太阳能电池模块的制作方法

本发明涉及一种权利要求1的通用术语所述的太阳能电池模块。太阳能电池是敏感的半导体元件，为了长期保护这些太阳能电池抗环境影响并且实现可操作的电输出参数，通常将太阳能电池电连接并且封装在模块结构中。

背景技术：

1、在使用太阳能电池模块时有问题的是部分遮蔽，在该部分遮蔽中各个太阳能电池被完全或部分地被遮蔽，例如通过污染或通过在太阳能电池模块上具有阴影投射的物体。在部分遮蔽的情况下，一方面，整个太阳能电池模块的电输出功率可以显著降低或降低到零。另一方面，部分遮蔽可能导致部分遮蔽的太阳能电池的显著加热，从而存在损坏太阳能电池和模块结构的风险。因此已知的是，旁路二极管与多个太阳能电池并联连接，使得在太阳能电池模块的部分区域发生部分遮蔽时，在该部分区域中的太阳能电池可以通过旁路二极管桥接。

2、因此，典型地，太阳能电池模块具有多个模块段，其中每个模块段具有至少一个太阳能电池串。该太阳能电池串具有多个串联的太阳能电池。

3、由us2016/0226439a1已知太阳能电池模块的模块段的不同配置，其中，每个模块段分别与并联连接的旁路二极管相关联。由wo2015/001413已知一种太阳能电池模块，该太阳能电池模块具有多个模块段和布置在太阳能电池模块中间的旁路二极管。

4、de1020201280807公开了一种具有多个模块段的太阳能电池模块，当太阳能电池模块的太阳能电池在模块的任何边缘被遮蔽时，不会导致太阳能电池模块的整体失效。

技术实现思路

1、本发明所基于的任务是，以很少的附加的材料耗费来调整太阳能电池串中受旁路二极管来保护的太阳能电池的数量，以用于如下结构，所述结构在太阳能电池模块的太阳能电池被遮蔽，即使在模块的非边缘的部分区域被遮蔽，也不会导致太阳能电池模块的整体失效。此外，通过该结构，减小了相对于模块总面积的组件面积需求，并且因此提高了太阳能模块单位面积的功率密度。

2、该目的通过方案1的太阳能电池模块实现，有利的实施方式在从属方案中给出。

3、根据本发明的太阳能电池模块具有至少一个第一模块段和至少一个第二模块段，所述第一模块段具有第一部分段。部分段具有至少一个太阳能电池串。每个太阳能电池串由多个串联的太阳能电池组成。

4、部分段具有第一电极和第二电极。第一模块段的两个部分段通过部分段连接器串联连接。在此重要的是，第一模块段具有多个旁路元件，至少包括第一旁路元件和第二旁路元件。此外重要的是，第一模块段的第一旁路元件的第一极与第一模块段的第一部分段的第一极导电连接，并且第一模块段的第二旁路元件的第二极与第一模块段的第二部分段的第二极导电连接。

5、除了该基本连接之外，第一模块段的第一旁路元件的第二极和第一模块段的第二旁路元件的第一极还通过旁路连接器与第一模块段的部分段连接器导电连接。

6、除了第一模块段之外，太阳能电池模块还具有另外的第二模块段。该第二模块段与第一模块段一样也具有至少一个第二旁路元件。在此重要的是，第二模块段的第一旁路元件的第一极与第二模块段的第一部分段的第一极连接。此外重要的是，第二模块段的第二旁路元件的第二极与第二模块段的第二部分段的第二极导电连接，并且第二模块段的第一旁路元件的第二极和第二模块段的第二旁路元件的第一极通过旁路连接器与第二模块段的部分段连接器导电连接。此外重要的是，第一和第二模块段间接地或直接地串联连接，优选直接地串联连接，或者第一和第二模块段间接地或直接地并联连接，优选直接地并联连接。

