CN116779691A - 太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

太阳能电池模块由多个布置在金属基板的表面上的太阳能电池单元构成，其中，每个太阳能电池单元具有带有上侧和下侧的载体、布置在载体的上侧上的并且构造为太阳能电池的半导体本体和布置在半导体本体上的次级光学元件，其中，每个太阳能电池单元的载体分别覆盖基板的表面的第一区域，并且每个载体的下侧借助能导热的和电绝缘的粘附介质与基板的表面上的第一区域力配合地连接，其中，关于每个载体，所述基板的表面的、在垂直于基板的表面延伸的投影中完全包围该载体的第二区域完全以粘附介质覆盖。

Description

太阳能电池模块
本申请是申请日为2017年7月15日、申请号为201780058133.6(PCT/EP2017/000850)、发明名称为“太阳能电池模块”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块。
背景技术
太阳能电池接收装置例如由WO 2014/019652 A1或者EP 2 073 279 A1公知，其典型地具有布置在载体上的构造为太阳能电池的半导体本体和布置在半导体本体的接收面上的大多呈透镜形式的次级光学元件。
为了电接触，半导体本体具有第一连接触点和第二连接触点，其中，每个连接触点与布置在载体上的接触面、例如印刷导线区域电连接。
为了将太阳光传导到太阳能电池的表面上，在次级光学元件的上方布置呈环带透镜形式的初级光学元件。此类系统也称为CPV(聚光光伏发电)系统。太阳光的集中系数为50以上。通常，多倍太阳能电池用作太阳能电池。
在一个模块中，多个太阳能电池接收装置大多彼此隔开间距地布置在金属基板上。太阳能电池接收装置在此通常串联地连接。
所述模块完全被封装，以便保护布置在模块中的太阳能电池接收装置免受环境影响。
发明内容
在所述背景下，本发明的任务在于，提出一种进一步改进现有技术的装置。
该任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池模块来解决。本发明的有利的构型是从属权利要求的内容。
尤其一个特别的任务在于使模块中的太阳能电池单元与基板电绝缘，所述基板承载太阳能电池单元。相关标准IEC62108在此根据系统电压要求数千伏的绝缘试验电压。
根据本发明的主题，太阳能电池模块由多个布置在金属或者主要金属的基板的表面上的太阳能电池单元提供。
每个太阳能电池单元具有带有上侧和下侧的载体、布置在载体的上侧上的并且构造为太阳能电池的半导体本体和布置在半导体本体上的次级光学元件。
太阳能电池单元的、布置在载体的上侧上的部件从侧面不突出于载体。
载体板状地构造并且优选地具有无孔的闭合的表面。
每个太阳能电池单元的载体分别覆盖基板的表面的第一区域。
每个载体的下侧借助能导热的和电绝缘的粘附介质与基板的表面的第一区域力配合地连接。
此外，关于每个载体，基板的表面的、在垂直于基板的表面延伸的投影中完全包围该载体的第二区域完全以粘附介质覆盖。
粘附介质在第一区域中和在第二区域中基本上具有统一的层厚度。
优选地，粘附介质在第一区域和第二区域之间的层厚度的差小于20％、非常优选地小于10％并且特别是小于5％。
可理解的是，在施加粘附介质时粘附介质在第一区域中和在第二区域中的层厚度是同样大的，并且粘附介质在第一区域中的层厚度由于太阳能电池单元与基板的接合过程而可能稍微减小。
换句话说，粘附介质总体上、然而绝对不是完全覆盖载体的侧棱边。优选地，载体的侧棱边不由粘附介质覆盖。
优选地，载体在下侧上完全以粘附介质覆盖。可理解的是，载体与基板仅仅通过粘附介质力配合地连接。换句话说，不设置另外的固定介质用于将载体固定在基板上。
优选地，在载体的下侧上构造材料配合地与载体连接的金属层，以便特别是增强载体与基板的热耦合。可理解的是，载体在下侧上至少在小于0.5mm的环绕的边缘区域中不具有金属层。
优选地，除可能的金属层以外在载体的下侧上不布置太阳能电池单元的另外的部分。
优选地，在上侧上使尤其由玻璃构成的次级光学元件仅仅借助有机介质、特别是聚合物粘接层与载体和太阳能电池力配合地连接。不设置另外的固定介质用于次级光学元件。次级光学元件在此具有完全平坦的下侧。
补充说明的是，太阳能电池优选地是III-V族GaAs基或Ge基半导体太阳能电池，并且太阳能电池非常优选地构造为叠堆状地布置的多倍太阳能电池并且此外借助利用紫外线光部分而具有30％的效率。
