DE202010011171U1 - Solarmodul mit erhöhter Effizienz durch verschattungsarme Oberseitenkontaktierung - Google Patents

Solarmodul mit erhöhter Effizienz durch verschattungsarme Oberseitenkontaktierung Download PDF

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Abstract

Solarmodul mindestens umfassend:
– Mindestens eine durchsichtige Platte (18) und darunterliegende Solarzellen (6) oder auch nur eine Solarzelle (6), sowie mindestens eine unter dieser oder diesen liegende Rückseitenplatte (17) oder Folie.
– Ein oder mehrere längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente (9).
dadurch gekennzeichnet,
dass alle der folgenden Kriterien erfüllt werden:
– Die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) verlaufen unter der oder den durchsichtigen Platten und auf/über der oder den Solarzellen (6).
– Die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) verlaufen mindestens insgesamt über eine Länge von über 0,5 m, insbesondere von über 1 m pro Modul, auf/über der oder den Solarzellen (6) und mindestens 5 mm von deren Rändern entfernt.
– Mindestens ein Drittel, insbesondere mehr als die Hälfte der Oberfläche der länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) hat eine reflektierende Eigenschaft.
– Im Querschnitt durch die länglichen, im Wesentlichen...

Description

  • Anwendungsgebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Oberseitenkontaktierung einer Solarzelle, mit der Aufgabe, den Strom von der Oberseite der Solarzelle abzunehmen und zu den Anschlüssen des Solarmoduls zu leiten.
  • Stand der Technik
  • Die Stromabnahme von der Oberseite der Solarzelle erfolgt in mehren Schritten. Dünne Metallbahnen, die Kontaktfinger (5), leiten den Strom von der Oberfläche der Solarzelle (6) zu den Stromsammelschienen (4). Auf diesen sind dann schmale Metallbänder (3) angebracht, welche ich als Stromabnahmebänder (3) bezeichne. Diese nehmen den Strom von den Stromsammelschienen (4) ab und leiten ihn zu den Anschlüssen des Solarmoduls. Beschrieben in ( DE 10 2006 006 715 A1 ). Der Nachteil dieser Ausführung ist, dass die Kontaktfinger und Stromabnahmebänder das Licht (2), welches auf sie auftrifft von der Solarzelle weg reflektieren (1) und nicht auf die Solarzelle lenken. Dadurch geht Energie verloren, die Fläche unter ihnen wird verschattet. Es gibt bereits andere Erfindungen, die sich mit diesem Problem beschäftigen. Zum Beispiel die Emitter Wrap Through Technologie, bei der die Kontaktfinger durch kleine Löcher in der Solarzelle, auf die Rückseite der Solarzelle geführt werden, um Lichtreflektion durch Leiterbahnen auf der Vorderseite zu verringern. Beschrieben in ( DE 10 2005 040 871 A1 ). Der Nachteil dieser Variante ist, dass sie teuer zu produzieren ist.
  • Liste zitierter Patentliteratur:
  • Aufgabenstellung
  • Meiner Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, das Problem der Reflektion durch die Stromabnahmebänder zu lösen. Das Problem der Reflektion durch die Kontaktfinger wird nicht behandelt.
  • Lösung
  • Die Aufgabe wird in Schutzanspruch 1 gelöst.
  • Mit meiner Erfindung wird erreicht, dass das Licht (1), welches auf die Stromabnehmer (längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente) (9) trifft nicht nach außen weg reflektiert wird (2) wie es bei herkömmlichen Stromabnahmebändern (3) der Fall ist, sondern auf die Solarzelle reflektiert wird. Das ist deshalb der Fall, weil die Flächen der länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) auf die das Licht (1) aufkommt, schräg zur Solarzellenoberfläche sind und das Licht deshalb nur geringfügig umleiten und es somit auf die umliegende Solarzellenoberfläche reflektieren. Trotzdem übernehmen die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9), insofern sie aus Metall sind, genauso gut die Aufgabe der Stromabnehmer wie herkömmliche Stromabnahmebänder (3). Siehe 2.
