DE102005012213A1 - Connection circuit for electrically connecting solar cells of solar cell module, has electronically controlled switching arrangement as protective device, and switching device controlled by control switch of switching device - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Anschlußschaltung zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Anschlußschaltung als Schutzeinrichtung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung aufweist. Auf diese Weise kann eine derartige Anschlußschaltung zum elektrischen Anschluß von Solarzellen eines Solarzellenmoduls erzielt werden, die sich im Betrieb nur gering erwärmt.The invention relates to a connection circuit for the electrical connection of solar cells of a solar cell module. According to the invention it is provided that the connection circuit has a controlled electronic switching arrangement as a protective device. In this way, such a connection circuit for the electrical connection of solar cells of a solar cell module can be achieved, which heats only slightly during operation.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft eine Anschlußschaltung,zum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls.TheInvention relates to a connection circuit,for the electrical connection ofSolar cells of a solar cell module.

Anschlußschaltungenzum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls sind aus der Praxis in vielfältiger Ausgestaltunggut bekannt. Dabei werden im allgemeinen mehrere Solarzellen zuSolarzellenmodulen zusammengeschaltet. Dazu besteht entweder dieMöglichkeitder Reihenschaltung oder die Möglichkeitder Parallelschaltung der Solarzellen im Solarzellenmodul.connection circuitsfor the electrical connection ofSolar cells of a solar cell module are in practice in a variety of configurationswell known. In general, several solar cells are addedSolar cell modules interconnected. This is either thepossibilitythe series connection or the possibilitythe parallel connection of the solar cells in the solar cell module.

Durchein Parallelschalten der Solarzellen addieren sich die einzelnenStrömeder Solarzellen zu einem Gesamtstrom. Dabei sollten die parallelgeschalteten Solarzellen allerdings im wesentlichen die gleichenphysikalischen Eigenschaften aufweisen, so daß sich in der Praxis das Parallelschaltenvon Solarzellen kaum durchgesetzt hat, insbesondere auch da eineeinzelne Solarzelle bereits einen Strom von einigen Ampere liefernkann und die Ausgangsspannung einzelner Solarzellen typischerweisezu gering ist, um elektrische Geräte, wie Haushaltsgeräte, betreibenzu können.Bya parallel connection of the solar cells add up the individualstreamsthe solar cells to a total current. It should be parallelHowever, switched solar cells are essentially the samehave physical properties, so that in practice the parallel switchingof solar cells has hardly enforced, especially as onesingle solar cell already deliver a current of a few ampscan and the output voltage of individual solar cells typicallyis too low to operate electrical appliances, such as household appliancesto be able to.

Beider Zusammenstellung von Solarzellenmodulen aus einzelnen Solarzellenwerden diese daher häufigin Reihe geschaltet. Ein Problem kann sich dabei jedoch dann ergeben,wenn ein Solarzellenmodul im Betrieb partiell abgeschattet wird,also eine Solarzelle oder eine Mehrzahl von Solarzellen des Solarzellenmodulsweniger oder gar keine Sonnenbestrahlung erhält. Der Grund für eine derartigverringerte Sonnenbestrahlung kann z. B. in einer Verschmutzungder Solarzellen und/oder in Schattenwürfen von Bäumen, Gebäudeeinrichtungen oder Gebäuden selbstliegen.atthe compilation of solar cell modules from individual solar cellsThese are therefore commonconnected in series. However, a problem may ariseif a solar cell module is partially shaded during operation,So a solar cell or a plurality of solar cells of the solar cell modulereceives less or no sunshine. The reason for such a thingreduced solar radiation can, for. B. in a pollutionof the solar cells and / or shadows cast by trees, buildings or buildings themselveslie.

