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Title:
SOLAR-CELL MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/243069
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a solar-cell module having at least a first, a second and a third module segment, wherein each of the module segments has a plurality of photovoltaic solar cells interconnected in series. The invention is characterized in that the solar cells of the module segments are arranged on or in a curved, flat carrier element, wherein each solar cell is assigned a solar-cell normal vector, the solar-cell module is assigned a solar-cell-module normal vector, which corresponds to the vectorial mean value of the solar-cell normal vectors, each solar cell is assigned a tilting angle, which corresponds to the angle between the solar-cell normal vector of the solar cell and the solar-cell-module normal vector, and each module segment is assigned a tilting-angle range, the limits of which are determined by the minimum and maximum tilting angles of the solar cells of the module segment, in that the tilting-angle ranges of at least two module segments are disjunct, in that the module segments are interconnected in parallel, in that each module segment has the same number of solar cells, and in that each solar cell of a module segment is arranged directly adjacent to at least one further solar cell of the same module segment.

Inventors:
NEVEN-DU MONT SEBASTIAN (DE)
HEINRICH MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/062328
Publication Date:
November 24, 2022
Filing Date:
May 06, 2022
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
H02S20/22; B60K16/00; B60L8/00; H01L31/05; H02S20/30
Domestic Patent References:
WO2021095648A12021-05-20
Foreign References:
US20120133322A12012-05-31
Other References:
BAÑALES IZCO FERNANDO ET AL: "Fabrication of solar panels on the surface of a solar car", PROJECT REPORT, 29 July 2010 (2010-07-29), pages 1 - 65, XP055939527, Retrieved from the Internet [retrieved on 20220707]
H. HANIFI ET AL: "A Simulation Based Optical and Electrical Approach to Estimate Energy Yield of Various Designs of Curved Modules", PROC. OF THE 32ND EU-PVSEC, 20 June 2016 (2016-06-20) - 24 June 2016 (2016-06-24), pages 2041 - 2045, XP040680193, ISBN: 3-936338-41-8, DOI: 10.4229/EUPVSEC20162016-5BV.2.62
UNO MASATOSHI ET AL: "Differential Power Processing Converter Enhancing Energy Yield of Curved Solar Roofs of Plug-In Hybrid Electric Vehicles", IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, IEEE, USA, vol. 69, no. 12, 29 October 2020 (2020-10-29), pages 14689 - 14700, XP011833099, ISSN: 0018-9545, [retrieved on 20210122], DOI: 10.1109/TVT.2020.3034715
S. NEVEN-DU MONT ET AL: "Energy Yield Simulation of 3D Curved VIPV Modules", PROC. OF THE 38TH EU-PVSEC, 6 September 2021 (2021-09-06) - 10 September 2021 (2021-09-10), pages 1421 - 1428, XP040721972, ISBN: 3-936338-78-7, DOI: 10.4229/EUPVSEC20212021-6DO.8.6
Attorney, Agent or Firm:
LBP LEMCKE, BROMMER & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Solarzellenmodul, mit zumindest einem ersten, einem zweiten und einem dritten Modulsegment (1 a, 1 b, 1 c), wobei jedes der Modulsegmente (1 a - 11) eine Mehrzahl in Reihe verschalte- ter photovoltaischer Solarzellen (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (2) der Modulsegmente (1 a - 11) an oder in einem ge krümmten, flächigen Trägerelement (3, 3a) angeordnet sind, wobei jeder So larzelle ein Solarzellen-Normalenvektor zugeordnet ist, dem Solarzellenmo dul ein Solarzellenmodul-Normalenvektor (4) zugeordnet ist, welcher dem vektoriellen Mittelwert der Solarzellen-Normalenvektoren entspricht, jeder Solarzelle (2) ein Kippwinkel zugeordnet ist, welcher dem Winkel zwischen dem Solarzellen-Normalenvektor der Solarzelle (2) und dem Solarzellenmo dul-Normalenvektor (4) entspricht und jedem Modulsegment ein Kippwinkel bereich zugeordnet ist, dessen Grenzen durch den minimalen und maximalen Kippwinkel der Solarzellen (2) des Modulsegments (1 a - 11) bestimmt sind, dass die Kippwinkelbereiche von zumindest zwei Modulsegmenten (1 a - 11) disjunkt sind, dass die Modulsegmente (1 a - 11) parallel verschaltet sind, dass jedes Modulsegment (1 a - 11) die gleiche Anzahl an Solarzellen (2) auf weist und dass jede Solarzelle (2) eines Modulsegments (1 a - 11) unmittelbar benach bart zu zumindest einer weiteren Solarzelle (2) desselben Modulsegments (1 a - 11) angeordnet ist.

2. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul zumindest 5, insbesondere zumindest 10, weiter bevorzugt zumindest 20 Modulsegmente (1 a - 11) aufweist.

3. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul zumindest 3, insbesondere zumindest 5, weiter bevorzugt zumindest 10 Modulsegmente (1 a - 11) mit disjunkten Winkelberei chen auf. 4. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Modulsegmente (1 a - 11) des Solarzellenmoduls die gleiche Anzahl an Solarzellen (2) aufweisen. 5. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (2) jedes Modulsegments (1 a - 11) seriell verschaltet sind. 6. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul zumindest eine Modulsegment (1 c, 1 d , 1 i , 1 h) aufweist, welches an zwei Seiten eines benachbarten Modulsegments an grenzt, insbesondere, welches zumindest eine Ecke eines benachbarten Mo- dulsegments umgreift.

7. Solarzellenmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul eine Gruppe von zumindest zwei Modulsegmen- ten (1 c, 1 d , 1 i, 1 h), insbesondere von vier Modulsegmenten (1 c, 1 d , 1 i, 1 h) aufweist, welche zumindest ein Mitten-Modulsegment (1 a, 1 b), insbesondere zwei Mitten-Modulsegmente (1 a, 1 b) umschließen.

8. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (2) des Solarzellenmoduls rückseitig kontaktierbare So larzellen ausgebildet sind.

Description:
Solarzellenmodul

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Solarzellen sind empfindliche Halbleiterbauelemente. Um diese gegen Umwelt einflüsse langzeitbeständig zu schützen und handhabbare elektrische Aus gangsparameter zu erreichen, werden Solarzellen typischerweise elektrisch ver schaltet und in einem Modulaufbau eingekapselt.

Bei typischen Solarmodulen sind die Solarzellen auf einem flächigen, ebenen Trägerelement angeordnet und in mehrere Modulsegmente unterteilt. Jedes Mo dulsegment weist typischerweise mehrere parallel verschaltete Solarzel lenstränge (Strings) auf. Jeder Solarzellenstrang weist eine Mehrzahl in Reihe verschalteter photovoltaischer Solarzellen auf.

Durch die weltweite Hochskalierung der Produktion von Solarzellen sind die Herstellkosten deutlich gesunken, sodass sich neue Anwendungsfälle auch für solche Flächen ergeben, die nicht optimal zur Sonne ausgerichtet sind und dem entsprechend einen geringeren spezifischen Ertrag aufweisen. Solche Flächen sind beispielsweise Hauben und Dächer von Fahrzeugen, insbesondere von Personenkraftwagen, ebenso auch Gebäudefassaden und Gebäudehüllen.

Es besteht daher ein Bedarf, Solarzellen in gekrümmte Flächen zu integrieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Solarzellen modul zur Verfügung zu stellen, welches für die Anordnung der Solarzellen an oder in gekrümmten Trägerelementen geeignet ist.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 1. Vorteil hafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass bei der typischen Verwen dung von Solarzellen bei Anwendungen mit gekrümmten Flächen besondere An forderungen bestehen:

Grundsätzliches Ziel bei der Herstellung von Solarzellenmodulen ist eine Ver schaltung der Solarzellen und der Solarzellenstränge, die eine einfache Herstel lung ermöglicht sowie elektrisch sicher und effizient ist. Insbesondere soll das Entstehen sogenannter Hotspots bei Teilverschattung vermieden werden: Es ist bekannt, dass bei teilweiser Verschattung eines Solarzellenmoduls ein Risiko besteht, dass bei verschatteten Solarzellen aufgrund des Betriebs der (teil-)ver- schatteten Solarzelle im Rückwärtsbereich eine große Wärmeentwicklung auf- tritt, welche die Integrität des Moduls beeinträchtigen kann, bis hin zu einer Zer störung des Moduls. Weiterhin sollen geringe ohmsche Verluste bei der Modul verschaltung auftreten und ebenso ist ein geringer Materialaufwand vorteilhaft.

