DE4128766C2 - Solarmodul sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Solarmodul sowie Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einer Anzahl von zu mindestens einem Solarzellenstring in Serie verschalteten beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen bzw. ein Solarmodul mit einer Anzahl von zu mindestens einem Solarzellenstring parallelverschalteten ein- oder beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen, mit einer mit einem Siebdruckleitersystem versehenen transparenten Trägerscheibe, auf der die Solarzellen angeordnet sind, und einer mit einem Siebdruckleitersystem versehenen transparenten Deckscheibe. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen solcher Solarmodule.
Zur Herstellung von Solarmodulen ist es üblich, Solarzellen über streifenförmige Verbinder zu Solarzellenstrings in Serie oder Reihe zu schalten, wobei die streifenförmigen Verbinder mit der Kontaktbeschichtung der Solarzellen ver­ lötet oder verschweißt werden. Bei herkömmlichen mono- oder polykristallinen Solarzellen erstrecken sich die Verbinder vom Vorderseitenkontakt der einen Zelle zum Rückseitenkontakt der nachfolgenden, wie dies beispielsweise in der DE-OS 29 42 328 beschrieben ist, die ein Solarmodul sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zum Inhalt hat. Die Anzahl der Solarzellen pro String wird üblicherweise so gewählt, daß auch bei schwachen Bestrahlungsstärken eine zum Laden von z. B. Bleiakkumulatoren ausreichende Spannung geliefert wird. Die Solarzellenstrings werden je nach gefor­ derter Solarmodulspannung und -leistung mit weiteren Solarzellenstrings wiederum in Reihe oder parallel geschaltet.
Üblicherweise werden die Solarzellenstrings zwischen Glas­ scheiben eingebettet, um sie vor mechanischer und klimati­ scher Beschädigung zu schützen. Trägerscheibe und Deckscheibe bestehen zweckmäßig aus Natronsilikatglas, insbesondere Weißglas; sie sind z. B. unter Umschließen des/der Solarzellenstring(s) nach Art einer Verbundsicherheitsglasscheibe durch eine Verbundmasse, z. B. auf Folien- oder Gießharzbasis, verbunden. Diese Einkapselung muß mög­ lichst reflexionsfrei sein und gute Transmissionseigenschaf­ ten haben. Weiterhin muß sie die Wärmeabfuhr aus den Solarzellen sicherstellen.
Es kann hierzu vorgesehen sein, die Solarzellenstrings beispielsweise nach Art der Herstellung von Verbundsicherheitsglasscheiben, unter Verwendung eines transparenten Harzes oder entsprechender Verbundfolien, zwischen zwei Glasplatten einzubetten. Beim so ausgebildeten Solarmodul ist lediglich auf der Trägerscheibe ein Siebdruckleitersystem vorgesehen, auf dem die einzelnen Solarzellen angeordnet sind, während die Deckscheibe unter Zwischenschaltung einer Verbundfolienschicht mit Abstand von den Solarzellen ange­ ordnet ist. Zur gewünschten String-Verschaltung der einzelnen Solarzellen sind somit Verbinder unerläßlich, die mit den Flächenkontakten der einzelnen Solarzellen in sinn­ entsprechendem Kontakt stehen. Diese Vorgehensweise ist verhältnismäßig material- und arbeitsaufwendig, da nach dem Aufbringen der Solarzellen auf das Siebdruckleitersystem noch die elektrische Detailverschaltung mittels der Verbinder etc. hergestellt werden muß.
Ähnliche Solarzellenstrings sind auch in der DE-OS 36 19 311 beschrieben. Aus der DE-OS 37 27 825 ist bekannt, die elektrische Verschaltung der Solarzellen zu Strings dadurch zu erleichtern, daß nach dem Aufbringen der Solarzellen auf die mit einem Leitbahnsystem versehene Trägerscheibe die vorderseitige Verschaltung im Siebdruck­ verfahren erfolgt, jedoch ist es dabei notwendig, die mit dem Solarzellensystem versehene Trägerscheibe dem Siebdruck­ prozeß auszusetzen, wodurch eine sehr große Präzision hin­ sichtlich der Fixierung der Solarzellen auf der Träger­ scheibe sowie eine zumindest die Beherrschung der Höhen­ erstreckung der "Gräben" zwischen den einzelnen Solarzellen ermöglichende aufwendige Siebdrucktechnik erforderlich sind. Die DE-OS 33 08 269 verwendet die Siebdrucktechnik zum Herstellen der Vorder- und Rückflächenkontakte der einzelnen Solarzellen, wobei die Verschaltung der Solarzellen zu Strings und Modulen ebenfalls mittels separater elektrisch leitender Verbinder erfolgt, deren Handhabung große Präzision und erheblichen Arbeitsaufwand erfordert. Die DE-OS 35 20 423 schließlich verwendet auf eine Trägerscheibe aufgedruckte Sieb­ druckleitersysteme, wobei aber auch hier vor dem Aufbringen einer etwaigen Deckscheibe ein Verbinden der sinnent­ sprechend freiliegenden Kontakte mittels separater elektrischer Verbindungsstücke notwendig ist, und zwar laut DE-OS 35 20 423 mittels einer entsprechend beschichteten Folie.
Solarmodule wie eingangs beschrieben, sind in der JP-OS 57-172777 offenbart. Dabei sind die Siebdruckleiter allerdings nicht, in Längserstreckung der jeweiligen Solarzelle, so lang ausgebildet, daß der jeweilige Längsbereich im wesentlichen abgedeckt würde. Zusammen mit ihren Höhenabmessungen führt dies dazu, daß zur elektrischen Verschaltung der Solarzellen komplizierte Kontaktformen nötig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Solarmodul dahingehend weiterzubilden, daß die Verbindung der einzelnen Solarzellen untereinander wesentlich vereinfacht und insbesondere, in spezieller Ausführungsform, auch für die Verschaltung beidseitig lichtempfindlicher Solarzellen besser geeignet gemacht wird.
Diese Aufgabe wird von einem Solarmodul nach Patentanspruch 1 oder 2 gelöst. Ein Verfahren zum Herstellen derartiger Solarmodule ist Gegenstand von Patentanspruch 7.
Erfindungsgemäß wird ein Solarmodul mit beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen, die innerhalb eines Solarzellenstrings in Serie geschaltet sind, vorgeschlagen, wobei die Solarzellen jeweils eines Solarzellenstrings in dem betreffenden Solarzellenstring mit aufeinanderfolgend alternierender Polarität angeordnet sind und wobei die Siebdruckleiter jeweils paarweise an Deck- und Trägerscheibe versetzt die Vorder- bzw. Rückseitenkontakte zweier benachbarter Solarzellen verbinden.
Ferner wird auch ein Solarmodul mit innerhalb eines Strings parallel geschalteten ein- oder beidseitig lichtempfind­ lichen Solarzellen vorgeschlagen, welcher sich dadurch aus­ zeichnet, daß die Siebdruckleiter auf der Träger- und der Deckscheibe die Solarzellen des Solarzellenstrings durchgehend miteinander verbinden.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß mehrere Solarzellenstrings durch Siebdruckleitersysteme auf den Scheiben miteinander verschaltet sind.
Es ist auch vorteilhaft, wenn zumindest in einem Eckbereich der Modulanordnung die Deck- oder die Träger­ scheibe gegenüber der anderen Scheibe zurückspringt und hierdurch auf der vorspringenden Scheibe vorgesehene Sieb­ druck-Anschlußkontakte freigelegt sind.
In einer Ausführungsform sind die Deckscheibe und die Trägerscheibe unter Erzeugung eines Scheibenzwi­ schenraumes mit gegenseitigem Abstand angeordnete Elemente einer Mehrfachglasscheibe, wobei die Solarzellen bzw. die durch diese gebildeten Solarzellenstrings über elektrisch leitende Distanzelemente mit den Siebdruck­ leitersystemen der Deckscheibe und/oder der Trägerscheibe in elektrischem Kontakt stehen.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Distanzelemente aus transparentem, elektrisch isolierendem Material, z. B. Silikatglas, bestehen, welches zur Gewährleistung des elektrischen Kontaktes zwischen den Siebdruckleitersystemen und den Kontaktflächen der Solarzellenstrings elektrisch leitend beschichtet, z. B. metallisch bedampft, ist.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Her­ stellen eines Solarmoduls, welches sich dadurch auszeichnet, daß die beiden Scheiben der Modulanordnung mit dem Siebdruckleitersystem bedruckt werden; daß daraufhin die Solarzellen auf das Siebdruckleitersystem der Trägerscheibe aufgesetzt werden; daß anschließend die Deck­ scheibe aufgelegt wird; daß dann die Siebdruckleiter mit den Vorder- und Rückseitenkontakten der Solarzellen und/oder ggf. den Distanzelementen verlötet werden; daß dann ggf. der Zwischenraum zwischen der Deck- und Trägerscheibe mit einer Gießharzmasse gefüllt wird, und daß dann die Gießharzmasse, sofern vorhanden, ausgehärtet wird.
Es kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auch vorgesehen sein, daß die Siebdruckleiter im Rahmen eines Vorspann- und/oder Biegeprozesses in die den Solarzellen zugewandten Flächen der Träger- und/oder Deckscheibe eingebrannt werden.
Bei dem Solarmodul nach der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Scheibenrand über eine Dichtschiene oder der­ gleichen abgedichtet wird. Sind, bei der Ausführungsform der Erfindung mit auf Abstand stehenden Einzelscheiben, die Distanzelemente transparent ausgebildet und lediglich elektrisch leitend beschichtet, ergibt sich der Vorteil, daß die Scheibentransparenz nicht beeinträchtigt wird, sondern von außen lediglich nach Art üblicher Verbundscheiben mit eingebetteten Solarzellen letztere bzw. die Verbindungs­ leiterbahnen sichtbar sind, die darüber hinaus ggf. noch durch entsprechendes Bedrucken der Scheiben abgedeckt werden können.
Typischerweise wird beim Verfahren nach der Erfindung so vorgegangen, daß die Deck- und Trägerscheibe je nach Modul­ größe zugeschnitten werden. Anschließend werden beide Scheiben entsprechend der Verschaltung mit den Verbindungs­ leitern, inklusive Anschlüssen, ggf. auch mit Abdeckbe­ reichen, bedruckt. Die Scheiben werden sodann vorgespannt bzw. bei Anforderung gebogen. Die an den Sammelleitern verzinnten Solarzellen (Vorder- und Rückseite) werden paßgenau auf die Deckscheibe gelegt. Die Trägerscheibe wird auf die bereits mit den Solarzellen versehene Deckscheibe positionsgenau abgelegt und mit dieser verklammert, damit die Solarzellen nicht mehr verrutschen können. Anschließend werden die Module z. B. in einem Infrarot-Durchlaufofen verlötet. Nach dem Abkühlen werden die Träger- und Deckscheibe rundherum durch eine Dichtschnur abgedichtet. Der Zwischenraum zwischen Träger- und Deckscheibe und zwischen den Scheiben sowie den Solarzellen wird ggf. mit Gießharzmasse ausgefüllt, die dann in bekannter Weise ausgehärtet werden kann.
Im übrigen ist natürlich bei der Ausführungsform der Erfin­ dung, bei welcher ein luft- oder gasgefüllter Scheibenzwi­ schenraum vorgesehen ist, innerhalb dessen die Solarzellen mit Abstand von einer der Scheiben angeordnet sind, am Scheibenrand ein zusätzlicher Abstandhalter vorge­ sehen, der die Einzelscheiben auf vorgeschriebenem Abstand hält, wie dies aus der Isolierglastechnik allgemein bekannt ist. Auch ist es dabei möglich, nahe dem Scheibenrand ein teilweises Ausgießen des Scheibenzwischenraumes mit Gieß­ harzmasse oder dergleichen, die dann ausgehärtet wird, vor­ zusehen, damit die Solarzellen besonders zuverlässig inner­ halb des Scheibenzwischenraumes gehalten werden. Auch ist es möglich, bei den an sich für Scheibenanordnungen mit luft- oder gasgefülltem Scheiben­ zwischenraum vorgesehenen Ausführungsformen der Erfindung, wobei also Distanzelemente zwischen den Solarzellen und den Scheiben vorgesehen sind, in der bei Verbundscheiben vorge­ sehenen Praxis den Scheibenzwischenraum gänzlich mit Gieß­ harz auszufüllen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Solar­ moduls nach der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Scheibenebene;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung den Eckbereich eines Solarmoduls; und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Solar­ moduls in Fig. 1 entsprechender Darstellung.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, weist das Solarmodul nach dem dort wiedergegebenen Ausführungsbeispiel, von dem nur ein Solar­ zellenstring dargestellt ist, eine durch eine mit Abstand angeordnete Deckscheibe 10, aus Weißglas bestehend, abge­ deckte Trägerscheibe 12 auf, wobei in dem Zwischenraum zwischen den Scheiben 10, 12 Solarzellen 14, 16, 18, 20, 22 angeordnet sind. Es handelt sich dabei um beidseitig lichtempfindliche Solarzellen, wobei die Solarzellen in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise aufeinanderfolgend mit alternierender Polarität angeordnet sind. Dabei ist also die Solarzelle 14 so angeordnet, daß die positive Seite nach oben, zur Deckscheibe 10 hin, weist, die Solarzelle 16 so, daß die positive Seite nach unten, zur Trägerscheibe 12, weist, die Solarzelle 18 so, daß die positive Seite zur Deckscheibe 10 weist, die Solarzelle 20 wiederum so, daß die positive Seite zur Trägerscheibe 12 weist, und schließlich die Solarzelle 22 so, daß die positive Seite wiederum zur Deckscheibe 10 weist. Die Deckscheibe 10 ist mit Siebdruckleitern 24, 26, 28 eines aufgedruckten Siebdruckleitersystems versehen, wobei der Siebdruckleiter 24 die Solarzellen 14 und 16, der Siebdruckleiter 26 die Solarzellen 18 und 20 verbindet. Siebdruckleiter 30, 32, 34, die auf die Trägerscheibe 12 aufgedruckt sind, verbinden wiederum - im Fall des Siebdruckleiters 32 - die unteren Seiten der Solarzellen 16, 18 bzw., im Fall des Siebdruckleiters 34, die Solarzellen 20 und 22.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Verbindung der beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen 14-22 dadurch in besonders einfacher Weise, ohne zusätz­ liche Verbindungsstücke etc., realisiert, daß die einzelnen Solarzellen 14, 16, 18, 20, 22 mit jeweils alternierender Polarität aufeinanderfolgend auf der Trägerscheibe 12 ange­ ordnet sind.
Sollen Solarzellen, und zwar ein- oder beidseitig licht­ empfindliche, in einem Solarzellenstring parallel geschaltet werden, so können die Siebdruckleiter auf der Deckscheibe 10 und auf der Trägerscheibe 12 durchgehend gedruckt werden, da dann in jedem Fall alle positiven Solarzellenseiten mitein­ ander verbunden werden, ebenfalls alle negativen Solarzellen, natürlich ohne Anordnung von beidseitig licht­ empfindlichen Solarzellen mit alternierender Polarität. Es können auch die Verbindungen benachbarter Solarzellenstrings je nach geforderter Modulspannung mittels Siebdruckleitern, in Reihe oder parallel, realisiert werden, indem auf der Deck- bzw. Trägerscheibe 10 bzw. 12 ent­ sprechende Siebdruckleiter aufgedruckt werden. In der in Fig. 2 gezeigten Weise können im Eckbereich einer Modulan­ ordnung 52 durch ein Zurückversetzen des Eckbereichs bei­ spielsweise der Deckscheibe 10 Anschlußkontakte 54, 56 freigelegt werden, die im Siebdruckverfahren auf der Träger­ scheibe 12 gebildet sind, so daß die Modulanordnung 52 mittels der Anschlußkontakte 54, 56 angeschlossen werden kann.
Die Herstellung des Solarmoduls nach der Erfindung erfolgt in der Weise, daß zunächst die Trägerscheibe 12 und die Deckscheibe 10 in der gewünschten Anordnung im Siebdruck­ verfahren mit einem entsprechenden Siebdruckleitersystem bedruckt werden. Dann wird die Trägerscheibe mit den aufge­ druckten Siebdruckleitern nach oben in eine horizontale Lage gebracht, woraufhin die Solarzellen 14-22 aufgesetzt werden. Anschließend wird die bereits fertig mit dem Siebdruckleitersystem be­ druckte Deckscheibe 10 aufgelegt. Dann erfolgt z. B. durch Laserlötung das Verbinden der Siebdruckleiter mit den Solar­ zellen. An­ schließend wird der Zwischenraum zwischen den Scheiben 10, 12 ggf. mit einem Gießharz gefüllt, in aus der Verbund­ sicherheitsglastechnik bekannter Weise, woraufhin dann das Aushärten erfolgt.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Deckscheibe 10 und die Trägerscheibe 12 die Einzelscheiben einer Isolierglasscheibe, in deren luftgefülltem Scheiben­ zwischenraum die Solarzellenstrings untergebracht sind. Die Scheiben 10, 12 werden dabei durch Abstandhalter 58, 60 auf dem vorgeschriebenen Abstand gehalten. Zwischen den Solar­ zellenstrings und den Siebdruckleitersystemen der Deckscheibe 10 und der Trägerscheibe 12 sind elektrisch leitende Distanzelemente 62 in Bügel- oder U-Form ange­ ordnet, so daß also die Solarzellenstrings hierbei nicht direkt, sondern über die Distanzelemente 62 mit den Sieb­ druckleitersystemen verlötet sind.
Bezugszeichenliste
10 Deckscheibe
12 Trägerscheibe
14 Solarzelle
16 Solarzelle
18 Solarzelle
20 Solarzelle
22 Solarzelle
24 Siebdruckleiter
26 Siebdruckleiter
28 Siebdruckleiter
30 Siebdruckleiter
32 Siebdruckleiter
34 Siebdruckleiter
52 Modulanordnung
54 Anschlußkontakt
56 Anschlußkontakt
58 Abstandhalter
60 Abstandhalter
62 Distanzelemente

Claims (8)

1. Solarmodul mit einer Anzahl von zu mindestens einem Solarzellenstring in Serie verschalteten beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen, mit einer mit einem Siebdruckleitersystem versehenen transparenten Trägerscheibe, auf der die Solarzellen in String- Längsrichtung mit gegenseitigem elektrisch isolierenden Abstand mit aufeinanderfolgend alternierender Polarität angeordnet sind, und einer mit einem Siebdruckleitersystem versehenen transparenten Deckscheibe, wobei die Siebdruckleiter der Deck- (10) und der Trägerscheibe (12) jeweils paarweise versetzt die Vorder- bzw. Rückseitenkontakte zweier benachbarter Solarzellen (z. B. 16, 18) verbinden.
2. Solarmodul mit einer Anzahl von zu mindestens einem Solarzellenstring parallelverschalteten ein- oder beidseitig lichtempfindlichen Solarzellen, mit einer mit einem Siebdruckleitersystem versehenen transparenten Trägerscheibe, auf der die Solarzellen in String-Längsrichtung mit gegenseitig elektrisch isolierendem Abstand mit aufeinanderfolgend gleicher Polarität angeordnet sind, und einer mit einem Siebdruckleitersystem versehenen transparenten Deckscheibe, wobei die Siebdruckleiter der Deck- (10) und der Trägerscheibe (12) die Vorder- bzw. Rückseitenkontakte der Solarzellen des Strings durchgehend miteinander verbindet.
3. Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Solarzellenstrings durch Siebdruckleitersysteme auf den Scheiben (10, 12) miteinander verschaltet sind.
4. Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Eckbereich der Modulanordnung (52) die Deck- (10) oder die Trägerscheibe (12) gegenüber der anderen Scheibe zurückspringt und hierdurch auf der vorspringenden Scheibe vorgesehene Siebdruck-Anschlußkontakte (54, 56) freigelegt sind.
5. Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (10) und die Trägerscheibe (12) unter Erzeugung eines Scheibenzwischenraumes mit gegenseitigem Abstand angeordnete Elemente einer Mehrfachglasscheibe sind; und daß die Solarzellen (16, 18, 20, 22) bzw. die durch diese gebildeten Solarzellenstrings über elektrisch leitende Distanzelemente (62) mit den Siebdruckleitersystemen der Deckscheibe (10) und/oder der Trägerscheibe (12) in elektrischem Kontakt stehen.
6. Solarmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (62) aus transparentem, elektrisch isolierendem Material, z. B. Silikatglas, bestehen, welches zur Gewährleistung des elektrischen Kontaktes zwischen den Siebdruckleitersystemen und den Kontaktflächen der Solarzellenstrings elektrisch leitend beschichtet, z. B. metallisch bedampft, ist.
7. Verfahren zum Herstellen eines Solarmoduls nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scheiben der Modulanordnung mit dem Siebdruckleitersystem bedruckt werden; daß daraufhin die Solarzellen auf das Siebdruckleitersystem der Trägerscheibe aufgesetzt werden; daß anschließend die Deckscheibe aufgelegt wird; daß dann die Siebdruckleiter mit den Vorder- und Rückseitenkontakten der Solarzellen und/oder ggf. den Distanzelementen verlötet werden; daß dann ggf. der Zwischenraum zwischen der Deck- und Trägerscheibe mit einer Gießharzmasse gefüllt wird, und daß dann die Gießharzmasse, sofern vorhanden, ausgehärtet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebdruckleiter im Rahmen eines Vorspann- und/oder Biegeprozesses in die den Solarzellen zugewandten Flächen der Träger- und/oder Deckscheibe eingebrannt werden.
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