DE3129553A1

DE3129553A1 - Solarzellen-modul

Info

Publication number: DE3129553A1
Application number: DE19813129553
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 8025 Unterhaching Hollaus; Franz Josef Ing.(grad.) 8012 Ottobrunn Lang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1983-02-10

Description

Solarzellen-Modul
Die Erfindung betrifft ein Solarzellen-Modul, das aus einer Vielzahl photovoltaischer Solarzellen besteht, die auf einem Substrat aufliegen.
Bisher werden Solarzellen-Module in verschiedenen Arten ausgeftihrt, die in eine sogenannte Doppelglas-Technologie, in eine Super-Strate-Technologie und in. eine Substrat-Technologie eingeteilt werden können.
Bei der Doppelglas-Technologie sind die einzelnen Solarzellen in eine beispielsweise aus Siliconharz bestehende transparente Kunststoff-FUllung eingebettet, die ihrerseits zwischen zwei thermisch vorgespannten oder chemisch gehärteten Glasscheiben liegt, die durch einen Dichtrahmen mit Außenprofil gehalten werden. Derartige Solarzellen-Module zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer aus; sie sind aber äußerst aufwendig, was auf die teueren, vorgespannten Glasscheiben und die großen Mengen an Siliconharz zurückzufUhren ist. Auch ist die Herstellung äußerst arbeitsintensiv, was die Kosten weiter erhöht. Schließlich sind möglicherweise auftretende Fehler nicht reparierbar, da die gesamte Anordnung durch die vorgespannten Glasscheiben abgedeckt ist.
Bei der Super-Strate-Technologie liegen die einzelnen Solarzellen zwischen einer gegebenenfalls mit einer Glasmattenverstärkung versehenen Kunststoff-Abdeckung und einem vorgespannten Glas oder einem Acrylglas, das wiederum durch einen Außenrahmen gehalten wird. Mit dieser Technologie wird zwar eine gewisse Materialeinspa- rung erzielt, da nur eine vorgespannte Glasscheibe benötigt wird. Auch sind Fehler auf einfachere Weise reparierbar. Jedoch sind derart hergestellte Solarzellen-Module nicht absolut feuchtedicht und haben nur eine begrenzte mechanische Festigkeit.
Schließlich liegen bei der Substrat-Technologie die einzelnen Solarzellen zwischen einem Substrat aus Aluminium, Kunststoff, Holz oder dergleichen und einer Kunststoff-Abdeckung. Substrat und Abdeckung werden wiederum durch einen Rahmen gehalten. Auch bei einem derartigen Aufbau tritt eine Materialeinsparung ein. Fehler können ebenfalls nur bedingt beseitigt werden. Zusätzlich zu den Nachteilen der Super-Strate-Technologie ist hier die Oberfläche noch stärker gefährdet, da die Kunststoff-Beschichtung leichter als eine vorgespannte Glasscheibe beschädigt werden kann.
Allen bekannten Solarzellen-Modulen ist aber die Eigenschaft gemeinsam, daß sie zweidimensional angeordnet werden, also eine große Fläche bedecken, die sich in zwei zueinander senkrechten Richtungen über beträchtliche Entfernungen erstreckt. Die Herstellung solcher Solarzellen-Module durch eine kontinuierliche, also stetig ablaufende Massenfertigung mit hohen Takt- bzw. Durchlaufgeschwindigkeiten ist damit nicht möglich. Auch sind zweidimensionale Solarzellen-Module infolge-ihres erheblichen Gewichtes, das beispielsweise auf die Glasplatten oder Kunststoffwannen zurückgeht, äußerst schwierig zu bewegen. Weiterhin treten große Temperaturdifferenzen zwischen den photovoltaischen Solarzellen und deren Umgebung auf, die hohe mechanische Spannungen hervorrufen. Aus diesem Grund müssen auch oft die sehr teueren, vorgespannten Glasscheiben eingesetzt werden, um einen Bruch der Abdeckung oder andere Beschädigungen zu vermeiden. Die verwendeten Kunststoffe, wie Siliconharze und Acrylgläser, sind zudem aufwendig und teuer.
