DE102009039370B4 - Solarzellenmodul mit zumindest einer Laminatfolie, einer weiteren Laminatfolie und einem Querverbinder sowie Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul mit zumindest einer Laminatfolie, einer weiteren Laminatfolie und einem Querverbinder sowie ein Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul.
- Einzelne Solarzellen liefern bei Beleuchtung lediglich geringe Ströme und Spannungen, weswegen üblicherweise eine Vielzahl von Solarzellen in Solarzellenmodulen derart miteinander verschalten werden, dass das Solarzellenmodul Spannungen und Ströme in gewünschten Wertebereichen liefert. Eine Vielzahl der Solarzellen wird dabei in Reihe geschaltet. Beispielhaft ist dies in dem Solarzellenmodul
20 der2 erkennbar, in welchem sämtliche Solarzellen24 in Reihe geschaltet sind. Zu diesem Zweck sind in der Darstellung der2 vertikal untereinander angeordnete Solarzellen mittels Zellverbindern26 in Reihe geschaltet. Jeder dieser Zellverbinder26 stellt eine elektrisch leitende Verbindung von einer Vorderseite einer Solarzelle24 zur Rückseite der vertikal benachbarten Solarzelle her. Um nun verschiedene vertikale Reihen von Solarzellen24 miteinander zu verschalten, werden sogenannte Querverbinder eingesetzt. In dem Beispiel der2 sind dies der Querverbinder8 und die Reihenquerverbinder28a ,28b ,28c . Es ist offensichtlich, dass derartige Querverbinder sich nicht notwendigerweise in horizontaler Richtung zu erstrecken brauchen. Grundsätzlich können diese beliebig ausgerichtet sein. - Bislang werden als Querverbinder metallische Bänder, z. B. Kupferbänder mit oder ohne zusätzliche Metall- oder Legierungsbeschichtung, verwendet. Für jede Verbindung zwischen zwei zu verbindenden Solarzellenreihen wird jeweils ein solches metallisches Band als gesonderter Querverbinder vorgesehen. Die Zellverbinder der zu verbindenden Solarzellenreihen werden mit diesem Querverbinder verlötet und auf diese Weise die Verschaltung der Solarzellenreihen realisiert. Die Positionierung und Ausrichtung jedes dieser Querverbinder erfolgt gesondert, was einen beträchtlichen Aufwand darstellt und die Automatisierung der Solarzellenmodulfertigung erschwert. Um eine Verschaltung des fertigen Solarzellenmoduls zu ermöglichen, werden üblicherweise zusätzliche Anschlussleitungen an ausgewählte Querverbinder angelötet und aus dem Solarzellenmodul herausgeführt. Alternativ besteht die Möglichkeit, als Querverbinder eingesetzte metallische Bänder mit einer Überlänge zu versehen, sodass der überschüssige Teil umgebogen und aus dem Solarzellenmodul herausgeführt werden kann.
- Aus
US 2007/0 287 322 A1 - Ein Solarzellenmodul mit einem Querverbinder, der voneinander beabstandete, elektrisch leitfähige Bänder aufweist, die auf einem Trägermaterial angeordnet sind und zusammen mit dem Trägermaterial zwischen zwei Laminatfolien einlaminiert sind, ist beispielsweise aus
DE 10 2005 039 952 A1 bekannt. Ein Solarzellenmodul, das zusätzlich Öffnungen in einer der beiden Laminatfolien aufweist, durch die die Querverbinder kontaktierbar sind, ist inEP 2 113 945 A1 offenbart. - Aus
DE 199 10 532 A1 ist ein Solarzellenmodul mit einem Querverbinder bekannt, der voneinander beabstandete, elektrisch leitfähige Bänder aufweist, die teilweise zwischen zwei Laminatfolien einlaminiert sind sowie jeweils an einem ihrer Enden abgeknickt und elektrisch leitend mit jeweils einem Anschlusskontakt verbunden sind, wobei die Anschlusskontakte in einem Verbindergehäuse angeordnet sind, das zu einer Kontaktierung der Anschlusskontakte vorbereitet ist und das teilweise in einer Aussparung einer der beiden Laminatfolien und angeordnet ist. - In
US 6 437 236 B2 ist ein Solarzellenmodul mit einem Querverbinder offenbart, der voneinander beabstandete, elektrisch leitfähige Bänder aufweist, die mit einem Teilbereich zwischen zwei Glasscheiben angeordnet sind und mit einem anderen Teilbereich in einem Verbindergehäuse eingebettet sind, wobei die Bänder durch einen Hohlraum sowie durch jeweils eine Öffnung eines Verbindergehäuses geführt sind, ferner die Bänder im Hohlraum eine Biegung aufweisen und durch die Öffnungen des Verbindergehäuses einzeln kontaktierbar sind. - Weitere Solarzellenmodule mit Querverbindern, die voneinander beabstandete, elektrisch leitfähige Bänder umfassen, sind zum Beispiel in
DE 10 2007 052 722 A1 undDE 10 2005 020 129 A1 offenbart. - Aus
DE 10 2004 025 627 A1 ist ein Solarzellenmodul mit einer Glasabdeckung, einer weiteren Abdeckung und voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Bändern bekannt, die zwischen den beiden Abdeckungen angeordnet sind, wobei die Bänder durch eine Öffnung in der weiteren Abdeckung mittels einer Anschlussvorrichtung kontaktierbar sind. Das inDE 102 41 728 A1 offenbarte mehrschichtige Funktionselement, das unter anderem bei einem Solarzellenmodul Anwendung finden kann, weist zusätzlich zwischen den beiden Abdeckungen eine Laminatfolie mit einer Öffnung auf, durch die die Bänder kontaktierbar sind. - In