  • Auch kann man auf herkömmlichen Stromabnahmebändern (3) längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente (9) platzieren. In diesem Fall übernehmen die Stromabnahmebänder (3) weiterhin die Aufgabe der Stromabnehmer und die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) erfüllen nur die Aufgabe das Licht auf die Solarzellenoberfläche zu reflektieren. Siehe 4.
  • Funktion der Schutzansprüche
    • – Schutzanspruch 2 ermöglicht die einfachere Herstellung.
    • – Schutzanspruch 3 ermöglicht, dass man die Stromabnahmebänder (3) weglassen kann.
    • – Schutzanspruch 4 ermöglicht es, das System auch bei Solarmodulen mit Stromabnahmebändern (3) anzuwenden.
    • – Schutzanspruch 5 ermöglicht eine einfachere Herstellung.
    • – Schutzanspruch 6 ermöglicht es die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) wie herkömmliche Stromabnahmebänder zu verwenden.
    • – Schutzanspruch 7 ist eine vorteilhafte Ausführung die gut herzustellen ist und wenig Material benötigt.
    • – Schutzanspruch 8 ist eine vorteilhafte Ausführung, die den Innenwiderstand des Moduls senkt, da mehrere Stromabnehmer (längliche, im Wesentlichen keilförmigen Elemente) (9) verwendet werden und wodurch der Weg den der Strom in den Kontaktfingern 5 zurücklegen muss kürzer ist.
    • – Schutzanspruch 9 ist eine vorteilhafte Ausführung um Reflektion durch die Solarzellen zu verringern, da die optische Kopplung dies bewirkt.
    • – Schutzanspruch 10 ist eine vorteilhafte Ausführung die einfach herzustellen ist und bei der gleichzeitig das Licht, das auf die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) trifft möglichst steil auf die Solarzelle (6) reflektiert wird.
  • Vorteile gegenüber verschiedenen anderen Lösungen
  • Vorteile gegenüber herkömmlichen Solarzellen
    • 1. Höherer Ertrag, durch weniger Reflektion nach außen.
    • 2. Geringerer Innenwiderstand, da man mehrere Stromabnehmer (längliche, im Wesentlichen Keilförmige Elemente) (9) verwenden kann, ohne den Ertrag zu verringern.
  • Vorteile gegenüber der Emitter Wrap Through Technologie
    • 3. Einfachere Herstellung, da man keilförmige Drähte genauso einfach wie normale Stromabnahmebänder verwenden kann.
    • 4. Keine höheren Materialkosten.
    • 5. Bei fast allen Solarzellentypen einsetzbar.
    • 6. Auch bei Solarzellen verwendbar, die für die Stromabnahme mit Stromabnahmebändern hergestellt sind.
  • Ausführungsbeispiele
  • Alle Figuren zeigen jeweils nur eine Solarzelle des Moduls auch zeigen die 1–5 und 7–8 auch nicht das Laminat, die Rückseitenplatte und die durchsichtige Platte. Diese Bestandteile habe ich zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen.
  • 1 zeigt den Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine Ausführungsvariante.
  • 3 zeigt die Bezeichnung der Langen, Winkel und Flächen.
  • 4 zeigt eine Ausführungsvariante.
  • 5 zeigt eine Ausführungsvariante.
  • 6 zeigt eine Solarzelle des Systems in zweidimensionaler Ansicht mit durchsichtiger Kunststoffschicht (Laminatschicht) (16), durchsichtiger Platte (18) und Rückseitenplatte (17), allerdings ohne Rahmen welcher auch nicht notwendig ist.
  • 7 zeigt eine Ausführungsvariante.
  • 8 zeigt die Definition eines länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elements (9).
