本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的太陽能電池模塊。太陽能電池是敏感的半導(dǎo)體元件，為了使這些太陽能電池長期免受環(huán)境影響，并且實現(xiàn)可操作的電輸出參數(shù)，通常將太陽能電池電連接并且封裝在模塊結(jié)構(gòu)中。

背景技術(shù)：

1、部分遮蔽是在使用太陽能電池模塊時的一個問題，在部分遮蔽的情況下，各個太陽能電池被完全或部分地遮蔽，例如被污染或物體投射到太陽能電池模塊上的陰影遮住。一方面，整個太陽能電池模塊的電輸出功率會顯著降低或降低到零。另一方面，部分遮蔽可能導(dǎo)致被部分遮蔽的太陽能電池的顯著加熱，從而存在損壞太陽能電池和模塊結(jié)構(gòu)的風(fēng)險。

2、因此，已知的是將旁路二極管與多個太陽能電池并聯(lián)連接，使得在太陽能電池模塊的部分區(qū)域發(fā)生部分遮蔽時，太陽能電池在該部分區(qū)域中通過旁路二極管橋接。

3、因此，太陽能電池模塊通常具有多個模塊段，其中每個模塊段具有至少一個太陽能電池串。該太陽能電池串具有多個串聯(lián)的太陽能電池。

4、從de202013005357u1和us20100012172a1中已知的是太陽能電池模塊的模塊段的不同配置，其中每個模塊段配置有至少一個并聯(lián)連接的旁路二極管。由wo2015/001413已知的是一種太陽能電池模塊，該太陽能電池模塊具有多個模塊段和布置在太陽能電池模塊中間的旁路二極管。

5、這些已知的模塊布局具有以下缺點，當(dāng)沿著太陽能電池模塊的邊緣進(jìn)行遮蔽時，可能發(fā)生高功率損耗。在先前已知的模塊布局中之所以會產(chǎn)生高的功率損耗，是因為在模塊的相應(yīng)的邊緣被遮蔽時，相關(guān)的模塊段的旁路二極管引起模塊段的橋接。由于在特定遮蔭情況下的性能損失，對于已知的模塊布局，其方向的靈活性受到限制，這對于太陽能系統(tǒng)特別重要，尤其是在太陽能發(fā)電廠中，在太陽處于低位置時，由于太陽能模塊成行的排列，可能會出現(xiàn)太陽能模塊之間相互遮蔽。這種遮蔽場景導(dǎo)致太陽能模塊的單側(cè)遮蔽逐漸增加，這種單側(cè)遮蔽從模塊的邊緣延伸到模塊的部分區(qū)域。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種模塊布局，在沿著矩形的太陽能電池模塊的邊緣，特別是短邊緣被遮蔽時降低功率損失。

2、該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池模塊實現(xiàn)，有利的實施方式在從屬權(quán)利要求中給出。

3、根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池模塊具有通過段連接器串聯(lián)的模塊段。其中所述模塊段中的每個模塊段具有至少兩個子段。模塊段的兩個子段通過子段連接器串聯(lián)連接。每個子段分別具有至少一個第一太陽能電池串。每個太陽能電池串由多個串聯(lián)的太陽能電池組成，其中太陽能電池模塊的太陽能電池以使得太陽能電池模塊形成較短的邊緣和較長的邊緣的方式布置。

4、在此重要的是，太陽能模塊具有至少四個模塊段，其中每個模塊段具有至少兩個子段，所述子段通過子段連接器串聯(lián)，其中每個子段具有第一太陽能電池串和至少一個第二太陽能電池串。此外重要的是，每個子段的太陽能電池串借助于內(nèi)部串聯(lián)器和外部串聯(lián)器并聯(lián)。在此，內(nèi)部指的是在太陽能模塊的表面展開的中間區(qū)域中的布置。外部指的是在太陽能模塊的表面展開的上邊緣或下邊緣上的位置。此外重要的是，太陽能電池串分別具有多個串聯(lián)的太陽能電池，并且太陽能電池串平行于太陽能電池模塊的短邊延伸。此外重要的是，所述至少四個模塊段布置成矩陣，所述矩陣具有至少兩行和至少兩列，其中每行和每列具有所述至少四個模塊段中的至少兩個。在每行中，模塊段的子段以交替的電流方向布置，使得在一行中并排的子段具有相反的電流方向，其中，在第一行和第二行中的子段的電流方向的順序是相同的。

5、與先前已知的配置相比，根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池模塊具有至少四個串聯(lián)連接的模塊段，每個模塊段分別具有至少兩個子段，其中，在每行中，模塊段的子段以交替的電流方向布置。使得在一行中并排的子段具有相反的電流方向，并且第一行和第二行中的子段的電流方向的順序是相同的。

