DE202012104748U1 - Photovoltaik-Modul mit mehreren Solarzellen - Google Patents
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Abstract
Photovoltaik-Modul mit mehreren Solarzellen (1), die eine Vorderseite (2) und eine einer Grundplatte (4) des Moduls zugewandte Rückseite (3) aufweisen, wobei die Vorderseite (2) der Solarzelle (1) mit einer auf der Grundplatte (4) des Moduls angeordneten, elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, wobei die Grundplatte (4) aus zumindest einer elektrisch isolierenden Schicht (5) besteht, welche auf der den Solarzellen (1) abgewandten Seite eine erste, strukturierte, elektrisch leitende Schicht (6) aufweist, die mit der Vorderseite (2) der Solarzelle (1) elektrisch verbunden ist, und wobei auf der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Schicht (5) eine zweite, strukturierte, elektrisch leitende Schicht (7) angeordnet ist, die mit der Rückseite (3) der Solarzelle (1) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Solarzelle (1) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (13) aufweist, in welchen ein oder mehrere Bond-Drähte (A, B) einer Wire-Bonding-Ableitung (10) angeordnet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Photovoltaik-Modul (PV-Modul) mit mehreren Solarzellen, die eine Vorderseite und eine einer Grundplatte des Moduls zugewandte Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite der Solarzelle mit einer auf der Grundplatte des Moduls angeordneten, elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, Die Grundplatte besteht aus zumindest einer elektrisch isolierenden Schicht, welche auf der den Solarzellen abgewandten Seite eine erste, strukturierte, elektrisch leitende Schicht aufweist, die mit der Vorderseite der Solarzelle elektrisch verbunden ist, wobei auf der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Schicht eine zweite, strukturierte, elektrisch leitende Schicht angeordnet ist, die mit der Rückseite der Solarzelle elektrisch verbunden ist.
- Solar- bzw. PV-Module weisen meist mehrere Solarzellen auf, die seriell oder parallel zusammengeschaltet im Modul angeordnet sind. Die Module werden einzeln oder in Gruppen verbaut und verschaltet in Photovoltaikanlagen zur zentralen und dezentralen Stromerzeugung eingesetzt. Das einzelne Solarmodul soll dabei an den verschiedenen Einsatzorten unterschiedlichsten Anforderungen genügen, wobei insbesondere die im Inneren angeordneten Solarzellen bzw. Solarpaneele vor Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen geschützt werden sollen. Weiters sollen die elektrischen Verbindungen der einzelnen Solarzellen ohne großen Aufwand hergestellt werden können. Das Photovoltaik-Modul schützt die elektrischen Verbindungen vor Feuchtigkeit und Diffusion und sorgt für eine entsprechende elektrische Isolierung nach außen.
- Ein Photovoltaik-Modul der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise aus der
EP 2 028 696 A2 bekannt. Die Vorderseite der Solarzelle ist mittels isolierten Durchgangselektroden in Bohrungen der Solarzelle mit Leiterbahnen an der Rückseite einer isolierenden Schicht verbunden. - Aus der
US 2010/0148210 A1 - Aus der
WO 2010/101531 A2 - Aus der
EP 0 985 233 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle bekannt, bei welcher das Halbleitersubstrat der Solarzelle eine Reihe von metallisierten Durchkontaktierungen aufweist, die mit einer Ableitstruktur an der Frontseite in Verbindung stehen, wobei an der Rückseite der Solarzelle die positiven und negativen Ableitelektroden kammartig in einer Ebene angeordnet sind. Benachbarte Solarzellen können über an den Rändern angeordnete, positive und negative Bereiche der Ableitelektroden mittels eines elektrisch leitenden Bandes seriell verschaltet werden. - Schließlich ist aus der
