900181A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module and a method for operating the solar module.
  • a solar module consists of a plurality of photovoltaic cells.
  • a photovoltaic cell can convert radiation energy, in particular light, into electrical energy.
  • a photovoltaic cell also called a solar cell, comprises a material, for example a semiconductor material, in which free charge carriers are generated by electromagnetic radiation.
  • Two electrodes are adjacent to the material mentioned. The named material is then between the two electrodes. For example, an electric field, such as an internal electric field of a pn-type semiconductor, leads the free charge carriers generated out of the material mentioned.
  • the electrical current thus generated can be supplied to an electrical consumer via the adjacent electrodes.
  • the photovoltaic cells of a solar module are electrically connected to each other, usually in series.
  • the photovoltaic cells of a solar module can be protected, for example, by a glass cover. Alternatively or in addition, one or more other protective layers, for example made of plastic, may be present.
  • a solar module can include an anti-reflective layer.
  • a solar module can include a frame. The frame can be electrically grounded.
  • one side of the photovoltaic cells is at a positive potential and an opposite side of the photovoltaic cells is at a negative potential.
  • Adjacent components such as glass, other layers or frames are at zero potential or close to zero potential. Potential differences therefore occur during operation between surfaces of photovoltaic cells and adjoining components. Such potential differences allow ions, for example Na + ions, to migrate from the named components to the solar cells and harm them. This negative effect, which is called potential-induced or voltage-related degradation, can cause large power losses.
  • a solar module for generating electrical power which comprises a plurality of photovoltaic cells.
  • Each module can comprise more than 10 photovoltaic cells, for example more than 50 photovoltaic cells.
  • the photovoltaic cells of a solar module are electrically connected to one another, preferably in series, so that a solar module can provide a higher voltage compared to the voltage that a single photovoltaic cell can generate.
  • a photovoltaic cell has two electrodes. Between the two electrodes is a material in which free charge carriers can be generated by an electromagnetic wave.
  • the material can be crystalline, polycrystalline or amorphous silicon, for example.
  • the material can be a II IV semiconductor such as GaAs.
  • the material can be an Il-VI semiconductor such as CdTe.
  • the material can be an III-III semiconductor, such as copper indium gallium diselenide.
  • the material can be on based on organic hydrocarbon compounds or organic dyes.
  • the material can be doped.
  • the electrodes consist of an electrically conductive material, for example of metal such as copper or silver.
  • An electrode is transparent on a light-incident side and consists, for example, of indium tin oxide, fluorine-tin oxide, aluminum-zinc oxide or antimony-tin oxide.
  • Components such as a glass pane or a layer made of plastic adjoin photovoltaic cells.
  • an electrical device by means of which an electrical potential difference between one side of a photovoltaic cell and an adjoining component is reduced during the generation of electrical current. If a component borders on the side of a solar cell that is at negative potential during power generation, then this adjacent component is also brought to a negative potential, for example by the electrical device, so that the potential difference is reduced. If a component borders on the side of a solar cell that is at a positive potential during power generation, then this adjoining component is also brought to a positive potential by the electrical device, for example, in such a way that the potential difference is reduced.
  • the potential equalization prevents the solar module from being damaged by potential-induced degradation. This improves the longevity of a solar module.
  • the electrical power that has to be used for this is extremely low. Power losses caused by this are therefore negligibly small. The technical effort can be kept low.
  • the electrical device is preferably set up such that the required electrical power is provided by the solar module during operation. Then the solar module can be operated independently.
  • the adjacent component can be a glass pane.
  • the glass pane can rest directly on electrodes of the photovoltaic cells.
  • the glass pane can be made with electrodes be glued. There may be at least one intermediate layer between electrodes and glass pane.
  • the electrical device comprises one or protective contacts.
  • Each protective contact can rest on the adjacent component.
  • Each protective contact can be glued to adjacent components.
  • the adjoining component can be located between two protective contacts.
  • Two protective contacts of the electrical device can rest on opposite sides of the adjacent component, for example on a glass pane.
  • the one or more protective contacts can be attached to a glass pane, for example.
  • One or more protective contacts of the electrical device can be frame-like, for example rectangular or square, in order to suitably reduce a potential difference without excessively hindering the incidence of an electromagnetic wave.
  • One or more protective contacts of the electrical device preferably adjoin the edge of the solar module in order to further reduce a potential difference in a suitable manner without excessively hindering the incidence of an electromagnetic wave.
  • One or more protective contacts of the electrical device then run close to the edge of a solar module and generally parallel to the edge of the solar module.
  • the distance to a frame or edge of a solar module and a protective contact of the electrical device can then be less than 5 cm, preferably less than 3 cm, particularly preferably less than 1 cm.
  • the one or more protective contacts can run around the solar cells when viewed from the top of the solar cells.
  • One or more protective contacts of the electrical device can consist of a transparent, electrically conductive material in order to further reduce power losses.
  • One or more protective contacts of the electrical device can consist of a metal.
  • At least one protective contact of the electrical device is preferably connected to an electrical resistance. In the installed state of the solar module, this is was connected to earth, i.e. grounded.
