DE102011079498A1 - Solar cell module for use on roof for forming solar cell arrangement, has bus bars cast in injection molded housing together with solar cells, and including contact elements, which are placed in edge regions of housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Solarzellenbaustein zur Bildung einer Solarzellenanordnung aus einer Vielzahl von Solarzellen sowie eine aus derartigen Bausteinen gebildete Solarzellenanordnung.The invention relates to a solar cell module for forming a solar cell array of a plurality of solar cells and a solar cell array formed from such blocks.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Fertigung von Solarmodulen werden nach heutigem Stand der Technik die einzelnen (mono- oder polykristallinen) Zellen zunächst, wie in
Ein großer Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens ist, dass die einzelnen Zellen vom Zeitpunkt der Verschaltung zu einem String an nur noch schwer austauschbar sind. Dies ist nicht erst im Betrieb, sondern bereits bei der Fertigung ein Problem, da die Verschaltung einen sehr frühen Prozessschritt darstellt. Beim Festlöten der Bändchen, beim Handling durch Roboter und beim Laminieren unter hohem Druck und bei hoher Temperatur sind die extrem dünnen und brüchigen Zellen immer wieder mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt, ein Problem, das sich in Zukunft durch dünnere Zellen und höhere Taktraten immer weiter verschärfen wird. Eine beschädigte Zelle setzt oft den ganzen String außer Funktion, sie muss also ersetzt werden. Dies wird mit jedem weiteren Prozessschritt schwieriger und ist nach dem Laminieren gar nicht mehr möglich.A major disadvantage of the method described above is that the individual cells from the time of interconnection to a string are difficult to replace. This is a problem not only during operation, but also during production, as the interconnection represents a very early process step. When soldering the tapes, when handling robots and laminating under high pressure and at high temperatures, the extremely thin and fragile cells are repeatedly exposed to mechanical and thermal stresses, a problem that will be exacerbated in the future by thinner cells and higher clock rates becomes. A damaged cell often puts the whole string out of order, so it needs to be replaced. This becomes more difficult with every further process step and is no longer possible after lamination.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Mit der Erfindung wird ein Solarzellenbaustein mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Des Weiteren wird eine Solarzellenanordnung aus einer Mehrzahl derartiger Solarzellenbausteine vorgeschlagen.With the invention, a solar cell module with the features of
Die Erfindung schließt den Gedanken ein, vom bisherigen Konzept der Bildung von Solarzellenanordnungen aus nur elektronisch funktionsfähigen Halbleiterbauelementen, deren mechanische Beschaffenheit in keiner Weise den Gebrauchsanforderungen entspricht, abzugehen. Sie schließt weiterhin den Gedanken ein, von der bisher üblichen Schrittfolge einer primären elektrischen Verschaltung dieser Halbleiterbauelemente und einer sekundären, also nachfolgenden Weiterverarbeitung zur mechanischen Stabilisierung und zum Schutz vor Umwelteinflüssen abzugehen.The invention includes the idea of departing from the previous concept of the formation of solar cell arrangements from only electronically functional semiconductor components whose mechanical properties in no way meet the requirements of use. It also includes the idea of departing from the usual step sequence of a primary electrical interconnection of these semiconductor components and a secondary, so subsequent processing for mechanical stabilization and protection against environmental influences.
Zur Erfindung gehört demnach der Gedanke, jede einzelne Solarzelle mit einem die Solarzelle verkapselnden, durch Vergießen gebildeten Gehäuse, das zumindest über der Vorderseite der Solarzelle eine für Sonnenlicht durchlässige Wandung hat, zu versehen. Weiterhin gehört zur Erfindung der Gedanke des Vorsehens einer zusammen mit der Solarzelle in das Gehäuse eingeschlossenen Leiteranordnung mit in Randbereichen des Gehäuses platzierten elektrischen Anschlusskontakten.The invention therefore includes the idea of providing each individual solar cell with a housing which encapsulates the solar cell and is formed by potting, which has a wall permeable to sunlight at least over the front side of the solar cell. Furthermore, the invention includes the idea of providing a conductor arrangement enclosed in the housing together with the solar cell with electrical connection contacts placed in edge regions of the housing.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist das Gehäuse mindestens teilweise aus einem Polymethyl-Methacrylat oder Polycarbonat oder ähnlichem gebildet. Aus derzeitiger Sicht bevorzugt ist ein vollständig aus Kunststoff bestehendes Gehäuse, welches in verfahrenstechnisch leicht zu handhabender und kostengünstiger Ausführung insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet bzw. aus Spritzgussteilen zusammengesetzt ist.In an expedient embodiment, the housing is at least partially formed of a polymethyl methacrylate or polycarbonate or the like. From a current point of view, preference is given to a housing made entirely of plastic, which is designed in an economically easy-to-handle and cost-effective design, in particular as an injection-molded part, or composed of injection-molded parts.