DE 10 2007 031 351 A1 ist ein Solarzellenmodul mit zwei Glasabdeckungen und zwischen den beiden Glasabdeckungen angeordneten, voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Bändern beschrieben, wobei die Bänder jeweils einen Vorsprung aufweisen, der durch eine Öffnung in einer der beiden Glasabdeckungen geführt ist und in einem Verbindergehäuse angeordnet ist, das zu einer Kontaktierung der Bänder vorbereitet ist. - Ein Hinweis auf ein Solarzellenmodul mit zwei Glasabdeckungen, einer zwischen den beiden Glasabdeckungen angeordneten Laminatfolie und einem elektrisch leitfähigen Band, das einen Vorsprung aufweist, der durch die Laminatfolie und eine Öffnung in einer der beiden Glasabdeckungen geführt ist und abschnittsweise in einem Verbindergehäuse eingebettet ist, das zu einer Kontaktierung der Bänder vorbereitet ist, findet sich in
US 5 503 684 A . - Aus
DE 101 54 234 A1 ist ein Solarzellenmodul mit voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Bändern bekannt, von denen Teilbereiche in einem Vergusskörper eingebettet sind, wobei die Bänder jeweils einen Vorsprung aufweisen, der in einer Öffnung des Vergusskörpers angeordnet ist, durch die die Bänder kontaktierbar sind. - Ein Solarzellenmodul mit voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Bändern, von denen Teilbereiche vom Solarzellenmodul abstehen und in einem Verbindergehäuse angeordnet sind, das zu einer Kontaktierung der Anschlusskontakte vorbereitet ist, ist aus
DE 20 2007 012 096 U1 bekannt. Ferner ist ausDE 10 2009 053 018 A1 ein Solarzellenmodul bekannt, bei dem die Anschlusskontakte zusätzlich teilweise mit Kunststoff umspritzt sind. - Vor dem beschriebenen Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstig herstellbares Solarzellenmodul mit querverschalteten Solarzellenreihen zur Verfügung zu stellen. Die Solarzellen einer einzelnen Solarzellenreihe sind dabei üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, in Reihe geschaltet.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
- Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, ein aufwandsgünstiges Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul zur Verfügung zu stellen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind wiederum Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
- Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul weist einen Querverbinder auf, welcher seinerseits beabstandet voneinander angeordnete, elektrisch leitfähige Bänder aufweist sowie wenigstens einen Flachbaustein, in welchen Teilbereiche von wenigstens zwei Bändern eingebettet sind.
- Durch die Einbettung der Teilbereiche von wenigstens zwei Bändern in den Flachbaustein werden diese fixiert. Demzufolge ist deren Ausrichtung relativ zueinander vorgegeben. Mit Hilfe der Querverbinder können demzufolge Querverschaltungen von Solarzellenreihen in Solarzellenmodulen aufwandsgünstiger realisiert werden. Zudem kann der Fertigungsprozess der Solarzellenmodule leichter automatisiert werden.
- Diese Vorteile des Querverbinders fallen umso stärker ins Gewicht, je mehr der eingesetzten Bänder durch Einbettung eines Teilbereichs in den wenigstens einen Flachbaustein relativ zueinander fixiert sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht daher vor, dass alle Bänder in einen einheitlichen Flachbaustein eingebettet sind.
- Unter einem Flachbaustein ist vorliegend ein Baustein mit einer Dicke von 1,0 mm bis 4,0 mm zu verstehen. Bevorzugt weist der Flachbaustein eine Dicke von 2,0 mm bis 2,5 mm auf.
- Die Erfindung sieht vor, dass für zumindest eines der Bänder mit einem in dem wenigstens einen Flachbaustein einbettenden Teilbereich eine Öffnung in dem wenigstens einen Flachbaustein angeordnet ist, durch welche hindurch das zumindest eine Band kontaktierbar ist. Auf diese Weise können an denjenigen Bändern, für welche eine solche Öffnung vorgesehen ist, in einfacher Weise Prüfmessungen durchgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise eine oder mehrere Messspitzen in die Öffnungen eingeführt und das jeweilige Band kontaktiert werden. Prüfmessungen können demzufolge bereits in einem frühen Stadium der Solarzellenmodulfertigung durchgeführt werden, beispielsweise nach der Verschaltung einer beliebigen Teilanzahl von Solarzellenreihen. Fehlerhafte Solarzellenmodule können dementsprechend frühzeitig aus der Produktion ausgeschleust oder repariert werden. Ist für jedes Band eine Öffnung der beschriebenen Art vorgesehen, so kann an sich jede gewünschte Qualitätsprüfung durch Kontaktierung der Bänder über diese Öffnungen durchgeführt werden.
- Wenigstens ein Band weist einen Vorsprung auf. Dies vereinfacht eine Kontaktierung des wenigstens einen Bandes mittels einer Klemmvorrichtung. Der Vorsprung ist in einer in dem wenigstens einen Flachbaustein angeordneten Öffnung angeordnet. Hierdurch kann die Kontaktierung des wenigstens einen Bandes weiter vereinfacht werden.
- In der Praxis hat sich ein Vorsprung bewährt, welcher sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsausdehnungsrichtung des wenigstens einen Bandes erstreckt.
- In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Vorsprung gebildet durch eine Aufkantung eines Endes des Bandes. Eine solche Aufkantung kann zum Beispiel realisiert werden durch Umbiegen des Endes des Bandes, beispielsweise um etwa 90°.