Bei der Verwendung der Solarzellen in Anwendungsbereichen mit gekrümmten Oberflächen muss das Solarzellenmodul eine zweidimensionale oder dreidimen sionale Krümmung aufweisen. Hierdurch wird die Modulauslegung nochmals er heblich komplexer. Durch eine Krümmung haben unterschiedliche Solarzellen des Moduls unterschiedliche Orientierungen gegenüber dem einfallenden Son nenlicht. Da die Ladungsträgergeneration innerhalb der Solarzellen und somit die Umwandlung einfallender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Ener gie direkt proportional zur Einstrahlungsintensität ist, entsteht bei einer Serien verschaltung von unterschiedlich zum einfallenden Sonnenlicht orientierten So larzellen ein Unterschied in der Größe des erzeugten Stroms, ein sogenannter Strom-Mismatch. Hierbei limitiert die Solarzelle mit der geringsten Stromproduk tion die Leistung des gesamten Strangs. Der gleiche Effekt tritt bei der Serien verschaltung von Strängen an unterschiedlichen Krümmungspositionen im So larzellenmodul auf.

Im Gegensatz zu dem erzeugten Strom einer Solarzelle ist die erzeugte Span nung einer Solarzelle deutlich geringer abhängig von der Einstrahlungsintensität und insbesondere der Orientierung zu dem einfallenden Sonnenlicht. Aus die sem Grund wirkt sich eine inhomogene Einstrahlung auf die Solarzelle bedingt durch eine Krümmung des Solarzellenmoduls deutlich weniger nachteilig auf die Spannung eines Strangs aus. Die Erfindung ist insbesondere in der Erkenntnis begründet, dass für die Ausbil dung eines Solarzellenmoduls mit gekrümmter Fläche eine Reihenverschaltung von Solarzellen mit ähnlichen Neigungswinkeln gegenüber dem einfallenden Sonnenlicht und eine Parallelverschaltung von Solarzellen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gegenüber dem einfallenden Sonnenlicht vorteilhaft ist.

Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul weist zumindest ein erstes, ein zwei tes und ein drittes Modulsegment auf. Jedes der Modulsegmente weist eine Mehrzahl in Reihe verschalteter photovoltaischer Solarzellen auf.

Wesentlich ist, dass die Solarzellen der Modulsegmente an oder in einem ge krümmten flächigen Trägerelement angeordnet sind. Jeder Solarzelle ist ein So- larzellen-Normalenvektor zugeordnet. Der Solarzellen-Normalenvektor ist somit ein Vektor, der orthogonal auf der Ebene steht, welche durch die Oberfläche der Solarzelle gebildet ist. Die Solarzellen weisen eine im Wesentlichen ebene Oberfläche auf, sodass der Normalenvektor eindeutig definiert ist. Ebenso kön nen die Solarzellen geringfügige Krümmungen aufweisen, in diesem Fall stellt der Solarzellen-Normalenvektor diejenige Raumrichtung dar, aus welcher bei Bestrahlung mit Sonnenlicht die maximale Ausgangsleistung erzielt wird. Dies ist typischerweise der vektorielle Mittelwert, wenn einzelnen flächigen Bereichen der Solarzelle jeweils ein Normalenvektor zugeordnet wird.

Dem Solarzellenmodul ist ein Solarzellenmodul-Normalenvektor zugeordnet, welcher dem vektoriellen Mittelwert der Solarzellen-Normalenvektoren ent spricht. Die Richtung des Solarzellenmodul-Normalenvektors stellt somit eine besonders vorteilhafte Einfallsrichtung für Sonnenlicht dar.