此类太阳能电池单元此外由于比硅太阳能电池高的制造成本而优选地使用在CPV系统中。借助初级光学集中器或初级元件将聚成束的光传导到太阳能电池单元的次级光学元件上。
初级元件、例如环带透镜布置在次级光学元件上方。由次级光学元件将所述光沿着光轴引导到聚合物粘接层，以便穿过聚合物粘接层并且射到太阳能电池的半导体本体的上侧上。
与太阳能电池单元的电接触通过布置在载体表面上的接触面建立。接触面例如通过电阻点焊与金属连接元件电连接。
在一个进一步方案中，使至少两个相邻的太阳能电池单元彼此串联地连接的连接元件构造为弓形的电路导线。优选地，电路导线包括单个的圆导线或实心扁平导线或多个芯线或者由单个的圆导线或实心扁平导线或多个芯线构成。
电路导线与接触面力配合地连接并且建立与接触面的电连接。
优选地，电路导线u形地构造并且在每个端部上具有平行于载体的表面构造的连接区域。
在一个进一步方案中，电路导线不具有绝缘包套，换句话说，电路导线在整个长度上具有面对空气的金属表面。
在一个另外的进一步方案中，电路导线包括至少0.5mm2、优选地0.8mm2的横截面并且非常优选地2.5mm2的横截面。优选地，电路导线的横截面处于0.8mm2和2.5mm2之间的范围内。
在一个实施方式中，电路导线在弓形区域中、优选地在弓形的中间区域中与基板的上侧的间距为至少2mm。
在一个另外的实施方式中，金属片布置在接触面上。金属片优选地是弯曲的。
根据本发明的装置的优点是，在无附加的过程步骤的情况下实现各个太阳能电池单元可靠的电绝缘。
试验表明，通过围绕太阳能电池单元的电绝缘框、即第二区域可以防止特别是由于例如通过冷凝水润湿表面导致的短路。所述框形成通过暂时的冷凝对于周围环境的空气的所谓的爬电距离。
在目前的解决方案中，爬电距离、即所述框单独地布置，也就是说，所述框具有作为在相应的太阳能电池单元的下侧下方的导热膏的、另外的所谓的“conformal coating(敷形涂覆)”材料。
本发明的一个重要认识是，粘附介质非常优选地在一个唯一的过程步骤中同时沉积在第一区域和第二区域上，从而连续的以粘附介质覆盖的粘附介质整体面构造在基板上。
粘附介质整体面在第一面区域中具有建立太阳能电池元件的下侧和基板的上侧之间的材料配合的和导热的连接的功能。所述粘附介质整体面在第二面区域中具有制造为对于空气的爬电距离的电绝缘框。
在一个另外的进一步方案中，基板包括金属材料或者由金属构成。除了基板的机械稳定性以外还有利的是良好的导热性，以便用作用于各个太阳能电池单元的冷却体。
此外设计，不需要另外的粘附介质用于使次级光学元件与太阳能电池以粘合材料连接。
根据一个进一步方案，每个第二区域具有邻接于载体的内边缘和围绕第二区域的外边缘，其中，平行于基板的表面测量的、内边缘和外边缘之间的宽度为至少5mm或者至少3mm。
在一个另外的实施方式中，覆盖第二区域的粘附介质具有高出基板的表面至少0.05mm的厚度(H)。
根据一个另外的实施方式，每个太阳能电池单元的载体包括陶瓷材料和/或电绝缘的金属芯或者由陶瓷材料和/或电绝缘的金属芯构成。
在一个另外的实施方式中，每个太阳能电池单元的载体具有由至少四个棱边包围的、优选地平坦的上侧，其中，至少两个、特别是三个接触面沿着第一棱边布置在载体的上侧上，并且半导体本体布置在至少两个接触面和与第一棱边对置的棱边之间。
可理解的是，在载体的上侧上构造印刷导线，以便将太阳能电池的电流传输到接触面上。优选地，接触面与印刷导线一体地构造。优选地，印刷导线与接触面一起覆盖载体的上侧的70％以上，以便实现在载体上尽可能好的热量分配。
优选地，在载体的上侧上在与边缘至少0.5mm的间距的环绕的边缘区域中不构造印刷导线或接触面。
通过接触面仅仅在一侧的布置可以与在载体的相互对置的棱边上的布置相比明显地减小了载体的尺寸。
根据一个另外的实施方式，每个太阳能电池单元的次级光学元件透镜形地构造有背离半导体本体的凸表面或者漏斗形地构造。
根据一个优选的进一步方案，每个太阳能电池单元的次级光学元件具有四个凸出部，其中，凸出部以高出优选地平坦的下侧的第一厚度布置在相应的次级光学元件的侧表面区域上，所述凸出部在垂直于下侧延伸的投影中突出于所述下侧并且沿着次级光学元件的、平行于次级光学元件的下侧延伸的周边均匀地分布。
特别优选地，每个太阳能电池单元的载体的上侧由四个棱边限界，并且每个太阳能电池单元的次级光学元件这样布置在太阳能电池单元的载体上，以使得将两个彼此对置的凸出部连接的直线与载体的上侧的棱边围成35°和55°之间的角度。凸出部的下侧与次级光学元件的下侧以第一高度隔开间距。
附图说明