- Bei der Erfindung sind die Bänder und der wenigstens eine Flachbaustein vollständig auf einer Trägerfolie angeordnet. Dieser bewirkt eine Versteifung des Querverbinders, wodurch dessen Handhabung, insbesondere die automatisierte Fertigung von Solarzellenmodulen, vereinfacht wird. Zudem kann der Träger für eine zusätzliche Fixierung der Bänder verwendet werden.
- Der Träger wird aus einer Folie gebildet, wobei unter Folie vorliegend ein biegsames Material mit einer gegenüber der Dicke des Flachbausteins geringen Dicke zu verstehen ist. In der Praxis hat sich als Träger ein Tedlar-Polyester-Tedlar(TPT)-Streifen bewährt.
- Vorzugsweise sind die Bänder und der wenigstens eine Flachbaustein gegenüber dem Träger fixiert, vorzugsweise, mittels eines Klebebandes. Hierbei kann beispielsweise doppelseitiges Acrylklebeband Verwendung finden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul sieht vor, dass der Querverbinder auf einem Trägermaterial angeordnet wird, auf welchem auch die Solarzellen angeordnet werden, die Bänder mit Solarzellen elektrisch leitend verbunden werden, nachfolgend eine Laminatfolie auf den Solarzellen und dem Querverbinder angeordnet wird, welche eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein aufweist, und dass die Solarzellen und teilweise der Querverbinder einlaminiert werden.
- Unter Laminatfolie ist dabei eine Folie aus einem für die Einlaminierung unter Wärme-, Vakuum- und Druckeinwirkung geeignetes Material, beispielsweise Ethylenvinylacetat (EVA), zu verstehen. Aufgrund der Aussparung in der Laminatfolie bleibt der Flachbaustein auch nach dem Laminierprozess frei zugänglich, da er die aufgebrachte Laminatfolie überragt. Dies bewirkt zudem, dass während des Laminierprozesses kein Laminatmaterial in in dem Flachbaustein vorgesehene Öffnungen eindringen kann.
- Die elektrisch leitende Verbindung zwischen Bändern und Solarzellen wird bevorzugt mittels eines thermischen Kontaktierungsverfahrens realisiert. Hierbei kann beispielsweise ein Lötverfahren Verwendung finden, mittels welchem Zellverbinder mit den Bändern verlötet werden.
- Bei der Anwendung thermischer Kontaktierungsverfahren, beispielsweise Lötverfahren, besteht häufig aufgrund verwendeter Laminatmaterialien ein vergleichsweise enges Prozessfenster hinsichtlich der Löttemperatur und der Lötzeit, damit das Laminatmaterial, beispielsweise EVA, nicht beeinträchtigt wird. Wird ein auf einem Träger, beispielsweise TPT-Folie, angeordneter Querverbinder eingesetzt, so ergeben sich größere Prozessfenster, was eine einfachere und aufwandsgünstigere Solarzellenmodulfertigung ermöglicht.
- Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass vor dem Einlaminieren eine Schutzschicht auf die Laminatfolie aufgebracht wird, welche eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein aufweist. Bevorzugt wird eine Schutzfolie als Schutzschicht verwendet. Eine derartige Schutzfolie wird häufig schlicht als „back sheet” oder Rückseitenfolie bezeichnet.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante wird als Trägermaterial eine Glasscheibe und eine darauf angeordnete weitere Laminatfolie verwendet. Vorteilhafterweise besteht diese weitere Laminatfolie aus demselben Material wie die später auf den Solarzellen angeordnete Laminatfolie, beispielsweise aus EVA.
- In einer Verfahrensvariante wird eine Anschlussdose mit dem wenigstens einen Flachbaustein verbunden und mittels wenigstens einer federgelagerten Klemmvorrichtung ein Kontaktelement elektrisch leitend gegen den Vorsprung eines Bandes geklemmt. Auf diese Weise können die Bänder kalt elektrisch kontaktiert werden, das heißt ohne Verwendung eines thermischen Verfahrens wie beispielsweise eines Lötverfahrens. Die Gefahr einer Beschädigung der Laminatfolie oder der auf der Glasscheibe angeordneten weiteren Laminatfolie wird dadurch verringert. Zudem kann eine zuverlässige Kontaktierung der Bänder realisiert werden. Weiterhin werden kalte Lötstellen vermieden. Ein Korrosionsschutz ist durch Einlaminierung in verwendete Laminatfolien gegeben.
- Eine Weiterbildung sieht vor, dass zunächst ein die wenigstens eine Klemmvorrichtung aufweisender Sockel der Anschlussdose mit dem Flachbaustein verbunden wird, wobei das Kontaktelement elektrisch leitend gegen den Vorsprung des Bandes geklemmt wird.
- Im Weiteren wird in diesem Fall ein Gehäuse der Anschlussdose mit dem Sockel verbunden und damit die gesamte Anschlussdose mit dem wenigstens einen Flachbaustein verbunden. Diese Verbindung wird bevorzugt mittels wenigstens einer an sich bekannten Klemmvorrichtung oder mittels einer Schraubverbindung bewerkstelligt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Gehäuse an der Rückseite des Solarzellenmoduls, insbesondere an der Schutzschicht, mittels eines Klebebandes oder einer anderen Klebeverbindung, z. B. mittels eines Zwei-Komponenten-Klebstoffes oder mittels Silikon, befestigt wird.
- Das Gehäuse weist Leitungselemente auf, mittels welchen die Kontaktelemente mit Kabelanschlüssen des Gehäuses verbunden werden können. Vorzugsweise werden diese Leitungselemente bei dem Verbinden des Gehäuses mit dem Sockel gegen die Kontaktelemente gedrückt und in dieser Weise ein elektrisch leitender Kontakt hergestellt.
