DE4017933A1 - Solarzellenelement mit einem deckglas - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenelement mit den Merk
malen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
In der Raumfahrt werden zur Energieversorgung von Satelli
ten aus einer Vielzahl von Solarzellen bestehende Solar
generatoren benötigt, mit deren Hilfe die Strahlungsenergie
der Sonne auf fotoelektrischem Wege in elektrische Energie
umgewandelt wird. Verwendet werden Solarzellen, die vor
atmosphärischen Einflüssen, wie Feuchte, Korrosion und hoch
energetischer Teilchenstrahlung geschützt sind. Derartige
Solarzellen sind beispielsweise aus der DE-PS 21 13 410
bekannt, die aus einkristallinem Material des Types n auf p
bzw. p auf n bestehen und die mit weiteren Solarzellen mit
tels elektrisch leitender Verbinder durch Lötung oder
Schweißung zu Modulen vereinigt sind. Bei jeder Solarzelle
ist die gesamte Oberfläche einschließlich der bereits an den
Kontakten angebrachten Verbinder mit einem Deckglas ver
sehen, beispielsweise mit einem unter Verwendung eines
transparenten Klebers aufgeklebten Deckglas oder mit einem
integrierten, d. h. aufgedampften, Deckglas.
Wie der Broschüre der esa "European Space Technology",
Juni 1989, Seiten 3-16 und 3-17 zu entnehmen ist, wurden
großflächige Raumfahrtzellen mit Zellengrößen von ca. 4 cm
× 7 cm entwickelt. Die Zellendimensionen können jedoch bei
Raumfahrtanwendungen nicht beliebig vergrößert werden ohne
eine Reduzierung des Füllfaktors (FF) hinnehmen zu müssen,
da der erzeugte Strom nicht verlustlos von der Zellenober
fläche abgeleitet werden kann, denn die Verlustleistung
(PV) am Innenwiderstand der Solarzelle (RS) steigt quadra
tisch zum Strom (I) nach der Formel PV = I2 × RS an.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Solar
zellenelement mit Deckglas für Raumfahrtanwendungen zu
schaffen, das eine Vergrößerung der elektrisch aktiven
Fläche pro Deckglas gegenüber herkömmlichen Zellenstrukturen
aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Durch die Verwendung mehrerer Einzelzellen sowie deren über
lappende Anordnung wird vorteilhafterweise erreicht, daß die
aktive Fläche unter dem Deckglas vergrößert ist, da bei der
Verwendung von beispielsweise vier Einzelzellen die Verbin
derfläche von drei Einzelzellen mit der aktiven Fläche einer
benachbarten Einzelzelle überdeckt ist und gleichzeitig
zwischen den Einzelzellen keine passiven Abstände vorhanden
sind. Dies kann zur Erhöhung des Flächenwirkungsgrades eines
Solarzellenpanels führen. Von Vorteil ist demnach, daß bei
gleicher geforderter Leistung eine
Panelfläche erforderlich ist, so daß das in der Raumfahrt
eine wichtige Rolle spielende Leistungsgewicht des Solar
generators verbessert werden kann.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
2 bis 8 beschrieben. So wird im Anspruch 7 beansprucht,
daß die Einzelzellen in ihren Überlappungen elektrisch
parallel und seriell miteinander verschaltet sind. Hier
durch wird vorteilhafterweise erreicht, daß das Solarzellen
element unter einem Deckglas nicht nur einen erhöhten Strom
je Flächeneinheit abgibt, sondern daß auch eine Spannungs
addition der in Serie verbundenen Solarzellen erzielt wird.
Bei terrestrischen Solargeneratoren ist die Verwendung von
schindelartig angeordneten Solarzellen bekannt. So ist in
der DE-PS 37 08 548 ein Solarzellenmodul aus überlappend an
geordneten und elektrisch parallel und seriell miteinander
in der Überlappungszone verbundenen Solarzellen beschrieben.