DE 30 10 566 A1 ein Sonnenenergiewandler bekannt, welcher gemäß einer Ausführungsvariante auf einer Grundplatte (Wärmesammlerplatte) einen elektrischen Isolatorfilm und darauf abgelagerte Schichten aufweist, die in Serie geschaltete Solarzellen samt deren elektrischen Ableitungen bilden. Zunächst werden Elektroden aus Aluminium abgelagert und darauf amorphe Siliziumschichten niedergeschlagen, die schließlich von oberen, lichtdurchlässigen Elektroden überdeckt werden. Es liegen somit nebeneinander angeordnete Solarzellen des P-i-n-Types vor, die jeweils auf unteren Elektroden aus Aluminium angeordnet sind, die seitlich über die Solarzelle vorstehen und in diesem Bereich mit der benachbarten Solarzelle über deren obere, lichtdurchlässige Elektrode verbunden sind. Nachteilig ist der komplexe Aufbau des Solarmoduls und dessen aufwendige Herstellung mittel Dünnschichttechnologie. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von bekannten Solarmodulen Verbesserungen vorzuschlagen, mit welchen der Gesamtwirkungsgrad des Solarmoduls erhöht werden kann, wobei auch in der Massenfertigung kostengünstig herzustellende, elektrisch leitende Verbindungen zwischen den einzelnen Solarzellen eines Moduls angestrebt werden, wobei sowohl eine serielle als auch eine zumindest gruppenweise parallele Verschaltung der Solarzellen möglich sein soll.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede Solarzelle eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, in welchen ein oder mehrere Bond-Drähte einer Wire-Bonding-Ableitung angeordnet sind. Unter Wire-Bonding versteht man hier eine elektrisch leitende Verbindung elektronischer Bauteile die bevorzugt mittels Ultraschall-Bonding (US-Bonding) erfolgt. Dabei werden feine Drähte oder schmale Bänder aus z. B. Aluminium durch Aufbringen von Ultraschallenergie mit den Bauteilen verschweißt.
- An sich wäre zwar auch eine randseitige Ableitung an den Rändern jeder Solarzelle durch Wire-Bonding möglich, bevorzugt werden jedoch Ableitungen in einer zentralen, oder mehreren über die Oberfläche verteilten Durchgangsöffnungen, da dadurch das Ableitgitter bzw. die Ableitstrukturen an der Oberfläche der Solarzelle im Hinblick auf geringere Abschattung optimiert werden können.
- Erfindungsgemäß sind die erste und die zweite, elektrisch leitenden Schicht der Grundplatte in voneinander elektrisch isolierte, erste und zweite Elektrodenflächen unterteilt, die an einem der Randbereiche zumindest teilweise überlappen und im Überlappungsbereich elektrische Durchkontaktierungen durch die elektrisch isolierende Schicht aufweisen. Beispielsweise können die Elektrodenflächen jeweils im Wesentlichen den Abmessungen der Solarzellen entsprechen und fortlaufend durch Überlappungen und Durchkontaktierungen zu einem seriellen Netzwerk verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, Elektrodenflächen vorzusehen, die mehrere Solarzellen oder Gruppen von Solarzellen in einer elektrischen Parallelschaltung aufweisen.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grundplatte samt den strukturierten, elektrisch leitenden Schichten aus einer Leiterplatte (Doppellayer-Leiterplatte) besteht, wobei die elektrisch leitenden Schichten in einzelne Elektrodenflächen unterteilt sind. Für die Herstellung der Module, insbesondere deren intermodularen elektrischen Verbindungen können somit die aus der Leiterplattenindustrie bekannten Techniken und Maschinen eingesetzt werden. Auf die den Anforderungen entsprechend strukturierte leitende Schicht werden die Solarzellen auf den einzelnen Elektrodenflächen, z. B. mittel Leitpaste oder -kleber aufgeklebt. Falls erforderlich kann die Grundplatte auch aus mehreren elektrisch isolierenden Schichten bestehen und weitere, elektrisch leitende Schichten aufweisen. Beispielsweise können mehrere Leiterplatten zu einer Multilayer-Leiterplatte kombiniert werden.