- Vorteilhafterweise wird ein Sockel mit sich in Richtung auf das Solarzellenmodul, insbesondere die Schutzschicht, zu erweiterndem Querschnitt verwendet. Hierdurch wird das Gehäuse bei seiner Montage an diesem sich erweiternden Querschnitt geführt, sodass das Gehäuse aufwandsgünstig exakt relativ zu dem Sockel positioniert werden kann.
- Wie oben dargelegt wurde, werden gegenwärtig die Bänder in Überlänge ausgeführt und geknickt, um abgeknickte Teile aus dem Solarzellenmodul herauszuführen und so dessen Kontaktierung zu ermöglichen. Alternativ werden zusätzliche Anschlussleitungen an die Bänder angelötet und diese aus dem Solarzellenmodul herausgeführt. Während die erste Variante die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der Bänder in sich birgt, unterliegt die zweite Variante den Rahmenbedingungen, dass verwendete Laminatfolien durch die Wärmeeinwirkung beim Löten nicht beschädigt werden dürfen, was enge Prozessfenster für die eingesetzten Lötverfahren zur Folge hat. Dies erschwert einerseits die Fertigung und erhöht die Gefahr der Schädigung des Solarzellenmoduls, genauer der Laminatfolien oder des daraus gebildeten Laminats.
- Ein Sockel zur kalten elektrischen Kontaktierung wenigstens eines Bandes des erfindungsgemäßen Querverbinders kann einen Sockelkorpus, wenigstens ein Kontaktelement und wenigstens eine Klemmvorrichtung aufweisen, welche ein gegenüber dem Sockelkorpus abgestütztes Federelement aufweist. Das wenigstens eine Kontaktelement ist dabei mittels des Federelements federnd gelagert gegenüber dem Sockelkorpus abgestützt.
- Das Federelement muss nicht zwingend eine Feder aufweisen. Vielmehr ist hierunter ein beliebiges Element zu verstehen, welches eine einer Verformung entgegen wirkende Rückstellkraft aufweist. So können beispielsweise auch Elastomere als Federelement Verwendung finden. Unter einer kalten elektrischen Kontaktierung ist vorliegend zu verstehen, dass die Kontaktierung ohne Erwärmung von Sockel- oder Querverbinderbestandteilen erfolgt. Insbesondere werden somit keine Lötverfahren eingesetzt. Hierdurch kann eine thermische Schädigung des Querverbinders oder von Bestandteilen des Solarzellenmoduls, insbesondere der Laminatfolien oder des daraus gebildeten Laminats, vermieden werden.
- Eine Weiterbildung des Sockels sieht vor, dass das wenigstens eine Kontaktelement an einer Montageseite des Sockels zum Teil aus dem Sockel herausragt. Vorzugsweise ragt zudem das Federelement an der Montageseite des Sockels zum Teil aus dem Sockel heraus. Unter der Montageseite ist vorliegend diejenige Seite des Sockels zu verstehen, welche nach einem Verbinden des Sockels mit dem Querverbinder dem Querverbinder zugewandt ist.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
-
1 Aufsicht auf einen gemäß der Erfindung vorgesehenen Querverbinder in schematischer Darstellung. -
2 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls. -
3 Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
4 Schematische Schnittdarstellung durch ein mit dem Verfahren gemäß der Darstellung in3 hergestelltes Solarzellenmodul vor dem Einlaminieren von Solarzellen und Teilen des Querverbinders. -
5 Aufsicht auf einen Sockel bei fehlenden Kontaktelementen in schematischer Darstellung (nicht erfindungsgemäß). -
6 Schematische Darstellung einer Aufsicht auf den Sockel aus5 mit Kontaktelementen (nicht erfindungsgemäß). -
7 Aufsicht auf ein Gehäuse der Anschlussdose. -
8 Seitenansicht des Gehäuses aus7 . -
9 Schematische Schnittdarstellung durch einen Querverbinder, mit diesem verbundenen Sockel, und aufgesetztem Gehäuse. -
10 Vergrößerte Teilschnittdarstellung des Bereichs A aus9 . -
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Querverbinders1 . Dieser weist vier Bänder3a ,3b ,3c ,3d aus Kupfer aus. Diese können teilweise von einem weiteren Metall oder einer weiteren Metalllegierung umgeben sein, um eine leichtere oder bessere Lötverbindung zu Zellverbindern in Solarzellenmodulen herstellen zu können. Der in1 dargestellte Querverbinder1 weist weiterhin einen Flachbaustein5 auf, in welchem Endbereiche7a ,7b ,7c ,7d der Bänder3a ,3b ,3c ,3d eingebettet sind. Ein Teil der Endbereiche7a ,7b ,7c ,7d der Bänder3a ,3b ,3c ,3d ist jeweils über eine Öffnung9a ,9b ,9c ,9d zugänglich. Dementsprechend ist jedes der Bänder3a ,3b ,3c ,3d über diese Öffnungen9a ,9b ,9c ,9d kontaktierbar. Beispielsweise können zur Kontaktierung der Bänder3a ,3b ,3c ,3d Messspitzen in die jeweiligen Öffnungen9a ,9b ,9c ,9d eingebracht werden. Dies kann unter anderem grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Verschaltung des Querverbinders1 mit einem Solarzellenmodul erfolgen, sodass Prüfmessungen und Qualitätskontrollen grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt durchgeführt werden können. - Zum Zwecke des Ausbildens des Flachbausteins