Durch die Zweidimensionalität ist auch die Systemfreundlichkeit, d. h. die Modularität, herabgesetzt; Reparaturen, beispielsweise bei Solarzellen-Brüchen, Kontaktfahnen-Rissen usw., sind nur kostenintensiv - wenn überhaupt - durchftllirbar. Schutzkomponenten, die bei einem partiellen Ausfall einer oder mehrerer Solarzellen eine, wenn auch nur reduzierte Funktion des Solarzellen-Moduls sicherstellen sollen, können praktisch nicht integriert werden. Weiterhin sind durch den zweidimensionalen Aufbau die Umhüllungskomponenten maßhaltig vorzufertigen, so daß diese Umhüllungskomponenten gegebenenfalls nicht weiter verwendet werden können, wenn die Solarzellen in ihren Abmessungen geändert werden. Die Wärmeabfuhr ist bei einigen Substratarten sehr gering; so ist sie bei Glas um Faktor 103 und bei Holz um Faktor 102 schlechter als beispielsweise bei Aluminium, Stahl oder anderen Metallsubstraten. Auch ist die Selbstreinigung von Gläsern und-Siliconharzen nicht allen Anforderungen angepaßt.
Schließlich verschlechtern sich auch die Eigenschaften von Gläsern und Kunststoffen, wie insbesondere Siliconharzen, wenn sie längere Zeit der freien Einwirkung des Wetters ausgesetzt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein-Solarzellen-Modul zu schaffen, das einfach hergestellt werden kann und das weitestgehend die mit üblichen in der Solartechnik #eingesetzten Kunststoffen bzw. vorgespannten Gläsern verbundenen Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Solarzellen in mit Glasfasern verstärkten Kunststoff eingebettet sind, daß der Kunststoff einerseits auf dem Substrat aufliegt und andererseits mit einer Oberflä- chenbeschichtung versehen ist, daß die Glasfasern partiell metallisiert sind, und daß die Solarzellen in einer linearen Anordnung vorgesehen sind.
Bei der Erfindung werden also die photovoltaischen Solarzellen nur in einer Richtung, also eindimensional, auf das Substrat aufgelegt. Dadurch ist es möglich, die Solarzellen-Module kontinuierlich zu fertigen, was sowohl für die Vorbereitung der photovoltaischen Solarzellen als auch deren Umhüllen und Befestigen auf dem Substrat gilt. Die Taktzeiten bzw. Fertigungsgeschwindigkeiten können dadurch wesentlich erhöht werden. Auch ist das Gewicht der Einzelteile wesentlich geringer. Für die Substratherstellung benötigte Rohstoffe, wie-beispielsweise Aluminiumblech, Stahlblech, Glasfasermatten und dergle#ichen, können von einer Rolle abgezogen und verarbeitet werden. Durch die geringen Breiten der Solarzellen-Module treten nur kleine thermische Spannungen auf. Damit ist es nicht mehr erforderlich, teuere und aufwendige, thermisch und/oder speziell chemisch vorbehandelte und vorgespannte Gläser zu verwenden. Für die Oberflächenbeschichtung können Kunststoffüberzüge als Korrosionsschutz für Substrat und Zellen verwendet werden. Diese Kunststoffüberzüge sind vorzugsweise glashart. Mit dem -erfindungsgemäßen-Solarzellen-Modul können beliebige Systemformate aufgebaut werden, was eine hervorragende Anpassung an vorgegebene Strukturen, wie beispielsweise Gebäudefronten, Zäune, Dachrinnen, Bäume usw. erlaubt. Die einzelnen Solarzellen-Module können je nach den Anforderungen parallel oder seriell montiert und verdrahtet werden. Als Kunststoffe können billige und leicht zu verarbeitende Materialien auf Ein- oder Zweikomponenten-Basis durch Vergießen, Ein- oder Aufspritzen, Aufrollen, Umpressen usw. verarbeitet werden.
Auch können diese Kunststoffe kurzfristig an Luft mit oder ohne thermischen Einfluß oder unter Verwendung kurzwelliger Strahlung ausgehärtet werden. Für jede einzelne Solarzelle bzw. für einzelne Solarzellen können kostengünstige Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise Bypass-Dioden integriert werden, wodurch die Betriebssicherheit beträchtlich erhöht wird. Durch eine entsprechende Rückseitengestaltung hinsichtlich Form und auch Farbe sowie Wahl der Oberflächenabdeckung . kann eine thermische Uberhitzung und damit eine Verringerung des Wirkungsgrades vermieden werden. Beispielsweise können W -licht ins nahe IR und sichtbare Licht transformierende Substanzen in die Kunststoff-Abdeckung eingemischt werden und eine weitere Wirkungsgrad-Erhöhung erzielt werden. Es ist eine extrem hohe Flächenausnutzung möglich, die auf der rechteckigen Form der einzelnen Solarzellen beruht. Weiterhin wird diese Flächenausnutzung durch die lineare Anordnung des Solarzellen-Moduls begünstig. Wenn niedrigbrechende Kunststoffe, sogenannte vergUtete bzw. verhütende Kunststoffe; benutzt werden, dann können Transmissionsgrade von nahezu 100 96 der Nutzstrahlung erzielt werden. Die thermischen und mechanischen Spannungen werden durch die Verwendung der oberhalb und unterhalb der photovoltaischen Solarzellen eingebauten Glasfaser-Gewebe vollkommen beherrscht und wesentlich verringert. Einzelne Solarzellen-Modulstreifen können leicht ausgetauscht werden. Da das Substrat Lolochungen aufweist, können mittels Schrauben, Muttern, Haken, Ösen etc. sofort überall geeignete Solarzellen-Modul-Systeme kurzfristig aufgebaut werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 2 bis 9.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung nä her erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Solarzellen-Modul-Streifenpanel, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Einheit des Solarzellen-Moduls, und Fig. 5 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Solarzellen-Moduls.
In Fig. 1 ist ein Streifenpanel mit Solarzellen 1 gezeigt, deren Stromversorgung auf der Oberseite über dünne Leitungen 2 erfolgt. Die einzelnen Solarzellen 1 sind über Leiterbänder 3 zusammengeschaltet, wobei Jedes Leiterband von der Unterseite einer vorangehenden Solarzelle zur Leiterbahn 1 der folgenden#Solarzelle auf deren Oberseite führt. Die einzelnen Solarzellen 1 liegen auf einem Aluminiumprofil 4 auf, das zur Verbindung mit entsprechendem Rahmen Löcher 5 haben kann.
In Fig. 2 ist der Aufbau der einzelnen Solarzellen 1 in Einzelheiten dargestellt. Die eigentliche Siliciumzelle 10 liegt zwischen zwei mit metallisierten Glasfasern verstärkten Epoxidharzschichten 11, 12, die die Zelle 10 umhüllen. Auf der Oberseite der Schicht 12 ist eine Oberflächenbeschichtung 13 aus Kunststoff vorgesehen, um das Epoxidharz mit den metallisierten Glasfasern zu schützen. Die Unterseite der Schicht 11 liegt auf dem Aluminiumsubstrat 4. Parallel zur Zelle 10 ist eine Bypass-Diode 15 zwischen den beiden Schichten 11 und 12 vorgesehen.
Fig. 3 zeigt, wie die einzelnen Solarzellen 1 in einem Streifenpanel zusammengeschaltet sind. Dabei sind zwischen den einzelnen Zellen 1 in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Leiterbahnen 3 vorgesehen.
3 Figuren 9 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentanspriiche Solarzellen-Modul, das aus einer Vielzahl photovoltaischer Solarzellen besteht, die auf einem Substrat aufliegen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Solarzellen (1) in mit Glasfasern verstärkten Kunststoff (11, 12) eingebettet sind, daß der Kunststoff einerseits auf dem Substrat (4) aufliegt und andererseits mit einer Oberflächenbeschichtung (13) versehen ist, daß die Glasfasern partiell metallisiert sind, und daß die Solarzellen (1) in einer linearen Anordnung vorgesehen sind.
2. S;olarzellen-Modul nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Solarzellen (1) beidseitig an den partiell metallisierten Glasfasern anliegen.
3. Solarzellen-Modul nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Solarzellen durch eine Bypass-Diode (15) zwischen dem partiell metallisierten Glasfasern überbrtickt sind.
4. Solarzellen-Modul nach einem der AnsprUche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (4) selbsttragend ist.
5. Solarzellen-Modul nach einem der AnsprUche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Solarzellen (1) rechteckig sind.
6. Solarzellen-Modul nach einem der AnsprUche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (4) Lochprofile (5) aufweist.
7. Solarzellen-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflächenbeschichtung (13) aus einer Kunststoff-Abdekkung besteht.
8. Solarzellen-Modul nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kunststoff-Abdeckung (13) Glasmatten enthalt.
9. Solarzellen nach einem der AnsprUche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die einzelnen Solarzellen (i) durch Aluminiumverbindungen (3) elektrisch verbunden sind.