6、在由現(xiàn)有技術(shù)中已知的多個配置中，在沿著模塊的短邊發(fā)生遮蔽時存在顯著的功率損耗。在這方面，模塊段的定位至關(guān)重要。

7、根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池模塊，能夠?qū)δK段進(jìn)行布置，使得太陽能電池串的太陽能電池沿著模塊的短邊延伸并且模塊段布置成矩陣。在此有利的是，在發(fā)生部分遮蔽的情況下，只有受影響的太陽能電池的單個模塊段失效。根據(jù)本發(fā)明，通過按行和列的布置以及通過模塊段的相互連接，一行或一列中只有一個模塊段失效。這增加了某些遮蔽場景中的輸出功率，并且整個系統(tǒng)的收益率也可能高于傳統(tǒng)太陽能模塊布局。

8、此外，通過這種布置降低了由于較短的太陽能電池串產(chǎn)生熱點的風(fēng)險。此外有利的是，旁路元件的電壓負(fù)載在橋接情況下減小，使得旁路元件具有較小的功率損耗。通過簡單地調(diào)整每個太陽能電池串的太陽能電池數(shù)量或者改變每個子段并聯(lián)連接的太陽能電池串的數(shù)量，其優(yōu)點是可以靈活配置模塊尺寸。太陽能電池串沿著短的模塊邊緣布置的另一優(yōu)點是，在機(jī)械負(fù)荷的情況下在太陽能電池中產(chǎn)生較小的機(jī)械應(yīng)力。

9、有利地，矩陣恰好具有兩行。由此得到的優(yōu)點是，段連接器可以設(shè)置在兩行之間的公共中間區(qū)域中。

10、在一個有利的實施方式中，模塊段分別具有旁路元件。該旁路元件與模塊段的子段并聯(lián)。之所以需要這種旁路元件，是因為在太陽能電池被遮蔽時會產(chǎn)生高的負(fù)電壓。當(dāng)相應(yīng)的電池串的工作點中的電流高于被遮蔽的電池的短路電流時，就會出現(xiàn)這種情況。電流流過旁路元件，在子段上的負(fù)電壓被限制，因此在被遮蔽的太陽能電池上的電壓也被限制。通過這種有利的配置，即使在整個太陽能電池被遮蔽的情況下，太陽能電池模塊的剩余輸出功率也始終通過其他模塊段保留。

11、在一種實施方式中得到一種有利的設(shè)計方案，在該實施方式中，多個外部串聯(lián)器和子段連接器布置在太陽能電池模塊的邊緣區(qū)域中，并且多個位于內(nèi)部串聯(lián)器和段連接器布置在中間的模塊區(qū)域中。

12、尤其有利的是，所有的子段連接器布置在外部，尤其布置在模塊的邊緣與子段之間。

13、由此得到的優(yōu)點是，能夠以簡單的方式靈活地擴(kuò)展具有額外的模塊段的模塊布局。

14、特別簡單的構(gòu)造設(shè)計帶來一種特別有利的實施方式，其中將兩個相鄰行的模塊段串聯(lián)連接的段連接器附加地構(gòu)造為相應(yīng)的模塊段的連接子段的內(nèi)部串聯(lián)器。

15、在該實施方案中有利的是，因此在每種情況下分別僅需要一個元件用于連接，此外，該段連接器能夠安置在封裝件內(nèi)。

16、種特別有利的設(shè)計方案在一種實施方式中得出，其中第一行的模塊的段的內(nèi)部串聯(lián)器和內(nèi)部段連接器布置在第一平面上，并且第二行的內(nèi)部串聯(lián)器布置在第二平面上，所述第二平面與所述第一平面間隔開并且通過不導(dǎo)電的絕緣層彼此分離，優(yōu)選地，所述平面布置在封裝材料之內(nèi)，尤其地，所述第二行的內(nèi)部串聯(lián)器與第一行的內(nèi)部串聯(lián)器和內(nèi)部段連接器重疊地布置。這些平面平行于正面布置。

17、該實施方式的優(yōu)點是節(jié)省了連接器的安置空間，因為連接器在太陽能模塊的內(nèi)部區(qū)域中相疊地布置。因此，可以日高面積利用率，從而提高面功率密度。