5 wurden die Bänder3a ,3b ,3c ,3d an deren Endbereichen7a ,7b ,7c ,7d mit Kunststoff umspritzt. - Jedes der Bänder
3a ,3b ,3c ,3d weist einen Vorsprung auf, welcher im Bereich der jeweils zugehörigen Öffnungen9a ,9b ,9c ,9d angeordnet ist und durch eine Aufkantung11a ,11b ,11c ,11d des jeweiligen Endes des Bandes3a ,3b ,3c ,3d gebildet sind. In dem Ausführungsbeispiel der1 sind die Enden jeweils um etwa 90° nach oben gebogen. - Durch die Einbettung der Bänder
3a ,3b ,3c ,3d in den Flachbaustein5 sind diese fixiert und in einer definierten Lage zueinander angeordnet. Zur weiteren Aussteifung des Querverbinders ist dieser auf einer Trägerfolie13 angeordnet, welche vorliegend durch eine TPT-Folie gebildet ist. Dies bewirkt unter anderem die weiter oben beschriebene verbesserte Handhabbarkeit des Querverbinders1 und eine bessere Verwendbarkeit in einer automatisierten Fertigung. Im Ausführungsbeispiel der1 sind die Bänder3a ,3b ,3c ,3d wie auch der Flachbaustein5 jeweils vollständig auf der TPT-Trägerfolie13 angeordnet. - In dem Flachbaustein
5 sind vier Öffnungen15a ,15b ,15c ,15d zur Aufnahme von Spreizstiften angeordnet. Deren Anzahl kann offensichtlich an die Bedürfnisse des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden. Offensichtlich können auch andere Verbindungsmittel anstelle von Spreizstiften vorgesehen werden, die Öffnungen sind in diesen Fällen geeignet zur Aufnahme der jeweiligen Verbindungsmittel auszuführen. -
2 illustriert in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls20 mit dem Querverbinder1 aus1 . Der besseren Übersichtlichkeit halber ist der Querverbinder1 in2 vereinfacht dargestellt. - Das Solarzellenmodul
20 weist eine Vielzahl von Solarzellen24 auf, welche in üblicher Weise mittels Zellverbindern26 miteinander verschaltet und auf einem Trägermaterial22 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der2 sind sechs vertikal verlaufende Solarzellenreihen gebildet, in welchen die Solarzellen24 jeweils in Reihe miteinander verschaltet sind. Hierzu sind die Längsverbinder26 jeweils von der Vorderseite einer Solarzelle24 auf die Rückseite einer benachbarten Solarzelle geführt. Die Verbindung der verschiedenen Solarzellenreihen wird an der Oberseite des Solarzellenmoduls durch den Querverbinder1 bewerkstelligt. Zu diesem Zweck sind die verschiedenen Bänder3a ,3b ,3c ,3d mit den Solarzellenreihen verbunden. An der Unterseite des Solarzellenmoduls sind jeweils benachbarte Solarzellenreihen mittel Reihenquerverbindern28a ,28b ,28c miteinander verschaltet. - Üblicherweise werden als Reihenquerverbinder schlichte metallische Bänder in Solarzellenmodule eingesetzt, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Metalllegierung ummantelt, um eine Lötverbindung mit den Zellverbindern zu erleichtern. Im Ausführungsbeispiel der
2 sind hingegen die Reihenquerverbinder28a ,29b ,28c jeweils gebildet aus einem Kupferband29a ,29b ,29c , welches jeweils auf einer Trägerfolie30a ,30b ,30c angeordnet ist, um deren Steifigkeit und damit deren Handhabbarkeit, insbesondere in automatisierten Fertigungseinrichtungen, zu verbessern. Als Trägerfolie ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Analogie zu dem Querverbinder1 eine TPT-Trägerfolie vorgesehen. - Mittels der Reihenquerverbinder
28a ,28b ,28c und des Querverbinders1 sind sämtliche Solarzellen24 des Solarzellenmoduls20 in Reihe geschaltet. -
3 illustriert in einer Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verschaltung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul. Gemäß diesem wird der eingesetzte Querverbinder zunächst auf einem Trägermaterial angeordnet70 , welches gebildet ist aus einer Glasscheibe und einer darauf vorgesehenen weiteren Laminatfolie. - Hieran schließt sich ein Verlöten
74 der Bänder mit den Zellverbindern verschiedener Solarzellenreihen an. Es ist offensichtlich, dass diese Solarzellenreihen nicht notwendigerweise wie in2 dargestellt vertikal zu verlaufen brauchen, sondern grundsätzlich beliebig ausgerichtet sein können. - Im Folgenden wird eine Laminatfolie auf den Solarzellen und dem Querverbinder angeordnet, wobei diese Laminatfolie eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein des Querverbinders aufweist. Dieser Vorgang wird kurz als Aufbringen
76 der Laminatfolie bezeichnet. - Im Ausführungsbeispiel der
3 wird im Weiteren eine Schutzschicht in Form einer Schutzfolie auf die zuvor aufgebrachte Laminatfolie aufgebracht78 . Diese Schutzfolie weist wiederum eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein des Querverbinders auf. - Die Sachlage nach diesem Verfahrensschritt illustriert die Teilschnittdarstellung durch einen Querverbinder in
