WO2012163908A2 - Solarzellenmodul und verfahren zum verschalten von solarzellen - Google Patents

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Georg Gries
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Schott Solar Ag
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Definitions

  • the invention relates to a solar cell module comprising solar cells arranged on a support, which are interconnected by means of connectors. Also, the invention relates to a method of interconnecting first and second contact solar cells to a module, wherein the solar cells are disposed with the back sides on a support having first and second electrical connectors over which the solar cells with their first and second Contacts in circuit points are interconnected.
  • a suitable transparent encapsulating material such as ethylene vinyl acetate (EVA).
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • corresponding modules are usually covered by a glass pane and on the back by a weather-resistant plastic composite film such as polyvinyl fluoride (TEDLAR) and polyester.
  • TEDLAR polyvinyl fluoride
  • the module itself is of a frame z. B. surrounded aluminum.
  • Typical silicon wafer-based solar cell modules have contacts on the front and back. For interconnecting the solar cells, the front contact of a solar cell is connected to the back contact of the following. Thus, an interconnection to strings is possible.
  • the connectors between the cells must have a sufficient length to allow heat-related relative movements.
  • performance losses occur.
  • an electrically conductive grid applied on the side facing the light is usually composed of current collectors (grid fingers) and current conductors (busbars), usually by a continuous metal layer such as aluminum or a backside passivating silicon nitride layer with recesses for the aluminum Contacting connected as back contact. Also, so-called bifacial cells are counted with translucent backside contacts to front contact solar cells.
  • the series connection of the corresponding solar cells is usually carried out in that the solar cells individually with as cell connector to be designated contact bands of z.
  • B. tinned copper are soldered, then summarized into a so-called string and connected in series.
  • the strings are arranged in pallets and connected in series via other tinned copper strips.
  • rear contact solar cells can be used, whose two contacts on the back of the cell, i. H. the jet side facing away are arranged.
  • unwanted shadowing is avoided because of the omission of the busbars on the radiation-facing cell front side and, depending on the type of solar cell, possibly also the contact fingers on the front side.
  • the packing density of the solar cells can be increased from the module, since co-planar connectors can be used.
  • MWT metal wrap-through
  • EWT emitter wrap-through
  • Solar cells For MWT solar cells there is a front contact and a back contact. Through holes in the semiconductor substrate - such as silicon wafer - then the front contact is fed to the back. The holes such as holes are z.
  • the advantage of this circuit is that no light-covering current conductors (busbars) are required more and a higher transparency of the front grille is thereby given.
  • the n-layer forming the emitter is guided through very small bores in the wafer disk to the rear side where it is contacted by a point-like metal layer, the so-called through-connection. Therefore one speaks also of point contact solar cells.
  • the advantage of this cell is that the usual front grille on the front side is completely eliminated and replaced by an existing with respect to the vias radial fingers existing metallization, whereby the best possible transparency for the light is given.
  • the disadvantage is that the wafer is susceptible to mechanical stress due to the holes.
  • wrap-through solar cells are described in order to establish contact between the emitter and the back of the solar cells, in order then to make an interconnection exclusively via rear contacts.
  • co-planar connectors are known.
  • the connectors consist of a metal base and are dielectrically coated, with special arrangements of the contact fingers on the backs of the cells enabling thinner busbar designs.
  • the connectors may be embodied in various geometrical shapes and fastened essentially via soldering methods at at least two locations on each cell. Disadvantage of this Verschaltungsuree is the complex positioning of cells and connectors and the limited cross-sections of the connector, since a surface connection can increase the fill factor.
  • the electrically conductive adhesives can be applied by printing technology (DW Eikelboom, et al. "Conductive adhesives for interconnection of busbarless emitter wrap-through solar cells on a structured metal foil", 17 th PVSEC Fukuoka Japan, 2001, p.1547).
  • the reference M.ticianh, et al "A novel module assembly line using back-contact solar cells", 23 r 1 d U European PVSEC, Valencia, 2008, p. 2917, a method for producing a module can be deduced, in which a conductive backsheet has a wiring pattern for interconnecting the solar cells. Via a conductive paste, the electrically conductive regions of the backsheet are then connected to the solar cells. The solar cells to be interconnected are then arranged successively on the circuit board enabling the interconnection.