  • the electrical resistance can be connected to an electrically conductive frame of the solar module if it is intended to ground the electrically conductive frame in the installed state. A risk to persons due to an electrical current through a protective contact is thus avoided.
  • the resistor may include a grounding means at one end, such as a means such as an electrical connector or an electrical socket, for connecting the resistor to ground through an electrical connector. But it can also be an electrical cable that can be connected with its free end, for example with a clamp connection.
  • the electrical resistance can be more than 1 kQ, preferably more than 10 kQ, particularly preferably more than 100 kQ.
  • the solar module comprises a frame which, in the installed state, can be grounded for protection reasons, that is to say it is then connected to ground.
  • the frame may include means for grounding the frame.
  • This device is, for example, an electrical plug or an electrical socket that can be connected to a ground or to ground by an electrical plug connection. But it can also be an electrical cable that can be connected with a free end connection with a clamp connection.
  • the invention particularly relates to a plurality of solar modules that are electrically connected in series.
  • solar modules can be damaged by the degradation, which is reliably avoided by the invention with little technical effort and with little loss of power.
  • Fig. 1 Cross section of an earthed solar module according to the prior art with posible Chen leakage currents
  • Fig. 3 supervision of a solar module with protective contact according to the invention.
  • FIG. 1 shows a section of a lateral cross section of a solar module in the area of its frame 14 with photovoltaic cells 13.
  • the photovoltaic cells 13 are embedded in an ethylene-vinyl acetate layer 12.
  • the front of the solar module is covered by a glass plate 10.
  • a rear wall 11 is applied to the rear.
  • the frame 14 is electrically grounded.
  • a first possible leakage current path 20 can run from photovoltaic cells 13 through the ethylene vinyl acetate layer 12 and through the glass plate 10 along the top of the glass plate 10 to the frame 14 and then to ground.
  • a second possible leakage current path 21 can migrate from the photovoltaic cells 13 through the ethylene vinyl acetate layer 12 along the underside of the glass plate 10 and from here along the underside of the glass plate 10 to the frame 14 and then to ground.
  • FIG. 2 also shows a section of a lateral cross section of a solar module in the region of the frame 14 of the solar module, corresponding to FIG. 1.
  • the solar module comprises photovoltaic cells 13 which are embedded in an ethylene-vinyl acetate layer 12.
  • the frame 14 also has an earth connection.
  • two possibilities for the attachment of protective contacts 15 according to the invention are shown by way of example, one protective contact 15 for preventing or reducing a leakage current 20, 21 from FIG. 1 being arranged in each case.
  • protective contacts 15 are arranged in the region of the frame 14, to each of which a protective contact line 30, 31 is connected.
  • Leakage currents 20, 21 can thereby be avoided.
  • Leakage currents 22, 23 can occur which flow from protective contacts 15 to frame 14. Such leakage currents 22, 23, however, are negligibly small and harmless.
  • FIG. 3 shows a top view of a solar module with a rectangular protective contact 15 arranged according to the invention on the front side of a glass pane.
  • a rectangular protective contact 15 arranged according to the invention on the front side of a glass pane.
  • the one or more protective contacts 15 are arranged such that they run around the photovoltaic cells 13.
  • Such protective contacts 15 can be arranged both above and below a layer of the solar module or only above or only below the layer.
  • an external protective contact 15 is connected to an electrical resistance (not shown in FIG. 3). This electrical resistance is grounded during operation of the solar cell.
  • a potential which is closer to the adjacent potential of the photovoltaic cells 13 than to the potential of the frame 14 is applied to one or more protective contacts 15 during the generation of electricity.
  • EVA ethylene vinyl acetate layer

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a solar module for generating an electric current, comprising a plurality of photovoltaic cells (13) which are electrically connected together, wherein one photovoltaic cell (13) has two electrodes, and a material, in which free charge carriers can be generated by an electromagnetic wave, is located between the two electrodes. The solar module also comprises one or more components (10) adjoining photovoltaic cells (13). The invention is characterized in that an electric device (15, 30, 31) is provided, by means of which an electric potential difference between one side of a photovoltaic cell (13) and an adjoining component (10) is reduced when generating an electric current. The invention additionally relates to a method for operating the solar module. By using the invention, an efficient solar module with a long service life can be provided.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion der Potenzial induzierten Degradation von Solar zellen Method and device for reducing the potential induced degradation of solar cells
Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarmodul sowie ein Verfahren für den Betrieb des So larmoduls. The invention relates to a solar module and a method for operating the solar module.