ImGegensatz zu einer Abschattung des Solarzellenmoduls gleichmäßig über seinegesamte Fläche,die nur zur einer Leistungsverringerung insgesamt führt, ergibtsich bei einer partiellen Abschattung folgendes Problem: Durch diein Reihe geschalteten Solarzellen des Solarzellenmoduls fließt ein gemeinsamerStrom, wobei jede einzelne Solarzelle mit ihrer jeweiligen Spannungzur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls beiträgt. Wird nun eine Solarzelle abgeschattet,so erzeugt diese keine Spannung mehr und setzt dem Stromfluß im Solarzellenmodul praktischeine Diode in Sperrichtung entgegen. Dies bedeutet jedoch, daß das gesamteSolarzellenmodul keinen Strom mehr liefern kann, so daß die gesamte Funktiondes Solarzellenmoduls beeinträchtigtist.in theContrary to a shading of the solar cell module evenly over histhe whole area,which only leads to a reduction in performance overall, resultsIn the case of partial shading, the following problem arises:in series connected solar cells of the solar cell module flows a commonElectricity, each individual solar cell with their respective voltagecontributes to the total voltage of the solar cell module. If a solar cell is now shaded,so it no longer generates voltage and puts the flow of current in the solar cell module practicallya diode in the reverse direction. However, this means that the entireSolar cell module can no longer supply electricity, so that the entire functionaffected by the solar cell moduleis.

Weiterhingilt, daß ander abgeschatteten Solarzelle eine Spannung anliegt, die abhängig ist vonder Position der abgeschatteten Solarzelle in der Reihenschaltung.Ist diese an der abgeschatteten Solarzelle anliegende Spannung größer alsihre Sperrspannung, so wird es in der Solarzelle zu einem Durchschlagund damit zu einer dauerhaften Beschädigung kommen.Fartherapplies that tothe shaded solar cell voltage is applied, which is dependent onthe position of the shaded solar cell in series.Is this voltage applied to the shaded solar cell greater thantheir blocking voltage, so it is in the solar cell to a breakdownand thus come to a permanent damage.

Selbstwenn es zu keiner Beschädigungder Solarzelle durch einen Durchschlag kommen sollte, wird in einerabgeschatteten Solarzelle eine große Verlustleistung umgesetzt,so daß sichdie abgeschattete Solarzelle aufheizt. Auch eine solche Aufheizungkann zu Beschädigungenan der abgeschatteten Solarzelle sowie an den ihr benachbarten Solarzellenführen.Evenif there is no damageThe solar cell should come through a punch is in oneshaded solar cell implemented a large power dissipation,so thatheats the shaded solar cell. Also, such a heatingcan cause damageon the shaded solar cell as well as on the neighboring solar cellsto lead.

Umdie mit teilweise abgeschatteten Solarzellen verbundene Problematikvermeiden, werden Schutzeinrichtungen verwendet, im allgemeinen nämlich Bypass-Dioden,die antiparallel zu den Solarzellen geschaltet werden. Auf dieseWeise wird erreicht, daß eineabgeschattete Solarzelle zwar keinen Anteil mehr zur Gesamtspannungdes Solarzellenmoduls leistet, der Stromfluß jedoch trotzdem erhaltenbleibt. Das Solarzellenmodul zeigt somit lediglich eine verminderteBetriebsspannung, fälltjedoch nicht vollständigaus. Außerdemwird in der abgeschatteten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt,so daß eineBeschädigungder abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann.Aroundthe problems associated with partially shaded solar cellssafety devices are used, in general bypass diodes,which are connected in anti-parallel to the solar cells. To thisWay is achieved that aAlthough shaded solar cell no longer contributes to the total voltageof the solar cell module, but still receive the flow of currentremains. The solar cell module thus shows only a reducedOperating voltage dropsbut not completelyout. Furthermoreno power is converted in the shaded solar cell,so that onedamagethe shaded solar cell can be avoided.

Grundsätzlich könnte jederSolarzelle eines Solarzellenmoduls genau eine Bypass-Diode zugeordnetsein. Häufigjedoch wird so vorgegangen, daß eineMehrzahl hintereinander geschalteter Solarzellen, also ein sogenannterString von Solarzellen, jeweils durch eine gemeinsame Bypass-Diodeabgesichert wird.Basically everyone couldSolar cell of a solar cell module assigned to exactly one bypass diodebe. OftenHowever, the procedure is that aA plurality of solar cells connected in series, ie a so-calledString of solar cells, each by a common bypass diodeis secured.