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die Vorderseite der Solarzelle mittels der Wire-Bonding-Ableitung direkt mit der ersten elektrisch leitenden Schicht der Grundplatte (Leiterplatte) verbunden.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen PV-Moduls, wobei die Schnittebene auf die Moduloberfläche normal ausgerichtet ist; -
2 einen Teilschnitt gemäß1 einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen PV-Moduls; -
3 eine Draufsicht auf eine Teilansicht des PV-Moduls gemäß2 auf die der Sonne zugewandte Oberfläche des Moduls, wobei allfällige Front- oder Eintrittsgläser bzw. transparente Vergussmassen weggelassen wurden; -
4 einen Detailschnitt in vergrößerter Darstellung im Bereich IV der3 , in welchem zwei Solarzellen benachbart angeordnet sind; -
5 eine Draufsicht auf die Grundplatte des PV-Moduls im Bereich gemäß4 in verkleinerter Darstellung, wobei die Solarzellen weggelassen wurden; -
6 eine Draufsicht auf die Grundplatte des PV-Modul mit einer 6×6 Matrix; -
7 einen Detailschnitt in vergrößerter Darstellung im Bereich VII der3 mit einer elektrischen Durchkontaktierung durch die Solarzelle; -
8 eine Draufsicht auf die Grundplatte des PV-Moduls im Bereich der Durchkontaktierung gemäß7 ; -
9 eine Draufsicht auf das PV-Modul im Bereich der Durchkontaktierung gemäß7 ; sowie -
10 einen Detailschnitt gemäß7 mit einem Distanzelement in der Durchkontaktierung. - Die in den
1 und2 gezeigten Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen PV-Moduls weisen mehrere Solarzellen1 auf (lediglich zwei der Solarzellen sind zumindest zum Teil dargestellt), die eine Vorderseite2 und eine einer durchgehenden Grundplatte4 des Moduls zugewandte Rückseite3 aufweisen. Die Grundplatte4 besteht in den dargestellten Ausführungsvarianten aus einer elektrisch isolierenden Schicht5 , welche auf der den Solarzellen1 abgewandten Seite eine erste, strukturierte, elektrisch leitende Schicht6 aufweist, die mit der Vorderseite2 der Solarzelle1 elektrisch verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Schicht5 ist eine zweite, strukturierte, elektrisch leitende Schicht7 angeordnet, die mit der Rückseite3 der Solarzelle1 elektrisch verbunden ist. Alle intermodularen elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Solarzellen1 eines PV-Moduls können somit über die beidseitig mit elektrisch leitenden Schichten6 und7 versehene isolierende Schicht5 hergestellt werden, wobei vorteilhafterweise eine entsprechend strukturierte Leiterplatte eingesetzt werden kann. Gleichzeitig dient die Leiteplatte als Grundstruktur, auf die die einzelnen Solarzellen beispielsweise mittels Leitkleber aufgeklebt werden können. - Die erste elektrisch leitende Schicht
6 und die zweite elektrisch leitende Schicht7 der Grundplatte4 sind jeweils in voneinander elektrisch isolierte, erste und zweite Elektrodenflächen6' ,7' unterteilt, die an einem der Randbereiche zumindest teilweise überlappen und im Überlappungsbereich8 elektrische Durchkontaktierungen9 durch die elektrisch isolierende Schicht5 aufweisen. Damit kann eine in den1 und2 dargestellte serielle Verbindung der einzelnen Solarzellen1 hergestellt werden. - Die Vorderseite