4 , wobei in dieser Darstellung davon ausgegangen wird, dass ein Querverbinder1 gemäß1 verwendet wurde.4 zeigt das Glas23a , auf welchem die weitere Laminatfolie23b angeordnet ist. Hierauf befindet sich die TPT-Trägerfolie13 des Querverbinders1 . Auf dieser Trägerfolie13 sind der Flachbaustein5 sowie die Bänder, in der Darstellung der4 die Bänder3a ,3b , angeordnet. Die Bänder3a ,3b sind mit Zellverbindern von Solarzellen verlötet74 , was in der Teilschnittdarstellung der4 jedoch genauso wenig zu erkennen ist wie Solarzellen, da in dem gewählten Teilschnittbereich weder Zellverbinder noch Solarzellen vorhanden sind. - Da die aufgebrachte
76 Laminatfolie32 eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein aufweist, ist der Flachbaustein5 zwar von der Laminatfolie32 umgeben, nicht jedoch von ihr bedeckt. Gleiches gilt für die auf die Laminatfolie32 aufgebrachte78 Schutzfolie34 , welche häufig als „back sheet” bezeichnet wird. - Im Zustand der
4 , oder bei Verwendung eines anderen Querverbinders in einem entsprechenden Zustand, werden die Solarzellen und Teile des Querverbinders einlaminiert80 . Dabei werden die zwischen der Laminatfolie32 und der weiteren Laminatfolie23b befindlichen Teile des Querverbinders sowie die Solarzellen unter Einwirkung von Wärme, Vakuum und Druck in das Laminatmaterial einlaminiert. Das den Laminatfolien23b ,32 entstammende Laminatmaterial wird dabei verflüssigt und das Solarzellenmodul gleichsam mit dem Laminatmaterial vergossen. - Gemäß
3 wird im Weiteren ein eine Klemmvorrichtung aufweisender Sockel mit dem Flachbaustein verbunden82 und Kontaktelemente der Klemmvorrichtung gegen Vorsprünge der Bänder geklemmt82 . Hieran schließt sich ein Verbinden84 eines Gehäuses einer Anschlussdose mit dem Sockel und ein Verbinden84 der Kontaktelemente des Sockels mit Kabelanschlüssen des Gehäuses an. - Bei dem Verbinden
82 des Sockels mit dem Flachbaustein wird vorteilhafterweise ein Sockel der oben beschriebenen Art verwendet. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen zeigt schematisch5 in einer Aufsicht. Der dort dargestellte Sockel40 weist einen Sockelkorpus42 auf sowie einen Mittelsteg43 . Als Klemmvorrichtungen sind im Wesentlichen U-förmige Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d vorgesehen, welche jeweils gegenüber dem Mittelsteg43 und somit mittelbar gegenüber dem Sockelkorpus42 abgestützt sind. - Umfänglich ist der Sockelkorpus
42 mit sich nach unten verbreiternden Führungselementen48a ,48b ,48c ,48d ,48e ,48f ,48g ,48h versehen, welche nach unten hin eine Verbreiterung des Querschnitts des Sockels40 bewirken. - In
5 (nicht erfindungsgemäß) sind der besseren Übersichtlichkeit wegen keine Kontaktelemente des Sockels40 dargestellt. In6 (nicht erfindungsgemäß), welche ebenfalls eine Aufsicht auf den Sockel40 aus5 darstellt, sind sie jedoch wiedergegeben. Wie dieser Figur entnommen werden kann, sind Kontaktelemente44a ,44b ,44c ,44d benachbart zu den U-förmigen Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d angeordnet. Diese Kontaktelemente44a ,44b ,44c ,44d sind mittels der Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d gegen zu kontaktierende Bänder drückbar, insbesondere gegen Bänder, welche einen Vorsprung aufweisen. Die Kontaktelemente24a ,24b ,24c ,24d können demzufolge mittels der Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d elektrisch leitend gegen Bänder, insbesondere gegen Vorsprünge von Bändern, geklemmt werden. - Grundsätzlich können anstelle von U-förmigen Stahlfedern auch andere Federelemente Verwendung finden. Auch der Einsatz elastischer Kunststoffmaterialien ist denkbar.
- Die beschriebene Klemmwirkung der Stahlfedern
46a ,46b ,46c ,46d und die Kontaktierung von Bändern mittels der Kontaktelemente44a ,44b ,44c ,44d wird weiter unten in Verbindung mit den Schnittdarstellungen der9 und10 näher erläutert. -
7 zeigt das Gehäuse60 einer Anschlussdose, welches mit dem Sockel40 verbindbar ist und mit diesem zusammen die Anschlussdose bildet. Das Gehäuse60 weist Kabelanschlüsse62a ,62b auf, über welche an die Anschlussdose anschließbare Kabel63a ,63b mit den Kontaktelementen des Sockels elektrisch leitend verbunden werden können. -
8 zeigt das Gehäuse60 aus7 in einer Seitenansicht. -
9 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch den Querverbinder1 , den mit diesem verbundenen Sockel40 und das aufgesetzte Gehäuse60 . Der Sockel40 und das Gehäuse60 bilden dabei die mit dem Querverbinder1 verbundene Anschlussdose50 . -