  • a method of interconnecting backside contact solar cells is known from US-A-5,972,732 and US-A-5,951,786, respectively.
  • electrical conductors are arranged on a base element to be designated as a carrier element, in order then to position the rear-side contact solar cells to be interconnected in such a way that their contacts to the desired interconnection are aligned with the electrical conductors.
  • the encapsulation of the interconnected solar cells then takes place in the usual way, d.
  • the soft embedding leads to a high mechanical stress, with the result that both series connectors and cells can break themselves and in the case of back contact cells, the contacts can detach.
  • a photovoltaic frameless solar module in plate form which has a support frame structure made of a foamed light metal.
  • DE-A-10 2006 052 018 relates to a solar cell and a solar cell module, wherein parallel or series-connected solar cell are arranged on an insulating layer which has openings to interconnect the solar cells.
  • the solar cells to be interconnected are arranged on a plastic carrier produced by injection molding or injection-compression molding or by compression molding, wherein the solar cells are adhesively bonded to the plastic carrier.
  • the plastic carrier has an electrical connection structure, which is arranged in cavities before the injection process or formed by a 3D-MID process.
  • a concentrator solar cell arrangement can be found in DE-A-2008-055 475.
  • the solar cells are thereby taken up by a substrate, which consists of structured oxidized or metallized silicon, via which the interconnection of the solar cells themselves takes place.
  • a solar cell and a solar module are known, wherein on the same side of a semiconductive layer first and second contact points are formed.
  • a perforated foil is provided, which consists of a non-conductive material having a plurality of holes.
  • a patterned electrically conductive layer is placed on the surface of the perforated film with the perforated film and the semiconductive layer positioned relative to each other such that at least a portion of the holes and the first and second contact pads oppose each other.
  • An electrically conductive layer is then placed on the film, which is connected to the contact points.
  • DE-A-10 2009 014 relates to a collector to which photovoltaic modules can be applied.
  • a photovoltaic module with a planar cell connector is known from DE-A-10 2009 023 901.
  • the solar cells of the module are connected via the planar cell connector which has a porous carrier layer and at least one conductor structure arranged on the side of the carrier layer facing away from the solar cells.
  • the carrier layer in turn has recesses in which the conductor structure extends in such a way that the conductor structure is in electrical contact with the solar cells.
  • DE-A-10 2009 026 149 relates to a composite system for photovoltaic modules.
  • a metal foil is arranged on a carrier film made of plastic, which is used to Verstringung the cells and as a bus bar.
  • a method for producing a foil-type electrical connector for solar cells is known from DE-A-10 2010 004 112.
  • a film connector is used, are punched in the holes to allow contact with solder joints of the solar cell.
  • Solar cell connections can be found in DE-A-20 2008 011 461.
  • a solar cell module is known from US-A-2002/0134422.
  • flexible electrically conductive foils are interconnected.
  • the film carrier has openings to allow interconnection to the extent necessary.
  • US-A-2009/0065043 proposes that solar cells are connected via a foil-like carrier which has through openings corresponding to the interconnection.
  • a support of a solar cell has through holes to allow interconnection.
  • a photovoltaic module can be found in US-A-2011/0067751 with a backsheet with a pattern to allow interconnection.
  • a transparent substrate in which an electrical interconnection runs, can be found in JP-A-09153634.
  • the electrical conductors are positioned in a mold in which the transparent substrate is injected.
  • JP-A-2009-76739 relates to a back side solar cell.
  • Three-dimensionally shaped electrodes are used to interconnect multiple backside solar cells.
  • the distance of the cells is to be optimized, the risk of breakage of thin wafers is reduced and the heat dissipation is optimized.
  • the carrier is stable, that longitudinal recesses are formed in the carrier and from the side on which the solar cells are arranged, that the connectors extend within the longitudinal recesses and in their longitudinal directions are introduced, that the connectors are electrically insulated from the carrier and that the solar cells outside the longitudinal recesses are arranged flat or substantially flat on the carrier or a layer extending on the carrier.