2 der einzelnen Solarzellen1 ist in der Variante gemäß1 mittels Wire-Bonding10 direkt mit der ersten elektrisch leitenden Schicht6 verbunden. Bei der Variante gemäß2 wird die Vorderseite2 der Solarzelle1 mittels Wire-Bonding10 zunächst mit einer elektrisch isolierten Inselstruktur11 der zweiten, elektrisch leitenden Schicht7 verbunden, wobei diese Inselstruktur11 eine elektrische Durchkontaktierung12 durch die elektrisch isolierende Schicht5 zur ersten, elektrisch leitenden Schicht6 aufweist. In beiden Ausführungsvarianten weist jede Solarzelle1 eine Durchgangsöffnungen13 auf, in welchen ein oder mehrere Bond-Drähte A der Wire-Bonding-Ableitung10 angeordnet sind. - In den schematischen Darstellungen der
1 und2 sind die Durchgangsöffnungen13 im Vergleich zu den Abmessungen der Solarzellen1 wesentlich vergrößert dargestellt, um Details besser unterscheiden zu können. Weiters sind auch die Schichtdicken zum Teil überhöht dargestellt. - Die schematisch in
2 dargestellte Ausführungsvariante wird nun detailliert in den3 bis10 erläutert. - In
3 ist ein Ausschnitt eines PV-Moduls dargestellt, welcher – in etwa in Originalgröße – zwei nebeneinander angeordnete Solarzellen1 zeigt, die jeweils vier Durchgangsöffnungen13 und daran anschließend ein Ableitgitter15 aufweisen. Durch das spezielle Design des Ableitgitters15 im Zusammenhang mit den vier Durchgangsöffnungen13 kann der Wirkungsgrad der Solarzellen im Vergleich zu einer herkömmlichen Ableitung wesentlich verbessert werden. - In den
4 und5 ist der Bereich benachbarter Solarzellen1 im Detail dargestellt. Die Elektrodenflächen7' der einen leitenden Schicht7 weisen Abmessungen auf, die jenen der Solarzelle1 entsprechen. Die Elektrodenflächen6' der anderen Schicht6 bilden einen Überlappungsbereich8 , in welchem eine Reihe von doppelten Durchkontaktierungen9 vorgesehen ist. (siehe auch5 , in welcher die Elektrodenflächen7' durchgehend und die Elektrodenflächen6' strichliert dargestellt sind).6 zeigt dazu eine Ausführungsvariante, bei welcher alle Elektrodenflächen6' ,7' der elektrisch leitenden Schichten6 ,7 des Moduls mit Hilfe der Überlappungsbereiche8 mäanderartig zusammengeschaltet sind, wobei die gegenpoligen elektrischen Anschlüsse19 ,20 im mittleren Bereich gegenüberliegender Seiten des Moduls angeordnet sind. Für das gesamte Modul werden keine zusätzlichen Verbindungsleitungen zwischen einzelnen Solarzellen benötigt, wodurch der Innenwiderstand des Moduls beträchtlich gesenkt werden kann. - In den
7 bis9 ist der Bereich einer Durchgangsöffnung13 der Solarzelle1 im Detail dargestellt. In der dargestellten Ausführungsvariante sind in jeder Durchgangsöffnung13 der Solarzelle1 zwei sich kreuzende Bond-Drähte A, B angeordnet, deren Enden14 auf der Vorderseite2 der Solarzelle1 mit dem Ableitgitter15 , vorzugsweise aus Silberleitpaste, in Verbindung stehen. Der Mittelbereich der Bond-Drähte A, B liegt auf der Inselstruktur11 im Zentrum der Durchgangsöffnung13 auf. Die Befestigung erfolgt durch US-Bonden an den Stellen C.8 zeigt eine Draufsicht auf die Grundplatte4 des PV-Moduls im Bereich der Durchkontaktierung mit der Inselstruktur11 der leitenden Schicht7 und deren vier Durchkontaktierungen12 zur Elektrodenfläche6' der leitenden Schicht6 .9 zeigt eine verkleinerte Draufsicht auf den Bereich der Durchgangsöffnung13 . - Wie in
10 dargestellt können in den Durchgangsöffnungen13 Distanzelemente16 angeordnet sein, die Aussparungen zur Aufnahme der Bond-Drähte A, B aufweisen und eine Auflagefläche17 für ein Frontglas18 des Photovoltaik-Moduls bilden. Der Raum21 zwischen dem Frontglas18 und den Solarzellen1 kann bevorzugt mit einer transparenten Vergussmasse ausgefüllt sein. - 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
-
- EP 2028696 A2 [0003]
- US 2010/0148210 A1 [0004]
- WO 2010/101531 A2 [0005]
- EP 0985233 B1 [0006]
- DE 3010566 A1 [0007]
Claims (9)
- Photovoltaik-Modul mit mehreren Solarzellen (