7、因此，与先前已知的配置不同，根据本发明的太阳能电池模块具有串联或并联连接的至少两个模块段，所述模块段分别具有至少两个部分段，其中，所述两个部分段分别通过与这两个模块段并联连接的旁路元件防止部分遮蔽，其中，旁路元件的并联连接通过旁路连接器实施。

8、在从现有技术已知的多个配置中，必须将旁路元件电连接到模块段的两个相对的端部，以便实现并联连接。这需要用于连接旁路元件的连接线，所述连接线通常必须具有模块段的长度，特别是至少具有模块段的太阳能电池串的长度。

9、根据本发明的太阳能电池模块允许旁路元件和部分段被布置，使得至少第一和第二旁路元件可以通过旁路连接器连接到公共的部分段连接器上。在此有利的是，通过借助于旁路连接器的连接可以降低材料耗费，由于旁路元件与部分段连接器之间原本需要的单个连接可以合并在一起。通过这种连接器可以用旁路固定小的部分段，以便由此降低部分遮蔽损失。此外，旁路连接器的使用能够使旁路元件更灵活地布置在太阳能模块上。此外有利的是，通过该结构减小了相对于总模块面积的组件面积需求，并且因此提高了太阳能模块单位面积的功率密度。

10、在一个有利的实施例中，旁路连接器布置在模块段各自的第一部分段和第二部分段之间，特别是在模块段各自的第一部分段和第二部分段之间的中心。有利地，模块段各自的旁路连接器布置在与模块段各自的部分段邻接的中心区域中。

11、该实施例的一个优点是用于将旁路元件连接到各部分段的连接线较短。这同样适用于关于模块段和旁路元件的短连接线路的有利实施例，因此旁路连接器布置在第一模块段和第二模块段之间，特别是布置在第一模块段和第二模块段之间的中心。有利地，各模块段的旁路连接器布置在与各自的模块段邻接的中心区域中。

12、在一种实施方式中得到一种有利的结构简单的设计方案，在该实施方式中，在模块段的第一和第二部分段之间布置有用于将部分段串联的部分段连接器，该部分段连接器具有用于连接旁路连接器的附加的接触点，由此多个，尤其是两个旁路元件的极与部分段连接器导电地连接。

13、由此产生的优点是，部分段连接器一方面可以用于部分段的串联连接，另一方面可以用作旁路元件连接器的接触点。

14、在有利的实施方式中得到了结构简单的有利设计方案，即在第一和第二模块段之间布置有至少一个用于模块段的串联连接的段连接器。

15、由此，在模块段的串联连接中得到如下优点，即作为段连接器仅需要短的连接器。

16、在另一有利实施例中，至少一个段连接器用于并联第一和第二模块段。

17、在该实施方案中有利的是，在通过至少一个段连接器并联连接的情况下，太阳能模块上的总电压与通过段连接器的串联连接时的总电压相比更小。

18、在有利的改进方案中得到特别对于部分遮蔽优化的设计方案，在该改进方案中，通过段连接器连接的第一和第二模块段并排地以纵向布置，该纵向布置的方向垂直于太阳能电池串的方向。

19、在太阳能模块的短边缘发生遮蔽的情况下，只有模块段的部分段中受到影响的电池串会失效。这增加了某些遮蔽场景中的功率，并且整个系统的产量可能高于传统太阳能模块布局。除了遮蔽容忍性之外，另一个优点是太阳能电池串的长度较短，每个太阳能电池串由旁路元件保护。此外，提高了面积利用率。

20、该设计方案的效率通过另一有利的改进方案来改进。在此，太阳能电池模块的太阳能电池串布置成使得太阳能电池模块具有较短的边缘和较长的边缘，并且部分段的太阳能电池串在太阳能电池模块内平行于短的边缘沿着直线行布置。