  • the invention relates to a solar cell module in which solar cells are connected in interconnection points by means of electrical connectors, and which is characterized in that the connectors are arranged in the recesses outside the interconnection points against each other and electrically insulated from the carrier.
  • the stable, ie intrinsically stiff carrier consists of a metal foam such as aluminum, zinc or copper foam.
  • the connector In the longitudinal direction of the longitudinal recesses extend the connector.
  • the longitudinal recesses do not have to have through-holes, thus presenting to the solar cells open channels or grooves formed in the carrier.
  • the invention will of course not be abandoned if the longitudinal recesses or some of these through Have openings, the areal extent, however, would only have a small proportion of the longitudinal recess.
  • the connectors are introduced, wherein the connectors extend with their longitudinal axes along the longitudinal axes of the longitudinal savings. If several connectors run in a longitudinal recess, they are electrically insulated from one another. An electrical insulation is also against the boundaries of the longitudinal recesses, if the carrier is electrically conductive in the boundaries.
  • the length of a longitudinal recess associated with a solar cell is - or longitudinal recesses, provided that a plurality of longitudinal recesses extend below a solar cell - at least equal to the extent of the solar cell along the longitudinal recess or longitudinal recesses.
  • the length of the longitudinal recess or longitudinal recesses is at least twice the length of the solar cell considered in the longitudinal direction of the longitudinal recesses.
  • the length of the longitudinal recesses extending under a string of solar cells is at least the same length of the string, in particular equal to twice the length of the string.
  • these are not only punctiform but, e.g. may also be formed in a line shape, as is the case in particular with rear-side contact surfaces, in which comb-shaped contact structures which connect the front and rear side contacts extending on the rear side are connected via the connectors arranged in the recesses in the carrier.
  • Comb-like contact structures are z.
  • the connectors required for interconnecting the solar cells are arranged in a plane which extends below the surface of the carrier on which the solar cells rest and are fastened.
  • the connectors run outside the bearing surface of the individual solar cells, they can be arranged on the substrate, whether directly or on an essentially unyielding layer, such as foil, running on the substrate, so that a cell breakage is avoided which, according to the state of the art Technique can be caused by the running along the mounting surface copper bands as a connector.
  • Suitable materials for the carrier are electrically insulating or electrically conductive materials. If electrically insulating materials are used, in particular plastic foam, pulp and / or waste paper materials such as cardboard, cellulose impregnated with cellulose and cardboard should be mentioned. Even printed circuit boards made of Pertinax or veneering materials can be used as carriers. In the case of electrically conductive materials, in particular a metal foam is to be preferred, examples being aluminum, zinc or copper foam, magnesium optionally being alloyed.
  • metal foam as a support not only easier processing of the support compared to glass substrates is possible, but at the same time a good heat dissipation is ensured, whereby the power output of the solar cell is improved.
  • bypass diodes or other components or modules required for a module can easily be integrated in the carrier, which can also be referred to as a module body or plate.
  • the carrier which can also be referred to as a module body or plate.
  • the carrier can also be easily provided with holes for attaching the module z. B. on a roof with screws can be enforced.
  • the surface of the metal foam plate is provided with a durable insulation layer.
  • a durable insulation layer There is also the option of using hybrid combinations of plastic with open-pore or closed-cell metal foam to produce bodies.
  • the insulating layer is made of a plastic, it can be reinforced by an insulating fabric or a fleece to maintain the insulating properties. At the same time the fleece or the insulating fabric ensures the desired distance to the surface of the metal foam plate.
  • the connectors which on the one hand ensure the interconnection between the solar cells and, on the other hand, with cross connectors, via which the current is conducted away from the module, are integrated in the carrier, wherein the connectors are electrically separated from the metallic carrier by, in particular, an insulating compound.
  • the connectors may have desired cross-sections to minimize line resistances without the risk of cell breakage since the solar cells do not rest on the connectors unlike previously known designs.