Jeder Solarzelle ist ein Kippwinkel zugeordnet, welcher den Winkel zwischen dem Solarzellen-Normalenvektor der Solarzelle und dem Solarzellenmodul-Nor- malenvektor entspricht.

Jedem Modulsegment ist ein Kippwinkelbereich zugeordnet, dessen Grenzen durch den minimalen und maximalen Kippwinkel der Solarzellen des Modulseg ments bestimmt sind. Wesentlich ist, dass die Kippwinkelbereiche von zumindest zwei Modulsegmen ten disjunkt sind, dass die Modulsegmente parallel verschaltet sind, dass jedes Modulsegment die gleiche Anzahl an Solarzellen aufweist und dass jede Solar zelle eines Modulsegments unmittelbar benachbart zu zumindest einer weiteren Solarzelle desselben Modulsegments angeordnet ist.

Durch diese Ausgestaltung und Anordnung der Solarzellen und Unterteilung in Modulsegmente liegen somit zumindest zwei Modulsegmente mit disjunkten Kippwinkelbereichen vor, diese Modulsegmente sind parallel verschaltet und je- des Modulsegment weist eine Mehrzahl in Reihe verschalteter photovoltaischer Solarzellen auf. Ein Strom-Mismatch aufgrund der unterschiedlichen Kippwinkel, welche sich wie zuvor beschrieben, insbesondere auf die Stromstärke der Solar zelle auswirken, wird durch die Parallelschaltung der Modulsegmente verringert. Da jedes Modulsegment die gleiche Anzahl an Solarzellen aufweist und wie zu vor beschrieben unterschiedliche Kippwinkel eine gegenüber der Stromstärke deutlich geringere Auswirkung auf die Ausgangsspannung der Solarzelle haben, sind die Unterschiede der Gesamtspannung der einzelnen Modulsegmente ver gleichsweise gering.

Um negative Auswirkungen aufgrund eines Strom-Mismatchs zu vermeiden oder zumindest zu verringern, ist es vorteilhaft, dass eine große Anzahl an Modulseg menten ausgebildet ist. Vorteilhafterweise weist das Solarzellenmodul zumin dest fünf, zumindest acht, insbesondere zumindest zehn, weiter bevorzugt zu- mindest 20 Modulsegmente auf, wobei jedes Modulsegment gemäß der zuvor zu dem ersten, zweiten und dritten Modulsegment genannten Bedingungen ausge bildet ist.

Insgesamt ist es vorteilhaft, dass eine große Anzahl an dies disjunkter Winkel- bereiche vorgegeben ist, um den Strom-Mismatch zu verringern. Vorteilhafter weise weist das Solarzellenmodul daher zumindest drei, insbesondere zumin dest fünf, weiter bevorzugt zumindest zehn Modulsegmente mit disjunkten Win kelbereichen auf. Um eine möglichst einheitliche Gesamtspannung aller Modulsegmente zu erzie len ist es vorteilhaft, dass alle Modulsegmente des Solarzellenmoduls die glei che Anzahl an Solarzellen aufweisen. Ein Modulsegement weist bevorzugt zu mindest zwei, bevorzugt zumindest 3, weiter bevorzugt zumindest 4, weiter be vorzugt zumindest 8 Solarzellen auf.

Um einen möglichst geringen Strom-Mismatch zu erzielen ist es vorteilhaft, dass die Solarzellen jedes Modulsegments seriell verschaltet sind, d. h. in einer Rei henverschaltung verschaltet sind.

Die Modulsegmente des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls können an sich beliebige geometrische Formen, welche durch die Anordnung der Solarzellen des Solarzellenmoduls vorgegeben sind, aufweisen. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass ein oder mehrere der Modulsegmente eine recht eckige Form oder eine L-Form aufweisen.

Die Solarzellen des Solarzellenmoduls sind bevorzugt in an sich bekannter Weise angeordnet, sodass die Solarzellen eine gleichmäßige Anordnung inner halb einer rechteckigen Umrandung bilden. Insbesondere sind die Mittelpunkte der Solarzellen bevorzugt auf den Gitterlinien eines gleichmäßigen, rechtecki gen Gitters angeordnet.