21、有利地，模块段的部分段的太阳能电池串具有相同数量的太阳能电池。由此以简单的方式实现了，所有部分段在标准条件下提供相同的电压，从而不产生错配，也就是不会因为各个子区段的不同电压而造成损耗。

22、同样有利的是，太阳能模块的各个模块段具有相同数量的太阳能电池串，并且太阳能电池串分别具有相同数量的太阳能电池。在此也以简单的方式实现，所有模块段在标准条件下提供相同的电流强度，从而不产生错配，也就是不会因为各个模块段的不同电流强度而造成损耗。此外还有一个优点是，相同数量的串联连接的太阳能电池的所有旁路元件并联连接。因此，可以使用相同的或相似的旁路元件。

23、有利地，模块段的部分段位于一个平面中，并且各模块段的旁路元件与该平面间隔开地布置。

24、该优点是由于旁路元件在可以简单地放置在模块的背面上的接线盒中，从而增加了单位面积的功率密度。在本发明的范围内的是，元件也可以以层压集成的形式进行放置。

25、在一种有利的实施方式中，使用双结/串联太阳能电池(4-端子)。在该实施方式中，单独的层实施为模块段，所述模块段堆叠地布置，所述模块段堆叠如此布置，模块段的部分段的太阳能电池串的太阳能电池与另一模块段的部分段的太阳能电池串的太阳能电池相叠地布置。因此，上述优点与使用串联太阳能电池形式的多层结构的优点相结合，例如通过使用由多种材料构成的太阳能电池组合更好地利用入射光谱。

26、上述模块段堆叠实施方式有利地通过模块段堆叠连接器导电地连接成多个模块段堆叠组，使得模块段堆叠并排地以纵向布置，该纵向布置的方向垂直于太阳能电池串延伸的方向。在另一有利的实施方式中，模块堆叠连接器放置在接线盒内。

27、由此得到的优点是，用于模块段串联的模块段堆叠连接器仅需要短的连接器。

28、在另一有利的实施方式中，模块段以堆叠的方式放置在装置中，所述模块段堆叠如此布置，模块段的部分段的太阳能电池串的太阳能电池与另一模块段的部分段的太阳能电池串的太阳能电池相叠地布置。

29、瓦片布置形式有利地通过模块段堆叠连接器导电地连接成多个模块段堆叠组，使得模块段堆叠并排地以纵向布置，该纵向布置的方向垂直于太阳能电池串延伸的方向。

30、在另一有利的实施方式中，模块堆叠连接器不直接设计为组件。模块堆连接器的功能通过导电的粘接剂承担，所述粘接剂除了导电连接之外还实现模块堆的机械连接。粘接剂建立相应的模块段的前面至背面连接。

31、在该实施方式中有利的首先是降低太阳能模块内的电损耗。

32、在一个有利的实施例中，模块段的第一部分段和第二部分段彼此平行地布置并且在第一边缘区域上串联电连接，特别是通过部分段连接器，优选地通过直线式的部分段连接器。部分段的平行布置是有利的，因为由此实现了太阳能电池模块的理想的面积利用。

33、在一个有利的实施例中，模块段的所有旁路元件被布置在太阳能电池模块的边缘区域的边缘处。旁路元件的边缘布置是有利的，因为由此可以提高太阳能电池模块的面积利用，并且旁路元件可以布置在太阳能电池模块的背面上的至少一个边缘接线盒中。

34、在一个有利的实施例中，旁路连接器的长度小于250cm，优选小于150cm，特别优选小于130cm和/或大于30cm，优选大于80cm。在旁路连接器的长度规格方面有利的是，由此覆盖了常见的太阳能模块规格尺寸。

35、关于旁路连接器的布置，存在一种有利的实施方式，其中模块段的旁路连接器位于第一平面上，并且相应的模块段的太阳能电池位于第二平面上，该第二平面与第一平面间隔开，并且在第一平面和第二平面之间布置有绝缘层。