Anschlußschaltungenzum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls weisen somit im allgemeinenwenigstens eine Bypass-Diode, häufigeine Mehrzahl von Bypass-Dioden auf. Damit ist jedoch das Problem verbunden, daß die zumelektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls verwendeten Anschlußschaltungendurch die in den Bypass-Diodenumgesetzte Leistung stark erwärmtwerden, was unter verschiedenen Aspekten nachteilig ist.connection circuitsfor the electrical connection ofSolar cells of a solar cell module thus generally haveat least one bypass diode, oftena plurality of bypass diodes. However, this is associated with the problem that theelectrical connection ofSolar cells of a solar cell module used connection circuitsthrough the in the bypass diodesconverted power strongly heatedwhich is disadvantageous in various aspects.

Esist daher die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Anschlußschaltungzum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls anzugeben, die sich im Betriebnur gering erwärmt.Itis therefore the object of the invention, such a connection circuitfor the electrical connection ofSpecify solar cells of a solar cell module, which is in operationonly slightly heated.

Ausgehendvon der eingangs beschriebenen Anschlußschaltung ist die zuvor genannteAufgabe dadurch gelöst,daß dieAnschlußschaltungals Schutzeinrichtung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnungaufweist.Starting from the connection circuit described above is the aforementioned object achieved in that the connection circuit has a controlled electronic switching arrangement as a protective device.

Erfindungsgemäß ist alsovorgesehen, daß zurVermeidung der oben beschriebenen, mit teilweise abgeschattetenSolarzellen verbundenen Problematik als Schutzeinrichtung eine gesteuerteelektronische Schaltanordnung verwendet wird, so daß die Verwendungvon Bypass-Dioden reduziert oder ganz vermieden werden kann. Durchden Ersatz von Bypass-Dioden durch eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung,die zu den Bypass-Dioden funktional im wesentlichen gleichwirkendist, kann eine Verringerung der Erwärmung der Schaltanordnung erzieltwerden, wie nachfolgend ausgeführt.According to the invention is thusprovided that toAvoiding the above, with some shadingSolar cells connected problem as a protective device controlledelectronic circuit arrangement is used, so that the usereduced by bypass diodes or can be completely avoided. Bythe replacement of bypass diodes by a controlled electronic switching arrangement,which is functionally substantially equivalent to the bypass diodesis a reduction in the heating of the switching device can be achievedas explained below.

Gemäß einerbevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die gesteuerte elektronischeSchaltanordnung derart ausgelegt ist, daß sie im Fall einer abgeschattetenSolarzelle als Strom-Bypass fürdie abgeschattete Solarzelle wirkt. Diese funktionale Gleichwirkungzu den aus dem Stand der Technik bekannten Bypass-Dioden kann nunauf unterschiedliche Arten und Weisen erzielt werden.According to onepreferred embodiment of the invention is provided that the controlled electronicSwitching arrangement is designed such that they are shaded in the case of aSolar cell as a current bypass forthe shaded solar cell works. This functional equalityto the bypass diodes known from the prior art can nowachieved in different ways.

Gemäß einerbevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die gesteuerte elektronischeSchaltanordnung eine Ansteuerschaltung und eine von der Ansteuerschaltungansteuerbare Schalteinrichtung aufweist, wobei die Schalteinrichtungparallel zu wenigstens einer Solarzelle, vorzugsweise parallel zueinem String von Solarzellen, geschaltet ist und im Falle einerAbschattung einer der Solarzellen, zu der sie parallel geschaltetist, von der Ansteuerschaltung wenigstens zeitweise aufgesteuertwird, so daß einStrom-Bypass für die abgeschatteteSolarzelle erzielt wird.According to onepreferred embodiment of the invention is provided that the controlled electronicSwitching arrangement, a drive circuit and one of the drive circuithaving controllable switching device, wherein the switching deviceparallel to at least one solar cell, preferably parallel toa string of solar cells, and in the case of aShading of one of the solar cells to which they are connected in parallelis at least temporarily turned on by the drive circuitwill, so that oneElectricity bypass for the shadedSolar cell is achieved.