Ein Solarmodul besteht aus einer Mehrzahl von fotovoltaischen Zellen. Durch eine fotovoltai sche Zelle kann Strahlungsenergie, insbesondere Licht, in elektrische Energie umwandelt werden. Eine fotovoltaische Zelle, auch Solarzelle genannt, umfasst ein Material, beispiels weise ein Halbleitermaterial, in dem durch eine elektromagnetische Strahlung freie Ladungs träger erzeugt werden. An dem genannten Material grenzen zwei Elektroden an. Das ge nannte Material befindet sich dann zwischen den zwei Elektroden. Beispielsweise durch ein elektrisches Feld, so zum Beispiel durch ein internes elektrisches Feld eines pn-Halbleiters, werden die erzeugten freien Ladungsträger aus dem genannten Material herausgeführt.A solar module consists of a plurality of photovoltaic cells. A photovoltaic cell can convert radiation energy, in particular light, into electrical energy. A photovoltaic cell, also called a solar cell, comprises a material, for example a semiconductor material, in which free charge carriers are generated by electromagnetic radiation. Two electrodes are adjacent to the material mentioned. The named material is then between the two electrodes. For example, an electric field, such as an internal electric field of a pn-type semiconductor, leads the free charge carriers generated out of the material mentioned.
Über die angrenzenden Elektroden kann der so erzeugte elektrische Strom einem elektri schen Verbraucher zugeführt werden. The electrical current thus generated can be supplied to an electrical consumer via the adjacent electrodes.
Die fotovoltaischen Zellen eines Solarmoduls sind elektrisch miteinander verbunden und zwar in der Regel seriell. Die fotovoltaischen Zellen eines Solarmoduls können beispielswei se durch eine Glasabdeckung geschützt sein. Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere andere, zum Beispiel aus Kunststoff bestehende Schutzschichten vorhanden sein. Ein Solarmodul kann eine Antireflexschicht umfassen. Ein Solarmodul kann aus Schutzgrün den einen Rahmen umfassen. Der Rahmen kann elektrisch geerdet sein. The photovoltaic cells of a solar module are electrically connected to each other, usually in series. The photovoltaic cells of a solar module can be protected, for example, by a glass cover. Alternatively or in addition, one or more other protective layers, for example made of plastic, may be present. A solar module can include an anti-reflective layer. For reasons of protection, a solar module can include a frame. The frame can be electrically grounded.
Während des Betriebs eines Solarmoduls befindet sich eine Seite der fotovoltaischen Zellen auf positivem Potenzial und eine gegenüberliegende Seite der fotovoltaischen Zellen auf negativem Potenzial. Daran angrenzende Komponenten wie Glasscheibe, andere Schichten oder Rahmen befinden sich auf Nullpotenzial oder nahe beim Nullpotenzial. Es treten daher während des Betriebs Potenzialdifferenzen zwischen Oberflächen von fotovoltaischen Zellen und daran angrenzenden Komponenten auf. Durch solche Potenzialdifferenzen können Ionen, beispielsweise Na+ Ionen, aus genannten Komponenten zu den Solarzellen wandern und diese schädigen. Dieser negative Effekt, der potenzialinduzierte oder spannungsbeding te Degradation genannt wird, kann große Leistungsverluste verursachen. During the operation of a solar module, one side of the photovoltaic cells is at a positive potential and an opposite side of the photovoltaic cells is at a negative potential. Adjacent components such as glass, other layers or frames are at zero potential or close to zero potential. Potential differences therefore occur during operation between surfaces of photovoltaic cells and adjoining components. Such potential differences allow ions, for example Na + ions, to migrate from the named components to the solar cells and harm them. This negative effect, which is called potential-induced or voltage-related degradation, can cause large power losses.
Aus der WO 2015/191699 A1 ist bekannt, ein elektrisch isolierendes Material zwischen dem Rahmen eines Solarmoduls und fotovoltaischen Zellen des Solarmoduls anzuordnen, um eine potenzialinduzierte Degradation zu vermeiden. It is known from WO 2015/191699 A1 to arrange an electrically insulating material between the frame of a solar module and photovoltaic cells of the solar module in order to avoid potential-induced degradation.
Aus der US 7,554,031 B2 ist bekannt, eine leitfähige Schicht auf eine dielektrische Passivie rungsschicht einer Solarzelle aufzubringen, um so eine potenzialinduzierte Degradation zu vermeiden. Da die leitfähige Schicht auf der Einfallsseite für Licht aufzubringen ist, wird der Lichteinfall durch die leitfähige Schicht reduziert und damit auch der Wirkungsgrad des So larmoduls. From US 7,554,031 B2 it is known to apply a conductive layer to a dielectric passivation layer of a solar cell, in order to avoid potential-induced degradation. Since the conductive layer is to be applied on the incident side for light, the incidence of light is reduced by the conductive layer and thus the efficiency of the solar module.
Es ist Aufgabe der Erfindung, leistungsfähige und langlebige Solarmodule zu schaffen. It is an object of the invention to create powerful and long-lasting solar modules.
Die Aufgabe wird durch ein Solarmodul nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß nebengeordnetem Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Ansprüchen. The object is achieved by a solar module according to claim 1 and by a method according to the independent claim. Advantageous refinements result from the claims which refer back to them in each case.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Solarmodul zur Erzeugung von elektrischem Strom vorge sehen, das eine Mehrzahl von fotovoltaischen Zellen umfasst. Ein jedes Modul kann mehr als 10 fotovoltaische Zellen, so zum Beispiel mehr als 50 fotovoltaische Zellen umfassen. To solve the problem, a solar module for generating electrical power is provided, which comprises a plurality of photovoltaic cells. Each module can comprise more than 10 photovoltaic cells, for example more than 50 photovoltaic cells.