Das Aufteilen des Solarzellenmoduls in Modulsegmente wie zuvor beschrieben ermöglicht somit, die Krümmung des Solarzellenmoduls in mehrere Krümmungs bereiche zu unterteilen und jedem Krümmungsbereich ein oder mehrere Modul segmente zuzuordnen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass das Solarzel lenmodul eine Gruppe von zumindest zwei Modulsegmenten, insbesondere von vier Modulsegmenten aufweist, welche zumindest ein Mittelmodulsegment, ins besondere zwei Mittelmodulsegmente umschließen.

Durch eine solche Anordnung wird eine Krümmung in zwei Raumrichtungen an genähert.

Die Solarzellen des Solarzellenmoduls können in an sich bekannter Weise aus gebildet sein. Insbesondere können an sich bekannte beidseitig kontaktierte So larzellen, welche mittels Zellverbinder, welche die Vorderseite einer Solarzelle mit der Rückseite einer benachbarten Solarzelle verbinden, in Reihe verschaltet sein. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass quadratische Solarzellen, Solarzellen mit abgeflachten Ecken (Pseudosquare) oder auch rechteckige So larzellen mit einem Längen- zu Breitenverhältnis größer 1 , insbesondere größer 1 ,5, insbesondere größer 2 verwendet werden. Insbesondere liegt die Verwen dung von sogenannten Teilsolarzellen, welche aus der Zellteilung einer Aus gangssolarzelle, insbesondere einer quadratischen Ausgangssolarzelle entste hen, im Rahmen der Erfindung. Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul ist insbesondere zur Verwendung von Silizium-Solarzellen geeignet. Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, Solarzellen, die auf anderen Halbleitermaterialien basieren oder aus einer Kom bination mehrerer Halbleitermaterialien basieren, zur Ausbildung des erfin dungsgemäßen Solarzellenmoduls zu verwenden.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von rückseitig kontaktierbaren Solar zellen. Solche Solarzellen weisen rückseitig sowohl zumindest einen positiven als auch einen negativen Kontaktierungspunkt auf, sodass es nicht notwendig ist, mittels eines Zellverbinders die Vorderseite der Solarzelle zu kontaktieren. Solche Solarzellen sind beispielsweise Rückseitenkontakt-Solarzellen, welche an der Vorderseite keine metallische Kontaktierungsstruktur aufweisen. Ebenso sind MWT-Strukturen (Metal Wrap Through) bekannt, bei welchen mittels einer metallischen Durchverbindung von der Vorderseite zur Rückseite der Solarzelle eine zusätzliche rückseitige Kontaktierungsmöglichkeit ausgebildet wird.

Rückseitig kontaktierbare Solarzellen weisen den Vorteil auf, dass mittels an der Rückseite angeordneter Zellverbindungselemente die Reihenschaltung der So larzellen innerhalb eines Solarzellensegments und in einer weiteren bevorzug ten Ausführungsform auch die Parallelverschaltung der Modulsegmente ausge- bildet werden kann. Insbesondere ist die Verwendung eines flexiblen Verschal tungselements, welches elektrisch leitende Bahnen aufweist, vorteilhaft. Ein sol ches Verschaltungselement kann beispielsweise als strukturierte, mit Metall be schichtete Folie ausgebildet sein. Für ein vorgegebenes, gekrümmtes flächiges Trägerelement und eine vorgege bene Anzahl und Ausgestaltung an Solarzellen kann die Aufteilung in Modulseg mente wie nachfolgend beschrieben durchgeführt werden: Ist beispielsweise das flächige Trägerelement als Dach eines Personenkraftwa gens vorgegeben und sind Solarzellen vorgegeben, welche eine einheitliche Breite und Länge aufweisen, so können die Solarzellen wie zuvor beschrieben in regelmäßiger Anordnung über die gewünschte, abzudeckende Fläche verteilt werden, sodass der Mittelpunkt jeder Solarzelle auf dem Kreuzungspunkt eines regelmäßigen, rechteckigen Gitters, welches die gekrümmte Form des flächigen Trägerelements nachbildet, angeordnet sind.