EntsprechendeSchalteinrichtungen lassen sich ebenfalls auf verschiedene Artenund Weisen realisieren. Gemäß einerbevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Schalteinrichtungzwei in Reihe geschaltete und von der Ansteuerschaltung angesteuerteelektrische oder elektronische Schaltelemente aufweist. Gemäß einer bevorzugtenWeiterbildung der Erfindung ist dabei insbesondere vorgesehen, daß als Schaltelemente zweigegeneinander gepolte Transistoren, vorzugsweise zwei MOSFETS, vorgesehensind. Weiterhin gilt, daß gemäß einerbevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, daß die Stromversorgung derAnsteuerschaltung überden von den nicht abgeschatteten Solarzellen des Solarzellenmodulserzeugten Strom erfolgt, wobei gemäß einer bevorzugten Weiterbildungder Erfindung insbesondere vorgesehen ist, daß die Ansteuerschaltung miteinem Speicherkondensator versehen ist.AppropriateSwitching devices can also be done in different waysand realize ways. According to onepreferred development of the invention, however, is provided that the switching devicetwo in series and driven by the drive circuithaving electrical or electronic switching elements. According to a preferredFurther development of the invention is provided in particular that two as switching elementsmutually poled transistors, preferably two MOSFETS providedare. Furthermore, it holds that according to apreferred embodiment of the invention is provided that the power supply ofControl circuit viathat of the unshaded solar cells of the solar cell modulegenerated electricity, wherein according to a preferred embodimentthe invention is particularly provided that the drive circuit witha storage capacitor is provided.

Weiterhinliegt eine Problematik beim Einsatz von Solarzellenmodulen mit einerMehrzahl von Solarzellen darin, daß die Solarzellenmodule insgesamthäufignur einen unbefriedigenden Wirkungsgrad aufweisen.Fartheris a problem when using solar cell modules with aPlurality of solar cells in that the solar cell modules in totaloftenonly have an unsatisfactory efficiency.

Dementsprechendliegt eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, eine Anschlußschaltungfür Solarzelleneines Solarzellenmoduls anzugeben, mit der ein hoher Wirkungsgraddes Solarzellenmoduls insgesamt erzielt werden kann.Accordinglyis a further object of the invention is a terminal circuitfor solar cellsspecify a solar cell module, with a high efficiencyof the solar cell module as a whole can be achieved.

Ausgehendvon der eingangs beschriebenen Anschlußschaltung ist diese Aufgabedadurch gelöst, daß die Anschlußschaltungeine gesteuerte elektronische Schaltanordnung zum individuellenSteuern bzw. Regeln einer jeweiligen Solarzelle einer Mehrzahl vonSolarzellen des Solarzellenmoduls aufweist.outgoingfrom the terminal circuit described above, this tasksolved in that the connection circuita controlled electronic switching arrangement for individualControlling a respective solar cell of a plurality ofHaving solar cells of the solar cell module.

Unterdiesem Aspekt der Erfindung ist also vorgesehen, die Betriebsparameterder einzelnen Solarzellen des Solarzellenmoduls individuell zu beeinflussen,um insgesamt einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Insbesondereist es auf diese Weise nämlichmöglich,jede einzelne Solarzelle in ihrem optimalen Betriebszustand zu betreiben,währendbei herkömmlichenSystemen häufig dieschwächste Einheit,also die schwächsteSolarzelle, den Betrieb des gesamten Solarzellenmoduls bestimmthat. Entsprechendes gilt im übrigenauch bei dem Anschluß einerMehrzahl von Solarzellenmodulen.UnderThis aspect of the invention is thus provided, the operating parametersto individually influence the individual solar cells of the solar cell module,to achieve an overall optimum efficiency. Especiallyis it that way?possible,to operate each individual solar cell in its optimum operating statewhileat conventionalSystems often theweakest unit,So the weakestSolar cell, determines the operation of the entire solar cell moduleHas. The same applies in the restalso with the connection of aPlurality of solar cell modules.

DieTatsache, daß dieAnschlußschaltungerfindungsgemäß eine gesteuerteelektronische Schaltanordnung zum individuellen Steuern bzw. Regeln einerjeweiligen Solarzelle einer Mehrzahl von Solarzellen des Solarzellenmodulsaufweist, ist auch insofern vorteilhaft, als daß nicht nur eine Anpassungder Steuerung bzw. Regelung an den jeweiligen Zustand der Solarzellenbei Inbetriebnahme der Solaranlage mit den entsprechenden Solarzellenmöglichist, sondern vielmehr auch ein Ausgleich von Alterungseffekten derSolarzellen ermöglichtwird, so daß durchden Einsatz einer "intelligenten" Schaltung über diegesamte Lebensdauer der Solarzellen bzw. der entsprechenden Solaranlageein optimaler Wirkungsgrad erzielt werde kann.TheFact that theConnected circuitAccording to the invention a controlledelectronic switching arrangement for individually controlling arespective solar cell of a plurality of solar cells of the solar cell moduleis also advantageous in that not only an adaptationthe control or regulation of the respective state of the solar cellswhen commissioning the solar system with the appropriate solar cellspossiblebut rather a balance of aging effects ofSolar cells enabledwill, so that throughthe use of a "smart" circuit over theentire life of the solar cells or the corresponding solar systemOptimal efficiency can be achieved.