Die fotovoltaischen Zellen eines Solarmoduls sind elektrisch miteinander verbunden und zwar vorzugsweise seriell, damit durch ein Solarmodul eine höhere Spannung im Vergleich zu der Spannung, die eine einzelne fotovoltaische Zelle erzeugen kann, bereitgestellt werden kann. The photovoltaic cells of a solar module are electrically connected to one another, preferably in series, so that a solar module can provide a higher voltage compared to the voltage that a single photovoltaic cell can generate.
Eine fotovoltaische Zelle weist zwei Elektroden auf. Zwischen den beiden Elektroden befin det sich ein Material, in dem freie Ladungsträger durch eine elektromagnetische Welle er zeugt werden können. Das Material kann beispielsweise kristallines, polykristallines oder amorphes Silizium sein. Das Material kann ein II I-V-Halbleiter sein wie zum Beispiel GaAs. Das Material kann ein Il-Vl-Halbleiter sein wie zum Beispiel CdTe. Das Material kann ein l-lll- Vl-Halbleiter sein wie zum Beispiel Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid. Das Material kann auf organischen Kohlenwasserstoffverbindungen oder organische Farbstoffen basieren. Das Material kann dotiert sein. A photovoltaic cell has two electrodes. Between the two electrodes is a material in which free charge carriers can be generated by an electromagnetic wave. The material can be crystalline, polycrystalline or amorphous silicon, for example. The material can be a II IV semiconductor such as GaAs. The material can be an Il-VI semiconductor such as CdTe. The material can be an III-III semiconductor, such as copper indium gallium diselenide. The material can be on based on organic hydrocarbon compounds or organic dyes. The material can be doped.
Die Elektroden bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus Metall wie Kupfer oder Silber. Auf einer Licht einfallenden Seite ist eine Elektrode transparent und besteht beispielsweise aus Indiumzinnoxid, Fluor-Zinn-Oxid, Aluminium-Zink-Oxid oder Antimon-Zinn-Oxid. The electrodes consist of an electrically conductive material, for example of metal such as copper or silver. An electrode is transparent on a light-incident side and consists, for example, of indium tin oxide, fluorine-tin oxide, aluminum-zinc oxide or antimony-tin oxide.
An fotovoltaische Zellen grenzen Komponenten an wie zum Beispiel eine Glasscheibe oder eine aus Kunststoff bestehende Schicht. Components such as a glass pane or a layer made of plastic adjoin photovoltaic cells.
Es ist eine elektrische Einrichtung vorhanden, durch welche während einer Erzeugung von elektrischem Strom eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen einer Seite einer fotovoltai schen Zelle und einer daran angrenzenden Komponente verringert wird. Grenzt eine Kom ponente an der Seite einer Solarzelle an, die sich während der Stromerzeugung auf negati vem Potenzial befindet, dann wird diese angrenzende Komponente beispielsweise durch die elektrische Einrichtung ebenfalls so auf ein negatives Potenzial gebracht, dass sich die Potenzialdifferenz verringert. Grenzt eine Komponente an der Seite einer Solarzelle an, die sich während der Stromerzeugung auf positivem Potenzial befindet, dann wird diese angren zende Komponente beispielsweise durch die elektrische Einrichtung ebenfalls so auf ein positives Potenzial gebracht, dass sich die Potenzialdifferenz verringert. There is an electrical device by means of which an electrical potential difference between one side of a photovoltaic cell and an adjoining component is reduced during the generation of electrical current. If a component borders on the side of a solar cell that is at negative potential during power generation, then this adjacent component is also brought to a negative potential, for example by the electrical device, so that the potential difference is reduced. If a component borders on the side of a solar cell that is at a positive potential during power generation, then this adjoining component is also brought to a positive potential by the electrical device, for example, in such a way that the potential difference is reduced.
Durch die Potenzialangleichung wird vermieden, dass das Solarmodul durch potenzialindu zierte Degradation geschädigt werden kann. Die Langlebigkeit eines Solarmoduls wird dadurch verbessert. Die elektrische Leistung, die dafür aufgewendet werden muss, ist äu ßerst gering. Dadurch verursachte Leistungsverluste sind daher vernachlässigbar klein. Der technische Aufwand kann gering gehalten werden. The potential equalization prevents the solar module from being damaged by potential-induced degradation. This improves the longevity of a solar module. The electrical power that has to be used for this is extremely low. Power losses caused by this are therefore negligibly small. The technical effort can be kept low.
Vorzugsweise ist die elektrische Einrichtung so eingerichtet, dass die erforderliche elektri sche Leistung durch das Solarmodul während des Betriebes bereitgestellt wird. Dann kann das Solarmodul autark betrieben werden. The electrical device is preferably set up such that the required electrical power is provided by the solar module during operation. Then the solar module can be operated independently.