下面参考附图详细说明本发明。在此，相同类型的部件以相同的附图标记标出。示出的实施方式极大示意性地示出，也就是说，所述间距和横向延伸和垂直延伸是不按比例的并且如果另外未说明也不具有可推导的彼此之间的几何关系。附图中：
图1示出太阳能电池模块的根据本发明的第一实施方式的示意图，
图2示出根据图1的太阳能电池模块的详细局部的示意图，
图3示出太阳能电池模块的第二实施方式的局部图，
图4示出具有局部放大图的导线连接装置的横截面图。
具体实施方式
图1的视图示出太阳能电池模块10的第一实施方式的视图。太阳能电池模块10的第一实施方式的详细局部在图2的视图中示出。
太阳能电池模块10具有带有表面22的金属的基板20、由多个布置在基板20的表面22上的太阳能电池单元30以及布置在基板20的表面22上的支架或支承架40，所述支架或支承架具有多个平行于基板20的表面22的并且与该表面隔开间距的固定的初级光学元件42。
每个太阳能电池单元30具有带有上侧34和下侧36的载体32、布置在载体32的上侧34上的并且构造为太阳能电池的半导体本体50和布置在半导体本体50上的次级光学元件60。次级光学元件60借助未示出的聚合物层与载体32的上侧34力配合地连接。
每个太阳能电池单元30的载体32分别覆盖基板20的表面22的第一区域24。每个载体32的下侧36借助能导热的和电绝缘的粘附介质70与基板20的表面22的第一区域24力配合地连接。此外，在垂直于基板20的表面22延伸的投影中完全包围载体32的第二区域26分别完全以粘附介质70覆盖。在此，第二区域26具有宽度B，其中，所述宽度在邻接于载体32的内边缘和外边缘之间被测量。覆盖第二区域26的粘附介质70具有高出基板20的表面22的厚度H
在图3的视图中示出在一个另外的实施方式中的太阳能电池模块的局部图。下面仅仅说明与图1和图2的视图的区别之处。所示的太阳能电池单元30具有带有三个狭长的接触面38.1，38.2，38.3的载体32，其中，接触面38.1，38.2，38.3沿着载体32的上侧34的第一棱边34.1按顺序排成行。次级光学元件60具有凸出的上侧64并且在上侧64和平坦的下侧62之间具有柱形的侧表面，所述侧表面具有四个翼状的凸出部68。各一个凸出部68与下侧62隔开间距并且沿着平行于下侧62延伸的周边均匀地分布。凸出部68分别朝向载体32的角部的方向定向，或者凸出部68布置为使得将各两个相互对置的凸出部68连接的直线相对于第一棱边34.1具有45°的角度。
在图4的视图中示出导线连接装置的横截面图和局部放大图。下面仅仅说明与前面视图的区别之处。具有分别弯边的端部105的弓形导线100建立两个直接相邻的太阳能电池单元30之间的电连接。弓形导线在中间区域中具有间距X1，其中，间距X1大于2mm。
在接触面38.1，38.2和38.3上分别布置焊料沉积110。借助焊料沉积和温度将导线端部与接触面连接。

Claims (16)

1.一种太阳能电池模块(10)，其由多个布置在金属或者主要金属的基板(20)的表面(22)上的太阳能电池单元(30)构成，其中，
-每个太阳能电池单元(30)具有带有上侧(34)和下侧(36)的载体(32)、布置在所述载体(32)的上侧(34)上且构造为太阳能电池的半导体本体(50)和多个接触面以及布置在所述半导体本体(50)上的次级光学元件(60)，其中，所述太阳能电池单元(30)的、布置在所述载体(32)的上侧(34)上或者在所述载体(32)的下侧(36)上的部件从侧面不突出于所述载体，其中，所述载体(32)板状地构造，
-其中，每个太阳能电池单元(30)的载体(32)分别覆盖所述基板(20)的表面(22)的第一区域(24)，并且每个载体(32)的下侧(36)借助能导热的和电绝缘的粘附介质(70)与所述基板(20)的表面(22)的第一区域(24)力配合地连接，
-其中，相应的太阳能电池单元(30)仅仅在所述第一区域中与所述基板(20)力配合地连接，
其特征在于，
构造有在垂直于所述基板(20)的表面(22)延伸的投影中完全包围所述载体(32)的第二区域(26)，其中，所述基板(20)的表面(22)在所述第二区域(26)中完全以粘附介质(70)覆盖，
所述粘附介质(70)在所述第一区域(24)中和在所述第二区域(26)中基本上具有统一的层厚度，
每个载体(32)布置在恰好一个连续的粘附介质(70)上，且每个载体(32)上对应地布置恰好一个构造为太阳能电池单元的半导体本体(50)，
相邻的粘附介质(70)彼此隔开布置，并且