36、这种布置的优点是，在太阳能电池或太阳能电池串的几何布置中，不必为旁路连接器花费额外的面积。由此减小了占用的表面积，提高了太阳能模块的单位面积的功率密度。

37、在另一有利的实施方式中，太阳能电池和/或太阳能电池模块具有长宽比大于1的矩形形状。在此优点是，保持了传统的太阳能模块的常规外形尺寸。

38、在一种特别有利的实施方式中，第一和第二模块段分别附加地扩展了部分段和第三模块段。该第三模块段设置在第一和第二模块段之间。第一和第二模块段分别具有第三旁路元件。部分段彼此平行地布置成四个部分段对。第一模块段的三个旁路元件布置在模块的第一和第二部分段对之间的中心，特别优选地，旁路元件布置在第一模块段的三个部分段邻接的中心区域中。第三模块段的第一和第二旁路元件居中地布置在第三模块段的第一部分段和第二部分段之间，特别优选地布置成使得旁路元件布置在中心区域中，第三模块段的两个部分段以及第一模块段的第二部分段和第二模块段的第一部分段邻接该中心区域。第二模块段的旁路元件居中地布置在模块的第三和第四部分段对之间，特别优选地是旁路元件布置在第二模块段的三个部分段邻接的中心区域中。

39、该特别有利的实施方式的优点是，通过将另一模块段连接到两个现有的模块段之间以及通过另一部分段和旁路元件对现有的模块段进行扩展，并且通过多个模块段能够简单地扩展成更大的太阳能模块，从而提高了输出功率。

40、有利地，第一和第二模块段的每个太阳能电池串的太阳能电池的数量在5至65个太阳能电池的范围内。

41、有利地，在通常的制造公差范围内，为所有部分段使用具有相同的性能数据的太阳能电池，尤其是在标准条件下在最佳工作点上具有相同的电压和电流。

42、有利地，每个部分段的太阳能电池串的数量在2至8个太阳能电池串的范围内。

43、由此得到的优点是，在标准照明条件下，可以通过每个模块段的相应太阳能电池串的数量来选择所期望的输出电流强度。

44、在本发明的范围内，太阳能电池串的太阳能电池利用本身已知的方法串联连接。特别地，太阳能电池可以以瓦片技术布置，使得两个相邻的太阳能电池重叠地布置，并且在重叠区域中，两个太阳能电池的电接触设计成用于串联连接。

45、同样地，串的太阳能电池的重叠布置处于本发明的范围内，其中，太阳能电池通过至少一个电池连接器串联电连接。这种安排被称为“负间隙”排列。

46、然而有利的是，为了简化生产过程并且为了动用已建立的、已知的用于制造太阳能电池串的方法，根据一种有利的设计方案，太阳能电池串的每两个相邻的太阳能电池与至少一个，优选至少两个，尤其是至少三个电池连接器电连接，以便构成太阳能电池的串联连接。在本发明的范围内，使用具有矩形或圆形横截面或具有结构化表面的金属元件作为电池连接器。

47、如开头所述，模块段的特征在于，模块段具有至少一个太阳能电池串。如果模块段具有多个太阳能电池串，则这些太阳能电池串优选并联连接。有利地，每个部分段中的太阳能电池串仅并联连接。由此得到结构简单的设计方案。

48、有利地，每个模块段、尤其是每个部分段具有至少两个并联连接的太阳能电池串，以便与仅串联连接的太阳能电池相比具有更高的电流强度。

49、可以实现，特别有利的是，每个部分段具有两个或三个并联的太阳能电池串。

50、旁路元件可以按照本身已知的方式配置，尤其是旁路二极管配置为二极管，尤其是肖特基二极管、mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或电子开关装置和/或集成电路，尤其是根据de102005012213a1和/或de 10 2009 060 604 a1，也在本发明的范围内。有利地，每个旁路元件与相同数量的太阳能电池连接，特别是与相同数量的太阳能电池并联连接。特别有利地是，每个旁路元件连接到相同数量的太阳能电池串，特别是并联连接到相同数量的太阳能电池串。这是有利的，因为模块的所有旁路元件因此对出现的电压和电流具有相同的要求，并且因此可以使用具有相同的最佳参数的旁路元件。