Die angrenzende Komponente kann eine Glasscheibe sein. Die Glasscheibe kann auf Elekt roden der fotovoltaischen Zellen unmittelbar aufliegen. Die Glasscheibe kann mit Elektroden verklebt sein. Es kann zumindest eine Zwischenschicht zwischen Elektroden und Glasschei be vorhanden sein. The adjacent component can be a glass pane. The glass pane can rest directly on electrodes of the photovoltaic cells. The glass pane can be made with electrodes be glued. There may be at least one intermediate layer between electrodes and glass pane.
In einer technisch einfachen Ausgestaltung umfasst die elektrische Einrichtung ein oder Schutzkontakte. Ein jeder Schutzkontakt kann auf der angrenzenden Komponente anliegen. Ein jeder Schutzkontakt kann mit angrenzenden Komponente verklebt sein. Die angrenzen de Komponente kann sich zwischen zwei Schutzkontakten befinden. Zwei Schutzkontakte der elektrischen Einrichtung können auf gegenüberliegenden Seiten der angrenzenden Komponente aufliegen, beispielsweise auf einer Glasscheibe. Die ein oder mehreren Schutzkontakte können beispielsweise an einer Glasscheibe angebracht sein. In a technically simple embodiment, the electrical device comprises one or protective contacts. Each protective contact can rest on the adjacent component. Each protective contact can be glued to adjacent components. The adjoining component can be located between two protective contacts. Two protective contacts of the electrical device can rest on opposite sides of the adjacent component, for example on a glass pane. The one or more protective contacts can be attached to a glass pane, for example.
Ein oder mehrere Schutzkontakte der elektrischen Einrichtung können rahmenartig sein, so zum Beispiel rechteckig oder quadratisch, um eine Potenzialdifferenz geeignet zu verringern, ohne einen Einfall einer elektromagnetischen Welle übermäßig zu behindern. One or more protective contacts of the electrical device can be frame-like, for example rectangular or square, in order to suitably reduce a potential difference without excessively hindering the incidence of an electromagnetic wave.
Ein oder mehrere Schutzkontakte der elektrischen Einrichtung grenzen vorzugsweise an den Rand des Solarmoduls an, um weiter verbessert eine Potenzialdifferenz geeignet zu verrin gern, ohne einen Einfall einer elektromagnetischen Welle übermäßig zu behindern. Ein oder mehrere Schutzkontakte der elektrischen Einrichtung verlaufen dann nahe beim Rand eines Solarmoduls sowie in der Regel parallel zum Rand des Solarmoduls. Der Abstand zu einem Rahmen oder Rand eines Solarmoduls und einem Schutzkontakt der elektrischen Einrich tung kann dann weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 3 cm, besonders bevorzugt weniger als 1 cm betragen. One or more protective contacts of the electrical device preferably adjoin the edge of the solar module in order to further reduce a potential difference in a suitable manner without excessively hindering the incidence of an electromagnetic wave. One or more protective contacts of the electrical device then run close to the edge of a solar module and generally parallel to the edge of the solar module. The distance to a frame or edge of a solar module and a protective contact of the electrical device can then be less than 5 cm, preferably less than 3 cm, particularly preferably less than 1 cm.
Die ein oder mehreren Schutzkontakte können in Aufsicht auf die Solarzellen gesehen um die Solarzellen herum verlaufen. The one or more protective contacts can run around the solar cells when viewed from the top of the solar cells.
Ein oder mehrere Schutzkontakte der elektrischen Einrichtung können aus einem transpa renten, elektrisch leitfähigen Material bestehen, um Leistungsverluste weiter verbessert zu reduzieren. Ein oder mehrere Schutzkontakte der elektrischen Einrichtung können aus einem Metall bestehen. One or more protective contacts of the electrical device can consist of a transparent, electrically conductive material in order to further reduce power losses. One or more protective contacts of the electrical device can consist of a metal.
Zumindest ein Schutzkontakt der elektrischen Einrichtung ist vorzugsweise mit einem elektri schen Widerstand verbunden. Im installierten Zustand des Solarmoduls ist dieser Wider- stand mit Masse verbunden, also geerdet. Der elektrische Widerstand kann mit einem elektrisch leitfähigen Rahmen des Solarmoduls verbunden sein, wenn vorgesehen ist, den elektrisch leitfähigen Rahmen im installierten Zustand zu erden. Eine Gefährdung von Per sonen aufgrund eines elektrischen Stroms durch einen Schutzkontakt wird so vermieden. At least one protective contact of the electrical device is preferably connected to an electrical resistance. In the installed state of the solar module, this is was connected to earth, i.e. grounded. The electrical resistance can be connected to an electrically conductive frame of the solar module if it is intended to ground the electrically conductive frame in the installed state. A risk to persons due to an electrical current through a protective contact is thus avoided.
Der Widerstand kann an einem Ende eine Einrichtung für eine Erdung umfassen, also ein Mittel wie zum Beispiel einen elektrischen Stecker oder eine elektrische Buchse, um den Widerstand durch eine elektrische Steckverbindung mit Masse zu verbinden. Es kann sich aber auch um ein elektrisches Kabel handeln, das mit seinem freien Ende beispielsweise mit einer Klemmverbindung verbunden werden kann. The resistor may include a grounding means at one end, such as a means such as an electrical connector or an electrical socket, for connecting the resistor to ground through an electrical connector. But it can also be an electrical cable that can be connected with its free end, for example with a clamp connection.
