DE102010043905A1

DE102010043905A1 - Solarzellenmodul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102010043905A1
Application number: DE102010043905A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buettner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Solarworld Industries Thueringen De GmbH
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-05-16
Also published as: WO2012065773A2; WO2012065773A3; TW201236180A

Abstract

Solarzellenmodul mit einer Vielzahl von auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper angeordneten und über Leitbahnen verschalteten Solarzellen, wobei die Solarzellen Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer der beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, die Leitbahnen auf die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sind und die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul mit einer Vielzahl von auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper angeordneten und über Leitbahnen verschalteten Solarzellen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarzellenmoduls.
Stand der Technik
Photovoltaikmodule mit kristallinen Solarzellen bestehen aus einer Verschaltung von einzelnen Solarzellen. Eine einzelne Solarzelle erzeugt unter Beleuchtung eine Spannung von ca. 0,5 bis 0,6 Volt. Da diese geringe Spannung in der Praxis schlecht nutzbar ist, werden mehrere Solarzellen in Reihenschaltung miteinander verbunden. Dazu besitzen die Solarzellen jeweils Plus- und Minuskontakte. Meist werden diese mittels verzinnter Kupferflachleiter miteinander verlötet. 1 zeigt schematisch eine entsprechende Konfiguration, wobei zwei Solarzellen 1 dargestellt sind, die jeweils über zwei Kupferflachleiter 3 derart angeschlossen sind, dass diese die Unterseite der einen Solarzelle mit der Oberseite der anderen kontaktieren.
Die Solarzellen sind vorzugsweise in Reihenschaltung verbunden, so addieren sich die Einzelspannungen und es werden praxistaugliche Spannungen erzeugt. Ein Modul mit 36 Zellen in einer Serienverschaltung erzeugt ca. 17 bis 21 V und kann beispielsweise ein 12 V-Batteriesystem laden. Es sind auch Kombinationen aus Reihen- und Parallelschaltungen möglich. Die Parallelschaltungen dienen der Stromerhöhung. Allen Schaltungsvarianten sind die Verbindungen der Einzelzellen mittels eines oder mehrerer Verbindungsflachleiter gemeinsam. Dafür müssen die Solarzellen mit den Verbindungsleitungen kontaktiert werden. Die Kontakte können auf der Ober- und Unterseite der Solarzelle oder beidseitig auf der Rückseite aufgebracht sein.
Üblicherweise werden die Solarzellen mit einem Lötautomaten miteinander zu sogenannten Strings verlötet. Da das Zeilverbinden sequentiell erfolgt, bedeutet dies auch einen nicht unerheblichen Zeitaufwand. Die Strings umfassen beispielsweise 10 Solarzellen, die jeweils vom eigenen Pluskontakt (oder Minus) mit dem Minuskontakt (oder Plus) der Nachbarzelle verbunden sind. Diese werden zwischengelagert und später im Solarmodul zu Arrays miteinander verbunden. 2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Explosionsdarstellung den Aufbau eines auf diese Weise hergestellten Solarzellenmoduls 5, welches (vereinfacht) aus zwei Strings 7 mit je acht über Verbindungsleiter 3 verbundenen Solarzellen 1 gebildet ist. Die Solarzellen 1 wie auch die Flachleiter 3 werden hierbei, mit einer dazwischen gelegten EVA-Folie 9a, von einer Glasplatte 11 getragen, und ihre Oberseite wird durch eine weitere (transparente) EVA-Folie 9b und eine ebenfalls transparente Deckfolie 13 geschützt.