18、在另一有利的實施方式中，太陽能模塊具有多個接觸套管。在上述的具有相疊的連接器的實施方式中，所述接觸套管是尤其有利的。接觸套管用于通過所述太陽能電池模塊背面的平面實現(xiàn)對連接器的接觸。接觸套管優(yōu)選居中地布置，尤其是布置在兩個模塊段之間的中心。優(yōu)選的是對串聯(lián)器的接觸，特別優(yōu)選的是對段連接器的接觸。

19、具有接觸套管的實施方式的優(yōu)點是，能夠?qū)⒍鄠€觸點通過接觸套管引導(dǎo)到太陽能模塊的背面上并且因此動用更短的連接器，這降低了串聯(lián)電阻損耗和成本。具有接觸套管的實施方式的另一優(yōu)點是，列的各子段能夠簡單的在接線盒內(nèi)相互連接。

20、在有利的改進(jìn)方案中得到特別對于部分遮蔽優(yōu)化的設(shè)計方案，其中模塊段分別具有第一旁路元件和至少一個第二旁路元件，所述第一旁路元件和至少一個第二旁路元件分別具有第一極和第二極，其中模塊段的第一旁路元件的第一極連接到模塊段的第一子段的第一極，并且模塊段的第二旁路元件的第二極導(dǎo)電地連接到模塊段的第二子段的第二極，并且模塊段的第一旁路元件的第二極導(dǎo)電地連接到模塊段的第二子段的第二極；并且第一模塊段的第二旁路元件的第一極借助旁路連接器與模塊段的子段連接器導(dǎo)電連接。

21、在太陽能模塊的短邊被遮蔽的情況下，模塊段中只有受影響的子段失效。與傳統(tǒng)的太陽能模塊布局相比，這種布置增加了某些遮蔽場景中的功率和整個系統(tǒng)的產(chǎn)量。另一優(yōu)點是，這種布置降低了由于較短的太陽能電池串引起的熱點的風(fēng)險。此外有利的是，旁路元件的電壓負(fù)載在橋接情況下減小，使得旁路元件具有較小的功率損耗。

22、在另一有利實施例中，多個旁路元件被安裝在接線盒中，優(yōu)選地是將一列的相鄰模塊段彼此電連接的旁路元件和段連接器，特別是屬于同一列的模塊段的旁路元件。

23、該實施方式的優(yōu)點來自接線盒的有效布置。因為這樣使元件的接頭保持短并且連接在太陽能模塊的中間。因此，連接器的連接可以保持得盡可能短并且接線盒的數(shù)量可以保持得小，這降低了成本。

24、有利地是，第一行的模塊段的數(shù)量與第二行的模塊段的數(shù)量相同。在此優(yōu)點是，由此可以簡化太陽能模塊的生產(chǎn)。更有利地是，模塊段的子段的太陽能電池串具有相同數(shù)量的太陽能電池。由此以簡單的方式實現(xiàn)了，所有子段在標(biāo)準(zhǔn)條件下提供相同的電壓，從而不產(chǎn)生錯配并且因此避免了由于各個子段的電壓不同而引起的損耗。

25、此外有利的是，太陽能模塊的各個模塊段具有相同數(shù)量的太陽能電池串，并且太陽能電池串分別具有相同數(shù)量的太陽能電池。在此也以簡單的方式實現(xiàn)，所有模塊段在標(biāo)準(zhǔn)條件下提供相同的電流強(qiáng)度，從而不產(chǎn)生錯配并且因此避免了由于各個模塊段的電流強(qiáng)度不同而引起的損耗。此外，得到的優(yōu)點是，相同數(shù)量的串聯(lián)連接的太陽能電池的所有旁路元件并聯(lián)連接。因此，可以使用相同的或同類的旁路元件。

26、在一個有利的實施方式中，所述模塊段平行地并排布置并且在所述太陽能模塊的第一邊緣區(qū)域上串聯(lián)電連接，尤其借助于子段連接器，優(yōu)選借助于直線的子段連接器，并且所述模塊段在不位于所述太陽能模塊的邊緣上的區(qū)域上串聯(lián)電連接。尤其借助于段連接器，優(yōu)選直線的段連接器。子段的平行布置是有利的，因為由此實現(xiàn)了太陽能電池模塊的理想的面積利用。此外有利的是，段連接器的居中布置意味著接線盒也可以居中地安裝。

27、在另一有利的實施方式中，太陽能模塊在第一行中具有四個模塊段，每個模塊段分別通過段連接器串聯(lián)連接。在第二行中同樣布置有四個模塊段，其中這四個模塊段中的各兩個模塊段通過段連接器串聯(lián)連接。優(yōu)選地，第二行的前兩個模塊段以及第二行的最后兩個模塊段通過段連接器連接，并且行的第一列和最后一列的模塊段通過段連接器串聯(lián)連接。

28、由此得到的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展可以在結(jié)構(gòu)上簡單地通過補(bǔ)充模塊段來實現(xiàn)。該特別有利的實施方式的另一優(yōu)點是，可以簡單地將多個模塊段擴(kuò)展成更大的太陽能模塊，以提高輸出功率。

29、另一有利的實施方式，其特別地導(dǎo)致太陽能模塊的有利可擴(kuò)展性，在第一行中具有三個模塊段，每一模塊段都通過段連接器串聯(lián)連接。在第二行中同樣布置有三個模塊段，其中這三個模塊段中的每兩個通過段連接器串聯(lián)連接。在該實施方式中，行的第一列和最后一列的模塊段通過段連接器串聯(lián)連接。

30、由此同樣得到的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展可以在結(jié)構(gòu)上非常簡單地通過補(bǔ)充模塊段來實現(xiàn)。一種簡單的實施方式在第一行和第二行中各具有兩個模塊段，每一模塊段都通過段連接器串聯(lián)連接。在該實施方式中，行的第一列或最后一列的模塊段通過段連接器串聯(lián)連接。

31、由此得到的優(yōu)點是，該裝置的布局非常緊湊，即使太陽能電池被完全遮蔽，但太陽能電池模塊始終存在剩余的輸出功率。剩余的輸出功率是因為未被遮蔽的模塊段不受影響，并且仍然可以貢獻(xiàn)輸出。

32、有利地，每個太陽能電池串的太陽能電池的數(shù)量在3至65個太陽能電池的范圍內(nèi)。

33、有利地，對于所有子段使用具有在通常的制造公差范圍內(nèi)相同的功率數(shù)據(jù)的太陽能電池，尤其是在標(biāo)準(zhǔn)條件下在最佳工作點上具有相同的電壓和電流強(qiáng)度的太陽能電池。

34、有利地，每個子段的太陽能電池串的數(shù)量在2至8個太陽能電池串的范圍內(nèi)。

35、由此得到的優(yōu)點是，可以通過為每個模塊段選擇相應(yīng)數(shù)量的太陽能電池串來選擇在標(biāo)準(zhǔn)照明時所期望的輸出電流強(qiáng)度。

36、旁路元件可以以本身已知的方式構(gòu)造，尤其是旁路元件構(gòu)造為二極管，尤其是肖特基二極管，mosfet或電子開關(guān)裝置和/或集成電路，尤其是根據(jù)de?10?200?5?012?213a1和/或de?10?200?9?060?604a1，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

37、太陽能電池模塊在結(jié)構(gòu)上以本身已知的方式構(gòu)造在本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，太陽能電池模塊的太陽能電池布置在載體板上，并且在使用時朝向光入射的一側(cè)上布置有本身已知的光學(xué)透明的覆蓋層，用于封裝太陽能電池。此外，優(yōu)選在太陽能電池模塊的背面上布置有用于將太陽能電池模塊連接在電路中的電觸點，特別是用于與其他太陽能電池模塊連接。

38、使用本身已知的用于將入射輻射轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池，尤其是使用覆蓋多于兩個帶隙的太陽能電池，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

39、特別地，使用部分太陽能電池在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即通過分割較大的基礎(chǔ)太陽能電池形成的子太陽能電池，特別是半電池或三電池。

40、太陽能電池串的太陽能電池通過本身已知的方法串聯(lián)連接也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別地，太陽能電池可以以瓦技術(shù)來布置，尤其是太陽能電池借助于能導(dǎo)電的粘合劑或焊料來連接。

41、太陽能電池可以具有半導(dǎo)體材料作為吸收材料以及一個或多個用于分離載流子的pn結(jié)。此外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，基于周期表的第iii和v主族的材料的太陽能電池(所謂的iii/v太陽能電池)或基于鈣鈦礦的太陽能電池，尤其是與其它材料組合使用。

42、有利地，光伏太陽能電池、尤其是基于硅襯底的光伏太陽能電池被用于構(gòu)造太陽能電池串。由此可以動用本身已知的并且在市場上可獲得的太陽能電池。

43、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，使用雙面太陽能電池來構(gòu)成太陽能電池串。這種太陽能電池被構(gòu)造用于從太陽能電池的正面和背面吸收光。在該實施方式中，太陽能電池模塊優(yōu)選地在太陽能電池模塊的正面和背面都具有光學(xué)透明層，使得輻射，特別是太陽光，既可以從太陽能電池模塊的正面也可以從太陽能電池模塊的背面通過太陽能電池模塊的封裝層射到太陽能電池上。