WO2023208629A1 - Solarzellenmodul - Google Patents

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WO2023208629A1
WO2023208629A1 PCT/EP2023/059913 EP2023059913W WO2023208629A1 WO 2023208629 A1 WO2023208629 A1 WO 2023208629A1 EP 2023059913 W EP2023059913 W EP 2023059913W WO 2023208629 A1 WO2023208629 A1 WO 2023208629A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
segment
segments
solar cell
connectors
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/059913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Li Carlos RENDLER
Christian Reichel
Nils KLASEN
Ammar TUMMALIEH
Dirk Holger NEUHAUS
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Publication of WO2023208629A1 publication Critical patent/WO2023208629A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/044—PV modules or arrays of single PV cells including bypass diodes

Definitions

  • the invention relates to a solar cell module according to the preamble of claim 1.
  • Solar cells are sensitive semiconductor components. In order to protect them against environmental influences over the long term and to achieve manageable electrical output parameters, solar cells are typically electrically connected and encapsulated in a module structure.
  • Partial shading in which individual solar cells are completely or partially shaded, for example due to dirt or objects that cast shadows on the solar cell module, is problematic when using solar cell modules. If there is partial shading, the electrical output power of the entire solar cell module can be significantly reduced or dropped to zero. On the other hand, partial shading can lead to significant heating of the partially shaded solar cell, so that there is a risk of damage to the solar cell and the module structure.
  • bypass diodes in parallel to several solar cells, so that in the event of partial shading in a portion of the solar cell module, the solar cells in this portion are bridged via the bypass diode.
  • a solar cell module therefore typically has several module segments, with each module segment having at least one solar cell string.
  • This solar cell string has several solar cells connected in series.
  • the present invention is based on the object of providing a module layout which has lower performance losses in the event of shading along an edge, in particular a short edge, of a rectangular solar cell module.
  • the solar cell module according to the invention has module segments connected in series via segment connectors.
  • Each of the module segments has at least two sub-segments.
  • the two sub-segments of the module segments are connected in series via sub-segment connectors.
  • the sub-segments each have at least a first solar cell string.
  • Each of the solar cell strings is composed of a plurality of solar cells connected in series, the solar cells of the solar cell module being arranged such that the solar cell module forms a shorter edge and a longer edge.
  • the solar module has at least four module segments, with each module segment having at least two sub-segments that are connected in series by a sub-segment connector, each of which Partial segments have a first and at least a second solar cell string. It is also essential that the solar cell strings of each of the sub-segments are connected in parallel using an internal string connector and an external string connector. Inside describes the arrangement in a central area on the surface spread of the solar module. External describes a position at the top or bottom of the surface area of the solar module. It is also important that the solar cell strings each have a plurality of solar cells connected in series and that the solar cell strings extend parallel to the short edge of the solar cell module.
  • the at least four module segments are arranged in a matrix which has at least two rows and at least two columns, with each row and each column having at least two of the at least four module segments.
  • the partial segments of the Module segments are arranged with alternating current directions, so that sub-segments lying next to one another in a row have opposite current directions, the sequence of the current directions of the sub-segments being the same in the first and second rows.
  • the solar cell module according to the invention thus has at least four module segments connected in series, each of which has at least two sub-segments, the sub-segments of the module segments being arranged with alternating current directions in each row, so that sub-segments lying next to one another in a row have opposite current directions and the Sequence of the current directions of the sub-segments in the first and second lines is the same.
  • the solar cell module according to the invention enables the module segments to be arranged so that the solar cells of the solar cell strings extend along the short edge of the module and the module segments are arranged in a matrix.
  • the advantage here is that in the event of partial shading, only the individual module segments of the affected solar cells fail.
  • This arrangement also reduces the risk of hotspots due to shorter solar cell strings. It is also advantageous that the voltage load on the bypass elements is reduced in the case of bridging, so that the bypass elements have lower power losses.
  • By simply adjusting the number of solar cells per solar cell string or changing the number of solar cell strings connected in parallel per sub-segment there is the advantage that a flexible design of the module size is possible.
  • Another advantage of arranging the solar cell strings along the short module edges is that lower mechanical stresses arise in the solar cells in the event of mechanical stress.
  • the matrix advantageously has exactly two lines. This results in the advantage that the segment connectors can be arranged in a common central area between the two rows.
  • the module segments each have a bypass element.
  • This bypass element is connected in parallel to the sub-segments of a module segment.
  • This bypass element is required because high negative voltages arise when a solar cell is shaded. This is the case if the current at the operating point of the respective cell string is above the short-circuit current of the shaded cell. A current flows through the bypass element and the negative voltages on the sub-segments are limited and thus also the voltage on the shaded solar cells. Due to this advantageous configuration, even if a complete solar cell is shaded, there is always a residual output power of the solar cell module from the other module segments.
  • An advantageous embodiment results in an embodiment in which a plurality of the external string connectors and partial segment connectors are arranged in an edge region of the solar cell module and that one The majority of the internal string connectors and segment connectors are arranged in a central module area.
  • all sub-segment connectors are arranged on the outside, in particular between an edge of the module and sub-segment.
  • segment connectors which connect module segments of two adjacent rows in series, are additionally designed as the internal string connectors of the interconnected sub-segments of the respective module segments.
  • a particularly advantageous embodiment results in an embodiment in which the internal string connectors and internal segment connectors of the module segments of a first row are arranged on a first level, and the internal string connectors of a second row are arranged on a second level, which is spaced from the first level and are separated from each other via an electrically non-conductive insulation layer, preferably that the levels are arranged within the encapsulation material, in particular the internal string connectors of the second row are arranged to overlap with the internal string connectors and internal segment connectors.
  • the levels are arranged parallel to the front.
  • the solar module has a plurality of contact bushings. These contact feedthroughs are particularly advantageous in the previously described embodiment with the connectors lying one above the other.
  • the contact bushings are used to contact the connectors through the levels to the back of the solar module.
  • the contact bushings are preferably arranged centrally, in particular centrally between two module segments. Preferably contacting the string connectors, particularly preferably contacting the segment connectors.
  • An advantage of the design with contact feedthroughs is that it is possible to route several contacts through a contact feedthrough to the back of the solar module and thus use shorter connectors, which reduces electrical series resistance losses and costs.
  • Another advantage of the design with contact bushings is that the partial segments of a column can be easily connected within junction boxes.
  • module segments each have a first and at least a second bypass element, which each have a first and a second pole
  • the first pole of the first bypass element of a module segment having a first Pole of the first sub-segment of the module segment is connected and the second pole of the second bypass element of the module segment is electrically conductively connected to a second pole of the second sub-segment of the module segment and the second pole of the first bypass element of the module segment and the first pole of the second bypass element of the first module segment by means a bypass connector is electrically connected to the partial segment connector of the module segment.
  • bypass elements preferably bypass elements and the segment connectors, which electrically connect adjacent module segments of a column to one another, are positioned in junction boxes, in particular bypass elements which are associated with module segments which belong to the same column.
  • connection boxes The advantage of this embodiment results from the efficient arrangement of the connection boxes. In this way, the connections of the elements are kept short and connected in the middle of the solar module. This means that the connector connections can be kept as short as possible and the number of junction boxes can be kept small, which reduces costs.
  • the number of module segments in the first line corresponds to the number of module segments in the second line.
  • the advantage here is that simple production of solar modules can be implemented.
  • the solar cell strings of a sub-segment of a module segment have the same number of solar cells. This makes it possible in a simple manner for all sub-segments to deliver the same electrical voltage under standard conditions, so that there is no mismatch and therefore no loss due to different voltages of the individual sub-segments.
  • the individual module segments of a solar module have the identical number of solar cell strings and the solar cell strings each have the identical number of solar cells.
  • all module segments it is made possible in a simple manner for all module segments to deliver the same current strength under standard conditions, so that there is no mismatch and therefore no loss due to different current strengths of the individual module segments.
  • all bypass elements of the same number of solar cells connected in series are connected in parallel. The same or similar bypass elements can therefore be used.
  • the module segments are arranged parallel to one another and on a first edge region of the solar module electrically connected in series, in particular by means of a partial segment connector, preferably by means of a rectilinear partial segment connector, and that the module segments are electrically connected in series in an area not located on the edge of the solar module, in particular by means of segment connectors, preferably rectilinear segment connectors.
  • the parallel arrangement of the sub-segments is advantageous as this results in ideal utilization of the solar cell module's surface area.
  • the connection boxes can also be positioned in the middle due to the central arrangement of the segment connectors.
  • the solar module has four module segments in the first row, each of which is connected in series via segment connectors.
  • Four module segments are also arranged in the second line, with two of the four module segments being connected in series via segment connectors.