Hier werden die aus mindestens zwei Solarzellen bestehenden
Solarzellen-Zeilen derartig überlappend angeordnet, daß
die durch die Aneinanderreihung von Solarzellen zu einer
Solarzellen-Zeile entstehenden Stoßfugen gegenüber jenen
in benachbarten Solarzellen-Zeilen gegeneinander versetzt
sind. Die an der Vorderseite und die an der diametral
gegenüberliegenden Rückseite auf der ganzen Länge der
Solarzellen-Zeile durchgehenden Überlappungszonen dienen zur
direkten Kontaktierung sowohl der in den Solarzellen-Zeilen
aneinandergereihten Solarzellen als auch der aufeinander
folgenden Solarzellen-Zeilen. Die Kontaktierung der
Solarzellen-Zeilen an den Überlappungszonen erfolgt durch
Löten. Diese Anordnung der Solarzellen ermöglicht die Lami
nierung von sehr großen Modulflächen, wobei allerdings auch
großflächige Trägerplatten z. B. in Form von Glasplatten und
großflächige Schutzeinbettungen erforderlich sind. Dieser
Modulaufbau ist zur Raumfahrtanwendung nicht geeignet, da
man aufgrund hoher Temperaturwechselbeanspruchungen auf
kleinere Einzeldeckgläser angewiesen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Er
findung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein aus vier Einzelzellen
bestehendes Solarzellenelement mit Verbinderan
schlüssen,
Fig. 2 eine Draufsicht zur Fig. 1, und
Fig. 3 ein Schaltschema zur seriellen und parallelen Ver
schaltung von kleineren Einzelzellen.
In Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Anordnung im wesent
lichen aus einem dünnen Deckglas 1 und insgesamt vier Ein
zelzellen 3, wobei das Deckglas 1 mittels eines transparenten
Klebers 2, vorzugsweise auf Silikonbasis, auf die lichtem
pfindlichen Oberflächen der Einzelzellen 3 aufgeklebt ist.
Jede Einzelzelle 3 weist auf ihrer das einfallende Licht
aufnehmenden Oberfläche ein Kontaktfingersystem mit in Kan
tennähe verlaufenden Kontaktinseln und auf ihrer entgegenge
setzten Oberfläche einen ganzflächigen Rückseitenkontakt
auf. Die Kontakte sind zeichnerisch nicht dargestellt, da es
sich um in der Solarzellentechnik übliche Kontaktanordnungen
handelt.
Die Einzelzellen 3, deren Lage zueinander auch aus Fig. 2
ersichtlich ist, sind in Schindelform derart angeordnet,
daß jeweils ein schmaler Bereich des Rückseitenkontaktes
einer Einzelzelle 3 mit dem Kontaktbalken des vordersei
tigen Kontaktfingersystems seiner benachbarten Einzelzelle 3
elektrisch leitend verbunden ist. Diese elektrisch leitenden
Verbindungen, die vor dem Aufbringen des Deckglases 1 her
gestellt werden, können durch elektrisch leitfähige Kleber
oder durch Lötung erfolgen. In Fig. 2 sind in den mit 7 be
zeichneten Überlappungsbereichen der Einzelzellen die Löt
punkte 6 zwischen jeweiliger Kontaktinsel und Rückseiten
kontakt eingezeichnet.
Ebenfalls vor dem Aufkleben des Deckglases 1, das das ge
samte aus den vier genannten Einzelzellen 3 bestehende
Solarzellenelement abdeckt, werden Verbinder 4 mit demje
nigen Kontaktanschlußbalken elektrisch leitend verbunden,
der infolge fehlender benachbarter Einzelzelle 3 unbeschal
tet geblieben ist. Die n-Verbinder 4, die nach ihrer Befe
stigung durch Schweißung, Lötung oder Klebung mit einem elek
trisch leitfähigen Kleber zumindest teilweise auch von dem
Deckglas 1 abgedeckt und somit geschützt sind, dienen zur
Serien- und Parallelverschaltung von einer Vielzahl von
Solarzellen zu einem Raumfahrtsolargenerator. Hierzu werden
an die auf der Rückseite der Solarzelle liegenden p-Kontakt
bereiche 5 die n-Verbinder benachbarter Solarzellen ange
schlossen.