1 ), die eine Vorderseite (2 ) und eine einer Grundplatte (4 ) des Moduls zugewandte Rückseite (3 ) aufweisen, wobei die Vorderseite (2 ) der Solarzelle (1 ) mit einer auf der Grundplatte (4 ) des Moduls angeordneten, elektrisch leitenden Schicht verbunden ist, wobei die Grundplatte (4 ) aus zumindest einer elektrisch isolierenden Schicht (5 ) besteht, welche auf der den Solarzellen (1 ) abgewandten Seite eine erste, strukturierte, elektrisch leitende Schicht (6 ) aufweist, die mit der Vorderseite (2 ) der Solarzelle (1 ) elektrisch verbunden ist, und wobei auf der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Schicht (5 ) eine zweite, strukturierte, elektrisch leitende Schicht (7 ) angeordnet ist, die mit der Rückseite (3 ) der Solarzelle (1 ) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Solarzelle (1 ) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (13 ) aufweist, in welchen ein oder mehrere Bond-Drähte (A, B) einer Wire-Bonding-Ableitung (10 ) angeordnet sind. - Photovoltaik-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (
6 ) und die zweite, elektrisch leitenden Schicht (7 ) der Grundplatte (4 ) in voneinander elektrisch isolierte, erste und zweite Elektrodenflächen (6' ,7' ) unterteilt sind, die an einem der Randbereiche zumindest teilweise überlappen und im Überlappungsbereich (8 ) elektrische Durchkontaktierungen (9 ) durch die elektrisch isolierende Schicht (5 ) aufweisen. - Photovoltaik-Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Elektrodenflächen (
6' ,7' ) der elektrisch leitenden Schichten (6 ,7 ) des Moduls mit Hilfe der Überlappungsbereiche (8 ) mäanderartig zusammengeschaltet sind, wobei die gegenpoligen elektrischen Anschlüsse (19 ,20 ) im mittleren Bereich gegenüberliegender Seiten des Moduls angeordnet sind. - Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (
4 ) samt den strukturierten, elektrisch leitenden Schichten (6 ,7 ) aus einer Leiterplatte (5 ) besteht, wobei die elektrisch leitenden Schichten (6 ,7 ) in einzelne Elektrodenflächen (6' ,7' ) unterteilt sind. - Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite (
2 ) der Solarzelle (1 ) mittels der Wire-Bonding-Ableitung (10 ) direkt mit der ersten elektrisch leitenden Schicht (6 ) verbunden ist. - Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite (
2 ) der Solarzelle (1 ) mittels der Wire-Bonding-Ableitung (10 ) mit einer elektrisch isolierten Inselstruktur (11 ) der zweiten, elektrisch leitenden Schicht (7 ) verbunden ist, wobei die Inselstruktur (11 ) zumindest eine elektrische Durchkontaktierung (12 ) durch die elektrisch isolierende Schicht (5 ) zur ersten, elektrisch leitenden Schicht (6 ) aufweist. - Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Durchgangsöffnung (
13 ) zwei sich kreuzende Bond-Drähte (A, B) der Wire-Bonding-Ableitung (10 ) angeordnet sind, deren Enden (14 ) auf der Vorderseite (2 ) der Solarzelle (1 ) mit einem Ableitgitter (15 ), vorzugsweise aus Silberleitpaste, in Verbindung stehen. - Photovoltaik-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Durchgangöffnungen (
13 ) Distanzelemente (16 ) angeordnet sind, die Aussparungen zur Aufnahme der Bond-Drähte (A, B) der Wire-Bonding-Ableitung (10 ) aufweisen und eine Auflagefläche (17 ) für ein Frontglas (18 ) des Photovoltaik-Moduls bilden. - Photovoltaik-Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (
21 ) zwischen dem Frontglas (18 ) und den Solarzellen (1 ) mit einer transparenten Vergussmasse verfüllt ist.
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- 2012-12-06 DE DE202012104748U patent/DE202012104748U1/de not_active Expired - Lifetime
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