Beim Verlöten zu Strings sowie deren Transport und Verschaltung zu Arrays werden die Solarzellen mechanisch gestresst, und so werden Zellen zerstört. Dieser Zellbruch liegt ca. bei 0,2 bis 0,8%. Wenn eine Solarzelle im Zellstring beschädigt ist, muss diese wieder manuell ausgelötet und ersetzt werden, bevor sie im String zu einem Modul verbaut wird. Eine vollautomatische Stringverlötung ist nur mit Hilfe aufwendiger Robotertechnik möglich.
Aus der DE 35 20 423 C2 ist ein Solarzellenmodul bekannt, welches auf einem Trägerkörper mit aufgedruckten Leitbahnen aufbaut, wobei Solarzellen mit Rückseiten- und Vorderseitenkontakten eingesetzt werden und eine isolierende Folie vorgesehen ist, die zusätzliche leitende Streifen aufweist und in einer ausgeklügelten Konfiguration die Rückseiten-zu-Vorderseiten-Verbindung benachbarter Solarzellen realisiert.
Aus der DE 102 61 876 B4 ist eine weitere Lösung bekannt, welche auf einem Trägerkörper mit integrierten Leitbahnen und Solarzellen mit Rückseiten- und Vorseitenkontakt basiert. Hierbei gibt es spezielle Leitkleber-Verbindungen in den Randbereichen der einzelnen Solarzellen über einer wallartigen Isolationsschicht, um die Vorderseiten-zu-Rückseiten-Verbindungen zu realisieren.
Beide bekannten Lösungen auf der Basis von mit Leitbahnen beschichteten Trägerkörpern erfordern letztlich einen erheblichen materialseitigen und prozesstechnischen Aufwand.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demgemäß gehört zur Erfindung der Gedanke, das Modul aus Solarzellen zu bilden, welche Anschlusskontakte zur String- bzw. und Array-Verschaltung ausschließlich auf einer ihrer beiden Oberflächen haben, und zwar speziell auf derjenigen, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt. Weiterhin gehört zur Erfindung der Gedanke, dass die Leitbahnen auf den Trägerkörper aufgebracht sind, und zwar auf seine im Montagezustand den Solarzellen zugewandte Oberfläche. Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind.
Des Weiteren wird mit der Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereitgestellt. Hiernach umfasst die Herstellung der Verbindungspunkte der Leitbahnen auf dem Trägerkörper mit den Anschlusskontakten der Solarzellen zwei Phasen. In einem ersten Schritt werden, insbesondere sequentiell, die Verbindungspunkte oder Anschlusskontakte mit Lötpaste oder Klebstoff versehen. In einem zweiten Schritt werden die Solarzellen des Moduls, insbesondere zeitgleich, auf den Trägerkörper aufgelötet oder ggfs. aufgeklebt.
Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Solarzellen Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer der beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, die Leitbahnen auf die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sind und die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass Bypassdioden in die Leitbahnstruktur auf der Oberfläche des Trägerkörpers integriert sind. Parallel hierzu oder auch unabhängig davon können vorbestimmte Messpunkte zur elektrischen Qualitätskontrolle der Solarzellen an den Leitbahnen vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Trägerkörper als Keramikplatte ausgebildet, oder er umfasst zumindest eine solche.
In weiteren Ausführungen der Erfindung sind die Leitbahnen in einem vorgelagerten Arbeitsschritt auf den Keramikträger aufgebracht, beispielsweise durch Kleben oder Ultraschalllöten, und insbesondere lötfertig mit Lot- und Flussmittel versehen.
In Ausführungen des Verfahrens zur Herstellung des vorgeschlagenen Solarzellenmoduls werden die Solarzellen zum Auflöten ganzflächig erwärmt und/oder mittels Schwalllöten auf die Leitbahnen auf dem Trägerkörper aufgelötet.
Vorteile, die sich mit der Erfindung zumindest in einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen ergeben, sind folgende:

– starke Verringerung des Zellbruches, da Zellen weniger transportiert werden;
– starke Verringerung des Zellbruches, da Zellen weniger thermisch gestresst werden;
– vollautomatische Verarbeitung und Verlötung sind einfach zu realisieren;
– große Zeitersparnis, da eine Zelleneinzelverschaltung entfällt (Tabber-Stringer);
– einfache zeitgleiche elektrische Qualitätskontrolle aller Solarzellen durch Prüfpunkte auf dem Träger ist möglich;
– Integrierung von Bypassdioden in die Verschaltung ist einfach zu realisieren;
– dadurch ist die Einsparung der klassischen Modulanschlussdose möglich;
– besonders der Einsatz von preiswerten Keramikplatten als Trägermaterial ist denkbar.

Zeichnungen
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
1 eine skizzenartige Darstellung der herkömmlichen Verbindung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Aufbaus eines herkömmlichen Solarzellenmoduls,
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls und
4 eine skizzenartige Darstellung des Aufbaus eines elektrischen Kontakts beim Solarzellenmodul nach 3.
3 zeigt in Anlehnung an die einen herkömmlichen Aufbau zeigende Darstellung in 2 ein erfindungsgemäßes Solarzellenmodul 5', welches hier z. B. ein Solarzellenarray 6 aus 16 in zwei zueinander parallelen Reihen angeordneten Solarzellen 1 umfasst. Die Solarzellen 1 des Arrays 6 sind auf einer Leitbahnstruktur 3' angeordnet und mit dieser fest verbunden, die ihrerseits auf einen Keramik-Trägerkörper 11' aufgebracht ist. In die Leitbahnstruktur können (was in der Figur nicht dargestellt ist) Bypassdioden und/oder Mess- bzw. Testpunkte zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des Moduls eingebunden sein. Wie bei der herkömmlichen Ausführung, ist das Solarzellenarray mit einer EVA-Folie 9b und einer Deckfolie 13 abgedeckt.
4 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung den Aufbau eines Kontaktpunktes 15 eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls auf einem Trägerkörper 11', wobei auf eine auf den Trägerkörper (etwa in Dickschichttechnik) aufgebrachte Leitbahn 3' ein Lötpunkt 17 gesetzt ist, der die Leitbahn mit einem darüber positionierten Anschlusspunkt 19 auf der rückseitigen Oberfläche einer Solarzelle 1 verbindet.
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3520423 C2 [0006]
DE 10261876 B4 [0007]

Claims

Solarzellenmodul (5') mit einer Vielzahl von auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper (11') angeordneten und über Leitbahnen (3') verschalteten Solarzellen, wobei die Solarzellen Anschlusskontakte (19) zur Verschaltung ausschließlich auf einer der beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, die Leitbahnen (3') auf die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sind und die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind (17).
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die Solarzellen (1) an ihren Anschlusskontakten stoffschlüssig mit den Leitbahnen verbunden, insbesondere auf diese aufgelötet (17) oder mittels leitfähigem Kleber aufgeklebt, sind.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei Bypassdioden in die Leitbahnstruktur auf der Oberfläche des Trägerkörpers integriert sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper als Keramikplatte (3') ausgebildet ist oder eine solche umfasst.
Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitbahnen in einem vorgelagerten Arbeitsschritt auf den Keramikträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Kleben oder Ultraschalllöten, und insbesondere lötfertig mit Lot und Flussmittel versehen sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vorbestimmte Messpunkte zur elektrischen Qualitätskontrolle der Solarzellen an den Leitbahnen vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls (5') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vorbestimmte Verbindungspunkte der Leitbahnen (3') auf dem Trägerkörper (11') oder die rückseitigen Anschlusskontakte (19) auf den Solarzellen (1) in einem ersten Schritt, insbesondere sequentiell, mit Lötpaste oder Klebstoff versehen und in einem zweiten Schritt die Solarzellen des Solarzellenmoduls, insbesondere zeitgleich, auf den Trägerkörper aufgelötet oder aufgeklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Solarzellen (1) zum Auflöten ganzflächig erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Solarzellen (1) mittels Schwalllöten auf die Leitbahnen (3') aufgelötet werden.