ZurLösungder zuletzt genannten Aufgabe ist zusätzlich oder alternativ zu demzuvor ausgeführtenvorgesehen, daß über dieAnschlußkabelder Anschlußschaltungeine Bussteuerung erfolgt.tosolutionThe latter object is additionally or alternatively topreviously executedprovided that over thecablethe connection circuita bus control takes place.

Insbesonderekann dabei vorgesehen sein, daß über dieBussteuerung eine Abfrage oder/und Einstellung von Betriebsparameternder Solarzellen oder/und des Solarzellenmoduls erfolgt. Dies istinsbesondere hilfreich, um den zuvor beschriebenen Betrieb der Solarzellendes Solarzellenmoduls mit jeweils optimalem Wirkungsgrad, insbesondereauch in Abhängigkeitvon Alterungseffekten, zu erreichen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildungder Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die BussteuerungAstro-Funktionen zur Sonnennachführungumfaßt.Das heißt,daß über dieeinfache Eingabe von geographischen Ortsdaten sowie Datum und Uhrzeiteine optimale Ausrichtung beweg- und nachführbarer Solarzellen erzieltwerden kann. Damit stehen die Solarzellen immer im optimalen Winkelzum einfallenden Sonnenlicht, wodurch die Energieausbeute maximiertwird.In particular, it can be provided that a query and / or setting of operating parameters of the solar cell and / or the solar cell module via the bus control. This is particularly helpful to the above-described operation of the solar cell of the solar cell module, each with optimum efficiency, in particular depending on aging effects. According to a preferred embodiment of the invention, however, it can also be provided that the bus control comprises astro functions for sun tracking. This means that the simple input of geographical location data as well as the date and time an optimal alignment of moving and traceable solar cells can be achieved. Thus, the solar cells are always in the optimum angle to the incident sunlight, whereby the energy yield is maximized.

Schließlich istbei allen zuvor genannten Ausgestaltung von Anschlußschaltungenfür Solarzelleneines Solarzellenmoduls gemäß einerbevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß ein Überspannungsschutzele mentzum Schutz der Anschlußschaltungsowie der Solarzellen vor Überspannungen,z. B. durch einen benachbarten Blitzeinschlag, verwendet wird.Finally isin all the aforementioned embodiment of connection circuitsfor solar cellsa solar cell module according to apreferred development of the invention provided that a Überspannungsschutzele managementto protect the connection circuitand the solar cells against surges,z. B. by an adjacent lightning strike is used.

Imeinzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Anschlußschaltungenauszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordnetenPatentansprüchesowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugtenAusführungsbeispielsder Erfindung verwiesen. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematischeine Anschlußschaltunggemäß einem bevorzugtenAusführungsbeispielder Erfindung.in theindividual, there are now a variety of ways, the connection circuits of the inventionto design and develop. For this purpose, the subordinate to the independent claimsclaimsas well as the following detailed description of a preferredembodimentdirected the invention. In the drawing, the single figure shows schematicallya connection circuitaccording to a preferredembodimentthe invention.

DieFigur zeigt dabei eine Solarzelle1, die eine Mehrzahlvon in Reihe geschalteten Strings2 aufweist, die ihrerseitsaus mehreren, im einzelnen nicht mehr dargestellten, ebenfalls inReihe geschalteten Solarzellen bestehen. Das Vorsehen von drei Strings2 für das Solarzellenmodul1 istrein exemplarisch. Ebenso exemplarisch ist für lediglich einen String2 dieAbsicherung übereine Anschlußschaltunggemäß einembevorzugten Ausführungsbeispiel derErfindung gezeigt. Eine entsprechende Absicherung kann natürlich für jedenString vorgesehen sein.The figure shows a solar cell 1 containing a plurality of strings connected in series 2 which in turn consist of several, not shown in detail, also connected in series solar cells. The provision of three strings 2 for the solar cell module 1 is purely exemplary. Likewise exemplary is for only one string 2 the fuse is shown via a connection circuit according to a preferred embodiment of the invention. A corresponding safeguard can of course be provided for each string.