Die Anordnung der Solarzellen auf oder in dem gekrümmten flächigen Trä gerelement gibt die Neigung der Solarzellen vor, sodass durch den vektoriellen Mittelwert der Solarzellen-Normalenvektoren der Solarzellenmodul-Normalen vektor bestimmt ist und für jede Solarzelle der Kippwinkel als Winkel zwischen dem Solarzellenmodul-Normalenvektor und Solarzellen-Normalenvektor der So larzelle bestimmt ist. In einer vorteilhaft möglichen Ausgestaltung zur Aufteilung des Solarzellenmo duls in Modulsegmente wird eine maximale Abweichung der Neigungswinkel ei nes Modulsegments vorgegeben. Die Solarzellen werden nun zu Gruppen zu sammengefasst, sodass innerhalb jeder Gruppe die Anzahl der Solarzellen ma ximiert wird, jedoch der Winkelbereich der Gruppe, d. h. die Differenz der Solar- zelle mit dem kleinsten und dem größten Kippwinkel in der Gruppe, nicht größer als der vorgegebene maximale Winkelbereich ist. Die Gruppe mit der geringsten Anzahl an Solarzellen bestimmt die Gesamtanzahl an Solarzellen der Modulseg mente. Es werden nun gemäß dieser Anzahl alle Gruppen derart aufgeteilt, dass jedes Modulsegment die bestimmte Anzahl an Solarzellen aufweist. Wie zuvor beschrieben ist ein Modulsegment hierbei ein zusammenhängendes Gebiet, d. h. jede Solarzelle eines Modulsegments grenzt an zumindest eine weitere Solar zelle desselben Modulsegments an. Angrenzende Zellen gelten auch Solarzel len, deren Ecken an einander grenzen. Je höher ein gewünschter Ertrag des gewölbten Moduls vorgegeben wird, desto kleiner muss der maximale Winkelbereich gewählt werden. Daher ist es vorteil haft, dass jedes Modulsegment eine Winkelspanne, d.h. die Differenz des mini malen und maximalen Kippwinkels des Modulsegments aufweist, die bevorzugt kleiner gleich 60 Grad, weiter bevorzug kleiner gleich 30 Grad insbesondere kleiner gleich 15 Grad ist. Zur Erzielung besonders hoher Erträge ist es vorteil haft, dass jedes Modulsegment eine Winkelspanne kleiner 12 Grad, bevorzugt kleiner 8 Grad, insbesondere bevorzugt kleiner 4 Grad, insbesondere kleiner 2 Grad aufweist.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen werden nachfolgend an hand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert.

Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Solarzellenmoduls. Die Figur 1 a zeigt in Teilbild a schematisch die Aufteilung der Modulsegmente und im Teilbild b eine Schnittdarstellung zur Ver deutlichung der Krümmung des Solarzellenmoduls und der Kippwinkel der Solar zellen. Figur 2a zeigt entsprechend erläuternde Figuren für das Ausführungsbei spiel gemäß Figur 2 und Figur 3a entsprechend erläuternde Figuren für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3.

Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.

Die Solarzellen sind in den Figuren 1 , 2 und 3 jeweils als Rechtecke dargestellt, wobei mittels eines Pfeils jeweils die Durchlassrichtung der Solarzelle gekenn zeichnet ist.

Das in Figur 1 dargestellte erst Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls weist ein erstes Modulsegment 1 a, ein zweites Modulseg ment 1 b und ein drittes Modulsegment 1 c auf. Die Aufteilung der Modulseg mente ist in Figur 1 a, Teilbild a) ersichtlich.

Jedes der drei Modulsegmente weist 18 in Reihe verschalteter photovoltaischer Solarzellen auf. Die Solarzellen sind als Silizium-Solarzellen ausgebildet. Die Solarzellen der Modulsegmente 1 a, 1 b und 1 c sind an einem gekrümmten, flächigen Trägerelement 3, vorliegend einem Dach eines Personenkraftwagens, angeordnet.