In einer Ausgestaltung umfasst das Gehäuse ein hinteres, die Kantenbereiche der Solarzelle mindestens teilweise umgreifendes und aus hochstabilem Kunststoff gefertigtes Gehäuseteil und ein vorderes, aus hochgradig transparentem Kunststoff gefertigtes Gehäuseteil.In one embodiment, the housing comprises a rear, the edge regions of the solar cell at least partially encompassing and manufactured from highly stable plastic housing part and a front, made of highly transparent plastic housing part.
In einer weiteren Ausführung weist das Gehäuse an mindestens zwei Kantenbereichen mechanische Verbindungsmittel zur Verbindung benachbarter Solarzellenbausteine miteinander auf. Hierbei sind insbesondere die mechanischen Verbindungsmittel vom Nut-Feder-Typ oder Schwalbenschwanz-Typ oder Haken-Öse-Typ, und/oder sie weisen Rastmittel auf. Die konkrete konstruktive Ausgestaltung der mechanischen Verbindungsmittel ist sinnvollerweise derart, dass ein einzelner Baustein ohne zeitaufwändiges und störanfälliges Handling der übrigen Bausteine einer Anordnung aus dieser herausgelöst und ein Ersatz-Baustein oder der instandgesetzte ursprüngliche Baustein ebenso unaufwendig wieder in diese eingefügt werden kann.In a further embodiment, the housing has at least two edge regions mechanical connecting means for connecting adjacent solar cell modules with each other. Here, in particular, the mechanical connection means of the tongue and groove type or dovetail type or hook-eye type, and / or they have latching means. The concrete structural design of the mechanical connection means is usefully such that a single block without time-consuming and error-prone handling of the remaining components of an arrangement dissolved out of this and a replacement block or the repaired original block can be inserted just as inexpensively back into this.
Die Leiteranordnung umfasst in einer weiteren Ausführung der Erfindung ein vorgefertigtes Stanzgitter oder eine per Laserstrukturierung oder lasergestützte Beschichtung erzeugte Leiterstruktur.In a further embodiment of the invention, the conductor arrangement comprises a prefabricated stamped grid or a conductor structure produced by laser structuring or laser-assisted coating.
In einer weiteren Ausführung ist mindestens ein Teil der Anschlusskontakte als Steckkontakte und/oder mit Kontaktfedern ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders leichte und schnelle Montage und, falls erforderlich, Demontage der Solarzellenanordnung bzw. Entnahme eines einzelnen Bausteins.In a further embodiment, at least some of the connection contacts are designed as plug contacts and / or with contact springs. This allows a particularly easy and quick installation and, if necessary, disassembly of the solar cell assembly or removal of a single module.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Gehäuse an der Vorderseite der Solarzelle eine Antireflexbeschichtung und/oder eine Hartbeschichtung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit auf. In a further embodiment of the invention, the housing has an antireflection coating and / or a hard coating on the front side of the solar cell for increasing the scratch resistance.
Die vorgeschlagene Solarzellenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Solarzellenbausteine mechanisch und elektrisch lösbar miteinander verbunden sind. In einer Ausführung hat die Anordnung einen die Außenkante umgebenden, aus Randleisten zusammengesetzten oder auch einstückig gefertigten Rahmen. Die Form der Solarzellenbausteine kann sich an vorgegebene Freiformen anpassen, soweit dünne Wafer Verbiegungen erlauben.The proposed solar cell arrangement is characterized in that the solar cell modules are mechanically and electrically releasably connected to each other. In one embodiment, the arrangement has a frame surrounding the outer edge, composed of edge strips or also integrally manufactured frame. The shape of the solar cell modules can adapt to given freeforms, as thin wafers allow bending.
Zusammengefasst bietet die Erfindung, jedenfalls in einer oder mehreren der oben genannten Ausführungen, folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:
- – Die verkapselten Zellen lassen sich bei der weiteren Verarbeitung (Modulfertigung) leichter handhaben, die Verluste durch Bruch würden sich reduzieren.
- – Es gibt weniger Ausschuss bei der Modulfertigung, da beschädigte oder schlecht kontaktierte Zellen problemlos ausgetauscht werden können.
- – Bei Beschädigungen (Steinschlag, Vandalismus, Korrosion) kann die Gesamtanordnung durch Austausch der defekten Zellbausteine repariert werden.
- – Eine Umstellung des Modulformats betrifft nur noch den letzten Fertigungsschritt, keine weiteren Eingriffe in die Fertigungslinie sind nötig.
- – Die Zelle ist in der Kunststoffkapsel gegen Witterungseinflüsse geschützt. Glasplatte, Rückplatte und Laminierfolien sind nicht mehr erforderlich.
- – Es gibt eine deutliche Gewichtsersparnis; dadurch ergeben sich eine Reduzierung der Dachlast, erleichterte Installation und höhere Sicherheit.