至少两个相邻的太阳能电池单元借助远离基板(20)呈弓形的电路导线(100)彼此串联地连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个第二区域(26)具有邻接于所述载体(32)的内边缘和围绕所述第二区域(26)的外边缘，其中，平行于所述基板(20)的表面(22)测量的、所述内边缘和所述外边缘之间的宽度(B)为至少3mm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，所述宽度(B)为至少5mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，覆盖所述第二区域(26)的粘附介质(70)具有高出所述基板(20)的表面(22)至少0.05mm的厚度(H)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个太阳能电池单元(30)的载体(32)包括陶瓷材料或者由陶瓷材料构成。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个太阳能电池单元(30)的载体(32)具有电绝缘的金属芯。
7.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个太阳能电池单元(30)的载体(32)具有由至少四个棱边包围的上侧(34)，其中，至少两个接触面(38.1，38.2，38.3)沿着第一棱边(34.1)布置在所述载体(32)的上侧(34)上，并且所述半导体本体(50)布置在所述至少两个接触面(38.1，38.2，38.3)和与所述第一棱边(34.1)对置的棱边之间。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，在每个太阳能电池单元(30)的载体(32)的上侧(34)上沿着所述第一棱边(34.1)布置三个接触面(38.1，38.2，38.3)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个太阳能电池单元(30)的次级光学元件(60)透镜形地构造有背离所述半导体本体的凸表面或者漏斗形地构造。
10.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个太阳能电池单元(30)的次级光学元件(60)具有四个凸出部(68)，其中，所述凸出部(68)的下侧以高出下侧(62)的第一高度布置在相应的次级光学元件(60)的侧表面区域上，所述凸出部在垂直于所述下侧(62)延伸的投影中突出于所述下侧(62)并且沿着所述次级光学元件(60)的、平行于所述次级光学元件(60)的下侧(62)延伸的周边均匀地分布。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，每个太阳能电池单元(30)的载体(32)的上侧(34)由四个棱边限界，并且每个太阳能电池单元(30)的次级光学元件(60)布置在所述太阳能电池单元(30)的载体(32)上，以使得将两个彼此对置的凸出部(68)连接的直线与所述载体(32)的上侧(34)的棱边围成35°和55°之间的角度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，所述电路导线(100)包括单个的圆导线或实心扁平导线或多个芯线或者由单个的圆导线或实心扁平导线或多个芯线构成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，所述电路导线(100)与所述接触面(38.1，38.2，38.3)力配合地连接并且与所述接触面(38.1，38.2，38.3)电连接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，所述电路导线(100)u形地构造并且在每个端部上形成平行于所述载体(32)的表面构造的连接区域(110)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，所述电路导线(100)不具有绝缘包套并且具有0.8mm2的横截面。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的太阳能电池模块(10)，其特征在于，所述电路导线(100)在弓形区域中与所述基板(20)的上侧的间距为至少2mm。
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