Der elektrische Widerstand kann mehr als 1 kQ, vorzugsweise mehr als 10 kQ, besonders bevorzugt mehr als 100 kQ betragen. The electrical resistance can be more than 1 kQ, preferably more than 10 kQ, particularly preferably more than 100 kQ.
Das Solarmodul umfasst in einer Ausgestaltung einen Rahmen, der im installierten Zustand aus Schutzgründen geerdet sein kann, also dann mit Masse verbunden ist. Zu diesem Zweck kann der Rahmen eine Einrichtung für eine Erdung des Rahmens umfassen. Es handelt sich bei dieser Einrichtung beispielsweise um einen elektrischen Stecker oder eine elektrische Buchse, die mit einer Erdung bzw. mit Masse durch eine elektrische Steckverbin dung verbunden werden kann. Es kann sich aber auch um ein elektrisches Kabel handeln, das mit seinem freien Ende mit einer Klemmverbindung verbunden werden kann. In one embodiment, the solar module comprises a frame which, in the installed state, can be grounded for protection reasons, that is to say it is then connected to ground. To this end, the frame may include means for grounding the frame. This device is, for example, an electrical plug or an electrical socket that can be connected to a ground or to ground by an electrical plug connection. But it can also be an electrical cable that can be connected with a free end connection with a clamp connection.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Mehrzahl von Solarmodulen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Insbesondere in diesem Fall können Solarmodule durch die Degradation geschädigt werden, was durch die Erfindung zuverlässig mit geringem technischem Aufwand und mit geringem Leistungsverlust vermieden wird. The invention particularly relates to a plurality of solar modules that are electrically connected in series. In this case in particular, solar modules can be damaged by the degradation, which is reliably avoided by the invention with little technical effort and with little loss of power.
Während des Betriebs trifft eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, auf das Solarmodul auf, wodurch das Solarmodul einen elektrischen Strom erzeugt. Während des Erzeugens des elektrischen Stroms nähert die elektrische Einrichtung das elektrische Poten zial einer Komponente dem elektrischen Potenzial an, auf dem sich eine daran angerenzen- de Seite der fotovoltaischen Zelle befindet. Die daran angerenzende Seite der fotovoltai schen Zelle befindet sich insbesondere auf negativem Potenzial, da dieser Fall besonders problematisch ist. Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren 1 bis 3 näher erläutert, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der Erfindung vor gesehen ist. During operation, electromagnetic radiation, in particular light, strikes the solar module, as a result of which the solar module generates an electrical current. During the generation of the electrical current, the electrical device approaches the electrical potential of a component to the electrical potential on which an adjoining side of the photovoltaic cell is located. The adjoining side of the photovoltaic cell is particularly at negative potential, since this case is particularly problematic. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the attached FIGS. 1 to 3, without the invention being restricted thereby.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 : Querschnitt eines geerdeten Solarmoduls nach dem Stand der Technik mit mögli chen Leckströmen; Fig. 1: Cross section of an earthed solar module according to the prior art with posible Chen leakage currents;
Fig. 2: Querschnitt eines geerdeten Solarmoduls mit erfindungsgemäßen Schutzkontakten zur Reduktion der potenzialinduzierten Degradation; 2: cross section of an earthed solar module with protective contacts according to the invention for reducing the potential-induced degradation;
Fig. 3: Aufsicht auf ein Solarmodul mit erfindungsgemäßem Schutzkontakt. Fig. 3: supervision of a solar module with protective contact according to the invention.
Figur 1 zeigt ausschnittweise einen seitlichen Querschnitt eines Solarmoduls im Bereich seines Rahmens 14 mit fotovoltaischen Zellen 13. Die fotovoltaischen Zellen 13 sind in eine Ethylen-Vinyl-Acetat Schicht 12 eingebettet. Die Frontseite des Solarmoduls ist durch eine Glasplatte 10 abgedeckt. Auf der Rückseite ist eine Rückwand 11 aufgebracht. Der Rahmen 14 ist elektrisch geerdet. FIG. 1 shows a section of a lateral cross section of a solar module in the area of its frame 14 with photovoltaic cells 13. The photovoltaic cells 13 are embedded in an ethylene-vinyl acetate layer 12. The front of the solar module is covered by a glass plate 10. A rear wall 11 is applied to the rear. The frame 14 is electrically grounded.