- – Die Solarzellenbausteine sind von einer Zelle auf x Zellen (eine String- oder Modulgröße) skalierbar, d. h. die Modulgröße ist nur durch die Auslegung der eingegossenen Leiterstruktur zur Kontaktierung der Zellen begrenzt.
- – Es lassen sich zusätzliche Marktsegmente bei Erweiterung des Geschäftsmodells (Installateur- oder Heimwerkermarkt) erschließen.
- - The encapsulated cells are easier to handle during further processing (module production), the losses due to breakage would be reduced.
- - There is less rejection in module manufacturing, as damaged or badly contacted cells can be easily replaced.
- - In case of damage (stone chips, vandalism, corrosion), the entire arrangement can be repaired by replacing the defective cell components.
- - Changing the module format only affects the last production step, no further intervention in the production line is necessary.
- - The cell is protected in the plastic capsule against the weather. Glass plate, back plate and laminating films are no longer required.
- - There is a significant weight saving; This results in a reduction of the roof load, easier installation and increased safety.
- - The solar cell modules are scalable from one cell to x cells (one string or module size), ie the module size is limited only by the design of the cast-in conductor structure for contacting the cells.
- - Additional market segments can be developed by expanding the business model (plumbing or home improvement market).
Zeichnungendrawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it:
Die Herstellung eines solchen Solarzellenbausteins erfolgt im Wesentlichen folgendermaßen:
Zunächst wird mit einem für das Sonnenlicht volltransparenten Kunststoffmaterial eine erste Schicht zur Bildung eines vorderen Gehäuseteils in die Form gespritzt. Auf diese Schicht wird die Solarzelle mit der Vorderseite (den Busbars als Leiterbahnen) aufgelegt. Die Verbindung mit der vergossenen Schicht erfolgt entweder über Klebewirkung dieser Schicht oder durch kurzzeitiges Erwärmen des Schicht/Solarzellen-Verbunds.The production of such a solar cell module is essentially as follows:
First, a first layer for forming a front housing part is injected into the mold with a plastic material that is completely transparent to sunlight. The solar cell with the front side (the busbars as printed conductors) is placed on this layer. The connection with the potted layer takes place either via adhesive action of this layer or by brief heating of the layer / solar cell composite.
Zur Erhöhung der Stabilität werden die Seiten der Zelle mit einem stabilen hochfesten Kunststoff umspritzt. Die seitliche Form wird dabei so ausgeführt, dass die Zellen untereinander fest verbunden werden können, entweder durch Federn und Nute oder ähnlich einem Puzzle. Die erforderlichen Leiterbahnen (inklusive der Verbindungskontakte) können entweder als Stanzgitter umspritzt werden oder mittels Laser und anschließender Metallisierung erzeugt werden (3D-MID). Den Abschluss bildet eine gespritzte Schicht aus stabilem hochfestem Kunststoff. Zweckmäßigerweise wird die Außenfläche der ersten (hochgradig transparenten) Kunststoffschicht, die im Gebrauchszustand die Vorderseite des Bausteins bildet, mit einer beispielsweise plasmagestützt im Vakuum aufgebrachten Hartschicht (aus SiOx o. ä.) versehen.To increase stability, the sides of the cell are overmolded with a stable, high-strength plastic. The lateral shape is carried out so that the cells can be firmly connected to each other, either by springs and grooves or similar to a puzzle. The required conductor tracks (including the connection contacts) can either be encapsulated as a punched grid or produced by laser and subsequent metallization (3D-MID). The conclusion is a sprayed layer of stable high-strength plastic. Expediently, the outer surface of the first (highly transparent) plastic layer, which forms the front side of the module in use, is provided with a hard layer (made of SiO x or the like, for example, plasma-assisted in a vacuum).
In der Nut an der Längsseite des Bausteins sind erste Kontaktierungselemente
Bei geeigneter Anpassung der Randleisten an die Kantenbereiche der Solarzellenbausteine besteht die Möglichkeit, die Randleisten auf die gleiche Weise mit den Solarzellenbausteinen zu verbinden, wie diese untereinander verbunden werden, beispielsweise mit der in der
Unter dem Aspekt der elektrischen Verbindung bzw. des Anschlusses einer Solarzellenanordnung besteht die Möglichkeit der Integration eines Rahmens mit einer Anschlussbox und/oder einer Querverschaltung. Das fertige Produkt kann aus einzelnen Paneelen bestehen, die dann von dem Endkunden in die gewünschte Modulform gebracht werden, oder es wird ein Modul daraus gefertigt, das der gewünschten Spezifikation entspricht.From the aspect of the electrical connection or the connection of a solar cell arrangement, it is possible to integrate a frame with a connection box and / or a cross-connection. The finished product can consist of individual panels, which are then brought into the desired modular form by the end customer, or a module is produced therefrom which corresponds to the desired specification.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich.The embodiment of the invention is not limited to the examples and highlighted aspects described above, but also possible in a variety of modifications.
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