Das Trägerelement 3 weist vorliegend eine einheitliche Krümmung in lediglich einer Raumrichtung auf: in der Darstellung gemäß Figur 1 a, Teilbild a) weist das Trägerelement 3 in der mit A gekennzeichneten Richtung eine Krümmung mit Krümmungsradius 1500 mm auf. In der mit B gekennzeichneten Richtung weist das Trägerelement hingegen keine Krümmung auf.

In Figur 1 a, Teilbild b) ist ein Schnitt durch das Solarzellenmodul entlang der Li nie A gemäß Teilbild a) und senkrecht zur Zeichenebene dargestellt mit dem ge krümmten, transparenten Trägerelement 3, in welchem die Solarzellen 2 ange ordnet sind. Zu jeder Solarzelle ist der Normalenvektor, der senkrecht auf der Oberfläche der Solarzelle steht, als Pfeil dargestellt. Der vektorielle Mittelwert der Solarzellen-Normalenvektor ergibt den Solarzellenmodul-Normalenvektor 4. Dieser entspricht vorliegend dem Solarzellen-Normalenvektor der mittleren So larzelle, welche entsprechend einen Kippwinkel von 0° aufweist.

Der Winkel zwischen dem Solarzellenmodul-Normalenvektor 4 und dem Solar zellen-Normalenvektor einer Solarzelle ergibt den Kippwinkel dieser Solarzelle. Die Kippwinkel sind für jede Solarzelle jeweils über dem Solarzellen-Normalen vektor angegeben.

Wie zuvor erläutert, weist das Trägerelement 3 gemäß dem ersten Ausführungs beispiel lediglich eine einheitliche Krümmung in Richtung A gemäß Figur 1 a, Teilbild a) auf.

Entsprechend weisen alle Solarzellen des ersten Modulsegments 1 a und des dritten Modulsegments 1 c einen der Kippwinkel 8°, 12° oder 16° auf. Die Solar zellen des zweiten Modulsegments 1 b weisen einen Kippwinkel 0° oder 4° auf.

Dem ersten Modulsegment 1 a und dem dritten Modulsegment 1 c sind somit Kippwinkelbereiche 8° bis 16° zugeordnet. Dem zweiten Modulsegment 1 b ist ein Kippwinkelbereich 0° bis 4° zugeordnet. Der Kippwinkelbereich des zweiten Modulsegments 1 b ist somit disjunkt zu dem Kippwinkelbereich des ersten Mo dulsegments 1 a und des dritten Modulsegments 1 c.

Wie in Figur 1 ersichtlich, ist über Leiterbahnen jeweils der positive Pol der ers ten Solarzelle eines Modulsegments mit einem positiven Anschlusspol 5a ver bunden. Entsprechend ist jeweils der negative Pol der letzten Solarzelle in der Reihenschaltung eines jeden Modulsegments über Leiterbahnen mit einem ne gativen Anschlusspol 5b verbunden. Die drei Modulsegmente 1 a, b und 1 c sind somit parallel verschaltet.

Jedes Modulsegment weist die gleiche Anzahl an Solarzellen auf, vorliegend 18 Solarzellen. Jede Solarzelle eines Modulsegments ist unmittelbar benachbart zu zumindest einer weiteren, vorliegend zu zumindest zwei weiteren Solarzellen desselben Modulsegments angeordnet.

Das in den Figuren 2 und 2a dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines Er findungsgemäßen Solarzellenmoduls unterscheidet sich von dem ersten Ausfüh rungsbeispiel, in dem das Trägerelement 3a des zweiten Ausführungsbeispiels Krümmungen in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen aufweist:

Gemäß der Darstellung in Figur 2a, weist das Trägerelement 3a in Richtung A eine einheitliche Krümmung mit Krümmungsradius 2000 mm und in Richtung B eine einheitliche Krümmung mit Krümmungsradius 1500 mm auf.