  • the longitudinal recesses can be formed in the production of the carrier, that is shaping or by subsequent processing such as milling, grinding or pressing.
  • front-side contact solar cells are interconnected to form a module, there are current conductors on their front sides, in particular of copper or aluminum. These are connected by connecting elements with the running in the longitudinal recesses connectors cohesively. In this case, the outgoing of the front contacts connecting elements can extend along opposite longitudinal edges of each solar cell or enforce openings in the solar cell. Regardless of this, the possibility of making a connection via two connection elements emanating from the front contacts ensures that each connection element must conduct only half of the photocurrent, thereby reducing the electrical losses or requiring a smaller connector thickness, which leads to a lower thermome - mechanical load of the solar cell leads.
  • the connectors can be inserted as function strips in the longitudinal recess and manufactured as a semi-finished product. Thus it is possible to prefabricate semi-finished products and to provide correspondingly equipped carriers, to which the solar cells are applied and subsequently electrically connected.
  • a contact structure can be produced, the course of which substantially corresponds to that of the longitudinal recesses formed in the carrier.
  • first longitudinal recesses may extend parallel to one another, which extend along contacts arranged in mutually parallel rows.
  • a further longitudinal recess extending perpendicular thereto may be provided to the first longitudinal recesses, the further longitudinal savings and the first longitudinal recesses merge into one another. Consequently, this results in a comb geometry, as will also be explained with reference to the exemplary embodiments.
  • the solar cells are successively or in groups together gefas St placed on the correct position on the support and electrically connected to the respective associated connectors, which have been previously arranged and positioned in the longitudinal recesses.
  • the connectors in the prefabrication can already be arranged in the longitudinal recesses, so that carriers are available as semi-finished products.
  • connection between the solar cells and the carrier is preferably carried out via an adhesive such as silicone adhesive, thermoplastic or the like, wherein a direct connection with the carrier or with the insulating layer can take place.
  • an adhesive such as silicone adhesive, thermoplastic or the like
  • the relevant measures is additionally ensured that the solar cells lie over a very large area on the insulation layer. After positioning and fixing the solar cells is on this a cover z.
  • a frame can be attached. However, this is not mandatory.
  • the cell minimum distance can be reduced, with the cross connectors additionally extending in an edge region of the carrier body.
  • the solar cells ver switching connector in the form of copper bands are limited to thicknesses of about 200 ⁇ to avoid cell breakage.
  • the recessed connector can be made sufficiently solid, so be thicker than previously mentioned, so that the electrical losses are minimized.
  • thin break-sensitive wafers are stored in a floating manner.
  • the wafers can be fastened directly on the carrier surface or on the insulating layer extending along the carrier surface, so that mechanical forces act on the carrier instead of on the wafers.
  • the use of glass and plastic supports gives poor heat dissipation.
  • the invention provides, in particular, that a metal foam is used as the carrier, so that a good heat dissipation is ensured.
  • the carrier can be cooled without problems, in particular This is done by means of integrated cooling ducts or tubes, through which gas such as air or liquid such as water is led. Also, a trouble-free fastening is possible.
  • a problem-free integration of other components such as contact box, bypass diode is also possible due to the use of a carrier made of metal foam.
  • first and second connectors in one or more longitudinal recesses, a single connector is introduced.
  • first connector with first contacts of solar cells along the channel and the second connector are connected to second contacts of the solar cells, and that in the longitudinal recess extending first and second connectors are electrically connected in the points of interconnection.
  • the connectors can be arranged side by side or one above the other.
  • the invention is also characterized in that connecting elements of the first contacts of the solar cell are connected to the lower second connector arranged on superimposed first and second connectors and enforce the first connector, which is expanded in area at each piercing point of the connecting element compared to the adjacent area , As a result, the cross-sectional area of the first connector is not significantly reduced.
  • the solar cells are rear contact solar cells, that each solar cell is assigned first and second longitudinal recesses forming a comb geometry, rear contacts of a solar cell having first connectors extending into a comb geometry and leading to the back of the solar cell Front side contacts with having a comb geometry having second longitudinal recesses arranged second connectors are electrically connected.