Wiezuvor schon ausgeführt,ist es das Ziel, eine derartige Anschlußschaltung anzugeben, die gewährleistet,daß imFalle einer Abschattung des damit abgesicherten Strings ein Strom-Bypassfür diesenabgeschatteten String erzielt wird, so daß das Solarzellenmodul1 einerseitsweiterhin einsatzbereit bleibt, also einen Strom liefert, und andererseitseine Beschädigungdes abgeschatteten Strings2 verhindert wird. Dazu weistdie Anschlußschaltungeine gesteuerte elektronische Schaltanordnung3 auf, die über eineAnsteuerschaltung4 sowie eine Schalteinrichtung5 verfügt. DieSchalteinrichtung5 wird von zwei Schaltelementen gebildet,nämlichvon zwei gegeneinander gepolten MOS-FETS6,7, die vonder Ansteuerschaltung4 ansteuerbar sind. Im übrigen ist für die Ansteuerschaltung4 einSpeicherkondensator8 vorgesehen, so daß im Falle einer Abschattungdes durch die Anschlußschaltungabgesicherten Strings2 folgender Ablauf ermöglicht wird:
BeiAbschattung des abgesicherten Strings2 und weiterer Beleuchtungder verbleibenden Strings2 des Solarzellenmoduls1 bautsich überden unteren, sperrend wirkenden MOSFET7 aufgrund der parasitären Diodedes oberen MOSFETS2 eine Spannung auf. Die Ansteuerschaltung4 istnun derart ausgelegt, daß siediese Spannung durch teilweises Aufsteuern wenigstens des MOSFETS7 aufca. 20V begrenzt, so daß eineBeschädigungdes abgesicherten Strings2 vermieden wird. In dieser Phaselädt sich derSpeicherkondensator8 strombegrenzt aus der Spannung über denMOSFET7 auf. Sobald der Speicherkondensator8 aufca. 15V aufgeladen ist, werden die MOSFETS6,7 vollständig aufgesteuert,wodurch die überden MOSFETS6,7 anliegende Spannung zusammenbricht.Vom Auftreten der anfänglichenSperrspannung bis zu diesem Zeitpunkt des Zusammenbrechens der Spannungvergehen nur wenige Mikrosekunden.As stated above, the aim is to provide such a connection circuit, which ensures that in the case of shading the thus secured string, a current bypass for this shadowed string is achieved, so that the solar cell module 1 on the one hand remains ready for use, that is, provides a current, and on the other hand damage to the shadowed string 2 is prevented. For this purpose, the connection circuit has a controlled electronic switching arrangement 3 on that via a drive circuit 4 and a switching device 5 features. The switching device 5 is formed by two switching elements, namely of two mutually poled MOS-FETS 6 . 7 that from the drive circuit 4 are controllable. Otherwise, for the drive circuit 4 a storage capacitor 8th provided so that in case of shading of the secured by the connection circuit strings 2 the following procedure is possible:
With shading of the secured string 2 and further lighting of the remaining strings 2 of the solar cell module 1 builds up over the bottom, blocking MOSFET 7 due to the parasitic diode of the upper MOSFET 2 a tension. The drive circuit 4 is now designed such that it this voltage by partially controlling at least the MOSFET 7 limited to approximately 20V, causing damage to the fused string 2 is avoided. In this phase, the storage capacitor loads 8th current limited from the voltage across the MOSFET 7 on. Once the storage capacitor 8th is charged to about 15V, the MOSFETs 6 . 7 completely turned on, causing the over the mosfets 6 . 7 voltage applied collapses. Only a few microseconds pass from the occurrence of the initial blocking voltage to the moment when the voltage breaks down.