In Figur 1 sind beispielhaft zwei mögliche Wege für Leckströme eingezeichnet, die eine potenzialinduzierte Degradation verursachen können. Ein erster möglicher Leckstromweg 20 kann von fotovoltaischen Zellen 13 durch die Ethylen-Vinyl- Acetat Schicht 12 und durch die Glasplatte 10 hindurch entlang der Oberseite der Glasplatte 10 zum Rahmen 14 und dann zur Erdung verlaufen. Ein zweiter möglicher Leckstromweg 21 kann von den fotovoltaischen Zellen 13 durch die Ethylen-Vinyl- Acetat Schicht 12 entlang der Unterseite der Glasplatte 10 wandern und von hier entlang der Unterseite der Glasplatte 10 zum Rahmen 14 und dann zur Erdung verlaufen. In Figure 1, two possible paths for leakage currents are shown as an example, which can cause a potential-induced degradation. A first possible leakage current path 20 can run from photovoltaic cells 13 through the ethylene vinyl acetate layer 12 and through the glass plate 10 along the top of the glass plate 10 to the frame 14 and then to ground. A second possible leakage current path 21 can migrate from the photovoltaic cells 13 through the ethylene vinyl acetate layer 12 along the underside of the glass plate 10 and from here along the underside of the glass plate 10 to the frame 14 and then to ground.
Figur 2 zeigt entsprechend Figur 1 ebenfalls ausschnittweise einen seitlichen Querschnitt eines Solarmoduls im Bereich des Rahmens 14 des Solarmoduls. Das Solarmodul umfasst fotovoltaische Zellen 13, die in eine Ethylen-Vinyl-Acetat Schicht 12 eingebettet sind. Auf der Frontseite gibt es eine Glasplatte 10 und auf der Rückseite eine Rückwand 11. Der Rahmen 14 weist ebenfalls eine Erdung auf. In Figur 2 sind beispielhaft zwei Möglichkeiten für das Anbringen von erfindungsgemäßen Schutzkontakten 15 dargestellt, wobei jeweils ein Schutzkontakt 15 für das Verhindern oder Vermindern eines Leckstroms 20, 21 aus Figur 1 angeordnet ist. Erfindungsgemäß werden Schutzkontakte 15 im Bereich des Rahmens 14 angeordnet, an die jeweils eine Schutzkon taktleitung 30, 31 angeschlossen ist. An die Schutzkontakte 15 wird über die Schutzkontakt leitungen 30, 31 ein Potenzial angelegt, welches nahe am Potenzial der angrenzenden Seite des Solarmoduls liegt und weniger nah am Potenzial des Rahmens 14. Dadurch können Leckströme 20, 21 vermieden werden. Es können Leckströme 22, 23 auftreten, die von Schutzkontakten 15 zum Rahmen 14 fließen. Solche Leckströme 22, 23 sind jedoch ver nachlässigbar klein und unschädlich. FIG. 2 also shows a section of a lateral cross section of a solar module in the region of the frame 14 of the solar module, corresponding to FIG. 1. The solar module comprises photovoltaic cells 13 which are embedded in an ethylene-vinyl acetate layer 12. There is a glass plate 10 on the front and a rear wall 11 on the back. The frame 14 also has an earth connection. In FIG. 2, two possibilities for the attachment of protective contacts 15 according to the invention are shown by way of example, one protective contact 15 for preventing or reducing a leakage current 20, 21 from FIG. 1 being arranged in each case. According to the invention, protective contacts 15 are arranged in the region of the frame 14, to each of which a protective contact line 30, 31 is connected. To the protective contacts 15, a potential is applied via the protective contact lines 30, 31, which is close to the potential of the adjacent side of the solar module and less close to the potential of the frame 14. Leakage currents 20, 21 can thereby be avoided. Leakage currents 22, 23 can occur which flow from protective contacts 15 to frame 14. Such leakage currents 22, 23, however, are negligibly small and harmless.
Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf ein Solarmodul mit einem erfindungsgemäß angeordneten rechteckigen Schutzkontakt 15 auf der Frontseite einer Glasscheibe. Auch auf der Rückseite der Glasscheibe kann sich ein gleich verlaufender elektrischer Schutzkontakt befinden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die ein oder mehreren Schutzkontakte 15 so angeordnet, dass diese um die fotovoltaischen Zellen 13 herum verlaufen. Solche Schutzkontakte 15 können sowohl oberhalb als auch unterhalb einer Schicht des Solarmoduls angeordnet sein oder auch nur oberhalb oder nur unterhalb der Schicht. Insbesondere ist ein außen liegender Schutzkontakt 15 mit einem in der Figur 3 nicht gezeigten elektrischen Widerstand verbun den. Während des Betriebs der Solarzelle ist dieser elektrische Wderstand geerdet. FIG. 3 shows a top view of a solar module with a rectangular protective contact 15 arranged according to the invention on the front side of a glass pane. There can also be an identical electrical protective contact on the back of the glass pane. In this exemplary embodiment, the one or more protective contacts 15 are arranged such that they run around the photovoltaic cells 13. Such protective contacts 15 can be arranged both above and below a layer of the solar module or only above or only below the layer. In particular, an external protective contact 15 is connected to an electrical resistance (not shown in FIG. 3). This electrical resistance is grounded during operation of the solar cell.