  • a method of the type mentioned above is characterized in that the carrier is formed inherently rigid, that in the carrier during or after its production from the side on which the solar cells are arranged, longitudinal recesses are introduced, that introduced into the longitudinal recesses, the connector be electrically insulated from the carrier or are that the solar cells are placed directly or via an intermediate layer except in the region of the longitudinal recesses on the carrier surface and then that the first and second contacts are connected to the connectors.
  • the carrier used is a material produced from electrically insulating material such as cellulose or a carrier consisting of electrically conductive material such as metal foam, in which at least the longitudinal recess in the production or after production by z.
  • electrically insulating material such as cellulose
  • carrier consisting of electrically conductive material such as metal foam
  • mechanical processing such as milling or plastic deformation such as impressions z. B. be formed by means of heated stamp.
  • one or more functional areas such as cooling channels, receptacle for bypass diodes, contact socket, contact sockets or mounting holes are additionally formed in the carrier.
  • the invention provides that between the solar cells and the carrier if necessary.
  • adhesive such as silicone adhesive.
  • the insulating layer in the form of a woven or nonwoven fabric can be embedded in a crosslinked material such as EVA, a thermoplastic, an adhesive such as acrylic or epoxy adhesive or in silicone to ensure a uniform layer thickness.
  • a crosslinked material such as EVA, a thermoplastic, an adhesive such as acrylic or epoxy adhesive or in silicone to ensure a uniform layer thickness.
  • the required connection between the insulating layer and the carrier is matched to the fabric or fleece and thus their openings or pores, that the thickness of the layer corresponds to the thickness of the fabric or fleece.
  • the connectors may be arranged side-by-side and / or one above the other and / or intermeshing in a longitudinal recess, with superposed first and second connectors having upper connectors preferably flattened portions leading from or to first or second contacts and connected to the lower connector interspersing connecting elements are interspersed.
  • the connectors can be formed or laid three-dimensionally.
  • 1 is a plan view of a solar cell module
  • FIG. 2 shows the solar cell module according to FIG. 1 with solar cells removed
  • FIG. 3 shows a detail of a connection strip according to FIG. 2, FIG.
  • FIG. 6 shows a top view of rear-contact solar cells to be connected to a module
  • FIG. 7 shows the back contact solar cells according to FIG. 6 viewed from the back side
  • FIG. 8 shows the back-contact solar cells according to FIG. 7 with a first type of connector
  • FIG. 9 shows the illustration according to FIG. 7 with a second type of connector
  • FIG. 11 shows the back-contact solar cells according to FIG. 10 in rear view with connectors, FIG.
  • FIG. 12 shows the back contact solar cells according to FIG. 10 viewed from the rear side with a second embodiment of connectors
  • FIG. 13 shows the back contact solar cells according to FIG. 10 with a basic profile of connectors running along the rear side
  • FIG. Fig. 14 back-contact solar cell according to FIG. 13 viewed from the back and
  • FIG. 15 shows a support with contact structure for a back-contact solar cell.
  • a corresponding module 10 can be seen in plan view of Fig. 1, wherein in the embodiment - but not limited to protection - four solar cells 12 are arranged and interconnected on a support 14.
  • metal foam is mentioned as the material for the carrier 14, without this being intended to limit the teaching according to the invention, even though metal foam may be mentioned as the preferred carrier material due to its inherent rigidity, good heat conductivity and low weight.
  • the carrier 14 may also consist of an electrically insulating material, such as cardboard or paperboard produced from pulp and / or waste paper.
  • an electrically insulating material such as cardboard or paperboard produced from pulp and / or waste paper.
  • suitable materials such as plastic foam or fabric and / or fiber-reinforced plates, and printed circuit boards, which ensure a lightweight construction with sufficient stability for the carrier 14, also come into question.
  • the solar cells 12 are front-side contact solar cells, although the teaching according to the invention also applies to back-side contact solar cells.
  • the front-side contact solar cells 12 are usually made of p-type silicon substrate wafers each having a pn junction.