  • the first two module segments of the second row and the last two module segments of the second row are connected via segment connectors and the module segments of the first and last columns of the rows are connected in series via segment connectors.
  • Another advantage of this particularly advantageous embodiment is the simple, scalable expansion of several module segments to form a larger solar module with increased output power.
  • a further advantageous embodiment which in particular leads to advantageous scalability of the solar module, has three module segments in the first row, each of which is connected in series via segment connectors. Three module segments are also arranged in the second line, with two of the three module segments being connected in series via segment connectors. In this version, the module segments of the first and last columns of the rows are connected in series via segment connectors.
  • a simple embodiment has two module segments in the first line and second line, each of which is connected in series via segment connectors.
  • the module segments of the first or last column of the rows are connected in series via segment connectors.
  • the number of solar cells in each solar cell string is in the range from 3 to 65 solar cells.
  • solar cells with the same performance data in particular the same voltage and current at the optimal operating point under standard conditions, are used for all sub-segments within the usual manufacturing tolerances.
  • the number of solar cell strings of the sub-segments is advantageously in the range of two to eight solar cell strings per sub-segment.
  • bypass elements can be designed in a manner known per se, in particular the design of the bypass elements as diodes, in particular Schottky diodes, as MOSFETs or as electronic switching devices and / or integrated circuits, in particular according to DE 102005012213 A1 and / or DE 10 2009 060 604 A1 within the scope of the invention.
  • the solar cell module is constructed in a manner known per se.
  • the solar cells of the solar cell module are arranged on a carrier plate and on which they face the incidence of light when in use Page a known optically transparent cover layer for encapsulating the solar cells is arranged.
  • electrical contacts for interconnecting the solar cell module in a circuit are preferably arranged on the back of the solar cell module, in particular for interconnecting with other solar cell modules.
  • partial solar cells which are created by dividing a larger basic solar cell, in particular half or third cells, as solar cells is within the scope of the invention.
  • the solar cells of a solar cell string are connected in series using methods known per se.
  • the solar cells can be arranged using shingle technology, in particular that the solar cells are connected using conductive adhesive or solder.
  • the solar cells can have a semiconductor material as the absorbing material and one or more pn junctions to separate the charge carriers. It is also within the scope of the invention that materials from III. and V. Main group of the periodic table based solar cells (so-called III / V solar cells) or perovskite-based solar cells, especially in combination with other materials.
  • Photovoltaic solar cells in particular photovoltaic solar cells based on a silicon substrate, are advantageously used to form the solar cell strings. This means that solar cells that are known per se and are available on the market can be used.
  • the solar cell module preferably has optically transparent layers on the front and back of the solar cell module, so that radiation, in particular special sunlight, from both the front and the back of the solar cell module, hits the solar cells through the encapsulation layers of the solar cell module.
  • Figures 1 to 6 each show an exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention.
  • the exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention shown in Figure 1 has four module segments 3a, 3b, 3c and 3d. Dashed lines assign the sub-segments 2a and 2b to the module segments 3a, the sub-segments 2c and 2d to the module segment 3b, the sub-segments 2e and 2f to the module segment 3c and the sub-segments 2g and 2h to the module segment 3d.
  • the solar cell strings 1 a, 1 b and 1 c are assigned to the sub-segment 2a. A large number of solar cells 8 are each assigned to them.
  • the solar cell strings 1d, 1e and 1f are assigned to the sub-segment 2b. A large number of solar cells 8 are each assigned to them.
  • the solar cell strings 1 g, 1 h and 1 i are assigned to the sub-segment 2c. A large number of solar cells 8 are each assigned to these.
  • the solar cell strings 1 j, 1 k and 11 are assigned to the sub-segment 2d, and a large number of solar cells 8 are assigned to these.
  • the solar cell strings 1 m, 1 n and 1 o are assigned to the sub-segment 2e.
  • a large number of solar cells 8 are each assigned to them.
  • the solar cell strings 1 p, 1 q and 1 r are assigned to the sub-segment 2f.
  • a large number of solar cells 8 are each assigned to them.
  • the solar cell strings 1 s, 1 t and 1 u are assigned to the sub-segment 2g.
  • a large number of solar cells 8 are each assigned to these.
  • the solar cell strings 1v, 1w and 1x are assigned to the sub-segment 2h, and a large number of solar cells 8 are assigned to these.
  • the solar cell 8 of the solar cell strings 1a to 1x have a number of 8.
  • the solar cells are schematically represented by a triangle arranged in a rectangle. This schematic representation represents the equivalent circuit diagram of a solar cell.
  • the underlying equivalent circuit diagram is based on the general description of the process within a solar cell using the two-diode model.
  • the orientation of the triangle within the rectangle refers to the diode arrangement of the two diodes within the equivalent circuit diagram.
  • the technical direction of current flow within the solar cell therefore corresponds to a direction opposite to the triangle orientation.
  • the solar cell strings 1a, 1b and 1c are arranged connected in parallel in sub-segment 2a.
  • the solar cell strings 1d, 1e and 1f are arranged connected in parallel in sub-segment 2b.
  • the solar cell strings 1g, 1h and 1i are arranged connected in parallel in sub-segment 2c.
  • the solar cell strings 1 j, 1 k and 11 are arranged connected in parallel in sub-segment 2d.
  • the solar cell strings 1 m, 1 n and 1 o are arranged connected in parallel in sub-segment 2e.
  • the solar cell strings 1 p, 1 q and 1 r are arranged connected in parallel in sub-segment 2f.
  • the solar cell strings 1s, 1t and 1u are arranged in parallel in the sub-segment 2g.
  • the solar cell strings 1v, 1w and 1x are arranged in parallel in sub-segment 2h.
  • a sub-segment connector 6a is arranged between sub-segment 2a and sub-segment 2b. This partial segment connector 6a establishes an electrically conductive connection between the pole 2a.2 of the partial segment 2a and the pole 2b.1 of the partial segment 2b.
  • a sub-segment connector 6b is arranged between sub-segment 2c and sub-segment 2d. This partial segment connector 6b establishes an electrically conductive connection between the pole 2c.2 of the partial segment 2c and the pole 2d.1 of the partial segment 2d.
  • a sub-segment connector 6c is arranged between sub-segment 2e and sub-segment 2f.
  • This partial segment connector 6c establishes an electrically conductive connection between the pole 2d.2 of the partial segment 2d and the pole 2e.1 of the partial segment 2e.
  • a sub-segment connector 6d is arranged between sub-segment 2g and sub-segment 2h.
  • This partial segment connector 6d establishes an electrically conductive connection between the pole 2g.2 of the partial segment 2g and the pole 2h.1 of the partial segment 2h.
  • the pole 4a.1 of the bypass element 4a is electrically conductively connected to the pole 2a.1 of the partial segment 2a.
  • the pole 4a.2 of the bypass element 4a is electrically conductively connected to the pole 2b.2 of the sub-segment 2b.
  • the pole 4b.1 of the bypass element 4b is electrically conductively connected to the pole 2c.1 of the sub-segment 2c.
  • the pole 4b.2 of the bypass element 4b is electrically conductively connected to the pole 2d.2 of the partial segment 2d.
  • the pole 4c.1 of the bypass element 4c is electrically connected to the pole 2e.2 of the sub-segment 2e.
  • the pole 4c.2 of the bypass element 4a is electrically conductively connected to the pole 2f.1 of the sub-segment 2f.
  • the pole 4d.1 of the bypass element 4d is electrically conductively connected to the pole 2g.2 of the sub-segment 2g.
  • the pole 4d.2 of the bypass element 4d is electrically conductively connected to the pole 2h.1 of the sub-segment 2h.
  • bypass elements 4a, 4b, 4c and 4d are each designed as a bypass diode. It is also within the scope of the invention to design the bypass elements in an alternative form as described above, for example as a MOSFET.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3b via a segment connector 7a.
  • the segment connector 7a connects the pole 2b.2 of the partial segment 2b of the module segment 3a with the pole 2c.1 of the partial segment 2c of the module segment 3b.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via a segment connector 7b.
  • the segment connector 7b connects the pole 2a.1 of the sub-segment 2a of the module segment 3a with the pole 2e.2 of the sub-segment 2e of the module segment 3c.
  • the module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via a segment connector 7c.
  • the segment connector 7c connects the pole 2d.2 of the sub-segment 2d of the module segment 3b with the pole 2h.1 of the sub-segment 2h of the module segment 3d.
  • the exemplary embodiment from a top view, has a layout described as follows.
  • the four module segments are arranged in a matrix.
  • the module segments 3a and 3b lie next to each other, with the module segment 3b lying to the right of the module segment 3a. They thus form a first matrix row, the sub-segments 2a to 2d Module segments 3a and 3b are arranged parallel to one another, so that the solar cells 8 of the solar cell strings 1a to 11 arranged in series are also arranged parallel to one another.