  • In 1 wird eine Solarzelle (6) nach dem Stand der Technik gezeigt. Sie hat einen Rückseitenkontakt (7) und auf ihm die Rückseiten-Stromabnahmebänder (8). Auf der Oberseite sind die Kontaktfinger (5), die Stromsammelschienen (4) und Stromabnahmebänder (3) gezeigt. Trifft Licht (1) auf die Stromabnahmebänder, so wird es von der Solarzelle weg reflektiert (2) und geht verloren.
  • 2 ist ein Ausführungsbeispiel, in dem das Grundprinzip meiner Erfindung dargestellt ist. Ebenso wie beim Stand der Technik ist auf der Unterseite der Solarzelle (6) der Rückseitenkontakt (7) und auf ihm die Rückseiten-Stromabnahmebänder (8) angebracht. Auf der Oberseite sind ebenso die Kontaktfinger (5) und die Stromsammelschienen (4). Allerdings sind auf diesen keine Stromabnahmebänder sondern die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) welche aus Metall sind und genauso als Stromabnehmer dienen. Aber dadurch dass die Flächen auf die das Licht aufkommt schräg zur Solarzelle sind, reflektieren sie es unter den meisten Einfallswinkeln auf die Solarzelle und nicht von der Solarzelle weg. Zudem können die länglichen, keilförmigen Elemente nicht nur über einer Solarzelle, sondern auch über eine ganze Reihe von Solarzellen reichen. Was allerdings nicht gezeigt ist.
  • 3 erklärt die Längen, Winkel und Flächen. Mit Kantenlänge der Solarzelle ist (10) gemeint. Mit der Breite der länglichen, keilförmigen Elemente ist (11) gemeint. Mit der Länge der länglichen, keilförmigen Elemente ist (12) gemeint. Mit dem Innenwinkel, der im senkrechten Querschnitt von der Solarzelle am weitesten entfernten Kante ist (14) gemeint. Die Kante selbst ist (20). Mit den zwei großen, nicht zur Solarzelle zeigenden Oberflächen ist (15) gemeint. Sie sind Oberflächen der länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9). Bei dieser Zeichnung sind die Kontaktfinger nicht eingezeichnet, da sie sonst mit den Bezeichnungslinien verwechselt werden könnten.
  • 4 ist ein Ausführungsbeispiel. Ebenso wie beim Stand der Technik sind auf der Unterseite der Solarzelle (6) der Rückseitenkontakt (7) und auf ihm die Rückseiten-Stromabnahmebänder (8) angebracht. Auf der Oberseite sind ebenso die Kontaktfinger (5) und die Stromsammelschienen (4). Auch die Stromabnahmebänder (3) sind Stand der Technik. Jedoch sind auf ihnen längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente (9) angebracht die aus einem beliebigen Material sind, aber aufgrund ihrer keilförmigen Form und der reflektierenden Oberfläche das Licht genauso auf die Solarzelle (6) reflektieren. Sie müssen deshalb nicht aus Metall sein, weil die Stromabnahmebänder weiterhin die Aufgabe der Stromabnahme übernehmen.
  • 5 ist ein Ausführungsbeispiel. Ebenso wie beim Stand der Technik ist auf der Unterseite der Solarzelle (6) der Rückseitenkontakt (7) und auf ihm die Rückseiten-Stromabnahmebänder (8) angebracht. Auf der Oberseite sind ebenso die Kontaktfinger (5) und die Stromsammelschienen (4). Die zwei großen, nicht zur Solarzelle zeigenden Oberflächen (15) der länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) sind nach außen gekrümmt, um größere Querschnittsflächen zu erzielen.
  • 6 zeigt das Selbe wie 2 allerdings in einer zweidimensionalen Zeichnung. Außerdem sind zusätzlich noch die durchsichtige Kunststoffschicht (Laminatschicht) (16) mit der Schichtstärke (19), die durchsichtige Platte (18) und die Rückseiten (17) gezeigt, was bei den anderen Figuren nicht der Fall ist.
  • 7 zeigt eine Ausführung, bei der mehre längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente (9) auf mehren Stromsammelschienen (4) angebracht sind um den Innenwiderstand zu verringern. Dieser ist deshalb geringer, weil der Weg den der Strom durch die Kontaktfinger (5) fliesen muss verkürzt ist.