Jeder Solarzelle 2 ist wiederum ein Solarzellen-Normalenvektor zugeordnet, der senkrecht auf der Oberfläche der Solarzelle steht und der Vektorielle Mittelwert der Solarzellen-Normalenvektoren ergibt den Solarzellenmodul-Normalenvektor, der in der Darstellung der Figuren 2 und 2a jeweils senkrecht zur Zeichenebene steht.

In Figur 2a ist für jede Solarzelle jeweils der Kippwinkel angegeben, welcher sich als Winkel zwischen dem Solarzellen-Normalenvektor der Solarzelle und den Solarzellenmodul-Normalenvektor ergibt. Wie weiterhin in Figur 2a ersichtlich, weist das zweite Ausführungsbeispiel fünf Modulsegmente auf. Um ein erstes Modulsegment 1 a sind vier weitere Modul segmente 1 b, 1 c, 1 d und 1 e angeordnet. Wie in Figur 2 ersichtlich, weist jedes der vier Modulsegmente jeweils sechs Solarzellen auf, die in Reihe verschaltet sind.

Aus Figur 2a ist ersichtlich, dass dem ersten Modulsegment 1 a ein Kippwinkel bereich von 3° bis 5° zugeordnet ist, wohingegen den Modulsegmenten 1 b, 1 c, 1 d und 1 e jeweils ein Kippwinkelbereich 10° bis 20° zugeordnet ist. Es liegen somit zwei disjunkte Kippwinkelbereiche vor. Die Winkelspanne für Modulseg ment 1 a beträgt somit 2° und für die Modulsegmente 1 b, 1 c, 1 d und 1 e jeweils 10

Das Solarzellenmodul gemäß dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungs beispiel weist somit vier Modulsegmente 1 b, 1 c, 1 d und 1 e auf, welche ein Mit- ten-Modulsegment, das erste Modulsegment 1 a, umschließen.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Solarzellen im mittleren Bereich des Moduls, die relativ geringe Kippwinkel haben, weil sie Nahe am Scheitelpunkt der Wölbung sind, in ein Segment gruppiert werden. Dadurch reduziert sich die maximale Differenz des Kippwinkelbereichs der Segmente mit großen Kippwin keln, wodurch der Ertrag des Moduls gesteigert wird.

In den Figuren 3 und 3a ist ein drittes Auszugsbeispiel eines erfindungsgemä ßen Solarzellenmoduls dargestellt, welches eine Weiterbildung des in den Figu ren 2 und 2a dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels ist. Im Folgenden wird zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die wesentlichen Unter schiede eingegangen.

Das Trägerelement 3a des dritten Ausführungsbeispiels weist in Richtung A und in Richtung B unterschiedliche Krümmungsradien auf.

Das Solarzellenmodul des dritten Ausführungsbeispiels weist jedoch zehn Mo dulsegmente 1 a bis 11 auf. Jedes der Modulsegmente weist vier in Reihe ge schaltete Solarzellen 2 auf. Zwei Mitten-Modulsegmente 1 a und 1 b sind von ei- ner Gruppe von vier Modulsegmenten 1 c, 1 d , 1 e und 1f umschlossen. Am obe ren und unteren Rand gemäß der Darstellung in den Figuren 3 und 3a sind zu sätzlich jeweils drei quadratische Modulsegmente 1 g, 1 h und 1 i sowie 1 j , 1 k und 11 angeordnet.

Wie in Figur 3 ersichtlich, sind alle Modulsegmente parallel verschaltet.

In Figur 3a, Teilbild b) ist für jede Solarzelle 2 des Modulsegments gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel jeweils der Kippwinkel angegeben. Hierdurch erge- ben sich für die Modulsegmente folgende Kippwinkelbereiche: Diese Aufteilung ergibt den Vorteil, dass die Winkelbereiche eine maximale Dif ferenz von 5° nicht überschreiten. Zudem haben die Solarzellen in den Segmen ten eine ähnliche Orientierung zur Sonne. Bezugszeichenliste

1 a erstes Modulsegment

1 b zweites Modulsegment

1 c drittes Modulsegment 1 e bis 11 Modulsegmente 2 Solarzelle

3, 3a T rägerelement 4 Solarzellenmodul-Normalenvektor

5a, 5b Anschlusspole