Durchden Eigenstromverbrauch der Ansteuerschaltung4 sinkt dieSpannung überdem Speicherkondensator8 und an den Gates der MOSFETS6,7 langsamab. Sobald eine Spannung unterschritten wird, bei der ein vollständige Aufsteuernder MOSFETS6,7 nicht mehr gewährleistetist, schaltet die Ansteuerschaltung4 wenigstens den MOSFET7 ab. Über denMOSFET7 baut sich dann eine Spannung auf, die wiederum,wie oben beschrieben, begrenzt wird. Die Leitendphase der MOSFETS6,7 dauertmehrere zehn Millisekunden. Aufgrund der verglichen zur Leitendphasesehr kurzen spannungsbegrenzten Sperrphase fallen die momentan hohen Verlustleistungen über denMOSFETS6,7 während derSperrphasen damit gegenüberden Leitendverlusten kaum ins Gewicht, so daß insgesamt Verluste deutlichunter denen einer Schottky-Diode erreicht wird.By the own power consumption of the drive circuit 4 the voltage across the storage capacitor drops 8th and at the gates of the mosfets 6 . 7 slowly. As soon as a voltage is undershot, at a full turn on the MOSFETs 6 . 7 is no longer guaranteed, the drive circuit switches 4 at least the MOSFET 7 from. About the MOSFET 7 Then a voltage builds up, which in turn is limited as described above. The conducting phase of the MOSFETS 6 . 7 takes several tens of milliseconds. Due to the very short compared to the Leitendphase voltage-limited blocking phase, the currently high power losses fall over the MOSFETS 6 . 7 During the blocking phase so compared to the Leitendverlusten hardly significant, so that overall losses significantly below that of a Schottky diode is achieved.

DieAnsteuerschaltung4 ist weiterhin derart ausgelegt, daß sie beiBeleuchtung des damit abgesicherten Strings2 nicht versorgtwird, so daß die MOS-FETS6,7 sperren.Außerden geringen Sperrströmender MOSFETS6,7 treten somit durch die gesteuerteelektronische Schaltanordnung3 keinerlei Verluste auf,so daß dieGesamtverluste in der Praxis sogar unter denen von Schottky-Diodenliegen. Darüberhinaus ist bei der vorliegend beschriebenen Anschlußschaltunggemäß einembevorzugten Ausführungsbeispielder Erfindung wesentlich, daß sichdie gesteuerte elektrische Schaltanordnung in der spannungsbegrenztenSperrphase aus den verbleibenden, also noch beleuchteten Strings2 versorgt,so daß keineFremdversorgung erforderlich ist.The drive circuit 4 is further designed so that they illuminate the thus secured string 2 is not supplied, so that the MOS-FETS 6 . 7 lock. Except for the low reverse currents of the MOSFETs 6 . 7 thus occur through the controlled electronic switching arrangement 3 no losses, so that the total losses are in practice even below those of Schottky diodes. Moreover, in the presently described connection circuit according to a preferred embodiment of the invention, it is essential that the controlled electrical switching arrangement in the voltage-limited blocking phase of the remaining, that is still lit strings 2 supplied, so that no external supply is required.

ImErgebnis wird damit eine Anschlußschaltung für Solarzelleneines Solarzellenmoduls erzielt, die genauso unproblematisch einsetzbarist wie eine Anschlußschaltungmit Bypass-Dioden, jedoch wesentlich geringere Verlustleistungenaufweist, so daß eszu deutlich geringeren Erwärmungenkommt.in theThe result is a connection circuit for solar cellsachieved a solar cell module, the same problem-free useis like a connection circuitwith bypass diodes, but significantly lower power lossesso that itto significantly lower warmingcomes.

Claims (12)