10 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Teilbereichs A aus9 . Hierin ist erkennbar, dass die U-förmigen Stahlfedern46a ,46b wie auch die Kontaktelemente44a ,44b an einer Montageseite41 des Sockels aus dem Sockel40 herausragen. Dies gilt in gleicher Weise für die in10 nicht sichtbaren Stahlfedern46c ,46d und die zugehörigen Kontaktelemente44c und44d . In mit dem Querverbinder1 verbundenen Zustand ragen die Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d und die Kontaktelemente44a ,44b ,44c ,44d demzufolge in die Öffnungen9a ,9b ,9c ,9d des Flachbausteins5 hinein, wie dies in10 beispielhaft für die Öffnungen9a und9b dargestellt ist. In diesen Öffnungen9a ,9b ,9c ,9d sind die Kontaktelemente44a ,44b ,44c ,44d mittels Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d gegen die Aufkantungen11a ,11b ,11c ,11d geklemmt.10 illustriert dies für die Aufkantungen11a ,11b der Bänder3a und3b . - Die elektrische Kontaktierung der Bänder
3a ,3b erfolgt demnach rein mechanisch und damit kalt, das heißt ohne Wärmeeinwirkung. Der Sockel40 wird mit dem Querverbinder1 verbunden. Hierzu wird der Sockel auf den Querverbinder aufgesteckt und mittels Spreizstiften49 mit diesem verbunden. Während des Steckvorgangs werden die Kontaktelemente44a ,44b ,44c ,44d mit den Aufkantungen11a ,11b ,11c ,11d zur Anlage gebracht und mittels der jeweiligen Stahlfedern46a ,46b ,46c ,46d gegeneinander gedrückt. Dies bewirkt eine zuverlässige und dauerhafte Kontaktierung der Bänder3a ,3b ,3c ,3d . Eine Beeinträchtigung von Laminatmaterialien aufgrund von Wärmeeinwirkung ist bei dieser kalten Kontaktierung nicht gegeben. - Während des Verbindens des Gehäuses
60 mit dem Sockel40 , bzw. dem Querverbinder, dienen die Führungselemente48a ,48b ,48c ,48d ,48e ,48f ,48g ,48h der Führung und damit der Ausrichtung des Gehäuses60 . Wie in der Darstellung der10 erkennbar ist, werden beim Aufsetzen des Gehäuses60 Führungsstege66a ,66b an Außenflächen der Führungselemente48a ,48b geführt, sodass das Gehäuse60 bzw. die Führungsstege66a ,66b an der gewünschten Stelle an dem Flachbaustein5 oder dem Sockel40 zur Anlage kommt. Auf aufwändige Kamerasysteme zur Sicherstellung einer exakten Positionierung des Gehäuses60 kann verzichtet werden. Das Gehäuse kann mittels an sich bekannter Klemmvorrichtungen fixiert werden. - Zum Zwecke der Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kabelanschlüssen
62a ,62b des Gehäuses60 und den Kontaktelementen44a ,44b ,44c ,44d sind Kontaktfahnen64a ,64b vorgesehen, welche beim Aufsetzen des Gehäuses60 auf den Sockel40 abschnittsweise mit den Kontaktelementen44a ,44b zur Anlage gebracht werden und dort fixiert werden. Prinzipiell können Kontaktfahnen und Kabelanschlüsse für jedes Kontaktelement und somit für jedes Band vorgesehen werden. Denkbar ist weiterhin, lediglich zwei Kabelanschlüsse zur Stromabführung vorzusehen, und auf die Kontaktierung der übrigen Bänder zu verzichten. Alternativ könnte für diese übrigen Bänder eine Kontaktierung über an dem Gehäuse angeordneten Prüfzugänge vorgesehen werden, sodass Prüfmessungen auch nach Aufbringung des Gehäuses an allen Bändern vorgenommen werden können. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Querverbinder
- 3a
- Band aus Kupfer
- 3b
- Band aus Kupfer
- 3c
- Band aus Kupfer
- 3d
- Band aus Kupfer
- 7a
- Endbereich Band
- 7b
- Endbereich Band
- 7c
- Endbereich Band
- 7d
- Endbereich Band
- 9a
- Öffnung
- 9b
- Öffnung
- 9c
- Öffnung
- 9d
- Öffnung
- 11a
- Aufkantung
- 11b
- Aufkantung
- 11c
- Aufkantung
- 11d
- Aufkantung
- 13
- Trägerfolie
- 15a
- Öffnung für Spreizstift
- 15b
- Öffnung für Spreizstift
- 15c
- Öffnung für Spreizstift
- 15d
- Öffnung für Spreizstift
- 20
- Solarzellenmodul
- 22
- Trägermaterial
- 23a
- Glas
- 23b
- weitere Laminatfolie
- 24
- Solarzellen
- 26
- Zellverbinder
- 28a
- Reihenquerverbinder
- 28b
- Reihenquerverbinder
- 28c
- Reihenquerverbinder
- 29a
- Band aus Kupfer
- 29b
- Band aus Kupfer
- 29c
- Band aus Kupfer
- 30a
- Trägerfolie
- 30b
- Trägerfolie
- 30c
- Trägerfolie
- 32
- Laminatfolie
- 34
- Schutzfolie
- 40
- Sockel
- 41
- Montageseite
- 42
- Sockelkorpus
- 43
- Mittelsteg
- 44a
- Kontaktelement
- 44b
- Kontaktelement
- 44c
- Kontaktelement
- 44d
- Kontaktelement
- 46a
- U-förmige Stahlfeder
- 46b
- U-förmige Stahlfeder
- 46c
- U-förmige Stahlfeder
- 46d
- U-förmige Stahlfeder
- 48a
- Führungselement
- 48b
- Führungselement
- 48c
- Führungselement
- 48d
- Führungselement
- 48e
- Führungselement
- 48f
- Führungselement
- 48g
- Führungselement
- 48h
- Führungselement
- 49
- Spreizstift
- 50
- mit Querbinder verbundene Anschlussdose
- 60
- Gehäuse Anschlussdeose
- 62a
- Kabelanschluss
- 62b
- Kabelanschluss
- 63a
- Kabel
- 63b
- Kabel
- 64a
- Kontaktfahne
- 64b
- Kontaktfahne
- 66a
- Führungssteg
- 66b
- Führungssteg
- 70
- Anordnen Querverbinder auf Glasscheibe und Laminatfolie
- 72
- Anordnen Solarzellen und Zellverbinder auf Glasscheibe und Laminatfolie
- 74
- Verlöten der Bänder mit Zellverbindern
- 76
- Aufbringen Laminatfolie
- 78
- Aufbringen Schutzfolie
- 80
- Einlaminieren von Solarzellen und Teilen des Querverbinders
- 82
- Verbinden Sockel mit Flachbaustein und Klemmen Kontaktelemente gegen Bändervorsprünge
- 84
- Verbinden Gehäuse einer Anschlussdose mit dem Sockel und Verbinden Kontaktelemente mit Kabelanschlüssen