51、在一个有利的实施例中，太阳能电池模块具有镜面。至少太阳能电池的空间布置和优选地旁路元件的空间布置相对于镜面是镜像对称的。在本发明的范围内，太阳能电池的电布置(太阳能电池的正负极连接的布置，太阳能电池通过该正负极连接与相邻的太阳能电池串联连接)相对于镜面不是镜像对称的。

52、在一个有利的实施方式中，第一模块段沿着垂直镜面镜像，并且该模块段镜像通过段连接器与模块段连接，其中太阳能电池的电气方向在模块段中和在模块段镜像中保持不变，并且因此在镜面上不受镜像影响。

53、在一个有利的设计方案中，第二模块段在空间布置方面，至少对于太阳能电池和旁路元件是第一模块段的平移移动，尤其优选是垂直于第一模块段的太阳能电池串的延伸方向的平移移动。

54、有利地，这适用于所有模块段。

55、太阳能电池模块的至少一个，优选所有其他部分段的空间布置方面，就至少对于太阳能电池和旁路元件而言是平移移动。

56、同样在本发明的范围内的是，太阳能电池的电布置也相对于镜面镜像对称地构造。

57、在一个有利的实施方式中，太阳能电池模块的所有太阳能电池串在空间上平行于延伸方向延伸，并且太阳能电池模块具有平行于延伸方向并且垂直于太阳能电池模块延伸的镜面，该镜面至少对于太阳能电池、太阳能电池串和旁路二极管的空间布置是镜面。

58、镜面优选垂直于模块平面(垂直于模块的平面延伸)。有利地，镜面平行于太阳能电池串的纵向延伸布置。有利地，太阳能电池模块具有恰好一个镜面。

59、有利地，太阳能电池模块具有层压体，至少一个，优选所有的旁路元件集成到所述层压体中。

60、在本发明的范围内，太阳能电池模块在结构上以本身已知的方式构造。特别地，在本发明的范围内，太阳能电池模块的太阳能电池布置在载体板上，并且在使用时朝向光入射的一面上布置有本身已知的光学透明的覆盖层，用于封装太阳能电池。此外，优选在太阳能电池模块的背面上布置有用于将太阳能电池模块连接在电路中的电接触点，特别是用于与其他太阳能电池模块连接。

61、在本发明的范围内，使用本身已知的用于将入射辐射转换成电能的太阳能电池，尤其是使用覆盖多于两个带隙的太阳能电池。

62、特别地，部分太阳能电池的应用在本发明的范围内，部分太阳能电池是通过划分较大的基本太阳能电池形成的，特别是一半或三分之一的电池作为部分太阳能电池。

63、太阳能电池可以具有半导体材料作为吸收材料以及一个或多个用于分离载流子的pn结。此外，在本发明的范围内，基于周期表的第iii和v主族的材料的太阳能电池(所谓的iii/v太阳能电池)或基于钙钛矿的太阳能电池尤其与其它材料组合使用。

64、有利地，光伏太阳能电池、尤其是基于硅衬底的光伏太阳能电池被用于构造太阳能电池串。由此可以动用本身已知的并且在市场上可获得的太阳能电池。

65、在本发明的范围内，使用双面太阳能电池来构成太阳能电池串。这种太阳能电池被构造用于从太阳能电池的正面和背面吸收光。在该实施方式中，太阳能电池模块优选地在太阳能电池模块的正面和背面上具有光学透明层，使得辐射、特别是太阳光不仅从太阳能电池模块的正面而且从太阳能电池模块的背面通过太阳能电池模块的封装层射到太阳能电池上。