  • the module segments 3c and 3d lie next to each other, with the module segment 3d lying to the right of the module segment 3c.
  • the partial segments 2e to 2h of the module segments 3c and 3d are arranged parallel to one another, so that the solar cells 8 of the solar cell strings 1e to 1x arranged in series are also arranged parallel to one another.
  • the partial segments each have a current direction, with the partial segments of the module segments with alternating current directions being arranged in each row, so that partial segments lying next to one another in a row have opposite current directions.
  • the current direction of the sub-segment 2a runs from the pole 2a.1 to the pole 2a.2.
  • the current direction of the sub-segment 2b runs from the pole 2b.1 to the pole 2b.2.
  • the current direction of the sub-segment 2c runs from the pole 2c.1 to the pole 2c.2.
  • the current direction of the sub-segment 2d runs from the pole 2d.1 to the pole 2d.2.
  • the current direction of the sub-segment 2e runs from the pole 2e.1 to the pole 2e.2.
  • the current direction of the sub-segment 2f runs from the pole 2f.1 to the pole 2f.2.
  • the current direction of the sub-segment 2g runs from the pole 2g.1 to the pole 2g.2.
  • the current direction of sub-segment 2h runs from pole 2h.1 to pole 2h.2.
  • the sequence of current directions of the sub-segments in the first line and the second line are therefore the same.
  • the solar module includes two matrix columns, the first column includes module segments 3a and 3c.
  • the second column includes module segments 3b and 3d.
  • the partial segment connector 6a and 6b extends at the upper edge area of the first row matrix.
  • the partial segment connector 6c and 6d extends at the lower edge region of the second row of the matrix.
  • the segment connector 7a extends at the bottom of the first row of the matrix.
  • the segment connectors 7b and 7c extend from the first line to the second line.
  • FIG. 2 to 6 each show modified exemplary embodiments. To avoid repetition, only the essential differences from the exemplary embodiment shown in Figure 1 will be discussed below:
  • the module segments 3a and 3b as well as 3c and 3d each have a further module segment 3e and 3f as well as 3g and 3h.
  • the further module segment 3e is electrically connected to the module segment 3a via the segment connector 7d and to the module segment 3f via the segment connector 7e.
  • the further module segment 3f is electrically connected to the module segment 3b via the segment connector 7f.
  • the further module segment 3g is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7g.
  • the further module segment 3h is electrically connected to the module segment 3d via the segment connector 7h.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7b.
  • the further module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via the segment connector 7c.
  • the module segments 3e and 3g are arranged to the right of the module segments 3a and 3c.
  • the module segments 3f and 3h are arranged to the left of the module segments 3b and 3d.
  • the module segment 3a and 3d each has a further module segment 3e and 3f.
  • the further module segment 3e is electrically conductively connected to the module segment 3a via the segment connector 7d and to the module segment 3b via the segment connector 7e.
  • the further module segment 3f is connected to the segment connector 7f Module segment 3d electrically connected.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7b.
  • the module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via the segment connector 7c.
  • the module segment 3e is arranged between the module segments 3a and 3b.
  • the module segment 3f is arranged between the module segments 3c and 3d.
  • the module segments 3a and 3c each have a further module segment 3e and 3f.
  • the further module segment 3e is connected to the module segment 3a via the segment connector 7d.
  • the further module segment 3f is electrically conductively connected to the module segment 3d via the segment connector 7f and electrically conductively connected to the module segment 3c via the segment connector 7e.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7b.
  • the module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via the segment connector 7c.
  • the module segment 3e is arranged between the module segments 3a and 3b.
  • the module segment 3f is arranged between the module segments 3c and 3d.
  • the module segments 3b and 3c each have a further module segment 3e and 3f.
  • the further module segment 3e is connected to the module segment 3b via the segment connector 7d.
  • the further module segment 3f is electrically conductively connected to the module segment 3d via the segment connector 7f and electrically conductively connected to the module segment 3c via the segment connector 7e.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7b.
  • the module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via the segment connector 7c.
  • the module segment 3e is arranged between the module segments 3a and 3b.
  • the module segment 3f is arranged between the module segments 3c and 3d.
  • the module segments 3a and 3c each have a further module segment 3e and 3f.
  • the further module segment 3e is electrically conductively connected to the module segment 3a via the segment connector 7d and to the module segment 3b via the segment connector 7e.
  • the further module segment 3f is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7f.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via the segment connector 7b.
  • the module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via the segment connector 7c.
  • the module segment 3e is arranged between the module segments 3a and 3b.
  • the module segment 3f is arranged between the module segments 3c and 3d.
  • the module segment 3b and 3d has no electrically conductive connection.
  • the module segment is electrically conductively connected to the module segment 3c via the segment connector 7b.
  • the module segment 3a and 3c has no electrically conductive connection.
  • the module segment 3b is electrically conductively connected to the module segment 3d via the segment connector 7b.
  • the exemplary embodiment shown in Figure 5a has no further segment connectors apart from 7a; the function of the cross-row segment connectors is performed by two row rails 9a and 9b.
  • the module segment 3a is electrically connected to the module segment 3c via the row rail 9a.
  • the module segment 3b is electrically connected to the module segment 3d via the row rail 9b.
  • the row rails 9a and 9b are arranged within the encapsulation.
  • the string connectors 10a and 10b of the module segments 3a and 3b are arranged within the laminate in a first level E1 and are electrically conductively connected via a segment connector 7a also located in this level.
  • the string connectors 10c and 10d of the module segments 3c and 3d are arranged within the encapsulation in a second level E2.
  • Level 2 is spaced from the first level E1.
  • the insulation layer 11 is arranged between the levels E1 and E2.
  • the embodiment shown includes two contact bushings 12a and 12b; these contact bushings 12 enable contacting of the connectors located in the encapsulation 13.
  • the connectors routed to the outside are connected to the bypass elements 4 inside the connection boxes.
  • FIG 5b a section of a section along the section line A - A from Figure 5a is shown. This figure illustrates the position of the individual levels E1 and E2, the insulation layer 1 1 of the encapsulation 13, the positioning of the contact bushing 12 and the front 15 and back 14 of the module.
  • module segments 3a to 3d each have two bypass elements 4.
  • the pole 4b.2 of the bypass element 4b is electrically conductively connected to the pole 2b.2 of the partial segment 2b.
  • the poles 4a.2 and 4b.1 are electrically conductively connected to the contact 6a.3 of the partial segment connector 6a via the bypass connector 5a.
  • the pole 4c.1 of the bypass element 4c is electrically conductively connected to the pole 2c.1 of the sub-segment 2c.
  • the pole 4d.2 of the bypass element 4d is electrically conductively connected to the pole 2d.2 of the partial segment 2d.
  • the poles 4c.2 and 4d.1 are electrically conductively connected to the contact 6b.3 of the partial segment connector 6b via the bypass connector 5b.
  • the pole 4f.1 of the bypass element 4f is electrically conductively connected to the pole 2f.1 of the partial segment 2f.
  • the pole 4e.2 of the bypass element 4e is electrically connected to the pole 2e.2 of the partial segment 2e.
  • the poles 4f.2 and 4e.1 are electrically conductively connected to the contact 6c.3 of the partial segment connector 6c via the bypass connector 5c.
  • the pole 4h.1 of the bypass element 4h is electrically connected to the pole 2h.1 of the sub-segment 2h.
  • the pole 4g.2 of the bypass element 4g is electrically conductively connected to the pole 2g.2 of the partial segment 2g.
  • the poles 4h.2 and 4g.1 are electrically conductively connected to the contact 6d.3 of the partial segment connector 6c via the bypass connector 5d.
  • connection by means of bypass connector 5 results in a reduction in material expenditure due to the merging of the otherwise required individual connections of the bypass elements with the partial segment connector.
  • Using such connectors it is possible to protect small sub-segments with a bypass in order to reduce partial shading losses.
  • the use of a bypass connector enables a more flexible arrangement of the bypass elements on the solar module. This arrangement also reduces the risk of hotspots due to shorter solar cell strings. It is also advantageous that the voltage load on the bypass elements is reduced in the case of bridging.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul, mit mehreren Modulsegmenten wobei die Modulsegmente zumindest zwei Teilsegmente aufweisen die jeweils zumindest einen ersten Solarzellenstring und jeder Solarzellenstring eine Mehrzahl in Reihe verschalteter Solarzellen aufweist.