Claims (12)
- Solarzellenmodul (
20 ) mit zumindest einer Laminatfolie (32 ), einer weiteren Laminatfolie (23b ) und einem Querverbinder (1 ), letzterer aufweisend beabstandet voneinander angeordnete, elektrisch leitfähige Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) und wenigstens einen Flachbaustein (5 ) mit einer Dicke von 1,0 bis 4,0 mm, in welchen Teilbereiche (7a ,7b ,7c ,7d ) von wenigstens zwei Bändern (3a ,3b ,3c ,3d ) eingebettet sind, wobei für zumindest eines der Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) mit einem in den wenigstens einen Flachbaustein (5 ) eingebetteten Teilbereich (7a ,7b ,7c ,7d ) eine Öffnung (9a ,9b ,9c ,9d ) in dem wenigstens einen Flachbaustein (5 ) angeordnet ist, durch welche hindurch das zumindest eine Band (3a ,3b ,3c ,3d ) kontaktierbar ist, wobei wenigstens ein Band (3a ,3b ,3c ,3d ) einen Vorsprung (11a ,11b ,11c ,11d ) aufweist, welcher in einer in dem wenigstens einen Flachbaustein (5 ) angeordneten Öffnung (9a ,9b ,9c ,9d ) angeordnet ist, und wobei die Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) und der wenigstens eine Flachbaustein (5 ) vollständig auf einer Trägerfolie (13 ) angeordnet sind. - Solarzellenmodul (
20 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Teilbereiche (7a ,7b ,7c ,7d ) durch Endbereiche (7a ,7b ,7c ,7d ) der wenigstens zwei Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) gebildet sind. - Solarzellenmodul (
20 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Flachbaustein (5 ) durch zumindest teilweises Umspritzen der Teilbereiche (7a ,7b ,7c ,7d ) der wenigstens zwei Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) mit einem Isolatormaterial, vorzugsweise einem Kunststoff, gebildet ist. - Solarzellenmodul (
20 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (11a ,11b ,11c ,11d ) gebildet ist durch eine Aufkantung (11a ,11b ,11c ,11d ) eines Endes des Bandes (3a ,3b ,3c ,3d ). - Solarzellenmodul (
20 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) mit einem eingebetteten Teilbereich (7a ,7b ,7c ,7d ) über eine Öffnung (9a ,9b ,9c ,9d ) kontaktierbar ist, wobei vorzugsweise für jedes der Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) mit einem eingebetteten Teilbereich (7a ,7b ,7c ,7d ) eine gesonderte Öffnung (9a ,9b ,9c ,9d ) vorgesehen ist. - Solarzellenmodul (
20 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Flachbaustein (5 ) zumindest eine Öffnung (15a ,15b ,15c ,15d ) zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (49 ), vorzugsweise eines Spreizstiftes (49 ), angeordnet ist. - Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen (
24 ) in einem Solarzellenmodul (20 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem – der Querverbinder (1 ) auf einem Trägermaterial (22 ,23a ,23b ) angeordnet wird (70 ), auf welchem auch die Solarzellen (24 ) angeordnet werden (72 ); – die Bänder (3a ,3b ,3c ,3d ) mit Solarzellen (24 ) elektrisch leitend verbunden werden (74 ); – nachfolgend eine Laminatfolie (32 ) auf den Solarzellen (24 ) und dem Querverbinder (1 ) angeordnet wird (76 ), welche eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein (5 ) aufweist; – die Solarzellen (24 ) und teilweise der Querverbinder (1 ) einlaminiert werden (80 ). - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlaminieren (
80 ) eine Schutzschicht (34 ), vorzugsweise eine Schutzfolie (34 ), auf die Laminatfolie (32 ) aufgebracht wird (78 ), welche eine Aussparung für den wenigstens einen Flachbaustein (5 ) aufweist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial eine Glasscheibe (
23a ) und eine darauf angeordnete weitere Laminatfolie (23b ) verwendet wird (72 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussdose mit wenigstens einem Flachbaustein (
5 ) verbunden wird und mittels wenigstens einer federgelagerten Klemmvorrichtung (46a ,46b ,46c ,46d ) ein Kontaktelement (44a ,44b ,44c ,44d ) elektrisch leitend gegen den Vorsprung (11a ,11b ,11c ,11d ) eines Bandes (3a ,3b ,3c ,3d ) geklemmt wird (82 ,84 ). - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein die wenigstens eine Klemmvorrichtung (
46a ,46b ,46c ,46d ) aufweisender Sockel (40 ) der Anschlussdose mit dem Flachbaustein (5 ) verbunden wird, wobei das Kontaktelement (44a ,44b ,44c ,44d ) elektrisch leitend gegen den Vorsprung (11a ,11b ,11c ,11d ) des Bandes (3a ,3b ,3c ,3d ) geklemmt wird (82 ). - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (
40 ) mittels einem oder mehreren Spreizstiften (49 ) mit dem Flachbaustein (5 ) verbunden wird, welche in der zumindest einen Öffnung (15a ,15b ,15c ,15d ) zur Aufnahme von Spreizstiften (49 ) angeordnet werden.
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2009
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