Translated fromGerman

Anschlußschaltung,zum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls (1),dadurch gekennzeichnet,daß dieAnschlußschaltungals Schutzeinrichtung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung(3) aufweist.Connection circuit, for the electrical connection of solar cells of a solar cell module ( 1 ),characterized in that the connection circuit as a protective device, a controlled electronic circuit arrangement ( 3 ) having.Anschlußschaltungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte elektronische Schaltanordnung(3) derart ausgelegt ist, daß sie im Fall einer abgeschattetenSolarzelle als Strom-Bypass fürdie abgeschattete Solarzelle wirkt.Connection circuit according to Claim 1, characterized in that the controlled electronic circuit arrangement ( 3 ) is designed so that it acts as a current bypass for the shaded solar cell in the case of a shaded solar cell.Anschlußschaltungnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerteelektronische Schaltanordnung (3) eine Ansteuerschaltung (4)und eine von der Ansteuerschaltung (4) ansteuerbare Schalteinrichtung(5) aufweist, wobei die Schalteinrichtung (5)parallel zu wenigstens einer Solarzelle geschaltet ist und im Falleeiner Abschattung der Solarzelle von der Ansteuerschaltung (4)wenigstens zeitweise aufgesteuert wird, so daß ein Strom-Bypass für die abgeschattete Solarzelleerzielt wird.Connecting circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that the controlled electronic switching arrangement ( 3 ) a drive circuit ( 4 ) and one of the drive circuit ( 4 ) controllable switching device ( 5 ), wherein the switching device ( 5 ) is connected in parallel to at least one solar cell and in the case of shading of the solar cell of the drive circuit ( 4 ) is at least temporarily turned on, so that a current bypass for the shaded solar cell is achieved.Anschlußschaltungnach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (5)zwei in Reihe geschaltete und von der Ansteuerschaltung (4)angesteuerte elektrische oder elektronische Schaltelemente (6,7)aufweist.Connecting circuit according to Claim 3, characterized in that the switching device ( 5 ) two in series and by the drive circuit ( 4 ) controlled electrical or electronic switching elements ( 6 . 7 ) having.Anschlußschaltungnach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelemente (6,7)zwei gegeneinander gepolte Transistoren, vorzugsweise MOSFETS, vorgesehensind.Connecting circuit according to claim 4, characterized in that as switching elements ( 6 . 7 ) are provided two mutually poled transistors, preferably MOSFETs.Anschlußschaltungnach einem der Ansprüche 3bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Ansteuerschaltung(4) überden von den nicht abgeschatteten Solarzellen des Solarzellenmoduls(1) erzeugten Strom erfolgt.Connection circuit according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the power supply of the drive circuit ( 4 ) over that of the unshaded solar cells of the solar cell module ( 1 ) electricity is generated.Anschlußschaltungnach einem der Ansprüche 3bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ansteuerschaltung (4)ein Speicherkondensator (8) vorgesehen ist.Connection circuit according to one of Claims 3 to 6, characterized in that for the drive circuit ( 4 ) a storage capacitor ( 8th ) is provided.Anschlußschaltung,zum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls, insbesondere nach einem derAnsprüche1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschaltung einegesteuerte elektronische Schaltanordnung zum individuellen Steuernbzw. Regeln einer jeweiligen Solarzelle einer Mehrzahl von Solarzellendes Solarzellenmoduls aufweist.Line circuit,for the electrical connection ofSolar cells of a solar cell module, in particular according to one ofclaims1 to 7, characterized in that the connection circuit acontrolled electronic switching arrangement for individual controlor rules of a respective solar cell of a plurality of solar cellsof the solar cell module.Anschlußschaltung,zum elektrischen Anschluß vonSolarzellen eines Solarzellenmoduls, insbesondere nach einem derAnsprüche1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß über die Anschlußkabel derAnschlußschaltungeine Bussteuerung vorgesehen ist.Line circuit,for the electrical connection ofSolar cells of a solar cell module, in particular according to one ofclaims1 to 8, characterized in that via the connecting cable of theConnected circuita bus control is provided.Anschlußschaltungnach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Bussteuerung eine Abfrageoder/und Einstellung von Betriebsparametern erfolgt.Connected circuitaccording to claim 9, characterized in that via the bus control a queryor / and adjustment of operating parameters.Anschlußschaltungnach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die BussteuerungAstro-Funktionen, insbesondere zur Sonnennachführung, umfaßt.Connected circuitaccording to claim 9 or 10, characterized in that the bus controlAstro-functions, in particular for Sonnennachführung included.Anschlußschaltungnach einem der Ansprüche1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überspannungsschutzelement zumSchutz der Anschlußschaltungsowie der Solarzellen vor Überspannungenvorgesehen ist.Connected circuitaccording to one of the claims1 to 11, characterized in that an overvoltage protection element forProtection of the connection circuitas well as the solar cells against overvoltagesis provided.