  • a grid is provided as a front-side contact, which consists of current conductors 16, 18 (busbars) and current collectors 20 (grid fins).
  • the solar cell 12 On the reverse side, the solar cell 12 has a metal layer, in particular consisting of aluminum, with busbars or pads z. B. of silver. Mentioned dimensions, the solar cell may have a corresponding or other structure, as can be seen in the prior art.
  • the support 14 consists in the embodiment of a metal foam, in particular aluminum metal foam, and has in its surface as longitudinal recesses designated channels 22 which extend parallel to the busbars 16, 18 or outside and / or below the solar cell 12 transverse to this.
  • longitudinal recesses designated channels 22 which extend parallel to the busbars 16, 18 or outside and / or below the solar cell 12 transverse to this.
  • longitudinal recess is not intended to be limiting.
  • first and second connectors 24, 26 which are electrically isolated from each other, but are electrically connected in Verschaltungsdazzlingen to interconnect the solar cell 12 in series.
  • the connectors 24, 26 are broken to prevent short circuits. This will be explained in more detail with reference to FIG. 3.
  • the carrier 14 may further z. B. have meandering extending cooling channels, of which in Fig. 1 in phantom, a portion 28 is located.
  • the cooling channels can be flowed through with a cooling fluid such as water to cool the carrier 14 and thus the solar cells 12 to the extent required. In open-pored areas, the module carrier can be flowed through directly.
  • Fig. 3 is a detail of the profile of the first and second connectors 24, 26 is shown in an enlarged view to interconnect solar cells 13, 15 in series.
  • the first connector 24 is connected to the rear side contact of the cell 13 and the second connector 26 is connected to the front side contact of the cell 15.
  • the second connector 26 of the cell 13 is connected to the front side contact of the cell 13 and terminates with the break 32, while analogously, the first connector 24 of the cell 15 is connected to the rear side contact of the cell 15 and ends with the break 30.
  • sections 34, 36 of the first connector 24 and sections 38, 40 of the second connector 26 are shown in FIG. 3, wherein the sections 34, 38 of the solar cell 15 - or first solar cell - and the sections 36, 40 of the solar cell 13 - or the second solar cell - are assigned.
  • the remaining solar cells 12 arranged in series are connected.
  • the solar cells 12 arranged in series are connected via cross connectors 46, 48, 50, the cross connectors 48, 50 terminating in terminals 52, 54.
  • the first and second connectors 24, 26 extending in the channels 22 are connected to the rear contact as follows.
  • connecting elements can lead to the second connector 26 along or above the respective edge 56, 58 of the solar cell 12. It is also possible to form in the solar cells 12 passage openings, which are enforceable by the respective connecting elements, to be electrically conductively connected to the second connector 26.
  • the connecting elements do not extend between the support surface 60 of the support 14 and the solar cells 12, the solar cells 12 can rest flat on the surface 60 of the support 14, whereby a risk of breakage is avoided, which otherwise exists when - according to the prior art - the Connecting elements from front to back contact between successive solar cells in the region of the rear side contact between this and the bearing surface of the solar cell run.
  • connectors 24, 26 are arranged in channels 22 below the support surface 60 of the solar cells 12, desired cross-sections for the connectors 24, 26 can be selected, which lead to low electrical losses.
  • An integral connection between the second connectors 26 or their sections 38, 40 and the busbars 16, 18 of the solar cells 12 can be done in the usual way by soldering such as ultrasonic soldering, inductive soldering, laser soldering or a positive connection by gluing.
  • soldering such as ultrasonic soldering, inductive soldering, laser soldering or a positive connection by gluing. The connection is made when the first and second connectors 24, 26 are disposed in the channels 22 and then the solar cells 12 are properly positioned on the surface 60 of the support 14.
  • This can also or additionally be realized by a corresponding design of the pads or busbars on the back.
  • the connectors 24, 26 are arranged next to one another in the channels 22 and are electrically insulated from one another.
  • the connectors 24, 26 are also electrically isolated from each other, however, wherein the upper first connector 24, which is connected to the rear side contact, is flattened in areas, that has a larger areal extent than in the adjacent areas the first connector 24 is penetrated by a connecting element, via which a bus bar 16, 18 is connected to the second connector 26.
  • This area in the first connector 24 is identified by the reference numeral 61 and has a through opening 62, which is penetrated by the connecting element, not shown, and is electrically insulated from the first connector 24.
  • the connection through the through hole 62 (hole) can be made via a Sn solder.
  • protection diodes 66 are connected in antiparallel to the solar cells 12 or groups 64 of solar cells 12, which can be arranged in corresponding recesses in the carrier 14.
  • the effective area of the carrier 14 is not reduced by corresponding components.
  • terminals such as contact boxes, contact sockets or other components can be flatly integrated, which are usually required for a solar cell module 10.
  • the first and second connectors 24, 26 can be manufactured as semi-finished products, which are inserted with a corresponding insulation in the support plate 14, in the channels 22 formed in these.
  • a corresponding carrier 14 having the first and second connectors 24, 26 and other components may be supplied as a finished part of solar production in which the solar cells 12 are positioned on the surface 60 of the carrier 14 and then electrically conductive with the first and second connectors 24, 26 get connected.
  • the surface 60 of the carrier 14 has an electrical insulating layer or is formed as such.
  • the surface may consist of a dense oxide layer or a corresponding metal oxide layer may be formed on the surface.
  • This measure ensures that the solar cells 12 are not short-circuited via a conductive carrier.
  • the material of the carrier is made of an electrically insulating material such as cardboard or cardboard.
  • the solar cells 12 are fixed on the carrier 14 and then connected to the connectors 24, 26. This can be done by gluing the electrically non-bonded surfaces of the solar cells 12 on the insulating layer with an adhesive such as silicone adhesive or thermoplastic.
  • the insulation layer has openings into which the adhesive material is introduced.
  • the measures have the advantage that Solar cells 12 fully rest on the insulation layer without adhesive material leads to bumps.
  • a cover plate of transparent glass or another transparent material such as plastic or plastic / glass composite is laminated to the solar cells 12 to provide a finished module 10 is available.
  • FIG. 6 two rear contact cells 100, 102 to be interconnected are shown in a front view, that is to say with a view of the respective front side 104, 106.
  • MWT Metal Wrap Through
  • back-contact solar cells are in the substrate of the solar cells 100, 102 through holes 108, 110 - simply called holes - arranged according to a predetermined pattern, which are penetrated with respect to the base material of the substrate isolated from an electrically conductive material to guide the current collecting metallization 112, 114 running on the front side 104, 106 to the rear side.
  • the backside contacts of metallization 112, 114 are insulated both from the substrate and from the rear contact, preferably formed by an aluminum layer.
  • An insulation within the bores 108, 110 is basically not required for an EWT (emitter-wrap-through) solar cell.
  • the through-openings 108, 110 which terminate on the backside through-contacts are identified in FIGS. 7-9 by reference numerals 120, 122.
  • the metallization 112, 114 is present on the front side 102, 104, which consists of, for example, fingers running radially to the plated-through holes, as can be clearly seen from the drawing. In that regard, however, reference is made to well-known constructions.
  • the plated-through holes running in rows and towards the back of the solar cells 100, 102 are connected via busbars 124, 126, which are insulated from the backside metallization, that is, the backside contact 116, 118.
  • the rear-side contacts 116, 118 have a linear contact 128, 130 which extends in the region of an edge of the solar cells 100, 102 and transversely to the busbars 124, 126 Busbar corresponds.
  • the busbars 124, 126, which connect the plated-through holes 108, 110, are the n-contacts and the contacts of the rear side the p-contacts in the case of a p-based substrate and thus front-side emitter.
  • longitudinal recesses are provided in a carrier, not shown, corresponding to the profile of the busbars 124, 126, 128, into which connectors 132, 134 are introduced according to FIG. which have a comb-like geometry, ie Transverse legs 136, 138 and perpendicular to this leg 140, 142.