  • 8 zeigt die Definition eines länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elements (9). Als längliches, keilförmiges Element bezeichne ich (9a) aus einem beliebigen Material.
  • Als ein längliches, im Wesentlichen keilförmiges Element bezeichne ich ein Element aus einem beliebigen Material welches Ähnlichkeit mit einem länglichen Keilförmigen Element (9a) hat oder durch Abschneiden eines Teils zu einem länglichen keilförmigen Element gemacht werden kann. Beispiele dafür sind (9b), (9c), (9d). Sie haben Ähnlichkeit mit einem länglichen keilförmigen Element (9a) und lassen sich durch abschneiden auf Höhe (20) zu einem solchen machen. Natürlich ist ein längliches, keilförmiges Element (9a) auch ein längliches, im Wesentlichen keilförmiges Element (9).
  • 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 102006006715 A1 [0002]
    • - DE 102005040871 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Solarmodul mindestens umfassend: – Mindestens eine durchsichtige Platte (18) und darunterliegende Solarzellen (6) oder auch nur eine Solarzelle (6), sowie mindestens eine unter dieser oder diesen liegende Rückseitenplatte (17) oder Folie. – Ein oder mehrere längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente (9). dadurch gekennzeichnet, dass alle der folgenden Kriterien erfüllt werden: – Die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) verlaufen unter der oder den durchsichtigen Platten und auf/über der oder den Solarzellen (6). – Die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) verlaufen mindestens insgesamt über eine Länge von über 0,5 m, insbesondere von über 1 m pro Modul, auf/über der oder den Solarzellen (6) und mindestens 5 mm von deren Rändern entfernt. – Mindestens ein Drittel, insbesondere mehr als die Hälfte der Oberfläche der länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) hat eine reflektierende Eigenschaft. – Im Querschnitt durch die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente sind die Innenwinkel (14) in den von der oder den Solarzellen am weitesten entfernten Kanten (20) geringer als 80°. – Die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) verlaufen auf/über mindestens 2,5% der Fläche der Solarzelle bzw. der Solarzellen.
  2. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) jeweils mindestens so lang (12) wie die kürzeste Kante (10) einer Solarzelle (6), insbesondere mindestens so lang wie eine gesamte Reihe von Solarzellen (6) sind.
  3. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) aus Metall sind.
  4. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche außer Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) nicht aus Metall sind aber trotzdem auf mindestens dem Drittel ihrer Oberfläche, eine reflektierende Oberfläche haben (welche aus Metall sein kann) und dass sie auf metallischen leitfähigen Elementen mit Querschnittsflächen von jeweils über 1,5 mm2, insbesondere auf Metallbändern (3) angebracht sind.
  5. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) mit einer Differenz von +/–15° senkrecht zu den meisten Kontaktfingern (5) verlaufen.
  6. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche außer Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) elektrischen Kontakt zu den Stromsammelschienen (4) oder Stromsammelpunkten der Solarzelle (6) haben.
  7. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9) jeweils eine Breite (11) von 1 mm bis 5 mm haben.
  8. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 20 längliche, im Wesentlichen keilförmige Elemente (9) über/auf einer Solarzelle (6) verlaufen.
  9. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchsichtige Kunststoffschicht (16) (Laminatschicht) welche großflächig optischen Kontakt zu der oder den durchsichtigen Platten und zu der oder den Solarzellen hat verwendet wird und deren Schichtstärke (19) mindestens so stark ist, wie die Höhe (13) der länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9), aber maximal 8 mm stark ist.
  10. Solarmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in den senkrechten Querschnitten durch die länglichen, im Wesentlichen keilförmigen Elemente (9), deren Innenwinkel (14) an der von der Solarzelle am weitesten entfernten Kante (20) kleiner als 61° und größer als 10° insbesondere kleiner als 55° und größer als 10° sind.
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