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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul sowie
ein Solarzellenpaneel unter Verwendung des Moduls. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Solarzellenmodul mit einer Mehrzahl Zellen,
die mit Abdeckglasschichten oder Abdeckglasplatten abgedeckt sind,
und ein Solarzellenpaneel, welches das Solarzellenmodul verwendet.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In 15 ist
ein herkömmliches
Solarzellenmodul 9 für
die Verwendung im Weltraum gezeigt, welches dadurch ausgebildet
wird, dass Abdeckglasschichten 1 mittels Klebeschichten 2 an
eine Mehrzahl Solarzellen 3 gebunden werden, dass die Solarzellen 3 miteinander
parallel und in Reihe über
Zwischenverbindungseinrichtungen 6 verbunden werden und
dass die Zellen mittels Klebeschichten 4 an ein Substrat 5 gebunden
werden. Das Solarzellenmodul 9 weist eine Anschlussschiene
oder Sammelschiene 8 (bus bar) auf, über welche das Modul 9 elektrisch
mit anderen Solarzellenmodulen oder mit einem anderen Solarzellenmodul
verbunden ist. Folglich sind die Zwischenverbindungen 6 und
die Sammelschiene 8 an einem Ende des Moduls 9 der Umgebung
im Weltraum ausgesetzt (siehe ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. HEI 5(1993)-136441).
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Die US-A-5,478,402 offenbart ein
Solarzellenmodul mit einer Einkapselungsschicht.
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Die Umgebung des Weltraums ist auch
eine elektromagnetische Umgebung, in welcher Elektronen und Ionen
im Plasmazustand vorliegen. Daher können Solarzellenmodule, deren
Zwischenverbindungen 6 einer derartigen Umgebung ausgesetzt sind,
elektrisch über
die Zwischenverbindungen 6 entladen werden, wodurch ein
Abfall in der erzeugten elektrischen Leistung und somit eine Zerstörung der Solarzellen 3 resultieren
kann. Aus diesem Grund werden die Zwischenverbindungen 6 selbst
mit einem isolierenden Harz abgedeckt (siehe ungeprüfte japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 61(1986)-202474).
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Bei herkömmlichen Modulen wird darüber hinaus
auch die Klebeschicht 2 an den Seiten auf der oberen Oberfläche der
Abdeckglasschichten 1 herausgedrückt, wenn die Solarzellen am
Abdeckglas 1 angebracht werden, wie das in 16 gezeigt ist. Wenn die herausgedrückte Klebeschicht 2 der
Weltraumumgebung ausgesetzt wird, wird ihre Lichtdurchlässigkeit
reduziert, und folglich reduziert sich auch die Ausgabe der Solarzellen 3 unter
diesem Einfluss. Daher muss die herausgedrückte Klebeschicht entfernt
werden. Dieses Entfernen führt
aber unter Umständen
zu Herstellungsfehlern, weil die Solarzellen 3 und das
Abdeckglas 1 gewöhnlich
sehr dünn
ausgebildet sind, nämlich
im Bereich von 50 μm bis
200 μm,
wodurch sich ein leichtes Zerbrechen ergibt.
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Darüber hinaus ist ein großer Zeit-
und Arbeitsaufwand notwendig, um bei herkömmlichen Modulen die Abdeckglasschicht 1 an
jeder der Solarzellen 3 anzubringen. Daneben verschlechtern
sich die Eigenschaften von Bereichen der Solarzellen 3,
die nicht mit einer Abdeckglasschicht 1 abgedeckt werden
aufgrund des Ausgesetztseins der Weltraumumgebung, insbesondere
dann, wenn eine niedrigenergetische Protonenstrahlung vorliegt.
Andererseits vermindert sich der Anteil der Fläche der Solarzellen 3 im
Vergleich zu der Gesamtfläche
des Moduls und die Ausgangsleistung des Solarzellenmoduls pro Flächeneinheit,
wenn die Abdeckglasschicht 1 größer ist als die Solarzellen 3.
Aus diesem Grund werden Abdeckglasschichten nicht bevorzugt, die
größer sind als
die Solarzellen 3. Entsprechend ist beim Verbinden der
Glasschichten 1 mit den Solarzellen 3 eine hohe
Genauigkeit in Bezug auf die Größe notwendig, damit
die Solarzellen 3 nicht von Abdeckglasschichten 1 hervorstehen.
Aus diesem Grund ist der Vorgang des Verbindens noch mehr kosten-
und arbeitsintensiv.
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Ferner resultiert eine ungenaue Positionierung
zwischen den Solarzellen 3 und den Abdeckglasschichten 1 in
einem gesteigerten Abstand zwischen benachbarten Solarzellen. Folglich
schwächt sich
der Energieerzeugungswirkungsgrad pro Flächeneinheit ab.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch
1 bereit.
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Eine einzelne transparente Abdeckschicht dient
dem Abdecken einer Mehrzahl von Solarzellen. Ein akkurates Positionieren
der Solarzellen ist mit Ausnahme des Randbereichs oder der Peripherie des
Moduls nicht notwendig. Es liegt nur eine geringe Tendenz vor, dass
der Klebstoff unter der transparenten Abdeckschicht herausgedrückt wird.
Da auch das elektrische Verbindungselement zwischen den Solarzellen
mit der transparenten Abdeckschicht abgedeckt ist, wird das Abdeckelement
weniger nachteilig durch die elektromagnetische Umgebung im Weltraum
beeinflusst.
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Die Detailbeschreibung und die Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
werden im Folgenden ausschließlich
zu illustrativen Zwecken im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung gegeben, und verschiedene Änderungen und Modifikationen
im Rahmen des Erfindungsgedankens er geben sich für den Fachmann im Zusammenhang
mit der Detailbeschreibung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Solarzellenmoduls,
welches nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist.
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2 ist
eine Draufsicht auf das Solarzellenmodul aus 1.
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3 ist
eine Seitenansicht des in 2 dargestellten
Solarzellenmoduls.
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4 ist
die Ansicht eines elektrischen Schaltkreises, durch welche ein Schaltkreis
des in 2 gezeigten Solarzellenmoduls
und dessen Verwendungsart illustriert werden.
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5 ist
eine Draufsicht auf ein Beispiel eines Paneels, in welchem Solarzellenmodule
gemäß 2 verwendet sind.
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6 ist
eine Draufsicht auf ein Solarzellenmodul, welches nicht der vorliegenden
Erfindung entspricht.
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Hauptbestandteils, welche eine Abwandlung eines nicht von
der Erfindung abgedeckten Solarzellenmoduls illustriert.
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8 ist
eine vergrößerte Ansicht
eine Hauptteils, welche ein nicht von der vorliegenden Erfindung
abgedecktes Solarzellenmodul illustriert.
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9 ist
eine Draufsicht auf ein nicht von der vorliegenden Erfindung abgedecktes
Solarzellenmodul.
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10 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines nicht von der vorliegenden
Erfindung abgedeckten Solarzellenmoduls.
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11 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Solarzellenmoduls
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Solarzellenmoduls
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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13 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines nicht von der vorliegenden
Erfindung abgedeckten Solarzellenmoduls.
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14 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Hauptteils des Solarzellenmoduls aus 13.
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15 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines herkömmlichen
Solarzellenmoduls.
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16 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Hauptteils eines herkömmlichen
Solarzellenmoduls.
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17 ist
eine Seitenansicht eines nicht von der vorliegenden Erfindung abgedeckten
Solarzellenmoduls.
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18 ist
eine Draufsicht, welche die Art einer Anordnung des in 17 gezeigten Solarzellenmoduls
illustriert.
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19 ist
eine seitliche Ansicht, welche eine andere Anordnungsform des in 17 gezeigten Solarzellenmoduls
zeigt.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bei der vorliegenden Erfindung hat
das vorgesehene Substrat vorzugsweise eine gewisse Flexibilität, um zu
ermöglichen,
dass das damit hergestellte Solarzellenmodul auf einer Paneele mit
einer gewissen Krümmung
angebracht werden kann. So diesem Zweck kann eine Schicht eines
Polyimidharzes mit einer Schichtstärke von 0,1 mm bis 0,2 mm oder ein
FRP-Film oder eine FRP-Schicht als Substrat verwendet werden. Als
Solarzellen sind herkömmliche und
bekannte Zellen verwendbar, zum Beispiel solche, welche als Siliziumsolarzellen
aufgebaut sind, zum Beispiel durch Diffundieren von P-Typ Dotierstoffen
in einen Oberflächenbereich
eines N-Typ Siliziumwafers. Derartige Solarzellen besitzen zum Beispiel
eine Schichtstärke
von 50 μm
bis 200 μm
und eine Größe von zum
Beispiel 65 mm × 105
mm. Die Größe der Solarzellen
wird gewöhnlich
durch die Wafergröße, welche
verwendet wird, bestimmt.
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Das Verbindungselement zum elektrischen Verbinden
der Solarzellen miteinander ist ein Element, welches gewöhnlich als
Zwischenverbindung in diesen technischen Gebiet bezeichnet wird
und welches der Verbindung zwischen den Solarzellen dient. Es ist
auch ein Element, welches als Verbindungsschiene in diesem Gebiet
bezeichnet wird und welches dazu dient, den Ausgabestrom des Solarzellenmoduls
aufzunehmen. Die Zwischenverbindung besitzt vorzugsweise einen Aufbau,
welcher äußere Spannungen
aufnehmen kann, zum Beispiele eine sog. Entlastungsstruktur (relief
structure). Als Materialien für
die Anschlussschiene kommen in Frage Silber, goldplattiertes Silber,
silberplattiertes Koval (Handelsname für eine Eisen-Nickel-Kobaltlegierung),
Molybdän,
Aluminium, Kupfer und dergleichen. Eine einzelne transparente Abdeckschicht
mit einer Schichtstärke
von 50 μm
bis 200 μm
und einer Größe von 150
mm × 200
mm bis 300 mm × 400
mm zum Abdecken von 50 bis 200 Solarzellen kann verwendet werden.
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Die transparente Abdeckschicht oder
transparente Abdeckplatte, welche gewöhnlich als Abdeckglasschicht
oder Abdeckglasplatte bezeichnet wird, wird vorzugsweise aus einem
Material hergestellt, welches sich nicht verfärbt, wenn es der Strahlung
aus dem Weltraum ausgesetzt wird, welches in geeigneter Weise Licht
durchlässt,
welches der Wellenlängenempfindlichkeit
der Solarzellen entspricht (z. B. Licht mit Wellenlängen zwischen
0,35 μm
und 1,2 μm),
welches einen guten Schutz der Solarzellen gegen die Strahlung aus
dem Weltraum bietet und welches eine gute mechanische Stabilität und thermische
Widerstandsfähigkeit
besitzt. Zum Beispiel kann eine anorganische Glasschicht oder eine
anorganische Glasplatte mit einer Stärke von 50 μm bis 200 μm verwendet werden. Insbesondere
wird ein Glas bevorzugt, welches Cer enthält, weil dieses nicht dazu
neigt, sich zu verfärben,
wenn es der kosmischen Strahlung oder dergleichen ausgesetzt wird.
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Beim erfindungsgemäßen Solarzellenmodul wird
eine Mehrzahl Solarzellen in Serie und/oder parallel zueinander
mittels des Verbindungselements miteinander verbunden, um einen
Stromerzeugungsschaltkreis auszubilden. Wird eine Anzahl Solarzellenmodule
miteinander zur Ausbildung eines Solarzellenpaneels verwendet, wo
wird ein Schutzelement, zum Beispiele eine Diode oder eine Schalteinrichtung,
vorgesehen, welche vorzugsweise mit jedem Stromerzeugungsschaltkreis
parallel derart verbunden ist, dass irgendein bestimmtes Modul oder ein
bestimmte Zelle, welche kein Sonnenlicht aus irgendeinem bestimmten
Grund erhalten, vom elektrischen Strom des Stromerzeugungsschaltkreises über das
Schutzelement umgangen wird.
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Das Schutzelement kann mit jeder
der Solarzellen parallel verschaltet sein. Da eine derartige Anordnung
jedoch eine Vielzahl Schutzelemente notwendig macht, wird bevorzugt,
dass ein einziges Schutzelement mit jedem Modul verbunden ist, das heißt mit jedem
Stromerzeugungsschaltkreis.
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Bei Verwendung einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Solarzellenmodule
in Kombination in einer Solarzellenpaneele wird die Ausgangsleistung
oder der Ausgangsstrom im Allgemeinen mit einer Last oder mit einer
Batterie verbunden. Dabei wird dann bevorzugt, dass das Schutzelement,
zum Beispiel eine inverse Gegenspannungssperrdiode (inverse voltage
stop diode), das heißt
eine Sperrdiode, in Serie mit jedem Solarzellenmodul zum Sperren
einer inversen Spannung oder Gegenspannung von der Batterie verbunden
ist, wenn die Solarzellenmodule kein Sonnenlicht empfangen können.
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Die oben beschriebenen Schutzelemente, zum
Beispiel die Bypassdioden oder Umgehungsdioden, oder die Sperrdioden
werden zwischen dem Substrat und der transparenten Abdeckschicht
oder transparenten Abdeckplatte vorgesehen. In diesem Fall kann
zumindest eine der Solarzellen mit einer Ausnehmung versehen sein,
welche der Bypassdiode oder der Sperrdiode angepasst ist, um die
Bypassdiode oder Sperrdiode in diese Aufnehmung aufzunehmen.
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Falls Zwischenräume zwischen benachbarten Zellen
vorliegen, können
diese Dioden in diesem Zwischenraum angeordnet werden. In diesem
Fall besitzen die Bypassdiode oder die Sperrdiode vorzugsweise die
Form (z. B. eine Dreiecksform oder eine Trapezform im Querschnitt),
welche mit dem jeweiligen Zwischenraum übereinstimmt, in welchem sie
aufgenommen werden sollen.
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Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul kann des
Weiteren mit einem Verbindungsanschluss ausgebildet sein, zum Verbinden
des Ausgangs oder der Ausgabe des elektrischen Schaltkreises mit
der Außenseite.
Zum Bereitstellen eines Raums oder Zwischenraums zum Aufnehmen des
Verbindungsanschlusses können
die Solarzellen mit einer Ausnehmung ausgebildet sein.
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Falls die Verbindungsanschlüsse in der
oben beschriebenen Art und Weise zum Verbinden zwischen Solarzellenmodulen
verwendet werden, können
die transparenten Abdeckschichten oder trans parenten Abdeckplatten
der Module mit entsprechenden Ausnehmungen vorab ausgebildet werden,
welche mit den Verbindungsanschlüssen
korrespondieren. Nachdem die Solarzellenmodule miteinander verbunden
sind, werden die Ausnehmungen der transparenten Abdeckschichten
oder transparenten Abdeckplatten mit einem Glas oder einer Keramik
abgedeckt, damit die Verbindungsanschlüsse gegen Strahlung und gegen
das elektromagnetische Umfeld des Weltraums abgeschirmt sind.
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In einem Solarzellenmodul kann eine
Mehrzahl unabhängiger
Stromerzeugungsschaltkreise ausgebildet sein. In diesem Fall wird
die Bypassdiode oder Umgehungsdiode vorzugsweise parallel zu jedem
der Stromerzeugungsschaltkreise verbunden und angeordnet.
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Eine Mehrzahl von Solarzellenmodulen
kann in Form eines Stromerzeugungsschaltkreises miteinander kombiniert
werden.
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Die Solarzellen werden an der transparenten Abdeckschicht
oder transparenten Abdeckplatte mittels einer Harzschicht angebracht
und dort verbunden. Vorzugsweise besteht die Harzschicht aus einem
Silikonharz, welches nur wenig Gas abgibt. Da das Silikonharz bei
tiefen Temperaturen (im Bereich von etwa –100°C) seine Eigenschaften drastisch ändert, wird
in diesem Fall vorzugsweise ein Isolationselement vorgesehen zum
Unterteilen, Teilen oder Trennen der Harzschicht, um die mechanischen Spannungen
aufgrund von Änderungen
in den Eigenschaften zu verringern.
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Um Verzerrungen aufgrund eines Unterschieds
in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Solarzellen
und der transparenten Abdeckschicht oder transparenten Abdeckplatte
aufzunehmen oder zu absorbieren, ist ein Element mit einem höheren thermischen
Expansionskoeffizienten als demjenigen der Solarzellen zwischen
benachbarten Solarzellen angeordnet oder platziert.
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Vorzugsweise sind diese Elemente
weniger steif als die Solarzellen, so dass die mechanische Spannung
auf leichte Art und Weise aufgenommen werden kann.
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Die transparente Abdeckschicht oder
die transparente Abdeckplatte können
aus einer Mehrzahl kleiner Glasschichten oder Glasschichten gebildet
sein, wobei jede die gleiche Größe aufweist
wie die Solarzelle und wobei jede in flacher Art und Weise so angestückelt wird,
dass sich eine einzige transparente Abdeckschicht oder Abdeckplatte
ausbildet, und zwar unter Verwendung eines Verbindungsmaterials
mit einem geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als dem
der kleinen Glasschichten oder Glasplatten.
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BEISPIELE
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Nun wird die Erfindung auf der Grundlage der
beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Solarzellenmoduls 19,
welche zum Verständnis
der Erfindung nützlich
ist. Wie in dieser Figur dargestellt ist, weist das Solarzellenmodul 19 ein
Substrat 15, eine Mehrzahl Solarzellen 13, die
in einer Ebene auf dem Substrat 15 angeordnet und mittels
Klebeschicht 14 dort angebracht sind, Verbindungselemente,
das heißt,
Zwischenverbindungen 16, zum elektrischen Verbinden der
Mehrzahl Solarzellen 13 miteinander, sowie eine einzelne
Abdeckglasschicht 11 oder eine Abdeckglasplatte 11 zum Abdecken
der Solarzellen 13 und der Zwischenverbindungen 16 auf.
Die Abdeckglasschicht 11 oder Abdeckglasplatte 11 ist
mit den Solarzellen 13 und den Zwischenverbindungsstücken 16 mittels
einer Klebeschicht 12 verbunden.
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Das Solarzellenmodul ist derart aufgebaut, dass
die Mehrzahl Solarzellen 13 von der einzelnen Abdeckglasschicht
oder Abdeckglasplatte 11 abgedeckt wird. Folglich bedarf
es keiner hochgenauen Positionierung der Solarzellen 13,
um die Solar zellen 13 innerhalb der Abdeckglasschicht 11 oder
Abdeckglasplatte 11 anzuordnen.
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Die Klebeschicht 12 wird
nicht auf die obere Fläche
oder Oberfläche
der Abdeckglasschicht 11 herausgedrückt, außer im Peripheriebereich oder Umfangsbereich
oder Randbereich.
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Falls die Zwischenverbindungen 16 mit
einem Spannungsentlastungsbereich ausgebildet sind, dies ist aber
nicht dargestellt, kann die entsprechende Spannung aufgenommen oder
absorbiert werden, und zwar selbst dann, wenn sich eine Verzerrung
aufgrund der thermischen Umgebung des Weltraums ergibt, und zwar
derart, dass sich ein Ablösen
der Klebeschicht 12 und somit eine Beschädigung der
Solarzelle 13 und der Abdeckglasschicht 11 nur
in verminderter Art und Weise ergeben.
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Wie in 1 dargestellt
ist, wird die Abdeckglasschicht 11 bevorzugt vorab so ausgebildet,
dass schlitzartige Ausnehmungen oder Ausschneidungen 10 entlang
Grenzlinien zwischen den Solarzellen 13 auf einer Oberfläche davon
derart ausgebildet sind, dass die schlitzartigen Ausnehmungen 10 oder schlitzartigen
Schnitte 10 es dem Abdeckglas 11 ermöglichen,
zwischen benachbarten Solarzellen 13 zu brechen, falls
das Abdeckglas 11 oder die Abdeckglasschicht 11 einer
zu starken mechanischen Spannung ausgesetzt sind. Durch diesen Aufbau
kann eine stärkere
und ernsthaftere Beschädigung
der Solarzellen 13 vermieden werden.
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2 ist
eine Draufsicht auf das Solarzellenmodul dieser Ausführungsform. 3 ist eine Seitenansicht
davon. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass 2 einen Zustand des Moduls 19 zeigt,
in welchem das Substrat 15 der Einfachheit halber von der
Zeichnung entfernt wurde. In diesen Figuren sind fünf Solarzellen 13 in
jeder der rechten und linken Spalten an der Abdeckglasschicht 11 oder
Abdeckglasplatte 11 angebracht. Des Weiteren ist eine Umgehungsdiode
oder Bypassdiode 17, eine Sperrdiode 29 sowie
Anschlussschienen 18 eben falls an der Abdeckglasschicht 11 oder
Abdeckglasplatte 11 angebracht.
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Somit sind alle für den elektrischen Schaltkreis
notwendigen Komponenten des Moduls, das heißt die Solarzellen 13,
die Zwischenverbindungen 16, die Anschlussschiene 18,
die Umgehungsdiode 17 und die Sperrdiode 29, von
der Abdeckglasschicht 11 oder der Abdeckglasplatte 11 abgedeckt
und können
somit von der Umgebung des Weltraums isoliert werden. 4 ist eine Ansicht eines
elektrischen Schaltkreisdiagramms, welche ein Beispiel eines Schaltkreises
dieses Moduls illustriert.
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4 zeigt
einen elektrischen Schaltkreis einer Solarzellenpaneele mit vier
Solarzellenmodulen 19. In jedem Solarzellenmodul 19 sind
zwei Sätze oder
Mengen Reihenschaltkreise mit jeweils fünf Solarzellen 13 in
Serie mittels Zwischenverbindungen 16 und ferner in Serie
mit einer weiteren Anschlussschiene 18 verbunden, um dabei
einen einzigen Stromerzeugungsschaltkreis auszubilden. Ein Ende des
Stromerzeugungsschaltkreises wird mittels der Anschlussschiene 18 nach
außen
geführt.
Das andere Ende davon wird mittels der Sperrdiode 29 nach außen geführt. Dieser
Stromerzeugungsschaltkreis wird mittels einer Umgehungsdiode 17 oder
Bypassdiode 17 parallel angeschlossen. Die vier Solarzellenmodule 15 werden
miteinander in Serie und parallel verbunden, um die elektrische
Stromversorgung mit einer Last L über einen Schalter S zu
verbinden. Eine Hilfsbatterie oder Ergänzungsbatterie B ist über Kreuz
oder quer zur Last L eingeführt. Wenn die vier Solarzellenmodule 19 mit
Licht bestrahlt werden, führen
diese der Last L elektrische Energie zu und laden die Batterie B auf.
Falls eines der vier Solarzellenmodule 19 nicht von Licht
bestrahlt wird, wird der Strom der anderen Solarzellenmodule 19 der
Last L und der Batterie B mittels der Umgehungsdiode 17 des
nichtbeleuchteten Solarzellenmoduls 19 zugeführt. Falls die
von einem der Solarzellenmodule 19 erzeugte Spannung abfällt und
die inverse Spannung oder Ge genspannung aus der Batterie B an
dieses Solarzellenmodul 19 anliegt, wird die Sperrdiode 29 derart, dass
die Gegenspannung oder inverse Spannung zum Schutz des Solarzellenmoduls 19 aufgehalten wird.
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5 ist
eine Draufsicht auf eine Solarzellenpaneele 22, bei welcher
zehn Solarzellenmodule 19 in Serie oder parallel zueinander
elektrisch miteinander verbunden und auf einer Grundplatte 25 befestigt
sind.
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6 zeigt
eine Anordnung, bei welcher Solarzellen 13 derart ausgebildet
sind, dass sie auf beiden Schultern Ausnehmungen besitzen. Zwischenräume, welche
durch die Ausnehmungen definiert werden, werden zur Verbindung zwischen
benachbarten Solarzellenmodulen 19 genutzt. Eine Abdeckglasplatte 11 oder
Abdeckglasschicht 11 besitzt ebenfalls einen ausgenommenen
Bereich oder ausgeschnittenen Bereich, welcher mit dem Verbindungsbereich
korrespondiert. Eine kleine Abdeckglasplatte oder Abdeckglasschicht,
welche nicht dargestellt ist, ist dort angebracht, um den ausgeschnittenen
Bereich abzudecken, nachdem die Module miteinander verbunden wurden.
Die Verbindung der Module 19 wird mittels einer Schweißung oder
einer Lötung
realisiert.
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Die 7 und 8 sind vergrößerte Ansichten von
Hauptbereichen abgewandelter Beispiele des Solarzellenmoduls 19.
Die 7 und 8 zeigen die Sperrdioden 29 mit
unterschiedlicher Ausgestaltung, wodurch illustriert wird, wie benachbarte
Solarzellenmodule 19 miteinander über die Sperrdiode 29 verbunden
werden können.
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7 zeigt
einen Fall, bei welchem die Sperrdiode 29 eine Dreieckform
besetzt. 8 zeigt einen
Fall, bei welchem die Sperrdiode 29 eine Rechteckform mit
im Wesentlichen derselben Breite wie der der Anschlussschiene 18 besitzt.
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9 ist
eine Draufsicht, welche eine andere Anordnung zeigt. In dieser Figur
wird eine Solarzellenpaneele 22 aus einer Kombination von
vier Solarzellenmodulen 19a und vier Solarzellenmodulen 19b gebildet.
Die Solarzellenmodule 19a sind mit zwei Reihenschaltkreisen
zu je fünf
Solarzellen 13, einer Umgehungsdiode 17 oder Bypassdiode 17 sowie
einer Sperrdiode 29 versehen. Das Solarzellenmodul 19b ist
mit einem Satz Reihenschaltkreise zu je zehn Solarzellen 13 ausgebildet.
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Durch Verbinden der Solarzellenmodule 19a und 19b in
der in 9 gezeigten Form
ergibt sich ein zum Schaltkreis der 4 ähnlicher
elektrischer Schaltkreis. Diese Anordnung ist besonders dann wirkungsvoll,
wenn die Solarzellenmodule zu lang ausgebildet sind, als dass sie
mit einer einzelnen Abdeckglasplatte abgedeckt werden könnten und
gute Arbeitseigenschaften und Handhabungseigenschaften bereitstellen
würde.
Sämtliche
Komponenten jedes der Solarzellenmodule 19a, 19b ist
mit einer Abdeckglasschicht 11 oder Abdeckglasplatte 11 abgedeckt,
wie das in 1 dargestellt
ist.
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Die 10 und 14 sind Querschnittsansichten
von Hauptbereichen, welche Modifikationen oder Abwandlungen in den
Anbindungsbereichen der Solarzellen 3 zeigen. 10 zeigt ein Beispiel, bei
welchem die Abdeckglasschicht 11 oder Abdeckglasplatte 12 mit
Hervorhebungen 34 versehen sind, um ein einfaches Positionieren
und Anbinden an eine Mehrzahl Solarzellen 13 zu ermöglichen.
Wenn die Oberfläche
der Abdeckglasschicht 11 oder Abdeckglasplatte 11 ausgebildet
wird, werden die Ausnehmungen 34 zum Beispiel durch ein
mechanisches Verfahren oder durch ein Ätzverfahren mittels einer Base
oder dergleichen oder durch Anbringen von Elementen aus Glas oder
Keramik auf der Oberfläche
ausgebildet.
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Falls der thermische Ausdehnungskoeffizient
der Abdeckglasplatte 11 oder Abdeckglasschicht 11 größer ist
als derjenige der Materialien der Solarzellen 13 und des
Substrats 15 (1)
kann aufgrund der thermischen Umgebung des Weltraums eine thermische
Verzerrung entstehen, wodurch sich eine Ablösung der Klebeschicht 12 und
eine Beschädigung
der Solarzellen 13 und des Abdeckglases 11 ergeben
können.
Um dies zu verhindern, sind zwischen den Solarzellen 13 Elemente 35 vorgesehen, die
einen höheren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine geringere Steifigkeit
oder Härte
aufweisen als die Solarzellen 13, wie das in 11 dargestellt ist. Dieser
Aufbau kann dann die thermische Verzerrung aufnehmen oder absorbieren.
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Falls ein Silikonklebstoff verwendet
wird als Klebeschicht 12, kann die Silikonklebeschicht
die Solarzellen 13 oder das Abdeckglas 11 zerbrechen,
weil Silikonklebstoff seine physikalischen Eigenschaften stark ändert, wenn
er abgekühlt
wird auf niedrige Temperaturen, zum Beispiel auf –100°C. Das bedeutet,
dass der thermische Ausdehnungskoeffizient, der Elastizitätsmodul
und andere Größen sich
um einige Einheiten ändern.
Speziell werden davon besonders stark durch Temperaturänderungen
beeinflusst große
Abdeckglasschichten 11 oder Abdeckglasplatten 11 und
Klebeschichten, die großflächig aufgebracht werden.
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Aus diesem Grund sind Trennelemente 36 zwischen
den Solarzellen vorgesehen, wie das in 12 dargestellt ist, um die Klebeschicht 12 zu
separieren, so dass vermieden wird, dass die Klebeschicht 12 eine
einzelne zusammenhängende Schicht
bildet.
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Die zuvor beschriebenen Elemente 35 und 36 können aus
einem Material, zum Beispiel einem Silikonharz, einem Epoxidharz
oder einem Acrylharz ausgebildet sein.
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Die Abdeckglasschicht 11 oder
Abdeckglasplatte 11 kann durch flaches Aneinanderstückeln einer
Mehrzahl oder Vielzahl kleiner Glasplatten oder kleiner Glasschichten
unter Verwendung eines Klebstoffes ausgebildet werden, welcher einen
geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt als die
kleinen Glasplatten. Durch diesen Aufbau können mechanischer oder thermischer
Stress oder Belastungen auf die Abdeckglasplatte oder Abdeckglasschicht 11 reduziert
werden, und folglich ist die Abdeckglasplatte 11 oder Abdeckglasschicht 11 insgesamt
gesehen bruchfester.
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13 zeigt
ein Beispiel, bei welchem Elemente 37 auf einem Substrat 15 befestigt
sind, um die Solarzellen 13 anzuordnen und um die Klebeschicht
zu separieren oder zu unterteilen. Als Elemente 37 können derartige
verwendet werden, die eine scharfe Spitze und hohe Reflexionseigenschaften
aufweisen, um das Sonnenlicht 28 zu reflektieren und auf
die Solarzellen 13 zu werfen, wie das in 14 dargestellt ist. Diese Reflexion durch
die Elemente 37 erhöht
die auf die Oberfläche
der Solarzellen 13 auffallende Menge an Sonnenlicht. Damit
wird die durch die Solarzellenmodule erzeugbare Energie gesteigert.
Die Spitzen der Elemente 37 können mit Aluminium oder Silber
durch ein Abscheideverfahren beschichtet sein, um ihr Reflexionsvermögen zu verbessern.
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17 ist
eine Seitenansicht zur Illustration einer anderen Anordnung.
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Wie in dieser Figur dargestellt ist,
ist bei einem Solarzellenmodul 19c eine Mehrzahl Solarzellen 13 in
einer Ebene angeordnet und mittels Zwischenverbindungen 16 miteinander
verbunden. Die Solarzellen 13 und die Zwischenverbindungen 16 werden
von einer einzelnen Abdeckglasplatte 11 oder Abdeckglasschicht 11 abgedeckt.
Die Solarzellen 13 und die Zwischenverbindungen 16 sind
an einer unteren Oberfläche
der Abdeckglasschicht 11 oder Abdeckglasplatte 11 mittels
einer Klebeschicht 12, zum Beispiel einer Silikonklebeschicht,
verbunden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Solarzellenmodul 19c dieser
Ausführungsform
ausgebildet wird durch Ausschließen des Substrats 15 vom
Solarzellenmodul 19 aus 1.
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Die Abdeckglasschicht 11 oder
Abdeckglasplatte 11 aus 17 kann
auch Hervorhebungen 34 aufweisen, wie das in 10 dargestellt ist, die
zum Positionieren der Solarzellen 13 geeignet sind.
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Die 18 und 19 zeigen eine Draufsicht bzw.
eine Seitenansicht zum Illustrieren des Aufbaus einer Solarzellenpaneele
unter Verwendung von acht Solarzellenmodulen 19c. Dabei
sind die acht Solarzellenmodule 19c in einer Ebene auf
einem einzigen Substrat 15a angeordnet und in Serie oder
parallel zueinander elektrisch verbunden, um einen einzigen Stromerzeugungsschaltkreis
zu bilden. Bei dieser Ausführungsform
ist der Einfluss der elektromagnetischen Umgebung des Weltraums
reduziert, weil die Solarzellen 13 und die Zwischenverbindungen 16 mit einem
Abdeckglas 11 abgedeckt sind, wie das in 17 dargestellt ist. Ferner können die
Solarzellenmodule 19c auf einfache Art und Weise gehandhabt oder
installiert werden, weil die Solarzellenmodule 19c auf
einem einzigen Substrat 15a angeordnet werden können.
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Da die elektrischen Verbindungselemente zwischen
den Solarzellen ebenfalls mit der Abdeckglasschicht oder Abdeckglasplatte
abgedeckt sind, wechselwirken die elektrischen Verbindungselemente
weniger mit der elektrischen Umgebung im Weltraum.
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Darüber hinaus ist das Einstellen
der Solarzellen über
Elemente zwischen den Solarzellen, die weniger steif sind und die
einen höheren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen als die Solarzellen,
realisiert, wodurch thermische Verzerrungen aufgrund der thermischen
Umgebung um Weltraum reduziert werden. Im Ergebnis davon ist auch
das Ablösebestreben
des Klebstoffes und ein Beschädigen der
Solarzellen und der Abdeckglasschicht oder Abdeckglasplatte reduziert.