Durch Erfindung kann eine Schädigung von Solarzellen 13 in Solarmodulen verbessert ver mieden werden. An ein oder mehrere Schutzkontakte 15 wird während der Erzeugung von Strom ein Potenzial angelegt, welches näher am benachbarten Potenzial der fotovoltaischen Zellen 13 liegt als am Potenzial des Rahmens 14. Damage to solar cells 13 in solar modules can be avoided by the invention. A potential which is closer to the adjacent potential of the photovoltaic cells 13 than to the potential of the frame 14 is applied to one or more protective contacts 15 during the generation of electricity.
Bezugszeichenliste: Reference symbol list:
10: Glasplatte der Frontseite 10: Glass plate on the front
11 : Rückwand des Solarmoduls 11: rear wall of the solar module
12: Ethylen-Vinyl-Acetat Schicht (EVA) 12: ethylene vinyl acetate layer (EVA)
13: fotovoltaische Zelle 13: photovoltaic cell
14: Rahmen 14: frame
15: Schutzkontakt 20: Leckstromweg15: protective contact 20: leakage current path
21 : Leckstromweg21: leakage current path
22: Leckstromweg22: leakage current path
23: Leckstromweg 30: Schutzkontaktleitung23: Leakage current path 30: protective contact line
31 : Schutzkontaktleitung 31: protective contact line

Claims

Patentansprüche Claims
1. Solarmodul zur Erzeugung von elektrischem Strom umfassend eine Mehrzahl von 1. Solar module for generating electrical current comprising a plurality of
fotovoltaischen Zellen (13), die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine foto voltaische Zelle zwei Elektroden aufweist und sich zwischen den beiden Elektroden ein Material befindet, in dem freie Ladungsträger durch eine elektromagnetische Welle er zeugt werden können, sowie zumindest eine an fotovoltaische Zellen (13) angrenzen de Komponente (10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Einrichtung (15, 30, 31) vorhanden ist, durch welche während einer Erzeugung von elektrischem Strom eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen einer Seite einer fotovoltaischen Zelle (13) und der daran angrenzenden Komponente (10) verringert wird. photovoltaic cells (13) which are electrically connected to one another, a photovoltaic cell having two electrodes and a material between the two electrodes in which free charge carriers can be generated by an electromagnetic wave, and at least one to photovoltaic cells ( 13) adjoining the component (10, 12), characterized in that an electrical device (15, 30, 31) is present, by means of which an electrical potential difference between one side of a photovoltaic cell (13) and the one during generation of electrical current adjacent component (10) is reduced.
2. Solarmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die angrenzende Kom ponente eine Glasscheibe (10) ist. 2. Solar module according to claim 1, characterized in that the adjoining component is a glass pane (10).
3. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung ein oder mehrere Schutzkontakte (15) bei der angren zenden Komponente (10) umfasst. 3. Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical device comprises one or more protective contacts (15) in the adjoining component (10).
4. Solarmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Schutzkontakte (15) der elektrischen Einrichtung rahmenartig sind. 4. Solar module according to the preceding claim, characterized in that one or more protective contacts (15) of the electrical device are frame-like.
5. Solarmodul nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn 5. Solar module according to one of the two preceding claims, characterized
zeichnet, dass ein oder mehrere Schutzkontakte (15) der elektrischen Einrichtung an den Rand des Solarmoduls und/oder an einen Rahmen (14) des Solarmoduls an grenzt. is characterized in that one or more protective contacts (15) of the electrical device borders on the edge of the solar module and / or on a frame (14) of the solar module.
6. Solarmodul nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Schutzkontakte (15) der elektrischen Einrichtung mit einem elektrischen Widerstand verbunden sind. 6. Solar module according to one of the three preceding claims, characterized in that one or more protective contacts (15) of the electrical device are connected to an electrical resistor.
7. Solarmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand mehr als 1 kQ, vorzugsweise mehr als 10 kQ, besonders be vorzugt mehr als 100 kQ beträgt. 7. Solar module according to the preceding claim, characterized in that the electrical resistance is more than 1 kQ, preferably more than 10 kQ, particularly preferably more than 100 kQ.
8. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul einen Rahmen (14) sowie eine Einrichtung für eine Erdung des Rahmens umfasst. 8. Solar module according to one of the preceding claims, characterized in that the solar module comprises a frame (14) and a device for grounding the frame.
9. Verfahren für den Betrieb eines Solarmoduls nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektromagnetische Strahlung auf das Solar modul auftrifft und das Solarmodul dadurch einen elektrischen Strom erzeugt und wäh rend des Erzeugens des elektrischen Stroms die elektrische Einrichtung (15, 30, 31) das elektrische Potenzial einer Komponente dem elektrischen Potenzial annähert, auf dem sich eine daran angerenzende Seite der fotovoltaischen Zelle befindet. 9. The method for operating a solar module according to one of the preceding claims, characterized in that electromagnetic radiation strikes the solar module and the solar module thereby generates an electrical current and during the generation of the electrical current the electrical device (15, 30 , 31) the electrical potential of a component approximates the electrical potential on which an adjoining side of the photovoltaic cell is located.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die daran angerenzende Seite der fotovoltaischen Zelle (13) auf negativem Potenzial befindet. 10. The method according to the preceding claim, characterized in that the adjoining side of the photovoltaic cell (13) is at negative potential.
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