Gemäß Fig. 3 kann ein Solarzellenelement beispielsweise fünf
Einzelzellen-Zeilen aufweisen, wobei jede Zeile zwei Einzel
zellen 9 und eine halbe Einzelzelle 10 besitzt. Für eine
serielle und parallele Verschaltung sind die Einzelzellen
9 und 10 derartig überlappend zu den benachbarten Einzelzel
len-Zeilen angeordnet, daß die durch die Aneinanderreihung
von Einzelzellen 9 und 10 zu einer Einzelzellen-Zeile ent
stehenden Stoßfugen gegenüber jenen in benachbarten Einzel
zellen Zeilen gegeneinander versetzt sind. Die an der Vor
derseite und die an der diametral gegenüberliegenden Rücksei
te auf der ganzen Länge der Einzelzellen-Zeile durchgehenden
Überlappungszonen dienen zur direkten Kontaktierung sowohl
der in den Einzelzellen-Zeilen aneinandergereihten Einzel
zellen 9 und 10 als auch der aufeinanderfolgenden Einzel-
Zeilen. Die Stoßfugen einer Einzelzellen-Zeile kann jeweils
mittig an den Längsseiten der Einzelzellen der angrenzenden
Einzelzellen-Zeilen liegen.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarzellenelementes
können auch Ga AS-Solarzellen verwendet werden, deren Abmes
sungen infolge ihrer leichten Zerbrechlichkeit bei 2 × 2 cm2
bzw. 2 × 1 cm2 liegen können. Auch mit diesen Einzelzellen
ist die Herstellung einer von einem Deckglas vollständig ab
gedeckten Solarzelle möglich, wobei das Deckglas eine Größe
von etwa 5 × 5 cm2 oder größer aufweisen kann.
Claims (8)
1. Solarzellenelement mit einem Deckglas, das die gesamte
lichtempfindliche Oberfläche einschließlich der Kontakte
und der an den Kontakten angebrachten Verbinder bedeckt und
vorzugsweise mittels eines Deckglasklebers befestigt ist,
zur Herstellung eines aus einer Vielzahl von miteinander
elektrisch leitend verbundenen Solarzellenelementen beste
henden Solargenerators für Raumfahrtanwendungen, insbesondere
für Satelliten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
Einzelzellen (3) mit vorderseitigem Kontaktfingersystem und
Kontaktanschlußinseln sowie ganzflächigem Rückseitenkontakt
vorgesehen sind, daß innerhalb des Elements die Einzelzellen
(3) in Schindelform derart überlappend angeordnet sind, daß
jeweils schmale Bereiche des Rückseitenkontaktes einer Einzel
zelle (3) mit den Kontaktanschlußinseln des vorderseitigen
Kontaktsystems seiner benachbarten Einzelzelle (3) elektrisch
leitend verbunden sind, und daß an den unverschaltet geblie
benen Kontaktanschlußinseln die Verbinder (4) zur Serienver
schaltung mit weiteren Solarzellenelementen im Kontaktan
schlußbereich 5 angebracht sind.
2. Solarzellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückseitenkontakte der Einzelzellen (3) durch Lötung
mit den Vorderseitenkontaktinseln der benachbarten Einzelzel
len (3) verbunden sind.
3. Solarzellenelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Kleberverbindungen mit einem elektrisch leitfähigem Kleber,
der die Rückseitenkontakte mit zugeordneten Vorderseitenkon
taktinseln elektrisch leitend miteinander verbindet.
4. Solarzellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbinder (4) an den unverschaltet gebliebenen Vorder
seitenkontaktanschlußbereichen durch Schweißung, Lötung oder
Klebung mit einem elektrisch leitfähigen Kleber befestigt
sind.
5. Solarzellenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Rückseitenkontakte ganzflächig oder als Finger
kontakte mit Anschlußinseln oder Anschlußbalken ausgebildet
sind.
6. Solarzellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß vier Einzelzellen (3) mit den Ab
messungen von ca. 1,8 cm × 7,0 cm zu einer Solarzellenanord
nung mit den Abmessungen von ca. 7 cm × 7 cm verschaltet
sind.
7. Solarzellenelement nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Einzelzellen (9, 10) in ihren
Überlappungszonen elektrisch parallel und seriell miteinander
verschaltet sind.
8. Solarzellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die Einzelzellen (9, 10) GaAS-So
larzellen sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |