EP4591364A1 - Solarzellenmodul und verfahren zur herstellung eines solarzellenmoduls - Google Patents

Solarzellenmodul und verfahren zur herstellung eines solarzellenmoduls

Info

Publication number
EP4591364A1
EP4591364A1 EP23761452.4A EP23761452A EP4591364A1 EP 4591364 A1 EP4591364 A1 EP 4591364A1 EP 23761452 A EP23761452 A EP 23761452A EP 4591364 A1 EP4591364 A1 EP 4591364A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solar cell
connector
solar cells
cross
solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23761452.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julian WEBER
Daniel VON KUTZLEBEN
Torsten Rößler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4591364A1 publication Critical patent/EP4591364A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/90—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers
    • H10F19/902—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/70—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising bypass diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar cell module according to claim 1 and claims 16 to 18 and a method for producing a solar cell module according to claim 12.
  • Photovoltaic solar cells typically have metallic contact structures on the front. Such contacting structures are not transparent to incident electromagnetic radiation and thus reduce the area available for absorption on the front.
  • a particularly advantageous arrangement of the solar cells results in a matrix shingle arrangement.
  • several rows of solar cells, each with several solar cells are arranged spatially parallel and in the overlap area, a solar cell covers the front sides of at least two neighboring solar cells.
  • the solar cells in the matrix shingle arrangement are thus arranged offset.
  • the rows of solar cells are connected in an electrically conductive manner in order to form an electrical series connection of the rows of solar cells.
  • solar cell modules require connection elements for electrically connecting the solar cell module to external electrical elements and/or other solar cell modules.
  • bypass diodes are necessary to avoid local overheating (hotspot) and resulting damage to the solar cell module in the event of partial shading.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a solar cell module and a method for producing a solar cell module with solar cells in a matrix shingle arrangement, which enables robust and cost-effective connection to external circuits and/or internal electrical elements, in particular bypass diodes.
  • the solar cell module according to the invention is preferably produced by means of the method according to the invention, in particular by means of a preferred embodiment thereof.
  • the method according to the invention is preferably designed for producing a solar cell module according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the solar cell module according to the invention has a plurality of photovoltaic solar cells with electrically contactable back sides.
  • the solar cells are arranged in a matrix shingle arrangement, which has a plurality of spatially parallel solar cell rows, each with several solar cells, the solar cells being arranged to overlap in overlap areas, so that the back sides of the solar cells of a solar cell row partially cover the front sides of the solar cells of an adjacent solar cell row and the solar cells are arranged in such a way that at least one back of a solar cell of a solar cell row is the front of at least two solar cells partially covered by an adjacent row of solar cells.
  • An electrically conductive connection of the overlapping solar cells is preferably formed in the overlap area.
  • an electrical series connection of the rows of solar cells is formed by means of the electrically conductive connection in the overlap area.
  • This arrangement corresponds to the matrix shingle arrangement described above.
  • At least every non-edge solar cell of a solar cell row in particular every non-terminal solar cell row, partially covers the front sides of at least two solar cells of an adjacent solar cell row with its rear side.
  • edge solar cells of some solar cell rows can have a smaller width, so that these edge solar cells do not cover two solar cells, but only one solar cell of an adjacent solar cell row.
  • At least one solar cell row has an electrically conductive cross-connector, which covers at least 50% of the back sides of at least the non-edge solar cells of the solar cell row and electrically contacts them.
  • solar cells are arranged in a matrix shingle arrangement, so that several spatially parallel rows of solar cells are formed, each with several solar cells.
  • the rows of solar cells are arranged overlapping in overlap areas, so that the back sides of the solar cells in a solar cell row partially cover the front side of the solar cells in an adjacent solar cell row and the solar cells are arranged in such a way that at least one back side of a solar cell in a solar cell row partially covers the front sides of at least two solar cells in an adjacent solar cell row .
  • An electrically conductive connection of the overlapping solar cells is preferably formed in the overlap area. It is essential that an electrically conductive cross-connector is arranged at least on one solar cell row, which covers at least 50% of the back sides of at least the non-edge solar cells of the solar cell row and electrically contacts them.
  • a cross connector which covers at least the rear sides of a solar cell row over a large area and makes electrically conductive contact.
  • the cross connector Due to its large-area arrangement and the large-area contact with the backs of the solar cells, the cross connector offers a mechanically stable connection and thus a robust structure. In addition, due to the large area that the cross connector covers on the back of the solar cell in the solar cell row, a low absolute electrical contact resistance between the cross connector and the backs of the solar cells can be achieved. Thanks to this cost-effective and robust design, the invention thus enables the attachment of connecting elements such as connections for external wiring, junction boxes or electrical or electronic elements of the solar cell module, in particular bypass diodes.
  • the cross-connector In order to improve the mechanical stability and reduce the electrical contact resistance between the solar cells and the cross-connector, it is advantageous for the cross-connector to cover the back sides of at least the non-edge solar cells of the solar cell row by at least 60%, preferably by at least 70%, in particular at least 80% covered and electrically contacted. Accordingly, it is advantageous in the method according to the invention that the cross connector is designed to cover the back sides of at least the non-edge solar cell of the solar cell row by at least 60%, preferably at least 70%, in particular at least 80%, and is designed to make electrical contact.
  • the two peripheral solar cells of the solar cell row on which the electrically conductive cross-connector is arranged can also be covered by the electrically conductive cross-connector to a lower degree of coverage in order to reduce the requirement for process accuracy and/or to save material.
  • the two peripheral solar cells of the solar cell row are each covered at least 20%, preferably at least 30%, in particular at least 40%, by the electrically conductive cross-connector and connected to it in an electrically conductive manner.
  • the two peripheral solar cells of the solar cell row are each covered to at least 50%, in particular to at least 60%, preferably to at least 70%, in particular to at least 80%, by the electrically conductive cross-connector.
  • the two peripheral solar cells of the solar cell row have the same degree of coverage by the electrically conductive cross-connector as the internal (not peripheral, arranged between the two peripheral solar cells) solar cells of the solar cell row.
  • the percentage coverage described above refers to the area percentage of the back of the respective solar cell.
  • cross connector is designed as an electrically conductive adhesive tape. Accordingly, an electrically conductive adhesive tape is advantageously used as a cross connector in the method according to the invention.
  • Such electrically conductive tapes or charge collection tapes are commercially available. They also have the advantage that no heat treatment is necessary to form the mechanical and electrically conductive connection, which could affect components of the solar cells.
  • the cross connector is arranged on the solar cells in a mechanically and electrically conductive manner using a conductive adhesive.
  • the cross connector is preferably designed as a metal foil.
  • preference is given to the transverse binder arranged by means of a conductive adhesive of a row of solar cells, with a metal foil preferably being used as the cross connector.
  • a metal foil in particular a pliable metal foil, has the advantage that commercially available metal foils can be used, which have very good conductivity.
  • Conductive adhesives are also commercially available.
  • the solar cells are typically arranged between a carrier substrate and at least one flexible cover element, in particular an encapsulation film.
  • a cohesive, thermal joining is then carried out using lamination to connect the carrier substrate and film.
  • the advantage of connecting the cross-connector to the solar cell row using conductive adhesive is that the conductive adhesive can harden during lamination, so that no additional heat treatment step is necessary.
  • the conductive adhesive hardens during lamination of the solar cell module.
  • the solar cells are preferably arranged between a carrier substrate and a flexible cover film, with a cohesive joining between the carrier substrate and the cover film taking place during lamination and preferably a cohesive joining between the cross connector and solar cells.
  • the cross connector is designed as a metal foil, particularly preferably as a metal foil made of one of the following metals: copper, tinned copper, aluminum.
  • the metal foil preferably has a thickness in the range 5 pm to 100 pm, more preferably 10 pm to 50 pm, particularly preferably 25 pm to 35 pm. It is also within the scope of the invention that the cross connector has several layers, in particular a flexible carrier layer which is coated with a conductive metal layer.
  • the total thickness of the cross connector when designed as an adhesive tape and/or multilayer cross connector is preferably in the range 5 pm to 100 pm, more preferably in the range 10 pm to 50 pm.
  • individual rows of the solar cell module can be contacted electrically separately or connected to other electrical or electronic elements such as bypass diodes in a simple manner, even when the solar cells are arranged in a matrix shingle arrangement.
  • the solar cell module it is advantageous for the solar cell module to have at least one electrically conductive longitudinal connector, which is electrically conductively connected to the cross connector of a solar cell row.
  • the longitudinal connector extends over additional rows of solar cells. It is within the scope of the invention that the longitudinal connector extends over further transverse connectors of the solar cell module.
  • the longitudinal connector thus makes it possible to easily connect a row of solar cells that has a cross connector, in particular the electrically conductive connection of a row of solar cells to a junction box of the solar cell module.
  • the longitudinal connector is preferably designed as a metallic longitudinal connector, particularly preferably made of copper, and preferably has a thickness in the range 300 pm to 500 pm.
  • the longitudinal connector is electrically insulated from the further solar cell rows and/or further transverse connectors of the solar cell module by means of an electrically insulating layer. It is within the scope of the invention that the longitudinal connector is covered with an electrically insulating layer. It is also within the scope of the invention that only between the longitudinal connector and the elements to be insulated, in particular the further ones Solar cells of the solar cell module and / or further cross connectors, an electrically insulating layer is arranged.
  • the longitudinal connector is electrically conductively connected to at least one electrical cross connector.
  • the transverse connector has greater flexibility than the longitudinal connector. It is therefore advantageous that the longitudinal connector is arranged between the solar cells and the cross connector.
  • the longitudinal connector is advantageously electrically connected to the solar cells in the area in which the cross connector covers the longitudinal connector. This also creates an electrically conductive connection, in this case an indirect electrically conductive connection via the longitudinal connector, between the cross connector and the solar cells of the solar cell row in the area in which the longitudinal connector is arranged between the solar cells and the cross connector.
  • connection sockets in particular on a rear side of the solar cell module.
  • Junction boxes are used to protect connection elements and/or electrical or electronic components from external influences.
  • the solar cell module prefferably has a connection box on at least two rows of solar cells and for the longitudinal connector to extend between the connection boxes, in particular to connect electrical connections of the two connection boxes in an electrically conductive manner.
  • the cross-connector offers a simple way to electrically connect a bypass diode in a matrix shingle arrangement.
  • the solar cell module therefore has at least one bypass diode and the cross connector is electrically conductively connected to the bypass diode of the solar cell module.
  • the solar cell module has at least two rows of solar cells, each with a cross-connector, and the bypass diode is electrically connected to the two rows of solar cells in the usual manner by means of the cross-connectors, in particular is connected in parallel to the rows of solar cells in the usual way.
  • the cross connector on the side facing the solar cells of the solar cell row to have a color that matches the color of the front sides of the solar cells, preferably over the entire surface, at least in the spaces between the solar cells.
  • Typical solar cells have a blue or black color impression on the front side.
  • the cross connector is therefore preferably blue or black, preferably black, on the side facing the solar cells of the solar cell row, at least in the spaces between the solar cells, preferably over the entire surface.
  • the solar cell module therefore has a plurality of cover strips which are arranged between the solar cells and the cross connector in the areas in which the cross connector extends over the space between two adjacent solar cells of a solar cell row.
  • the cover strips preferably have a color that corresponds to the color of the front sides of the solar cells, particularly preferably a blue or black color.
  • the cover strips are preferably designed to be electrically insulating.
  • the present invention has the advantage that a further development of known solar cell modules with a matrix shingle arrangement is possible by additionally providing one or more cross connectors.
  • solar cells with a modified metallic rear contact structure are used at least for the solar cell rows, which are connected in an electrically conductive manner using a cross connector:
  • the solar cells of at least the solar cell row on which the cross-connector is arranged each have a metallic back-side contacting structure, which extends beyond an overlap area on the back of the solar cell, so that a series-connected partial area of the metallic back-side contacting structure in the overlap area on the front of one adjacent solar cell and a cross-connection portion of the metallic back contacting structure is covered by the cross-connector and is directly connected to it in an electrically conductive manner.
  • the metallic rear contact structure has a cross-connection partial area in addition to the series connection partial area that overlaps with the adjacent solar cell.
  • the solar cell does not overlap with the adjacent solar cell, so that the metallic back-side contacting structure is accessible on the back in the cross-connection sub-area, so that the cross-connector can be arranged on the cross-connection sub-area of the metallic back-side contacting structure and connected to it in an electrically conductive manner.
  • the metallic rear contact structure is preferably made of at least 50% of a metal from the group of silver and copper.
  • Typical previously known solar cells have a large-area, in particular full-area, aluminum layer on the back, which serves to bring together and remove the charge carriers.
  • Aluminum is more cost-effective than other metals, such as silver in particular, but has the disadvantage that typically used connection methods, in particular soldering, produce contacts with lower mechanical stability and comparatively high contact resistance. It is therefore known to provide so-called “solder pads” made of a different metal in order to form a stable electrically conductive connection with low contact resistance.
  • the present invention has the advantage that, due to the large area coverage of the back sides of the solar cells of the solar cell row by the cross connector, a mechanically stable contact with a low contact resistance is also formed directly on an aluminum back side of a solar cell. This is because the advantageous mechanical stability and electrical quality of the contact is achieved due to the large area. The electrical quality is further increased by the advantageous design of the previously described cross-connection subregions of the metallic back contact structure.
  • the solar cells of at least the row of solar cells on which the cross connector is arranged are each formed on the back with a back contact surface made of aluminum, the back contact surface preferably covering at least 60%, particularly preferably 80% of the back side of the solar cell , preferably the back contact surface is made of aluminum over the entire surface.
  • the cross connector is arranged on the rear contact surfaces and is directly electrically connected to the rear contact surfaces made of aluminum.
  • the cross connector is mechanically connected to the solar cells on at least 80% of the area, more preferably at least 90% of the area, particularly preferably on 100% of the area with which the cross connector covers the rear sides of the solar cells of the solar cell row. This ensures a high level of mechanical stability.
  • the cross-connector is advantageously electrically connected to the solar cells on at least 80% of the area, more preferably at least 90% of the area, particularly preferably on 100% of the area with which the cross-connector covers the rear sides of the solar cells of the solar cell row.
  • the solar cell module has an electrically conductive cross-connector at least on the two terminal solar cell rows, which covers at least 50% of the back sides of at least the non-edge solar cells of the solar cell row and electrically contacts them.
  • These two cross connectors are used to connect the solar cell module to external circuits or other solar cell modules.
  • the terminal row of solar cells that overlaps the back of an adjacent row of solar cells is inactive, i.e. it does not contribute to the conversion of electromagnetic radiation into electrical energy.
  • This design is characterized by a visually uniform front and yet simple interconnection through the two cross-connectors on the terminal rows of solar cells.
  • the percentages for the formation of the metallic contacting structures refer to mass percent.
  • the solar cell module can have encapsulation elements that are known per se.
  • the solar cell module has at least one or more, preferably all of the following layers, starting from a side facing the radiation when in use: Front glass (PV front glass)
  • Solar cells of the solar cell module preferably made of silicon in the area of the cross connector:
  • Cross connector preferably made of copper rear encapsulant foil (PV encapsulant foil), preferably made of ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefin elastomers (POE)
  • PV backsheet preferably made of polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET)
  • Figure 1 shows a photovoltaic solar cell for a first exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention
  • Figure 2 a side view
  • Figure 3 shows a top view from behind of the first exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention
  • Figure 4 is a top view from behind of a second exemplary embodiment
  • Figure 5 shows a top view from behind of a third exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention.
  • Figure 6 shows a photovoltaic solar cell for a solar cell module according to Figure 7;
  • Figure 7 shows a fourth exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention, shown in a top view from behind;
  • Figure 8 shows a fifth exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention shown in a top view from behind and
  • FIGS 9 to 1 Sectional images of Figure 8, with the sectional plane being perpendicular to the drawing plane in Figure 8. All figures show schematic representations, not true to scale. The same reference numerals in the figures indicate the same or identical elements.
  • the solar cell 1 shows a top view from the front of a schematic representation of a photovoltaic solar cell 1 for a first exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention.
  • the solar cell 1 has a metallic contacting structure on the front, which is designed in a comb-like manner in a known manner, with a plurality of parallel contact fingers 2, which are electrically conductively connected by a busbar 3 running perpendicular to the contact fingers 2.
  • the solar cell 1 is designed in a manner known per se as a photovoltaic solar cell based on a silicon wafer as a semiconductor substrate and has an emitter on the front, which is contacted by means of the contact fingers 2 and the busbar 3.
  • An aluminum layer is arranged over the entire surface on the back of the solar cell in order to electrically contact the base of the solar cell. It is within the scope of the invention to use further developments of this solar cell structure or other solar cell structures as solar cells for a solar cell module according to the invention. In particular, it is within the scope of the invention to arrange additional layers on the front to improve the electrical quality, in particular the reduction in recombination speed on the surface or the optical properties.
  • the solar cell shown in Figure 1 represents a partial solar cell, which was produced by dividing a larger silicon substrate on which several partial solar cells were formed. It is also within the scope of the invention to use solar cells manufactured entirely on an undivided silicon wafer.
  • FIG 1 An overlap area 4 is indicated by dashed lines, at which, due to the shingle arrangement, the back of an adjacent solar cell overlaps with the front of the solar cell shown in Figure 1.
  • a schematic representation of the first exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention is shown in Figure 2 in a side view and Figure 3 in a top view from behind:
  • the solar cell module according to the first exemplary embodiment has a plurality of photovoltaic solar cells 1 according to FIG. 1 with electrically contactable back sides, the back sides being covered over their entire surface with an aluminum layer.
  • the solar cells 1 are arranged in a matrix shingle arrangement, which in the present case has three spatially parallel rows of solar cells, each with several solar cells.
  • the rows of solar cells are arranged overlapping in overlap areas 4, so that the back sides of the solar cells 1 of a row of solar cells partially cover the front sides of the solar cells 1 of an adjacent row of solar cells.
  • the solar cells are arranged such that at least one back of a solar cell in a solar cell row partially covers the front sides of at least two solar cells in an adjacent solar cell row.
  • the solar cell 1a partially covers the solar cells 1d and 1e
  • the solar cell 1b partially covers the solar cells 1e and 1f
  • the solar cell 1c partially covers the solar cells 1f and 1g.
  • the edge solar cells 1 of the bottom and top solar cell rows according to FIG. 3 are each only designed to be half the width of the remaining solar cells 1 of the solar cell module. It is essential that the solar cell module has an electrically conductive cross-connector 5, which covers at least 50% of the backs of each solar cell 1 of the middle solar cell row and electrically contacts them.
  • the solar cell row contacted by the cross connector has four solar cells 1.
  • the two non-edge solar cells 1 e and 1 f are in the present case covered to about 80% (drawing not to scale) by the cross connector, as is the right edge solar cell 1 g according to Figure 3, on which the cross connector 5 is located for contacting over the right edge of the solar cell 1 extends beyond.
  • the cross connector is at a distance from the left edge of the solar cell, so that the degree of coverage is slightly lower.
  • the cross connector 5 is designed as an electrically conductive adhesive tape and, according to Figure 3, extends on the right edge of the solar cell module beyond the surface of the solar cells, so that a lateral connection to further electronic elements, in particular a bypass diode of the solar cell module, is made possible in a simple manner.
  • FIG. 3 A circuit diagram with two bypass diodes 6 is shown schematically in Figure 3, with a bypass diode 6 being connected between a lower connection of the solar cell module and the cross-connector 5 and a second bypass diode 6 between the cross-connector 5 and an upper connection of the solar cell module.
  • the cross connector 5 is designed as a copper foil with a thickness of 30 ⁇ m.
  • Conductive adhesive is arranged between the cross connector 5 and the solar cells 1 of the middle row of solar cells.
  • lamination takes place in a manner known per se.
  • a transparent carrier substrate (glass) of the solar cell module is arranged on the front and a protective cover (backsheet) on the back.
  • a front encapsulation film (EVA) is arranged between the carrier substrate and the solar cells and a rear encapsulation film (EVA) is arranged between the solar cells and the backsheet.
  • the films are joined by lamination, so that the solar cells 1 and the cross connector 5 in particular are embedded between the films.
  • the conductive adhesive applied between the cross connector 5 and solar cells 1 of the middle solar cell row also hardens during lamination.
  • FIGS. 4 and 5 Two further exemplary embodiments of a solar cell module according to the invention are shown in FIGS. 4 and 5. To avoid repetition, only the essential changes are discussed.
  • the photovoltaic solar cell 1 shown in FIG. 1 is also used, which is arranged in a matrix shingle arrangement.
  • the exemplary embodiments shown in Figures 4 and 5 each have 7 rows of solar cells arranged spatially parallel, whereby, as in the first exemplary embodiment, the rows of solar cells alternately have five and four solar cells, with the solar cell rows with five solar cells having the edge solar cells only having half the width .
  • a cross connector 5 designed as an electrically conductive adhesive tape is arranged in the second and sixth rows.
  • the cross connectors do not protrude beyond the solar cell surface.
  • connection box 7 By means of two longitudinal connectors 8, which are designed as copper strips, an electrical supply is carried out from the two cross-connectors 5 to the connection box 7.
  • the bypass diode arranged in the connection box 7 is electrically connected to the longitudinal connectors 8, so that there is one between the two cross-connectors 5 Bypass diode is interposed.
  • the third exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention shown in rear view in FIG. 5, has three cross connectors 5.
  • the cross connectors 5 are arranged on the first, fourth and seventh solar cell rows.
  • the solar cell module also has a connection box 7 and two longitudinal connectors 8 in the middle.
  • Two bypass diodes 6 are arranged in the junction box 7, a first bypass diode 6 being connected to the lower longitudinal connector 8 and the middle cross connector 5 and a second bypass diode 6 is electrically conductively connected to the middle cross connector 5 and the upper longitudinal connector 8.
  • a schematic representation of the electrical circuit diagram achieved is shown on the left edge of Figure 5 for illustrative purposes.
  • FIG. 6 shows a top view of the back of a photovoltaic solar cell 1 for a fourth exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention.
  • the design of the front of the photovoltaic solar cell shown in Figure 6 corresponds to the solar cell 1 shown in Figure 1.
  • the rear contact structure 9 has a busbar 9a and the cross-connection arcs 9b, which extend from the busbar 9a over the rear surface of the solar cell.
  • FIG. 7 A rear view of the fifth exemplary embodiment is shown in FIG.
  • the fifth exemplary embodiment represents a further development of the third exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
  • the further development consists in the rear contact structure 9 described in FIG. 6 with busbar 9a and cross-connection arches 9b.
  • FIG. 7 only the solar cells 1 of the middle row of solar cells have the rear contact structure 9.
  • the cross-connection arches 9b can be seen.
  • 1 with full width is shown per solar cell. Only two cross-connection arches and only one cross-connection arch 9b are shown per solar cell 1 with half the width (the peripheral solar cells).
  • the cross connector 5 essentially covers the cross connection arches 9b.
  • the cross-connection arches 9b are also shown completely in the area covered by the cross-connector 5 in order to more clearly show the arrangement of the cross-connection arches 9b.
  • FIG. 8 shows a top view from behind of a fifth exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention.
  • the structure essentially corresponds to the structure of the solar cell module shown in Figure 4. To avoid repetition, only the main differences will be discussed below:
  • the solar cell module according to Figure 8 thus has a total of four longitudinal connectors 8:
  • the edge cross connectors 5 are each connected to the nearest connection box 7 with a longitudinal connector 8.
  • the middle connection box 7 is connected to the upper and lower connection boxes 7 via a longitudinal connector 8, as shown in Figure 8.
  • the solar cell module shown in Figure 8 has a plurality of cover strips 12, which in the areas in which the cross connectors 5 extend over the space between two adjacent solar cells 1 of a solar cell he extend, are arranged between the solar cells 1 and the cross connector 5. From the front of the solar cell module, the cross connectors 5 are therefore covered in the spaces between the solar cells by the cover strips 12.
  • the cover strips are black in this case.
  • the cover strips are designed to be electrically insulating in order to avoid unwanted current flows. For better visualization, only the cover strips 12 on the upper and lower edges of the solar cell module are provided with reference numbers.
  • Figures 9 to 11 show sectional views of the solar cell module shown in Figure 8.
  • the cutting planes each run perpendicular to the drawing plane in Figure 8.
  • Figure 9 shows a section along section line A in Figure 8, Figure 10 along section line B and Figure 11 along section line C in Figure 8.
  • the section plane in Figure 11 is standing thus perpendicular to the sectional planes of Figures 9 and 10.
  • FIG. 9 shows a section along section line A, in an area in which the transverse connector 5 crosses the longitudinal connector 8.
  • the second cross connector 5 starting from below in FIG. 8 is therefore not shown with oblique stripes for a better overview.
  • the transverse connectors 5 cover the longitudinal connectors 8, so that the longitudinal connectors 8 are arranged between the solar cells 1 and the transverse connectors 5 in this coverage area.
  • the solar cell module has the following layers starting from the back:
  • a back cover 13, approx. 400 pm, (e.g. made of PE, PET);
  • a rear encapsulation film 14, approx. 400 pm (e.g. made of EVA, POE);
  • the solar cells 1 of the solar cell module approx. 180 pm (e.g. made of silicon);
  • transverse connector 5 At the position of cut A there is also a transverse connector 5 and a longitudinal connector 8, which cross each other at the position of cut A.
  • a longitudinal connector insulation film 17 is arranged as an insulating element between longitudinal connector 8 and solar cells 1, with the longitudinal connector insulation film 17 leaving out at least the area in which the transverse connector 5 covers the longitudinal connector 8. There is therefore an electrically conductive connection between the transverse connector 5, the longitudinal connector 8 and the solar cells 1.
  • Cross connector 5 longitudinal connector 8 and longitudinal connector insulation film 17 are thus arranged in this order between rear encapsulation film 14 and solar cells 1.
  • the section along section line B in Figure 10 shows an area in which the cross connector 5 rests directly on the solar cells 1.
  • a cover strip 12 is arranged at the position of the cutting line C.
  • the cover strip is arranged between the cross connector 5 and solar cells 1, so that when viewed from the front, in the illustration according to Figure 11 from below, the cross connector 5 is covered by the cover strip 12 in the space between the solar cells 1, so that an optically uniform image results.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul, mit einer Mehrzahl photovoltaischer Solarzellen mit elektrisch kontaktierbaren Rückseiten, wobei die Solarzellen in einer Matrix-Schindelanordung angeordnet sind, welche mehrere räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen aufweist, wobei die Solarzellenreihen in Überlappungsbereichen überlappend angeordnet sind, so dass die Rückseiten der Solarzellen einer Solarzellenreihe die Vorderseiten der Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdecken und die Solarzellen derart angeordnet sind, dass zumindest eine Rückseite einer Solarzelle einer Solarzellenreihe die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdeckt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Solarzellenreihe einen elektrisch leitenden Querverbinder aufweist, welcher die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert.

Description

Solarzellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 1 sowie den Ansprüchen 16 bis 18 und ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls gemäß Anspruch 12.
Photovoltaische Solarzellen weisen typischerweise an der Vorderseite metallische Kontaktierungsstrukturen auf. Solche Kontaktierungsstrukturen sind für einfallende elektromagnetische Strahlung nicht durchlässig und verkleinern somit die zur Absorption zur Verfügung stehende Fläche an der Vorderseite.
Es ist daher bekannt, Solarzellenmodule mit Schindelanordnung auszubilden. Bei einer Schindelanordnung überlappen benachbarte Solarzellen, sodass die Rückseite einer Solarzelle in einem Überlappungsbereich die Vorderseite einer benachbarten Solarzelle überdeckt. Hierdurch befindet sich die metallische Kontaktierungsstruktur an der Vorderseite einer Solarzelle im Überlappungsbereich und somit unter der benachbarten Solarzelle, wobei die obenliegende Solarzelle im Überlappungsbereich keine großflächige metallische Kontaktierungsstruktur auf ihrer Vorderseite aufweisen muss. Auf die Fläche des Solarzellenmoduls bezogen kann somit ein größerer Anteil an für die Lichtabsorption zur Verfügung stehenden Solarzellenfläche erzielt werden.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung der Solarzellen ergibt sich in einer Ma- trix-Schindelanordnung. Hierbei sind mehrere Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen räumlich parallel angeordnet und im Überlappungsbereich überdeckt eine Solarzelle die Vorderseiten von zumindest zwei benachbarten Solarzellen. In einer Erstreckungsrichtung quer zu den Solarzellenreihen sind die Solarzellen bei der Matrix-Schindelanordnung somit versetzt angeordnet.
Im Überlappungsbereich sind die Solarzellenreihen elektrisch leitend verbunden, um eine elektrische Reihenschaltung der Solarzellenreihen auszubilden. Grundsätzlich benötigen Solarzellenmodule Anschlusselemente zur elektrischen Verbindung des Solarzellenmoduls mit externen elektrischen Elementen und/oder weiteren Solarzellenmodulen.
Darüber hinaus ist für typische Solarzellenmodulgrößen das Vorsehen von Bypassdioden notwendig, um im Fall einer Teilverschattung eine lokale Überhitzung (Hotspot) und hierdurch resultierende Beschädigung des Solarzellenmoduls zu vermeiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Solarzellenmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls mit Solarzellen in Matrix-Schindelanordnung zur Verfügung zu stellen, welches eine robuste und kostengünstige Verschaltung mit externen Stromkreisen und/oder internen elektrischen Elementen, insbesondere Bypassdioden, ermöglicht.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 1 sowie den Ansprüchen 16 bis 18 und ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul wird bevorzugt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, insbesondere mittels einer bevorzugten Ausführungsform hiervon. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls ausgebildet, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul weist eine Mehrzahl photovoltaischer Solarzellen mit elektrisch kontaktierbaren Rückseiten auf. Die Solarzellen sind in einer Matrix-Schindelanordnung angeordnet, welche mehrere räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen aufweist, wobei die Solarzellen in Überlappungsbereichen überlappend angeordnet sind, sodass die Rückseiten der Solarzellen einer Solarzellenreihe die Vorderseiten der Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdecken und die Solarzellen derart angeordnet sind, dass zumindest eine Rückseite einer Solarzelle einer Solarzellenreihe die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdeckt. Im Überlappungsbereich ist bevorzugt eine elektrisch leitende Verbindung der sich überlappenden Solarzellen ausgebildet. Bevorzugt wird mittels der elektrisch leitenden Verbindung im Überlappungsbereich eine elektrische Reihenschaltung der Solarzellenreihen ausgebildet.
Diese Anordnung entspricht somit der eingangs beschriebenen Matrix-Schindel- anordnung.
Bevorzugt überdeckt zumindest jede nicht randständige Solarzelle einer, insbesondere jeder nicht endständigen Solarzellenreihe mit der Rückseite teilweise die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe. Je nach Ausgestaltung der Matrix-Anordnung können randständige Solarzellen mancher Solarzellenreihen eine geringere Breite aufweisen, so dass diese randständigen Solarzellen nicht zwei Solarzellen, sondern lediglich eine Solarzelle einer benachbarten Solarzellenreihe überdecken.
Wesentlich ist, dass zumindest eine Solarzellenreihe einen elektrisch leitenden Querverbinder aufweist, welcher die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert.
Entsprechend ist die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls gelöst, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:
Mehrere Solarzellen werden in einer Matrix-Schindelanordnung angeordnet, sodass mehrere räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen ausgebildet werden. Die Solarzellenreihen werden in Überlappungsbereichen überlappend angeordnet, sodass die Rückseiten der Solarzellen einer Solarzellenreihe die Vorderseite der Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdecken und die Solarzellen derart angeordnet werden, dass zumindest eine Rückseite einer Solarzelle einer Solarzellenreihe die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdeckt. Im Überlappungsbereich wird bevorzugt eine elektrisch leitende Verbindung der sich überlappenden Solarzellen ausgebildet. Wesentlich ist, dass zumindest an einer Solarzellenreihe ein elektrisch leitender Querverbinder angeordnet wird, welcher die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert.
Erfindungsgemäß wird somit ein Querverbinder vorgesehen, welcher großflächig zumindest die Rückseiten einer Solarzellenreihe bedeckt und elektrisch leitend kontaktiert.
Hierdurch werden vielfältige Möglichkeiten für das Anbringen von Verbindungselementen an Solarzellen, welche in Matrix-Schindelanordnung angeordnet sind, geschaffen.
Der Querverbinder bietet aufgrund seiner großflächigen Anordnung und dem großflächigen Kontakt mit den Rückseiten der Solarzellen eine mechanisch stabile Verbindung und somit einen robusten Aufbau und darüber hinaus ist aufgrund der großen Fläche, welche der Querverbinder an der Rückseite der Solarzelle der Solarzellenreihe bedeckt, ein geringer absoluter elektrischer Kontaktwiderstand zwischen Querverbinder und Rückseiten der Solarzellen realisierbar. Durch diese kostengünstige und robuste Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung somit das Anbringen von Verbindungselementen wie Anschlüssen zur externen Verschaltung, Anschlussdosen oder elektrischen oder elektronischen Elementen des Solarzellenmoduls, insbesondere von Bypassdioden.
Um die mechanische Stabilität zu verbessern und den elektrischen Kontaktwiderstand zwischen den Solarzellen und dem Querverbinder zu verringern, ist es vorteilhaft, dass der Querverbinder die Rückseiten zumindest der nicht randständigen der Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zu zumindest 60%, bevorzugt zu zumindest 70%, insbesondere zu zumindest 80% bedeckt und elektrisch kontaktiert. Entsprechend ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, dass der Querverbinder die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzelle der Solarzellenreihe jeweils zumindest 60%, bevorzugt zu zumindest 70%, insbesondere zu zumindest 80%, bedeckend und elektrisch kontaktierend ausgebildet wird. Die beiden randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe, an welcher der elektrisch leitende Querverbinder angeordnet ist, können zur Verringerung der Erfordernis an die Prozessgenauigkeit und/oder zur Materialersparnis auch zu einem geringeren Bedeckungsgrad von dem elektrisch leitenden Querverbinder bedeckt sein. Vorteilhafterweise sind die beiden randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 20%, bevorzugt zumindest zu 30%, insbesondere zumindest zu 40% von dem elektrisch leitenden Querverbinder bedeckt und elektrisch leitend mit diesem verbunden. Zur Verringerung des Kontaktwiderstandes ist es vorteilhaft, dass auch die beiden randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zu zumindest 50%, insbesondere zu zumindest 60%, bevorzugt zu zumindest 70%, insbesondere zu zumindest 80% durch den elektrisch leitenden Querverbinder bedeckt sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die beiden randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe den gleichen Bedeckungsgrad durch den elektrisch leitenden Querverbinder aufweisen wie die innenständigen (nicht randständigen, zwischen den beiden randständigen Solarzellen angeordneten) Solarzellen der Solarzellenreihe.
Die vorgehend beschriebenen prozentualen Bedeckungsgrade beziehen sich auf Flächenprozent der Rückseite der jeweiligen Solarzelle.
Eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung ergibt sich in einer vorteilhaften Ausführungsform, in welcher der Querverbinder als elektrisch leitendes Klebeband ausgebildet ist. Entsprechend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise ein elektrisch leitendes Klebeband als Querverbinder verwendet.
Solche elektrisch leitenden Klebebänder (electrically conductive tapes oder charge collection tapes) sind handelsüblich erhältlich. Sie weisen darüber hinaus den Vorteil auf, dass zum Ausbilden der mechanischen und elektrisch leitenden Verbindung keine Wärmebehandlung notwendig ist, welche Bestandteile der Solarzellen beeinträchtigen könnte.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Querverbinder mittels eines Leitklebers an den Solarzellen mechanisch und elektrisch leitend angeordnet. Insbesondere ist der Querverbinder bevorzugt als Metallfolie ausgebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird entsprechend bevorzugt der Querver- binder mittels eines Leitklebers einer Solarzellenreihe angeordnet, wobei als Querverbinder bevorzugt eine Metallfolie verwendet wird.
Die Verwendung einer Metallfolie, insbesondere einer biegeschlaffen Metallfolie, weist den Vorteil auf, dass auf handelsübliche Metallfolien zurückgegriffen werden kann, die eine sehr gute Leitfähigkeit aufweisen.
Ebenso sind Leitkleber (ECA - electrically conductive adhesive) handelsüblich erhältlich.
Bei typischen Leitklebern ist eine Wärmebehandlung zum Aushärten des Leitklebers notwendig oder zumindest vorteilhaft.
Bei der Herstellung eines Solarzellenmoduls werden typischerweise die Solarzellen zwischen einem Trägersubstrat und zumindest einem biegeschlaffen Abdeckungselement, insbesondere einer Verkapselungsfolie, angeordnet. Anschließend erfolgt eine stoffschlüssige, thermische Fügung mittels Lamination, um Trägersubstrat und Folie zu verbinden.
Die Verbindung des Querverbinders mittels Leitkleber an der Solarzellenreihe weist den Vorteil auf, dass ein Aushärten des Leitklebers während der Lamination erfolgen kann, sodass kein zusätzlicher Wärmebehandlungsschritt notwendig ist. Vorteilhafterweise erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls daher ein Aushärten des Leitklebers während einer Lamination des Solarzellenmoduls. Insbesondere werden bevorzugt die Solarzellen zwischen einem Trägersubstrat und einer biegeschlaffen Abdeckungsfolie angeordnet, wobei während der Lamination ein stoffschlüssiges Fügen zwischen Trägersubstrat und Abdeckungsfolie erfolgt und bevorzugt ein stoffschlüssiges Fügen zwischen Querverbinder und Solarzellen.
Es liegt im Rahmen der Findung, dass der Querverbinder als Metallfolie ausgebildet ist, insbesondere bevorzugt als Metallfolie aus einem der folgenden Metalle: Kupfer, verzinntes Kupfer, Aluminium.
Die Metallfolie weist bevorzugt eine Dicke im Bereich 5 pm bis 100 pm, weiter bevorzugt 10 pm bis 50 pm, insbesondere bevorzugt 25 pm bis 35 pm auf. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Querverbinder mehrere Schichten aufweist, insbesondere eine biegeschlaffe Trägerschicht, welche mit einer leitenden Metallschicht beschichtet ist.
Die Gesamtdicke des Querverbinders bei Ausbildung als Klebeband und/oder mehrschichtiger Querverbinder liegt bevorzugt im Bereich 5 pm bis 100 pm, weiter bevorzugt im Bereich 10 pm bis 50 pm.
Mit der vorliegenden Erfindung können somit in einfacher Weise auch bei Anordnung der Solarzellen in Matrix-Schindelanordnung einzelne Reihen des Solarzellenmoduls elektrisch separat kontaktiert oder mit weiteren elektrischen oder elektronischen Elementen wie beispielsweise Bypassdioden verbunden werden.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Solarzellenmodul zumindest einen elektrisch leitenden Längsverbinder aufweist, welcher elektrisch leitend mit dem Querverbinder einer Solarzellenreihe verbunden ist. Der Längsverbinder erstreckt sich über weitere Solarzellenreihen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass sich der Längsverbinder über weitere Querverbinder des Solarzellenmoduls erstreckt.
Der Längsverbinder ermöglicht somit in einfacher Weise die Verschaltung einer Solarzellenreihe, welche einen Querverbinder aufweist, insbesondere die elektrisch leitende Verbindung einer Solarzellenreihe zu einer Anschlussdose des Solarzellenmoduls.
Der Längsverbinder ist bevorzugt als metallischer Längsverbinder, insbesondere bevorzugt aus Kupfer ausgebildet und weist bevorzugt eine Dicke im Bereich 300 pm bis 500 pm auf.
Vorteilhafterweise ist der Längsverbinder gegenüber den weiteren Solarzellenreihen und oder weiteren Querverbindern des Solarzellenmoduls mittels einer elektrisch isolierenden Schicht elektrisch isoliert. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Längsverbinder mit einer elektrisch isolierenden Schicht ummantelt ist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass lediglich zwischen Längsverbinder und den zu isolierenden Elementen, insbesondere den weiteren Solarzellen des Solarzellenmoduls und/oder weiteren Querverbindern, eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Längsverbinder mit zumindest einem elektrischen Querverbinder elektrisch leitend verbunden. Vorteilhafterweise weist der Querverbinder eine höhere Flexibilität auf als der Längsverbinder. Es ist daher vorteilhaft, dass der Längsverbinder zwischen Solarzellen und Querverbinder angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist der Längsverbinder in dem Bereich, in welchem der Querverbinder den Längsverbinder überdeckt, elektrisch leitend mit den Solarzellen verbunden. Hierdurch erfolgt auch in dem Bereich, in welchem der der Längsverbinder zwischen Solarzellen und Querverbinder angeordnet ist, eine elektrisch leitende Verbindung, vorliegend eine über den Längsverbinder mittelbare elektrisch leitende Verbindung, des Querverbinders mit den Solarzellen der Solarzellenreihe.
Es ist bekannt, dass Solarzellenmodule insbesondere an einer Rückseite des Solarzellenmoduls eine oder mehrere Anschlussdosen aufweisen. Anschlussdosen dienen dazu, Anschlusselemente und/oder elektrische oder elektronische Komponenten gegenüber äußeren Einflüssen zu schützen.
Es ist daher vorteilhaft, dass das Solarzellenmodul an zumindest zwei Solarzellenreihen jeweils eine Anschlussdose aufweist und sich der Längsverbinder zwischen den Anschlussdosen erstreckt, insbesondere elektrische Anschlüsse der beiden Anschlussdosen elektrisch leitend verbindet.
Es ist vorteilhaft, eine oder mehrere Bypassdioden in einer oder mehreren Anschlussdosen des Solarzellenmoduls anzuordnen.
Wie zuvor beschrieben, bietet der Querverbinder eine einfache Möglichkeit, eine Bypassdiode bei einer Matrix-Schindelanordnung elektrisch zu verschalten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarzellenmodul daher zumindest eine Bypassdiode auf und der Querverbinder ist mit der Bypassdiode des Solarzellenmoduls elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Solarzellenmodul zumindest zwei Solarzellenreihen mit jeweils einem Querverbinder aufweist und die Bypassdiode elektrisch mittels der Querverbinder mit den beiden Solarzellenreihen in üblicher Weise elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere in üblicher Weise parallel zu den Solarzellenreihen geschaltet ist.
Um ein optisch homogenes Bild von einer Vorderseite des Solarzellenmoduls auszubilden ist es vorteilhaft, dass der Querverbinder an der den Solarzellen der Solarzellenreihe zugewandten Seite zumindest in Zwischenräumen zwischen den Solarzellen, bevorzugt ganzflächig, eine Farbe aufweist, welche der Farbe der Vorderseiten der Solarzellen entspricht. Typische Solarzellen weisen einen blauen oder schwarzen Farbeindruck an der Vorderseite auf. Bevorzugt ist der Querverbinder daher an der den Solarzellen der Solarzellenreihe zugewandten Seite zumindest in Zwischenräumen zwischen den Solarzellen, bevorzugt ganz flächig blau oder schwarz, bevorzugt schwarz ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Solarzellenmodul daher eine Mehrzahl von Abdeckungsstreifen auf, welche in den Bereichen, in welchen der Querverbinder sich über den Zwischenraum zweier benachbarter Solarzellen einer Solarzellenreihe erstreckt, zwischen den Solarzellen und dem Querverbinder angeordnet sind. Hierdurch ist von der Vorderseite des Solarzellenmoduls lediglich der Abdeckungsstreifen, nicht jedoch der Querverbinder sichtbar. Die Abdeckungsstreifen weisen bevorzugt eine Farbe auf, welche der Farbe der Vorderseiten der Solarzellen entspricht, insbesondere bevorzugt einen blauen oder schwarzen Farbton.
Bevorzugt sind die Abdeckungsstreifen elektrisch isolierend ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine Weiterbildung von an sich bekannten Solarzellenmodulen mit Matrix-Schindelanordnung durch zusätzliches Vorsehen einer oder mehrerer Querverbinder möglich ist. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, vorbekannte photovoltaische Solarzellen, insbesondere typischerweise verwendete Teilzellen zur Ausbildung des Solarzellenmoduls zu verwenden. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Solarzellenmoduls werden zumindest für die Solarzellenreihen, welche mittels eines Querverbinders elektrisch leitend verbunden werden, Solarzellen mit einer modifizierten metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur verwendet:
Vorteilhafterweise weisen die Solarzellen zumindest der Solarzellenreihe, an welcher der Querverbinder angeordnet ist, jeweils eine metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur auf, welche sich über einen Überlappungsbereich hinaus an der Rückseite der Solarzelle erstreckt, sodass ein Reihenverschaltungs-Teil- bereich der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur im Überlappungsbereich an der Vorderseite einer benachbarten Solarzelle anliegt und ein Querverbindungs-Teilbereich der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur von den Querverbinder überdeckt und unmittelbar mit diesem elektrisch leitend verbunden ist.
Es ist bekannt, bei Solarzellen zur Schindelanordnung rückseitig an zumindest einer Seite eine streifenartige metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur nach Art eines Busbars auszubilden. Mit dieser metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur überlappt die Solarzelle, sodass die metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur an einer metallischen Vorderseitenkontaktierungsstruktur der benachbarten Solarzelle im Überlappungsbereich anliegt, um eine elektrische Reihenschaltung auszubilden.
Bei der vorliegenden Weiterbildung weist die metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur zusätzlich zu dem Reihenverschaltungs-Teilbereich, welcher mit der benachbarten Solarzelle überlappt, einen Querverbindungs-Teilbereich auf. Im Querverbindungs-Teilbereich überlappt die Solarzelle nicht mit der benachbarten Solarzelle, sodass die metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur im Querverbindungs-Teilbereich an der Rückseite zugänglich ist, sodass der Querverbinder an dem Querverbindungs-Teilbereich der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden werden kann.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine elektrisch leitende Verbindung mit einem sehr niedrigen Kontaktwiderstand ausgebildet werden kann. Die metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur ist bevorzugt zu zumindest 50% aus einem Metall aus der Gruppe Silber, Kupfer, ausgebildet.
Typische vorbekannte Solarzellen weisen an der Rückseite eine großflächige, insbesondere ganzflächige Aluminiumschicht auf, welche rückseitig zum Zusammenführen und Abführen der Ladungsträger dient. Aluminium ist kostengünstiger gegenüber anderen Metallen wie insbesondere Silber, weist jedoch den Nachteil auf, dass mit typischerweise verwendeten Verbindungsverfahren, insbesondere Löten, Kontakte mit geringerer mechanischer Stabilität und vergleichsweise hohem Kontaktwiderstand entstehen. Es ist daher bekannt, sogenannte „Lötpads“ aus einem anderen Metall vorzusehen, um eine stabile elektrisch leitende Verbindung mit geringem Kontaktwiderstand auszubilden.
Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass aufgrund der großflächigen Bedeckung der Rückseiten der Solarzellen der Solarzellenreihe durch den Querverbinder auch unmittelbar auf einer Aluminiumrückseite einer Solarzelle eine mechanisch stabile Kontaktierung mit einem geringen Kontaktwiderstand ausgebildet wird. Dies ist darin begründet, dass aufgrund der großen Fläche die vorteilhafte mechanische Stabilität und elektrische Güte des Kontakts erzielt wird. Die elektrische Güte wir weiterhin durch die vorteilhafte Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Querverbindungs-Teilbereiche der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur erhöht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls sind die Solarzellen zumindest der Solarzellenreihe, an welcher der Querverbinder angeordnet ist, an der Rückseite jeweils mit einer aus Aluminium ausgebildeten Rückseitenkontaktierungsfläche ausgebildet, wobei die Rückseitenkontaktierungsfläche bevorzugt zumindest 60%, insbesondere bevorzugt 80% der Rückseite der Solarzelle bedeckt, bevorzugt die Rückseitenkontaktierungsfläche aus Aluminium ganzflächig ausgebildet ist. Der Querverbinder ist an den Rückseitenkontaktierungsflächen angeordnet und unmittelbar elektrisch leitend mit den aus Aluminium ausgebildeten Rückseitenkontaktierungsflächen verbunden.
Um eine effiziente Matrix-Schindelanordnung auszubilden ist es vorteilhaft, dass bei jeder Solarzellenreihe des Solarzellenmoduls, abgesehen von einer endständigen Solarzellenreihe, zumindest die nicht randständigen Solarzellen im Über- lappungsbereich zumindest zwei Solarzellen der benachbarten Solarzellenreihe überdecken.
Vorteilhafterweise ist der Querverbinder an zumindest 80% der Fläche, weiter bevorzugt zumindest 90% der Fläche, insbesondere bevorzugt an 100% der Fläche, mit der der Querverbinder die Rückseiten Solarzellen der Solarzellenreihe bedeckt, mechanisch mit den Solarzellen verbunden. Hierdurch wird eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet.
Um einen geringen Kontaktwiderstand auszubilden ist der Querverbinder vorteilhafterweise an zumindest 80% der Fläche, weiter bevorzugt zumindest 90% der Fläche, insbesondere bevorzugt an 100% der Fläche, mit der der Querverbinder die Rückseiten Solarzellen der Solarzellenreihe bedeckt, elektrisch mit den Solarzellen verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Solarzellenmodul zumindest an den beiden endständigen Solarzellenreihen jeweils einen elektrisch leitenden Querverbinder auf, welcher die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert. Diese beiden Querverbinder dienen zur Verschaltung des Solarzellenmoduls mit externen Stromkreisen oder weiteren Solarzellenmodulen. Bei dieser Ausgestaltung ist diejenige endständige Solarzellenreihe, welche mit der Rückseite eine benachbarte Solarzellenreihe überlappt, inaktiv, d.h. sie trägt nicht zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie bei. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch eine optische einheitliche Vorderseite und dennoch einfache Verschaltung durch die beiden Querverbinder an den endständigen Solarzellenreihen aus.
Die Prozentangaben zur Ausbildung der metallischen Kontaktierungsstrukturen beziehen sich auf Massenprozent.
Das Solarzellenmodul kann an sich bekannte Verkapselungselemente aufweisen. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Solarzellenmodul ausgehend von einer bei Benutzung der Strahlung zugewandten Seite zumindest eine oder mehrere, bevorzugt alle der folgenden Schichten aufweist: Vorderseitenglas (PV front glass) Vordere Verkapselungsfolie (PV encapsulant foil), bevorzugt aus Ethylen- Vinylacetat (EVA), Polyolefin Elastomere (POE)
Solarzellen des Solarzellenmoduls, bevorzugt aus Silizium im Bereich des Querverbinders: Querverbinder bevorzugt aus Kupfer hintere Verkapselungsfolie (PV encapsulant foil), bevorzugt aus Ethylen- Vinylacetat (EVA), Polyolefin Elastomere (POE)
Rückseitenabdeckung (PV backsheet), bevorzugt aus Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET)
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine photovoltaische Solarzelle für ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls;
Figur 2 eine Seitenansicht und
Figur 3 eine Draufsicht von hinten auf das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls;
Figur 4 eine Draufsicht von hinten auf ein zweites Ausführungsbeispiel und
Figur 5 eine Draufsicht von hinten auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls;
Figur 6 eine photovoltaische Solarzelle für ein Solarzellenmodul gemäß Figur 7;
Figur 7 ein in Draufsicht von hinten dargestelltes viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls;
Figur 8 ein in Draufsicht von hinten dargestelltes fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls und
Figuren 9 bis 1 1 Schnittbilder zu Figur 8, wobei die Schnittebene jeweils senkrecht zur Zeichenebene in Figur 8 steht. Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
In Figur 1 ist eine Draufsicht von vorne auf eine schematische Darstellung einer photovoltaischen Solarzelle 1 für ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls gezeigt. Die Solarzelle 1 weist an der Vorderseite eine metallische Kontaktierungsstruktur auf, welche in bekannter Weise kammartig ausgebildet ist, mit mehreren parallel verlaufenden Kontaktfingern 2, die durch einen senkrecht zu den Kontaktfingern 2 verlaufenden Busbar 3 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Solarzelle 1 ist in an sich bekannter Weise als photovoltaische Solarzelle basierend auf einem Siliziumwafer als Halbleitersubstrat ausgebildet und weist an der Vorderseite einen Emitter auf, welcher mittels der Kontaktfinger 2 und des Busbars 3 kontaktiert ist. An der Rückseite der Solarzelle ist ganzflächig eine Aluminiumschicht angeordnet, um die Basis der Solarzelle elektrisch zu kontaktieren. Es liegt im Rahmen der Erfindung, Weiterbildungen dieser Solarzellenstruktur oder auch andere Solarzellenstrukturen als Solarzellen für ein erfindungsgemäßes Solarzellenmodul zu verwenden. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, an der Vorderseite zusätzliche Schichten zur Verbesserung der elektrischen Güte, insbesondere der Verringerung Rekombinationsgeschwindigkeit an der Oberfläche oder der optischen Eigenschaften anzuordnen.
Die in Figur 1 gezeigte Solarzelle stellt eine Teilsolarzelle dar, welche durch Zerteilen eines größeren Siliziumsubstrats, auf welchem mehrere Teilsolarzellen ausgebildet wurden, hergestellt wurde. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, vollständig auf einem unzerteilten Siliziumwafer hergestellte Solarzellen zu verwenden.
In Figur 1 ist durch gestrichelte Linien ein Überlappungsbereich 4 angedeutet, an welchem aufgrund der Schindelanordnung die Rückseite einer benachbarten Solarzelle mit der Vorderseite der in Figur 1 gezeigten Solarzelle überlappt. Eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls ist in Figur 2 in Seitenansicht und Figur 3 in Draufsicht von hinten gezeigt:
Das Solarzellenmodul gemäß erstem Ausführungsbeispiel weist eine Mehrzahl photovoltaischer Solarzellen 1 gemäß Figur 1 mit elektrisch kontaktierbaren Rückseiten auf, wobei die Rückseiten vollflächig mit einer Aluminiumschicht bedeckt sind.
Die Solarzellen 1 sind in einer Matrix-Schindelanordnung angeordnet, welche vorliegend drei räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen aufweist.
In Figur 3 ist ersichtlich, dass die in der Darstellung gemäß Figur 3 unterste und oberste Reihe der räumlich parallel angeordneten Solarzellenreihen jeweils fünf Solarzellen aufweist, wobei die mittlere Solarzellenreihe vier Solarzellen 1 aufweist.
Wie in Figur 2 ersichtlich, sind die Solarzellenreihen in Überlappungsbereichen 4 überlappend angeordnet, sodass die Rückseiten der Solarzellen 1 einer Solarzellenreihe die Vorderseiten der Solarzellen 1 einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdecken.
Weiterhin sind die Solarzellen derart angeordnet, dass zumindest eine Rückseite einer Solarzelle einer Solarzellenreihe die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdeckt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 überdeckt beispielsweise die Solarzelle 1 a die Solarzellen 1 d und 1 e teilweise, die Solarzelle 1 b die Solarzellen 1 e und 1f teilweise und die Solarzelle 1 c die Solarzellen 1f und 1 g teilweise.
Um diese teilweise Überdeckung auszubilden, sind die randständigen Solarzellen 1 der untersten und der obersten Solarzellenreihe gemäß Figur 3 jeweils nur mit halber Breite gegenüber den restlichen Solarzellen 1 des Solarzellenmoduls ausgebildet. Wesentlich ist, dass das Solarzellenmodul einen elektrisch leitenden Querverbinder 5 aufweist, welcher die Rückseiten jeder Solarzelle 1 der mittleren Solarzellenreihe zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert. In diesem Ausführungsbeispiel weist die durch den Querverbinder kontaktierte Solarzellenreihe vier Solarzellen 1 auf. Die beiden nicht randständigen Solarzellen 1 e und 1f sind vorliegend zu etwa 80% (Zeichnung nicht maßstabsgetreu) durch den Querverbinder bedeckt, ebenso die gemäß Figur 3 rechte randständige Solarzelle 1 g, an welcher sich der Querverbinder 5 zur Kontaktierung über den rechten Rand der Solarzelle 1 hinaus erstreckt. Bei der linken randständigen Solarzelle 1 d weist der Querverbinder einen Abstand zu dem linken Rand der Solarzelle auf, so dass der Bedeckungsgrad etwas geringer ist.
Der Querverbinder 5 ist als elektrisch leitendes Klebeband ausgebildet und erstreckt sich gemäß Figur 3 am rechten Rand des Solarzellenmoduls über die Fläche der Solarzellen hinaus, sodass in einfacher Weise seitlich eine Verschaltung mit weiteren elektronischen Elementen, insbesondere einer Bypassdiode des Solarzellenmoduls ermöglicht wird.
Schematisch ist in Figur 3 ein Verschaltungsschema mit zwei Bypassdioden 6 gezeigt, wobei eine Bypassdiode 6 zwischen einem unteren Anschluss des Solarzellenmoduls und dem Querverbinder 5 und eine zweite Bypassdiode 6 zwischen dem Querverbinder 5 und einem oberen Anschluss des Solarzellenmoduls verschaltet ist.
In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls ist der Querverbinder 5 als Kupferfolie mit einer Dicke von 30 pm ausgebildet. Zwischen Querverbinder 5 und den Solarzellen 1 der mittleren Solarzellenreihe wird Leitkleber angeordnet. In einem späteren Verfahrensschritt bei der Herstellung des Solarzellenmoduls erfolgt in an sich bekannter Weise die Lamination. Hierzu wird an der Vorderseite ein transparentes Trägersubstrat (Glas) des Solarzellenmoduls angeordnet und an der Rückseite eine Schutzabdeckung (backsheet). Zwischen Trägersubstrat und Solarzellen ist eine vordere Verkapselungsfolie (EVA) und zwischen Solarzellen und backsheet eine hintere Verkapselungsfolie (EVA) angeordnet. Mittels Lamination erfolgt ein Fügen der Folien, sodass zwischen den Folien insbesondere die Solarzellen 1 und der Querverbinder 5 eingebettet sind. Bei dieser Abwandlung des ersten Aus- führungsbeispiels erfolgt darüber hinaus während der Lamination ein Aushärten des zwischen Querverbinder 5 und Solarzellen 1 der mittleren Solarzellenreihe aufgebrachten Leitklebers.
In den Figuren 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes Solarzellenmodul gezeigt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die wesentlichen Änderungen eingegangen.
Bei dem in Figur 4 und Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispielen wird ebenfalls die in Figur 1 gezeigte photovoltaische Solarzelle 1 verwendet, welche in Matrix- Schindelanordnung angeordnet ist. Die in den Figuren 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen jeweils 7 räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen auf, wobei wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Solarzellenreihen abwechselnd fünf und vier Solarzellen aufweisen, wobei bei den Solarzellenreihen mit fünf Solarzellen jeweils die randständigen Solarzellen nur die halbe Breite aufweisen.
Bei dem in Figur 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist in der zweiten und sechsten Reihe jeweils ein als elektrisch leitendes Klebeband ausgebildeter Querverbinder 5 angeordnet. Die Querverbinder ragen bei diesem Ausführungsbeispiel nicht über die Solarzellenfläche hinaus. Mittig an der Rückseite des Solarzellenmoduls ist eine Anschlussdose 7 angeordnet, welche eine Bypassdiode enthält.
Mittels zweier Längsverbinder 8, welche als Kupferband ausgebildet sind, erfolgt eine elektrische Zuleitung von den beiden Querverbindern 5 zu der Anschlussdose 7. Die in der Anschlussdose 7 angeordnete Bypassdiode ist mit den Längs- verbindern 8 elektrisch leitend verbunden, sodass zwischen den beiden Querverbindern 5 eine Bypassdiode zwischengeschaltet ist.
Das in Figur 5 in Rückansicht dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls weist drei Querverbinder 5 auf. Die Querverbinder 5 sind an der ersten, vierten und siebten Solarzellenreihe angeordnet. Das Solarzellenmodul weist ebenfalls mittig eine Anschlussdose 7 und zwei Längsverbinder 8 auf. In der Anschlussdose 7 sind zwei Bypassdioden 6 angeordnet, wobei eine erste Bypassdiode 6 mit dem unteren Längsverbinder 8 und dem mittleren Querverbinder 5 und eine zweite Bypassdiode 6 mit den mittleren Querverbinder 5 und dem oberen Längsverbinder 8 elektrisch leitend verbunden ist. Eine schematische Darstellung des erzielten elektrischen Schaltplans ist zur Veranschaulichung am linken Rand der Figur 5 gezeigt.
In Figur 6 ist eine Draufsicht auf die Rückseite einer photovoltaischen Solarzelle 1 für ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls gezeigt.
Die Ausgestaltung der Vorderseite der in Figur 6 gezeigten photovoltaischen Solarzelle entspricht der in Figur 1 gezeigten Solarzelle 1.
Im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Solarzelle weist die in Figur 6 dargestellte Solarzelle an der Rückseite eine auf der Aluminiumschicht angeordnete metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur 9 mit Querverbindungsbögen auf, welche vorwiegend aus Silber ausgebildet ist. Die Rückseitenkontaktierungsstruktur 9 weist einen Busbar 9a sowie die Querverbindungsbögen 9b auf, welche sich ausgehend von dem Busbar 9a über die Rückseitenfläche der Solarzelle erstrecken.
In Figur 6 ist durch gestrichelte Linien angedeutet, dass bei der Matrix-Schindel- verschaltung der Solarzelle 1 gemäß Figur 6 in einem Reihenverschaltungs-Teil- bereich 10 insbesondere der Busbar 9a an der Vorderseite einer benachbarten Solarzelle 1 anliegt und ein Querverbindungs-Teilbereich 1 1 , welcher im Wesentlichen die Querverbindungsbögen 9b umfasst, von einem Querverbinder 5 überdeckt ist und unmittelbar mit diesem Querverbinder 5 elektrisch leitend verbunden ist.
In Figur 7 ist eine Rückseitenansicht des fünften Ausführungsbeispiels gezeigt. Das fünfte Ausführungsbeispiel stellt eine Weiterbildung des in den Figuren 1 bis 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiels dar. Die Weiterbildung besteht in der zu Figur 6 beschriebenen Rückseitenkontaktierungsstruktur 9 mit Busbar 9a und Querverbindungsbögen 9b. Wie in Figur 7 gezeigt, weisen lediglich die Solarzellen 1 der mittleren Solarzellenreihe die Rückseitenkontaktierungsstruktur 9 auf. In der Rückseitenansicht sind lediglich noch die Querverbindungsbögen 9b ersichtlich. Zur besseren Darstellung sind pro Solarzelle 1 mit voller Breite le- diglich zwei Querverbindungsbögen und pro Solarzelle 1 mit halber Breite (die randständigen Solarzellen) lediglich ein Querverbindungsbogen 9b dargestellt.
Der Querverbinder 5 überdeckt die Querverbindungsbögen 9b im Wesentlichen. In der Darstellung gemäß Figur 7 sind zur deutlicheren Darstellung der Anordnung der Querverbindungsbögen 9b die Querverbindungsbögen 9b auch in dem durch den Querverbinder 5 überdeckten Bereich vollständig dargestellt.
In Figur 8 ist eine Draufsicht von hinten auf ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls gezeigt. Der Aufbau entspricht in wesentlichen Teilen dem Aufbau des in Figur 4 gezeigten Solarzellenmoduls. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend lediglich auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen:
Das Solarzellenmodul weist 27 Solarzellenreihen mit jeweils sieben nebeneinander angeordneten Solarzellen auf. An der Rückseite der Solarzellen sind vier Querverbinder 5 angeordnet. Die Querverbinder 5 sind elektrisch leitend durch Längsverbinder 8 verbunden, wobei jeweils mittig zwischen zwei Querverbindern 5 eine Anschlussdose 7 angeordnet ist, zu welcher Längsverbinder 8 führen. In der Anschlussdose 7 ist jeweils eine Bypassdiode angeordnet, welche die in die Anschlussdose 7 mündenden Längsverbinder 8 verbindet. Am rechten Rand ist zur Verdeutlichung schematisch die Verschaltung mit den Bypassdioden 6 als Ersatzschaltbild dargestellt.
Das Solarzellenmodul gemäß Figur 8 weist somit insgesamt vier Längsverbinder 8 auf: Die randständigen Querverbinder 5 sind jeweils mit einem Längsverbinder 8 mit der nächstliegenden Anschlussdose 7 verbunden. Die mittlere Anschlussdose 7 ist über jeweils einen Längsverbinder 8 mit der oberen und der unteren Anschlussdose 7 verbunden gemäß der Darstellung in Figur 8.
Auch bei dieser Darstellung ist zur besseren Übersichtlichkeit lediglich links oben eine Solarzelle mit Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
Das in Figur 8 gezeigte Solarzellenmodul weist eine Mehrzahl von Abdeckungsstreifen 12 auf, welche in den Bereichen, in welchen die Querverbinder 5 sich über den Zwischenraum zweier benachbarten Solarzellen 1 einer Solarzellenrei- he erstrecken, zwischen den Solarzellen 1 und den Querverbinder 5 angeordnet sind. Von der Vorderseite des Solarzellenmoduls sind daher die Querverbinder 5 in den Zwischenräumen der Solarzellen durch die Abdeckungsstreifen 12 verdeckt. Die Abdeckungsstreifen sind vorliegend schwarz ausgebildet. Weiterhin sind die Abdeckungsstreifen elektrisch isolierend ausgebildet, um unerwünschte Stromflüsse zu vermeiden. Zur besseren Darstellbarkeit sind lediglich die Abdeckungsstreifen 12 am oberen und unteren Rand des Solarzellenmoduls mit Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 9 bis 1 1 zeigen Schnittdarstellungen des in Figur 8 gezeigten Solarzellenmoduls. Die Schnittebenen verlaufen jeweils senkrecht zur Zeichenebene in Figur 8. Figur 9 zeigt hierbei einen Schnitt entlang der Schnittlinie A in Figur 8, Figur 10 entlang der Schnittlinie B und Figur 1 1 entlang der Schnittlinie C in Figur 8. Die Schnittebene in Figur 1 1 steht somit senkrecht zu den Schnittebenen der Figuren 9 und 10.
In Figur 9 ist ein Schnitt gemäß Schnittlinie A gezeigt, in einem Bereich, in welchem der Querverbinder 5 den Längsverbinder 8 kreuzt. Der in Figur 8 von unten ausgehend zweite Querverbinder 5 ist zur besseren Übersicht daher nicht schräg gestreift dargestellt.
Wie in Figur 8 ersichtlich, überdecken die Querverbinder 5 die Längsverbinder 8, sodass in diesen Überdeckungsbereich die Längsverbinder 8 zwischen den Solarzellen 1 und den Querverbindern 5 angeordnet sind.
In Figur 9 ersichtlich, weist das Solarzellenmodul ausgehend von der Rückseite folgende Schichten auf:
Eine Rückseitenabdeckung 13, ca. 400 pm, (z.B. aus PE, PET);
Eine hintere Verkapselungsfolie 14, ca. 400 pm (z.B. aus EVA, POE);
Die Solarzellen 1 des Solarzellenmoduls ca. 180 pm (z.B. aus Silizium);
Eine vordere Verkapselungsfolie 15, ca. 400 pm (z.B. aus EVA, POE) und ein Vorderseitenglas 16 ca. 3,2 mm.
An der Position des Schnitts A ist zudem ein Querverbinder 5 und ein Längsverbinder 8 eingeordnet, welche sich an der Position des Schnitts A überkreuzen. Zusätzlich ist eine Längsverbinderisolierungsfolie 17 als isolierendes Element zwischen Längsverbinder 8 und Solarzellen 1 angeordnet, wobei die Längsverbinderisolierungsfolie 17 zumindest denjenigen Bereich ausspart, in welchen der Querverbinder 5 den Längsverbinder 8 bedeckt. Es besteht somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Querverbinder 5, Längsverbinder 8 und den Solarzellen 1 .
Querverbinder 5, Längsverbinder 8 und Längsverbinderisolierungsfolie 17 sind somit in dieser Reihenfolge zwischen hinterer Verkapselungsfolie 14 und Solarzellen 1 angeordnet.
In Figur 8 sind die vollflächigen Rückseitenabdeckung 13 und hintere Verkapselungsfolie 14 nicht dargestellt.
Der Schnitt gemäß Schnittlinie B in Figur 10 zeigt einen Bereich, in welchem der Querverbinder 5 unmittelbar an den Solarzellen 1 anliegt.
An der Position der Schnittlinie C ist ein Abdeckungsstreifen 12 angeordnet. Der Abdeckungsstreifen ist zwischen Querverbinder 5 und Solarzellen 1 angeordnet, so dass bei Draufsicht von vorne, in der Darstellung gemäß Figur 1 1 von unten, im Zwischenraum zwischen den Solarzellen 1 der Querverbinder 5 durch den Abdeckungsstreifen 12 verdeckt ist, so dass sich ein optisch einheitliches Bild ergibt.
Bezuqszeichen liste
1 Solarzelle
2 Kontaktfingern
3, 9a Busbar
4 Überlappungsbereich
5 Querverbinder
6 Bypassdiode
7 Anschlussdose
8 Längsverbinder
9 Rückseitenkontaktierungsstruktur
9b Querverbindungsbögen
10 Reihen verschaltungs-Teilbereich
1 1 Querverbindungs-Teilbereich
12 Abdeckungsstreifen
13 Rückseitenabdeckung
14 hintere Verkapselungsfolie
15 vordere Verkapselungsfolie
16 Vorderseitenglas
17 Längsverbinderisolierungsfolie

Claims

Ansprüche Solarzellenmodul, mit einer Mehrzahl photovoltaischer Solarzellen mit elektrisch kontaktierbaren Rückseiten, wobei die Solarzellen in einer Matrix-Schindelanordung angeordnet sind, welche mehrere räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen aufweist, wobei die Solarzellenreihen in Überlappungsbereichen überlappend angeordnet sind, so dass die Rückseiten der Solarzellen einer Solarzellenreihe die Vorderseiten der Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdecken und die Solarzellen derart angeordnet sind, dass zumindest eine Rückseite einer Solarzelle (1 ) einer Solarzellenreihe die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Solarzellenreihe einen elektrisch leitenden Querverbinder (5) aufweist, welcher die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen (1 ) der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) die Rückseiten zumindest der nicht randständigen der Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zu zumindest 60%, bevorzugt zu zumindest 70%, insbesondere zu zumindest 80% bedeckt und elektrisch kontaktiert. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) als elektrisch leitendes Klebeband ausgebildet ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) mittels eines Leitklebers an den Solarzellen me- chanisch und elektrisch leitend angeordnet ist, insbesondere, dass der Querverbinder (5) als Metallfolie ausgebildet ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul zumindest einen elektrisch leitenden Längsver- binder (8) aufweist, welcher elektrisch leitend mit dem Querverbinder (5) einer Solarzellenreihe verbunden ist, wobei sich der Längsverbinder (8) über weitere Solarzellenreihen und/oder weitere Querverbinder (5) des Solarzellenmoduls erstreckt und bevorzugt der Längsverbinder (8) gegenüber den weiteren Solarzellenreihen und/oder Querverbindern des Solarzellenmoduls mittels einer elektrisch isolierenden Schicht des Solarzellenmoduls elektrisch isoliert ist. Solarzellenmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul an zumindest zwei Solarzellenreihen jeweils eine Anschlussdose (7) aufweist und sich der Längsverbinder (8) zwischen den Anschlussdosen erstreckt, insbesondere elektrische Anschlüsse der beiden Anschlussdosen elektrisch leitend verbindet. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) mit einer Bypassdiode (6) des Solarzellenmoduls elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere, dass das Solarzellenmodul zumindest zwei Solarzellenreihen mit jeweils einem Querverbinder (5) aufweist und die Bypassdiode (6) elektrisch mit den Querverbindern verbunden ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) an einer endständigen Solarzellenreihe des Solarzellenmoduls angeordnet ist und mit einem Anschlusselement zur Verschaltung des Solarzellenmoduls mit einem externen elektrischen Element, insbesondere externen Stromabführanschluss und/oder einem weiteren So- larzellemodul elektrisch leitend verbunden ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) an der den Solarzellen der Solarzellenreihe zugewandten Seite zumindest in Zwischenräumen zwischen den Solarzellen, bevorzugt ganzflächig blau oder schwarz, bevorzugt schwarz ausgebildet ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen zumindest der Solarzellenreihe, an welcher der Querverbinder (5) angeordnet ist, jeweils eine metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur (9) aufweisen, welche sich über einen Überlappungsbereich (4) hinaus an der Rückseite der Solarzelle (1 ) erstreckt, so dass ein Reihenverschaltungs-Teilbereich (10) der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur (9) im Überlappungsbereich (4) an der Vorderseite einer benachbarten Solarzelle (1 ) anliegt und ein Querverbindungs-Teilbereich (1 1 ) der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur (9) von dem Querverbinder (5) überdeckt und unmittelbar mit diesem elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere, dass die Rückseitenkontaktierungsstruktur (9) zu zumindest 50% aus einem Metall aus der Gruppe Silber, Kupfer, ausgebildet ist. Solarzellenmodul nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückseite zumindest der Solarzellenreihe, an welcher der Querverbinder (5) angeordnet ist, die Solarzellen jeweils eine aus Aluminium ausgebildete Rückseitenkontaktierungsfläche aufweisen und der Querverbinder (5) an den Rückseitenkontaktierungsflächen angeordnet und unmittelbar elektrisch leitend mit den Rückseitenkontaktierungsflächen verbunden ist. Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls, mit den Verfahrensschritten
Anordnen mehrere Solarzellen in einer Matrix-Schindelanordung, so dass mehrere räumlich parallel angeordnete Solarzellenreihen mit jeweils mehreren Solarzellen ausgebildet werden, wobei die Solarzellenreihen in Überlappungsbereichen überlappend angeordnet werden, so dass die Rückseiten der Solarzellen einer Solarzellenreihe die Vorderseiten der Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdecken und die Solarzellen derart angeordnet werden, dass zumindest eine Rückseite einer Solarzelle (1 ) einer Solarzellenreihe die Vorderseiten von zumindest zwei Solarzellen einer benachbarten Solarzellenreihe teilweise überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Solarzellenreihe ein elektrisch leitender Querverbinder (5) angeordnet wird, welcher die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen (1 ) der Solarzellenreihe jeweils zumindest zu 50% bedeckt und elektrisch kontaktiert. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) die Rückseiten zumindest der nicht randständigen Solarzellen der Solarzellenreihe jeweils zu zumindest 60%, bevorzugt zu zumindest 70%, insbesondere zu zumindest 80% bedeckend und elektrisch kontaktierend ausgebildet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass als Querverbinder (5) ein elektrisch leitendes Klebeband verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) mittels eines Leitklebers an der Solarzellenreihe angeordnet und elektrisch leitend mit dieser verbunden wird und dass ein Aushärten des Leitklebers während einer Lamination des Solarzellemoduls erfolgt. Solarzellenmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen zumindest der Solarzellenreihe, an welcher der Querverbinder (5) angeordnet ist, jeweils eine metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur aufweisen, welche sich über einen Überlappungsbereich hin- aus an der Rückseite der Solarzelle erstreckt, sodass ein Reihenverschal- tungs-Teilbereich der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur im Überlappungsbereich an der Vorderseite einer benachbarten Solarzelle anliegt und ein Querverbindungs-Teilbereich der metallischen Rückseitenkontaktierungsstruktur von den Querverbinder (5) überdeckt und unmittelbar mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Solarzellenmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querverbinder (5) an zumindest 80% der Fläche, weiter bevorzugt zumindest 90% der Fläche, insbesondere bevorzugt an 100% der Fläche, mit der der Querverbinder (5) die Rückseiten Solarzellen der Solarzellenreihe bedeckt, mechanisch mit den Solarzellen verbunden ist. Solarzellenmoduls nach Abspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsverbinder (8) zwischen Solarzellen und Querverbinder (5) angeordnet ist und dass der Längsverbinder (8) in dem Bereich, in welchem der Querverbinder (5) den Längsverbinder (8) überdeckt, elektrisch leitend mit den Solarzellen verbunden ist.
EP23761452.4A 2022-09-23 2023-08-18 Solarzellenmodul und verfahren zur herstellung eines solarzellenmoduls Pending EP4591364A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022124476.8A DE102022124476B4 (de) 2022-09-23 2022-09-23 Solarzellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls
PCT/EP2023/072825 WO2024061552A1 (de) 2022-09-23 2023-08-18 Solarzellenmodul und verfahren zur herstellung eines solarzellenmoduls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4591364A1 true EP4591364A1 (de) 2025-07-30

Family

ID=87845923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23761452.4A Pending EP4591364A1 (de) 2022-09-23 2023-08-18 Solarzellenmodul und verfahren zur herstellung eines solarzellenmoduls

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4591364A1 (de)
JP (1) JP2025531928A (de)
CN (1) CN120240006A (de)
DE (1) DE102022124476B4 (de)
WO (1) WO2024061552A1 (de)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3708548A1 (de) * 1987-03-17 1988-09-29 Telefunken Electronic Gmbh Solarzellenmodul mit parallel und seriell angeordneten solarzellen
DE102010016975A1 (de) * 2009-05-18 2011-01-05 Solarion Ag Anordnung und Verschaltung, sowie Verfahren zur Verschaltung von flächenartigen Solarzellen
WO2013020590A1 (de) * 2011-08-09 2013-02-14 Kioto Photovoltaics Gmbh Rechteckige solarzelle und zugehörige solarzellen-anordnung
US10741712B2 (en) * 2012-02-15 2020-08-11 Alta Devices, Inc. Photovoltaic module containing shingled photovoltaic tiles and fabrication processes thereof
US9780253B2 (en) * 2014-05-27 2017-10-03 Sunpower Corporation Shingled solar cell module
CN110828592B (zh) * 2015-08-18 2023-04-28 迈可晟太阳能有限公司 太阳能面板
US10833214B2 (en) * 2015-12-14 2020-11-10 Sunpower Corporation Solar panel
CN213459761U (zh) * 2020-09-24 2021-06-15 江苏隆基乐叶光伏科技有限公司 一种光伏组件

Also Published As

Publication number Publication date
CN120240006A (zh) 2025-07-01
DE102022124476B4 (de) 2025-07-24
WO2024061552A1 (de) 2024-03-28
JP2025531928A (ja) 2025-09-25
DE102022124476A1 (de) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69128600T2 (de) Integrierte photo-voltaische Vorrichtung
DE112016003768B4 (de) Sonnenkollektor
DE112010005717T5 (de) Solarbatteriemodul und Herstellungsverfahren für dieses
EP3084841B1 (de) Photovoltaikmodul
DE2363120B2 (de) Sonnenzellenanordnung
EP2577740A1 (de) Verfahren zum kontaktieren und verschalten von solarzellen und damit hergestellter solarzellenverbund
DE102007035883A1 (de) Rückkontaktsolarzelle und Solarmodul mit reduzierten Serienwiderständen
WO2019170849A1 (de) Verfahren zur herstellung einer photovoltaischen solarzelle, photovoltaische solarzelle und photovoltaikmodul
DE112016001478T5 (de) Solarbatteriezelle und verfahren zur herstellung der solarbatteriezelle
DE112009001175T5 (de) Dünnfilmsolarbatteriemodul und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102012220221A1 (de) Solarzellenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102018007387B4 (de) Solarzelle und Solarzellentafel damit
DE102021106598B4 (de) Solarzellenstring und Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenstrings
DE102020128080B4 (de) Solarzellenmodul
WO2011092239A1 (de) Solarzellenanordnung und dünnschichtsolarmodul, sowie herstellungsverfahren hierfür
DE102022124476B4 (de) Solarzellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls
DE102008040332B4 (de) Rückseitenkontaktierte Solarzelle und Solarmodul mit rückseitenkontaktierten Solarzellen
WO2021032250A1 (de) Verfahren zur elektrisch leitenden kontaktierung eines mindestens eine schutzschicht aufweisenden optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement mit einer solchen kontaktierung
DE102011051511A1 (de) Rückkontaktsolarzelle und Verfahren zum Herstellen einer solchen
WO2007128342A1 (de) Solarzellenmodul sowie verfahren zur herstellung von solarzellenmodulen
WO2024088803A1 (de) Solarzellenmodul und verfahren zur herstellung eines solarzellenmoduls
DE102010016976A1 (de) Verfahren zum Verschalten von Solarzellen sowie Solarzellenverschaltung
DE102018222591A1 (de) Schaltungsanordnung zur Stromerzeugung mit serienverschalteten Solarzellen mit Bypass-Dioden
DE102011052318B4 (de) Solarmodul mit Kontaktfolie und Solarmodul-Herstellungsverfahren
EP3573110A1 (de) Solarmodul mit vergrösserter aperturfläche

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250319

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)