Description

Solarzellenmodul
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 . Solarzellen sind empfindliche Halbleiterbauelemente. Um diese gegen Umwelteinflüsse langzeitbeständig zu schützen und handhabbare elektrische Ausgangsparameter zu erreichen, werden Solarzellen typischerweise elektrisch verschaltet und in einem Modulaufbau eingekapselt.
Problematisch bei der Verwendung von Solarzellenmodulen ist eine Teilabschattung, bei welcher einzelne Solarzellen ganz oder teilweise abgeschattet werden, beispielsweise durch Verschmutzung oder durch Objekte mit Schattenwurf auf das Solarzellenmodul. Bei einer Teilverschattung kann zum einen die elektrische Ausgangsleistung des gesamten Solarzellenmoduls wesentlich reduziert werden oder auf null sinken. Zum anderen kann eine Teilverschattung zu einer erheblichen Erwärmung der teilverschatteten Solarzelle führen, sodass das Risiko einer Beschädigung der Solarzelle und des Modulaufbaus besteht.
Es ist daher bekannt, Bypassdioden parallel zu mehreren Solarzellen zu verschalten, sodass im Fall einer Teilabschattung in einem Teilbereich des Solarzellenmoduls die Solarzellen in diesem Teilbereich über die Bypassdiode überbrückt werden.
Typischerweise weist ein Solarzellenmodul daher mehrere Modulsegmente auf, wobei jedes Modulsegment zumindest einen Solarzellenstring aufweist. Dieser Solarzellenstring weist mehrere in Reihe geschaltete Solarzellen auf.
Aus DE202013005357U1 und US20100012172A1 sind unterschiedliche Konfigurationen von Modulsegmenten eines Solarzellenmoduls bekannt, wobei jedem Modulsegment zumindest eine parallel geschaltete Bypassdiode zugeordnet ist. Aus W02015/001413 ist ein Solarzellenmodul mit mehreren Modulsegmenten und mittig im Solarzellenmodul angeordneten Bypassdioden bekannt. Die vorbekannten Modullayouts weisen den Nachteil auf, dass bei Verschattung entlang einer Kante des Solarzellenmoduls hohe Leistungsverluste auftreten können. Der hohe Leistungsverlust kommt bei vorbekannten Modullayouts zu Stande, weil bei Verschattung der jeweiligen Kante des Moduls die Bypassdioden des betroffenen Modulsegments eine Überbrückung des Modulsegments veranlassen. Bedingt durch die Leistungsverluste in speziellen Verschattungs- Szenarien, ist bei vorbekannten Modullayouts die Flexibilität der Orientierung begrenzt, da es besonders bei Solaranlagen, insbesondere bei Solarkraftwerksanlagen, bedingt durch die Anordnung in Solarmodulreihen bei tiefem Sonnenstand eine Solarmodulreihen übergreifende Verschattung vorliegen kann. Dieses Verschattungs-Szenario führt zu einer zunehmenden einseitigen Verschattung der Solarmodule, welche sich beginnend von einer Kante des Moduls über Teile des Moduls erstreckt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modullayout zur Verfügung zu stellen, welches geringere Leistungseinbußen bei Verschattung entlang einer Kante, insbesondere einer kurzen Kante eines rechteckigen Solarzellenmoduls aufweist.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul weist über Segmentverbinder in Reihe geschaltete Modulsegmente auf. Wobei jedes der Modulsegmente zumindest zwei Teilsegmente aufweist. Die zwei Teilsegmente der Modulsegmente sind über Teilsegmentverbinder in Reihe verschaltet. Die Teilsegmente weisen jeweils zumindest einen ersten Solarzellenstring auf. Jeder der Solarzellenstrings ist zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von in Reihe verschalteter Solarzellen, wobei die Solarzellen des Solarzellenmoduls derart angeordnet sind, dass das Solarzellenmodul eine kürzere Kante und eine längere Kante ausbildet.
Wesentlich ist hierbei, dass das Solarmodul zumindest vier Modulsegmente aufweist, wobei jedes Modulsegment zumindest zwei Teilsegmente aufweist, die durch einen Teilsegmentverbinder in Reihe geschaltet sind, wobei jedes der Teilsegmente einen ersten und zumindest einen zweiten Solarzellenstring aufweist. Zudem ist wesentlich, dass die Solarzellenstrings jedes der Teilsegmente mittels eines innenliegenden Stringverbinders und eines außenliegenden Stringverbinders parallel geschaltet sind. Innenliegend beschreibt hierbei Anordnung in einem mittleren Bereich auf der Flächenausbreitung des Solarmoduls. Außenliegend beschreibt hierbei eine Position am oberen oder unteren Rand der Flächenausbreitung des Solarmoduls. Wesentlich ist zudem, dass die Solarzellenstrings jeweils eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Solarzellen aufweisen und dass sich die Solarzellenstrings parallel zu der kurzen Kante des Solarzellenmoduls erstrecken. Wesentlich ist zudem, dass die zumindest vier Modulsegmente in einer Matrix angeordnet sind, welche zumindest zwei Zeilen und zumindest zwei Spalten aufweist, wobei jede Zeile und jede Spalte zumindest zwei der zumindest vier Modulsegmente aufweist, wesentlich ist hierbei, dass in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, so dass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen, wobei die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist.
Im Gegensatz zu vorbekannten Konfigurationen weist das erfindungsgemäße Solarzellenmodul somit zumindest vier in Reihe geschaltete Modulsegmente auf, welche jeweils zumindest zwei Teilsegmente aufweisen, wobei in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, sodass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen und die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist.
Bei der Mehrzahl der aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen bestehen erhebliche Leistungsverluste bei Verschattung entlang der kurzen Kante des Moduls. Entscheidend ist hierbei die Positionierung der Modulsegmente.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul ermöglicht eine Anordnung der Modulsegmente, sodass sich die Solarzellen der Solarzellenstrings entlang der kurzen Kante des Moduls erstrecken und die Modulsegmente in einer Matrix angeordnet sind. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Anordnung im Teilverschattungsfall nur die einzelnen Modulsegmente der betroffenen Solarzellen ausfallen. Durch die Anordnung in Zeilen und Spalten sowie durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Modulsegmente, fällt somit nur ein Modulsegment einer Zeile beziehungsweise einer Spalte aus. Dadurch erhöht sich die Leistung in bestimmten Verschattungs-Szenarien und der Ertrag der gesamten Anlage ist potentiell höher als bei konventionellen Solarmodullayouts.
Zudem ist durch diese Anordnung das Risiko von Hotspots durch kürzere Solarzellenstrings verringert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Spannungsbelastung der Bypasselemente im Überbrückungsfall verringert ist, sodass die Bypasselemente geringere Leistungsverluste aufweisen. Durch die einfache Anpassung der Solarzellenanzahl pro Solarzellenstring oder der Änderung der Anzahl parallel geschalteter Solarzellenstrings pro Teilsegment besteht der Vorteil, dass eine flexible Ausgestaltung der Modulgröße möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Solarzellenstrings entlang der kurzen Modulkanten ist, dass geringere mechanische Spannungen in den Solarzellen im Fall einer mechanischen Belastung entstehen.
Vorteilhafterweise weist die Matrix genau zwei Zeilen auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Segmentverbinder in einem gemeinsamen mittleren Beriech zwischen den beiden Zeilen angeordnet werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Modulsegmente jeweils ein Bypasselement auf. Dieses Bypasselement ist den Teilsegmenten eines Modulsegments parallel geschaltet. Benötigt wird dieses Bypasselement da im Verschattungsfall einer Solarzelle hohe negative Spannungen entstehen. Dies ist der Fall, wenn der Strom im Arbeitspunkt des jeweiligen Zellstrangs über dem Kurzschlussstrom der abgeschatteten Zelle liegt. Es fließt ein Strom durch das Bypasselement und die negativen Spannungen an den Teilsegmenten werden begrenzt und somit auch die Spannung an den verschatteten Solarzellen. Durch diese vorteilige Konfiguration verbleibt auch bei Verschattung einer vollständigen Solarzelle stets eine Restausgangsleistung des Solarzellenmoduls durch die anderen Modulsegmente.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, bei welcher eine Mehrzahl der außenliegenden Stringverbinder und Teilsegmentverbinder in einem Randbereich des Solarzellenmoduls angeordnet sind und dass eine Mehrzahl der innenliegenden Stringverbinder und Segmentverbinder in einem mittleren Modulbereich angeordnet ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass alle Teilsegmentverbinder außenliegend, insbesondere zwischen einem Rand des Moduls und Teilsegment, angeordnet sind.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine flexible Erweiterung des Modullayouts mit ergänzenden Modulsegmenten in einfacher Weise möglich ist.
Eine vorteilhaft konstruktiv einfache Ausgestaltung ergibt sich in einer vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher die Segmentverbinder, welche Modulsegmente zweier benachbarter Zeilen in Reihe verschalten, zusätzlich als die innenliegenden Stringverbinder der verschalteten Teilsegmente der jeweiligen Modulsegmente ausgebildet sind.
Vorteilhaft bei der Ausführung ist, dass somit nur jeweils ein Element zur Verbindung benötigt wird, zudem kann dieser Segmentverbinder innerhalb der Einkapselung untergebracht werden.
Eine besonders vorteilhaft Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, bei welcher die innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder der Modulsegmente einer ersten Zeile auf einer ersten Ebene angeordnet sind, und die innenliegenden Stringverbinder einer zweiten Zeile auf einer zweiten Ebene angeordnet sind, welche zur ersten Ebene beabstandet ist und über eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht voneinander getrennt sind, bevorzugt das die Ebenen innerhalb des Einkapselungsmaterials angeordnet sind, insbesondere die innenliegenden Stringverbinder der zweiten Zeile mit den innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder überlappend angeordnet sind. Die Ebenen sind parallel zur Vorderseite angeordnet.
Ein Vorteil dieser Ausführung ist die platzsparende Unterbringung der Verbinder, da die Verbinder im innenliegenden Bereich des Solarmoduls übereinander angeordnet sind. Somit kann die Flächenausnutzung verbessert werden und somit die Flächenleistungsdichte erhöht werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarmodul eine Mehrzahl von Kontaktdurchführungen auf. Diese Kontaktdurchführungen sind vor allem bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit den übereinander liegenden Verbindern von Vorteil. Die Kontaktdurchführungen dienen der Kontaktierung der Verbinder durch die Ebenen an die Rückseite des Solarmoduls. Die Kontaktdurchführungen sind bevorzugt mittig, insbesondere mittig zwischen zwei Modulsegmenten angeordnet. Bevorzugt der Kontaktierung der Stringverbinder, besonders bevorzugt der Kontaktierung der Segmentverbinder.
Ein Vorteil der Ausführung mit Kontaktdurchführungen ist, dass es möglich ist mehrere Kontakte durch eine Kontaktdurchführung an die Rückseite des Solarmoduls zu führen und somit auf kürzere Verbinder zurückzugreifen, was elektrische Serienwiderstandsverluste und Kosten senkt. Ein weiterer Vorteil der Ausführung mit Kontaktdurchführungen ist, dass eine einfache Verschaltung der Teilsegmente einer Spalte innerhalb von Anschlussdosen erfolgen kann.
Eine besonders für die Teilverschattung optimierte Ausgestaltung ergibt sich in einer vorteilhaften Weiterbildung, bei welcher die Modulsegmente jeweils ein erstes und ein zumindest zweites Bypasselement aufweisen, welche jeweils einen ersten und einen zweiten Pol aufweisen, wobei der erste Pol des ersten Bypasselements eines Modulsegments mit einem ersten Pol des ersten Teilsegment des Modulsegments verbunden ist und der zweite Pol des zweiten Bypasselements des Modulsegments mit einem zweiten Pol des zweiten Teilsegments des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Pol des ersten Bypasselements des Modulsegments und der erste Pol des zweiten Bypasselements des ersten Modulsegments mittels eines Bypassverbinders mit dem Teilsegmentverbinder des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist.
Hierbei fällt im Falle einer Verschattung entlang der kurzen Kante des Solarmoduls nur das jeweils betroffene Teilsegments eines Modulsegmentes aus.
Dadurch erhöht sich die Leistung in bestimmten Verschattungs-Szenarien und der Ertrag der gesamten Anlage ist potentiell höher als bei konventionellen Solarmodullayouts. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Anordnung das Risiko von Hotspots durch kürzere Solarzellenstrings verringert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Spannungsbelastung der Bypasselemente im Überbrückungsfall verringert ist, sodass die Bypasselemente geringere Leistungsverluste aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind eine Mehrzahl der Bypasselemente, bevorzugt Bypasselemente und die Segmentverbinder, welche benachbarter Modulsegment einer Spalte miteinander elektrisch verbinden, in Anschlussdosen positioniert, insbesondere Bypasselemente welche zugehörig zu Modulsegmenten sind, welche der gleichen Spalte angehören.
Der Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich durch die effiziente Anordnung der Anschlussdosen. Denn so werden die Anschlüsse der Elemente kurzgehalten und inmitten des Solarmoduls verschaltet. Somit können die Verbinder Anschlüsse so kurz wie möglich gehalten werden und die Anzahl der Anschlussdosen klein gehalten werden, was Kosten verringert.
Vorteilhafterweise entsprecht die Anzahl der Modulsegmente der ersten Zeile der Anzahl der Modulsegmente der zweiten Zeile. Hierbei ist der Vorteil das somit eine einfache Produktion von Solarmodulen umgesetzt werden kann. Vorteilhafterweise weisen die Solarzellenstrings eines Teilsegments eines Modulsegments die gleiche Anzahl von Solarzellen auf. Hierdurch wird in einfacher Weise ermöglicht, dass alle Teilsegmente unter Normbedingungen die gleiche elektrische Spannung liefern, sodass kein Mismatch und somit kein Verlust aufgrund unterschiedlicher Spannungen der einzelnen Teilsegmente entsteht.
Vorteilhaft ist zudem das die einzelnen Modulsegmente eines Solarmoduls die identische Anzahl von Solarzellenstrings aufweisen und die Solarzellenstrings jeweils die identische Anzahl an Solarzellen aufweist. Auch hier wird in einfacher Weise ermöglicht, dass alle Modulsegmente unter Normbedingungen die gleiche Stromstärke liefern, sodass kein Mismatch und somit kein Verlust aufgrund unterschiedlicher Stromstärken der einzelnen Modulsegmente entstehen. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass alle Bypasselemente einer gleichen Anzahl von in Reihe verschalteten Solarzellen parallelgeschaltet sind. Es können daher gleiche oder gleichartige Bypasselemente verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Modulsegmente parallel nebeneinander angeordnet und an einem ersten Randbereich des Solarmoduls elektrisch in Reihe geschaltet, insbesondere mittels eines Teilsegmentverbinders, bevorzugt mittels eines geradlinigen Teilsegmentverbinders und dass die Modulsegmente an einem sich nicht am Rand des Solarmoduls befindlichen Bereich elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mittels Segmentverbinder bevorzugt geradlinigen Segmentverbinder. Vorteilhaft ist die Parallelanordnung der Teilsegmente da somit eine ideale Flächenausnutzung des Solarzellenmoduls umgesetzt wird. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass durch die mittige Anordnung der Segmentverbinder die Anschlussdosen Positionierung auch mittig erfolgen kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarmodul in der ersten Zeile vier Modulsegmente auf welche jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind. In der zweiten Zeile sind ebenso vier Modulsegmente angeordnet wobei jeweils zwei der vier Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind. Bevorzugt sind die ersten beiden Modulsegmente der zweiten Zeile sowie die beiden letzten Modulsegmente der zweiten Zeile über Segmentverbinder Verbunden und die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Erweiterung der Konfiguration konstruktiv einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist. Ein weiterer Vorteil dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform ist, die einfache skalierbare Erweiterung mehrerer Modulsegmente zu einem größeren Solarmodul mit einer erhöhten Ausgangsleistung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, welche insbesondere zu einer vorteilhaften Skalierbarkeit des Solarmoduls führt, weist in der ersten Zeile drei Modulsegmente auf die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind. In der zweiten Zeile sind ebenfalls drei Modulsegmente angeordnet wobei zwei der drei Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind. Die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen sind bei dieser Ausführung über Segmentverbinder in Reihe geschaltet.
Hierdurch ergibt sich ebenfalls der Vorteil, dass eine Erweiterung der Konfiguration konstruktiv sehr einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist. Eine einfache Ausführungsform weist in der ersten Zeile und zweiten Zeile zwei Modulsegmente auf die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind. Die Modulsegmente der ersten oder der letzten Spalte der Zeilen sind bei dieser Ausführung über Segmentverbinder in Reihe geschaltet.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Anordnung sehr kompakt ausgeführt ist und trotz einer vollständigen Verschattung einer Solarzelle stets eine Restausgangsleistung des Solarzellenmoduls besteht. Die Restausgangsleistung besteht, da die nicht verschatteten Modulsegment keiner Beeinträchtigung unterliegen und weiterhin zu einer Ausgangsleitung beitragen.
Vorteilhafterweise liegt die Anzahl von Solarzellen jedes Solarzellenstrings im Bereich von 3 bis 65 Solarzellen.
Vorteilhafterweise werden für alle Teilsegmente Solarzellen mit im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen gleichen Leistungsdaten, insbesondere gleicher Spannung und Stromstärke am optimalen Arbeitspunkt unter Normbedingungen verwendet.
Vorteilhafterweise liegt die Anzahl der Solarzellenstrings der Teilsegmente im Bereich von zwei bis acht Solarzellenstrings pro Teilsegment.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine gewünschte Ausgangsstromstärke bei Normbeleuchtung durch entsprechende Anzahl der Solarzellenstrings für jedes Modulsegment wählbar ist.
Die Bypasselemente können in an sich bekannter Weise ausgebildet sein, insbesondere liegt auch die Ausbildung der Bypasselemente als Dioden, insbesondere Schottkydioden, als MOSFETs oder als elektronische Schalteinrichtung und/oder integrierte Schaltungen, insbesondere gemäß DE 102005012213 A1 und/oder DE 10 2009 060 604 A1 im Rahmen der Erfindung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Solarzellenmodul konstruktiv in an sich bekannter Weise ausgebildet ist. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Solarzellen des Solarzellenmoduls auf einer Trägerplatte angeordnet sind und auf der bei Verwendung den Lichteinfall zugewandten Seite eine an sich bekannte optisch transparente Deckschicht zur Verkapselung der Solarzellen angeordnet ist. Weiterhin sind bevorzugt rückseitig an dem Solarzellenmodul elektrische Kontakte zur Verschaltung des Solarzellenmoduls in einem Stromkreis angeordnet, insbesondere zur Verschaltung mit weiteren Solarzellen mod ulen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, an sich bekannte Solarzellen zur Umwandlung einfallender Strahlung in elektrische Energie zu verwenden, insbesondere Solarzellen zu verwenden, welche mehr als zwei Bandlücken abdecken.
Insbesondere liegt die Verwendung von Teilsolarzellen, welche durch Teilung einer größeren Basissolarzelle entstehen, insbesondere Halb- oder Drittelzellen als Solarzellen im Rahmen der Erfindung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Solarzellen eines Solarzellenstrings mit den an sich bekannten Methoden in Reihe verschaltet sind. Besonders können die Solarzellen in Schindeltechnik angeordnet sein, insbesondere, dass die Solarzellen mittels leitfähigem Klebstoff oder Lot verbunden sind.
Die Solarzellen können als absorbierendes Material ein Halbleitermaterial sowie einen oder mehrere pn-Übergänge zur Trennung der Ladungsträger aufweisen. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass auf Materialien aus der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems basierende Solarzellen (sogenannte Ill/V-Solarzellen) oder auf Perovskit basierende Solarzellen insbesondere in Kombination mit anderen Materialien zu verwenden.
Vorteilhafterweise werden photovoltaische Solarzellen, insbesondere auf einem Siliziumsubstrat basierende photovoltaische Solarzellen, zur Ausbildung der Solarzellenstrings verwendet. Hierdurch kann auf an sich bekannte und auf dem Markt verfügbare Solarzellen zurückgegriffen werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, bifaziale Solarzellen zur Ausbildung der Solarzellenstrings zu verwenden. Solche Solarzellen sind zur Lichtabsorption von Vorder- und Rückseite der Solarzelle ausgebildet. In dieser Ausführungsform weist das Solarzellenmodul bevorzugt an Vorder- und an der Rückseite des Solarzellenmoduls optisch transparente Schichten auf, sodass Strahlung, insbe- sondere Sonnenlicht, sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite des Solarzellenmoduls durch die Verkapselungsschichten des Solarzellenmoduls auf die Solarzellen auftrifft.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 6 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls.
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen bzw. Anordnungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls weist vier Modulsegmente 3a, 3b, 3c und 3d auf. Durch gestrichelte Linien sind jeweils den Modulsegmenten 3a die Teilsegmente 2a und 2b, dem Modulsegment 3b die Teilsegmente 2c und 2d, dem Modulsegment 3c die Teilsegmente 2e und 2f und dem Modulsegment 3d die Teilsegmente 2g und 2h zugeordnet.
Dem Teilsegment 2a sind die Solarzellenstrings 1 a, 1 b und 1 c zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2b sind die Solarzellenstrings 1 d, 1 e und 1f zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2c sind die Solarzellenstrings 1 g, 1 h und 1 i zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2d sind die Solarzellenstrings 1 j, 1 k und 11 zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2e sind die Solarzellenstrings 1 m, 1 n und 1 o zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2f sind die Solarzellenstrings 1 p, 1 q und 1 r zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2g sind die Solarzellenstrings 1 s, 1 t und 1 u zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Dem Teilsegment 2h sind die Solarzellenstrings 1 v, 1w und 1 x zugeordnet diesen sind jeweils eine Vielzahl an Solarzellen 8 zugeordnet. Exemplarisch weisen die Solarzelle 8 der Solarzellenstrings 1 a bis 1 x eine Anzahl von 8 auf. Die Solarzellen sind schematisch durch ein in einem Rechteck angeordnetes Dreieck dargestellt. Diese schematische Darstellung repräsentiert das Ersatzschaltbild einer Solarzelle. Das zu Grunde liegende Ersatzschaltbild basiert auf die allgemeine Vorgangsbeschreibung innerhalb einer Solarzelle über das Zwei-Dioden-Modell. Hierbei verweist die Orientierung des Dreiecks innerhalb des Rechtecks auf die Dioden-Anordnung der zwei Dioden innerhalb des Ersatzschaltbilds. Die technische Stromflussrichtung innerhalb der Solarzelle entspricht somit einer entgegen der Dreieckorientierung gerichteten Richtung.
Die Solarzellenstrings 1 a, 1 b und 1 c sind im Teilsegment 2a parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 d, 1 e und 1f sind im Teilsegment 2b parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 g, 1 h und 1 i sind im Teilsegment 2c parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 j,1 k und 11 sind im Teilsegment 2d parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 m, 1 n und 1 o sind im Teilsegment 2e parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 p, 1 q und 1 r sind im Teilsegment 2f parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 s, 1 t und 1 u sind im Teilsegment 2g parallel verschaltet angeordnet. Die Solarzellenstrings 1 v,1w und 1 x sind im Teilsegment 2h parallel verschaltet angeordnet.
Zwischen Teilsegment 2a und Teilsegment 2b ist ein Teilsegmentverbinder 6a angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6a stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2a.2 des Teilsegments 2a und dem Pol 2b.1 des Teilsegments 2b her. Zwischen Teilsegment 2c und Teilsegment 2d ist ein Teilsegmentverbinder 6b angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6b stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2c.2 des Teilsegments 2c und dem Pol 2d.1 des Teilsegments 2d her. Zwischen Teilsegment 2e und Teilsegment 2f ist ein Teilsegmentverbinder 6c angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6c stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2d.2 des Teilsegments 2d und dem Pol 2e.1 des Teilsegments 2e her. Zwischen Teilsegment 2g und Teilsegment 2h ist ein Teilsegmentverbinder 6d angeordnet. Dieser Teilsegmentverbinder 6d stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Pol 2g.2 des Teilsegments 2g und dem Pol 2h.1 des Teilsegments 2h her. Der Pol 4a.1 des Bypasselements 4a ist mit dem Pol 2a.1 des Teilsegmentes 2a elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4a.2 des Bypasselements 4a ist mit dem Pol 2b.2 des Teilsegmentes 2b elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4b.1 des Bypasselements 4b ist mit dem Pol 2c.1 des Teilsegmentes 2c elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4b.2 des Bypasselements 4b ist mit dem Pol 2d.2 des Teilsegmentes 2d elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4c.1 des Bypasselements 4c ist mit dem Pol 2e.2 des Teilsegmentes 2e elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4c.2 des Bypasselements 4a ist mit dem Pol 2f .1 des Teilsegmentes 2f elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4d.1 des Bypasselements 4d ist mit dem Pol 2g.2 des Teilsegmentes 2g elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4d.2 des Bypasselements 4d ist mit dem Pol 2h.1 des Teilsegmentes 2h elektrisch leitend verbunden.
Die Bypasselemente 4a, 4b, 4c und 4d sind jeweils als Bypassdiode ausgebildet. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Bypasselemente in einer alternativen Ausbildungsform wie zuvor beschrieben auszubilden, beispielsweise jeweils als MOSFET.
Das Modulsegment 3a ist mit dem Modulsegment 3b über einen Segmentverbinder 7a elektrisch leitend verbunden. Der Segmentverbinder 7a verbindet hierbei den Pol 2b.2 des Teilsegments 2b des Modulsegments 3a mit dem Pol 2c.1 des Teilsegments 2c des Modulsegments 3b miteinander. Das Modulsegment 3a ist mit dem Modulsegment 3c über einen Segmentverbinder 7b elektrisch leitend verbunden. Der Segmentverbinder 7b verbindet hierbei den Pol 2a.1 des Teilsegments 2a des Modulsegments 3a mit dem Pol 2e.2 des Teilsegments 2e des Modulsegments 3c miteinander. Das Modulsegment 3b ist mit dem Modulsegment 3d über einen Segmentverbinder 7c elektrisch leitend verbunden. Der Segmentverbinder 7c verbindet hierbei den Pol 2d.2 des Teilsegments 2d des Modulsegments 3b mit dem Pol 2h.1 des Teilsegments 2h des Modulsegments 3d miteinander.
Neben der verschaltungstechnischen Anordnung weist das Ausführungsbeispiel, aus einer Draufsicht, ein wie folgt beschriebenes Layout auf. Die vier Modulsegmente sind in einer Matrix angeordnet. Die Modulsegmente 3a und 3b liegen nebeneinander wobei das Modulsegment 3b zur rechten des Modulsegments 3a liegt. Sie bilden somit eine erste Matrix Zeile, die Teilsegmente 2a bis 2d der Modulsegmente 3a und 3b sind parallel zueinander angeordnet, sodass die in Reihe angeordneten Solarzellen 8 der Solarzellenstrings 1 a bis 11 auch parallel zueinander angeordnet sind. Die Modulsegmente 3c und 3d liegen nebeneinander wobei das Modulsegment 3d zur rechten des Modulsegments 3c liegt. Sie bilden somit eine zweite Matrix Zeile, die Teilsegmente 2e bis 2h der Modulsegmente 3c und 3d sind parallel zueinander angeordnet, sodass die in Reihe angeordneten Solarzellen 8 der Solarzellenstrings 1 e bis 1 x auch parallel zueinander angeordnet sind. Die Teilsegmente weisen jeweils eine Stromrichtung auf, wobei in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, sodass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen. Die Stromrichtung des Teilsegment 2a verläuft von dem Pol 2a.1 zu dem Pol 2a.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2b verläuft von dem Pol 2b.1 zu dem Pol 2b.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2c verläuft von dem Pol 2c.1 zu dem Pol 2c.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2d verläuft von dem Pol 2d.1 zu dem Pol 2d.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2e verläuft von dem Pol 2e.1 zu dem Pol 2e.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2f verläuft von dem Pol 2f.1 zu dem Pol 2f.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2g verläuft von dem Pol 2g.1 zu dem Pol 2g.2. Die Stromrichtung des Teilsegment 2h verläuft von dem Pol 2h.1 zu dem Pol 2h.2. Die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten Zeile und der zweiten Zeile sind somit gleich.
Das Solarmodul umfasst zwei Matrix Spalten, der ersten Spalte gehören das Modulsegment 3a und 3c an. Der zweiten Spalte gehören das Modulsegment 3b und 3d an.
Der Teilsegmentverbinder 6a und 6b erstreckt sich am oberen Randbereich der ersten Zeile Matrix. Der Teilsegmentverbinder 6c und 6d erstreckt sich am unteren Randbereich der zweiten Zeile der Matrix.
Der Segmentverbinder 7a erstreckt sich am unteren Bereich der ersten Zeile der Matrix. Die Segmentverbinder 7b und 7c erstrecken sich von der ersten Zeile in die zweite Zeile.
Mittig in Figur 1 ist schematisch durch Symbole "+" und die Position gekennzeichnet, an welcher rückseitig an dem Solarzellenmodul der positive und nega- tive Kontakt zum Verschalten des Solarzellenmoduls mit einem externen Stromkreis, insbesondere mit weiteren Solarzellenmodulen, angeordnet sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung bei dem in Figur 1 und auch bei den in den anderen Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen, dass bei einer umgekehrten Solarzellenrichtungsanordnung die jeweilige Polung der Kontakte des Solarmoduls vertauscht ist.
Die Figuren 2 bis 6 zeigen jeweils abgewandelte Ausführungsbeispiele. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden lediglich auf die wesentlichen Unterschiede zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eingegangen:
Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Modulsegmente 3a und 3b sowie 3c und 3d jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f sowie 3g und 3h auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3f elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3b elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3g ist über den Segmentverbinder 7g mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3h ist über den Segmentverbinder 7h mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend Verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend Verbunden. Das weitere Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend Verbunden.
Die Modulsegmente 3e und 3g sind rechts neben dem Modulsegment 3a sowie 3c Angeordnet. Die Modulsegmente 3f und 3h sind links neben dem Modulsegment 3b sowie 3d Angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Erweiterung der im Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Konfiguration konstruktiv einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist.
Bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Modulsegment 3a und 3d jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3b elektrisch leitend verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3a und 3c jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel des in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3b und 3c jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3b verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet. Bei einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel des in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3a und 3c jeweils ein weiteres Modulsegment 3e und 3f auf. Das weitere Modulsegment 3e ist über den Segmentverbinder 7d mit dem Modulsegment 3a und mit dem Segmentverbinder 7e mit dem Modulsegment 3b elektrisch leitend verbunden. Das weitere Modulsegment 3f ist über den Segmentverbinder 7f mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3a ist über den Segmentverbinder 7b mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über den Segmentverbinder 7c mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden.
Das Modulsegment 3e ist zwischen dem Modulsegment 3a und 3b angeordnet. Das Modulsegment 3f ist zwischen dem Modulsegment 3c und 3d angeordnet.
Hierdurch ergibt sich, bei dem Ausführungsbeispiel aus Figur 3 sowie der Abwandlungen, wie auch in Figur 2 gezeigt der Vorteil, dass eine Erweiterung der im Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Konfiguration konstruktiv einfach über eine Modulsegmentergänzung umzusetzen ist.
Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Modulsegment 3b und 3d keine elektrisch leitende Verbindung auf. Das Modulsegment ist im Gegensatz zu dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel über den Segmentverbinder 7b elektrisch leitend mit dem Modulsegment 3c verbunden.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Modulsegment 3a und 3c keine elektrisch leitende Verbindung auf. Das Modulsegment 3b ist im Gegensatz zu dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel über den Segmentverbinder 7b elektrisch leitend mit dem Modulsegment 3d verbunden.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass für die gezeigte Konfiguration nur ein zeilenübergreifender Segmentverbinder benötigt wird.
Das Ausführungsbeispiel welches in Figur 5a gezeigt ist, weist neben 7a keine weiteren Segmentverbinder auf, die Funktion der Zeilenübergreifenden Segmentverbinder übernehmen zwei Zeilenschienen 9a und 9b. Das Modulsegment 3a ist über die Zeilenschiene 9a mit dem Modulsegment 3c elektrisch leitend verbunden. Das Modulsegment 3b ist über die Zeilenschiene 9b mit dem Modulsegment 3d elektrisch leitend verbunden. Die Zeilenschienen 9a und 9b sind hierbei innerhalb der Einkapselung angeordnet. Die Stringverbinder 10a und 10b der Modulsegmente 3a und 3b sind innerhalb des Laminats in einer ersten Ebene E1 angeordnet und über einen sich ebenfalls in dieser Ebene befindlichen Segmentverbinder 7a elektrisch leitend verbunden. Die Stringverbinder 10c und 10d der Modulsegmente 3c und 3d sind innerhalb der Einkapselung in einer zweiten Ebene E2 angeordnet. Die Ebene 2 ist zur ersten ebene E1 beab- standet. Die Isolationsschicht 1 1 ist zwischen den Ebenen E1 und E2 angeordnet. Die gezeigte Ausführung umfasst zwei Kontaktdurchführungen 12a und 12b, diese Kontaktdurchführungen 12 ermöglichen eine Kontaktierung der sich in der Einkapselung 13 befindlichen Verbinder. Die nach Außen geführten Verbinder sind innerhalb der Anschlussdosen mit den Bypasselementen 4 verschaltet.
In Figur 5b ist ein Ausschnitt eines Schnittes entlang der Schnittlinie A - A aus Figur 5a gezeigt. Diese Abbildung veranschaulicht die Position der einzelnen Ebenen E1 und E2, der Isolationsschicht 1 1 der Einkapselung 13 die Positionierung der Kontaktdurchführung 12 sowie die Vorderseite 15 und Rückseite 14 des Moduls.
Durch diese übereinander angeordneten Verbinder ergibt sich der Vorteil, dass ergibt sich der Vorteil, dass die Flächenausnutzung verbessert wird, was zu einer Erhöhung der Effizienz führt.
Bei dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Modulsegmente 3a bis 3d jeweils zwei Bypasselemente 4 auf.
Der Pol 4b.2 des Bypasselements 4b ist mit dem Pol 2b.2 des Teilsegmentes 2b elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4a.2 und 4b.1 sind über den Bypassverbinder 5a mit dem Kontakt 6a.3 des Teilsegmentverbinders 6a elektrisch leitend verbunden.
Der Pol 4c.1 des Bypasselements 4c ist mit dem Pol 2c.1 des Teilsegmentes 2c elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4d.2 des Bypasselements 4d ist mit dem Pol 2d.2 des Teilsegmentes 2d elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4c.2 und 4d.1 sind über den Bypassverbinder 5b mit dem Kontakt 6b.3 des Teilsegmentverbinders 6b elektrisch leitend verbunden.
Der Pol 4f.1 des Bypasselements 4f ist mit dem Pol 2f.1 des Teilsegmentes 2f elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4e.2 des Bypasselements 4e ist mit dem Pol 2e.2 des Teilsegmentes 2e elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4f.2 und 4e.1 sind über den Bypassverbinder 5c mit dem Kontakt 6c.3 des Teilsegmentverbinders 6c elektrisch leitend verbunden.
Der Pol 4h.1 des Bypasselements 4h ist mit dem Pol 2h.1 des Teilsegmentes 2h elektrisch leitend verbunden. Der Pol 4g.2 des Bypasselements 4g ist mit dem Pol 2g.2 des Teilsegmentes 2g elektrisch leitend verbunden. Die Pole 4h.2 und 4g.1 sind über den Bypassverbinder 5d mit dem Kontakt 6d.3 des Teilsegmentverbinders 6c elektrisch leitend verbunden.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, dass es durch die Verbindung mittels Bypassverbinder 5 zu einer Verminderung des Materialaufwands bedingt durch das Zusammenführen der sonst benötigten Einzel-Verbindungen der Bypasselemente mit dem Teilsegmentverbinder kommt. Über solche Verbinder ist es möglich, kleinteilige Teilsegmente mit einem Bypass abzusichern, um somit Teilverschattungsverluste zu reduzieren. Zudem ermöglicht die Verwendung eines Bypassverbinders eine flexiblere Anordnung der Bypasselemente auf dem Solarmodul. Zudem ist durch diese Anordnung das Risiko von Hotspots durch kürzere Solarzellenstrings verringert. Vorteilhaft ist zudem, dass die Spannungsbelastung der Bypasselemente im Überbrückungsfall verringert ist.
Bezuqszeichen liste
Solarzellenstring
Teilsegment
Modulsegment
Bypasselement
Bypasselementverbinder
Teilsegmentverbinder
Segmentverbinder
Solarzelle
Zeilenverbinder
Stringverbinder
Isolationsschicht
Kontaktdurchführung
Einkapselung
Rückseite
Frontseite
Stromrichtung

Claims

Ansprüche Solarzellenmodul, welches über Segmentverbinder in Reihe geschaltete Modulsegmente aufweist, wobei jedes der Modulsegmente zumindest zwei Teilsegmente aufweist, welche über einen Teilsegmentverbinder in Reihe geschaltet sind, wobei die Teilsegmente jeweils zumindest einen ersten Solarzellenstring mit einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Solarzellen aufweisen, wobei die Solarzellen des Solarzellenmoduls derart angeordnet sind, dass das Solarzellenmodul eine kürzere Kante und eine längere Kante ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul zumindest vier Modulsegmente aufweist, wobei jedes Modulsegment zumindest zwei Teilsegmente aufweist, die durch einen Teilsegmentverbinder in Reihe geschaltet sind, wobei jedes der Teilsegmente einen ersten und zumindest einen zweiten Solarzellenstring aufweist, wobei die Solarzellenstrings jedes der Teilsegmente mittels eines innenliegenden Stringverbinders und eines außenliegenden Stringverbinders parallel geschaltet sind, wobei die Solarzellenstrings jeweils eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Solarzellen aufweisen, dass sich die Solarzellenstrings parallel zu der kurzen Kante des Solarzellenmoduls erstrecken, dass die zumindest vier Modulsegmente in einer Matrix angeordnet sind, welche zumindest zwei Zeilen und zumindest zwei Spalten aufweist, wobei jede Zeile und jede Spalte zumindest zwei der zumindest vier Modulsegmente aufweist, dass in jeder Zeile die Teilsegmente der Modulsegmente mit alternierenden Stromrichtungen angeordnet sind, so dass in einer Zeile nebeneinanderliegende Teilsegmente gegenläufige Stromrichtungen aufweisen, wobei die Abfolge der Stromrichtungen der Teilsegmente in der ersten und der zweiten Zeile gleich ist. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsegmente jeweils ein Bypasselement aufweisen, welches den Teilsegmenten des Modulsegments parallel geschaltet ist. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der außenliegenden Stringverbinder und Teilsegmentverbinder in einem Randbereich des Solarzellenmoduls angeordnet ist und dass eine Mehrzahl der innenliegenden Stringverbinder und Segmentverbinder in einem mittleren Modulbereich angeordnet ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentverbinder, welche Modulsegmente zweier benachbarter Zeilen in Reihe verschalten, zusätzlich als die innenliegenden Stringverbinder der verschalteten Teilsegmente der jeweiligen Modulsegmente ausgebildet sind. Solarzellenmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder der Modulsegmente einer ersten Zeile auf einer ersten Ebene angeordnet sind, und die innenliegenden Stringverbinder einer zweiten Zeile auf einer zweiten Ebene angeordnet sind, welche zur ersten Ebene beabstandet ist und über eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht voneinander getrennt sind, bevorzugt das die Ebenen innerhalb des Einkapselungsmaterials angeordnet sind, insbesondere die innenliegenden Stringverbinder der zweiten Zeile mit den innenliegenden Stringverbinder und innenliegenden Segmentverbinder überlappend angeordnet sind. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul eine Mehrzahl von Kontaktdurchführungen besitzt, um eine Kontaktierung der Verbinder, bevorzugt der Kontaktierung der Stringverbinder, besonders bevorzugt der Kontaktierung der Segmentverbinder, durch die Ebenen an die Rückseite des Solarmoduls zu ermöglichen. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsegmente jeweils ein erstes und ein zumindest zweites Bypasselement aufweisen, welche jeweils einen ersten und einen zweiten Pol aufweisen, wobei der erste Pol des ersten Bypasselements eines Modulsegments mit einem ersten Pol des ersten Teilsegments des Modulsegments verbunden ist und der zweite Pol des zweiten Bypasselements des Modulsegments mit einem zweiten Pol des zweiten Teilsegments des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist und der zweite Pol des ersten Bypasselements des Modulsegments und der erste Pol des zweiten Bypasselements des ersten Modulsegments mittels eines Bypassverbinders mit dem Teilsegmentverbinder des Modulsegments elektrisch leitend verbunden ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Bypasselemente, bevorzugt Bypasselemente und die Segmentverbinder, welche benachbarter Modulsegment einer Spalte miteinander elektrisch verbinden, in Anschlussdosen positioniert sind, insbesondere Bypasselemente welche zugehörig zu Modulsegmenten sind, welche der gleichen Spalte angehören. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Modulsegmente der ersten Zeile der Anzahl der Modulsegmente der weiteren Zeile und/oder weiteren Zeilen entspricht. Solarzellenmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellenstrings eines Teilsegments eines Modulsegments die identische Anzahl an Solarzellen aufweisen wie die Solarzellenstrings der weiteren Teilsegmente des Modulsegments und dass die über Segmentverbinder verbundenen Modulsegmente die identische Anzahl von Solarzellenstrings aufweisen und die Solarzellenstrings jeweils die identische Anzahl an Solarzellen aufweisen. 1 . Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsegmente parallel nebeneinander angeordnet sind und die Teilsegmente der Modulsegmente an einem Randbereich des Solarmoduls elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mittels Teilsegmentverbinder, bevorzugt mittels geradlinigen Teilsegmentverbinder und dass die Modulsegmente an einem sich nicht am Rand des Solarmoduls befindlichen Bereich elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere mittels Segmentverbinder bevorzugt geradlinigen Segmentverbinder. 2. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Zeile vier Modulsegmente angeordnet sind die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind, dass in der zweiten Zeile vier Modulsegmente angeordnet sind wobei jeweils zwei der vier Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind und die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind. 3. Solarzellenmodul nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Zeile drei Modulsegmente angeordnet sind die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind, dass in der zweiten Zeile drei Modulsegmente angeordnet sind wobei zwei der drei Modulsegmente über Segmentverbinder in Reihe verschalten sind und die Modulsegmente der ersten und letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind. 4. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und zweiten Zeile zwei Modulsegmente angeordnet sind die jeweils über Segmentverbinder in Reihe verschaltet sind, und die Modulsegmente der ersten oder letzten Spalte der Zeilen über Segmentverbinder in Reihe geschaltet sind.
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