  • the number of legs 140, 142 corresponds to the number of interconnecting the busbars 124, 126.
  • the connectors 132, 134 or the receiving these recesses in the carrier run in such a way, in the case of solar cells 100, 102 placed on the support, the busbars 122, 124 extending on the rear side of the solar cell 100 come to lie on the longitudinal branches 140, 142.
  • the solar cell 102 is then positioned such that the bus bar 130 of the rear side contact is electrically connected to the transverse leg 136 of the connector 132.
  • the solar cells 100, 102 are connected in series.
  • the transverse leg 138 of the solar cell 102 associated connector 134 is connected to a arranged in the drawing below the solar cell 102 solar cell.
  • the solar cells 100, 102 can be interconnected by exclusively parallel connectors 144, 148, with the connector 144 assigned to the solar cell 100 and extending in the recesses of the carrier to the busbar 130 of the solar cell 102 is conductively connected.
  • the drawings are self-explanatory.
  • FIGS. 10 through 12 A further embodiment of rear-side contact solar cells 200, 202 can be seen in FIGS. 10 through 12, in which the through-openings 208, 210 are arranged exclusively in two rows and the metallization is carried out by line-shaped fingers 204, 206 running through the through-openings 208, 210 are formed, which should intersect the vias surrounding equipotential lines substantially perpendicularly.
  • the rear-side contact solar cells 200, 202 can be connected as shown in FIGS. 8 and 9, i. 11 through a connector 232 which consists of a transverse leg 240 and, corresponding to the number of busbars, of two perpendicular to this longitudinal longitudinal leg 244, which according to the statements made to Figs. 8 and 9 explanations in a not shown Carrier, ie inserted in recesses (longitudinal recesses) of this and then interconnect the solar cells 200, 202 in series.
  • the solar cell 202 is positioned relative to the connector 232 associated with the solar cell 200 such that the backside or p-type contact and thus the busbar 230 running along the upper edge of the solar cell 202 contacts the transverse leg 240 of the connector 232.
  • two mutually parallel connectors 244 are used, via which the busbars (n-contact) of the solar cell 200 are connected to the busbar 230 (p-contact) of the solar cell 202. From Figs. 13,14 results in a further Verschaltungsschkeit.
  • parallel to the busbars 250, 252, which connect the plated-through holes of the solar cells 200, 202, strip-shaped busbars 254, 256 of the rear side contacts, which either run in corresponding recesses of the existing in particular aluminum back contact layers 216, 218 of the solar cells 200, 202 or z , B. were applied by means of ultrasonic soldering to the aluminum layer.
  • connectors 262, 264 are used in the exemplary embodiment in each case consist of two mutually offset sections 266, 268, the section 266 in the exemplary embodiment with respect to the backside layer, ie in particular the aluminum layer 216 and the section 268 opposite the busbars connecting the vias is isolated. The result is an elongated S- or Z-shaped profile of each connector 262, 264th
  • comb-like geometry connectors having a transverse leg and longitudinal limbs extending therefrom, the longitudinal limbs of one side having parallel first busbars such as p contacts of a first solar cell and the longitudinal limbs of the other side being parallel extending second busbars are connected as n-contacts of a second solar cell to be connected to the first solar cell.
  • FIG. 15 The fact that basically only one connector has to be arranged in the back contact solar cells 319, 321, 323, 325 connected according to the invention in the carrier 14 is also apparent from the schematic representation of FIG. 15.
  • This is the carrier 14 with one each comprising comb-like structure groups 302, 304, 306, 308 of longitudinal recesses, wherein first longitudinal recesses 312, 314 parallel to each other and second longitudinal recesses 316, 318 perpendicular to the first longitudinal recesses extend and merge into each other, as the drawing illustrates.
  • first and second longitudinal recesses 312, 314, 316, 318 a contact structure made of connectors is then brought, which also has a comb-like geometry.
  • the corresponding connectors are indicated by black bars and exemplified by reference numerals 320, 322, 324.
  • the strip-shaped connector 320 shown in the drawing at the top right, which, as mentioned, form a comb geometry, are e.g. B. connected to the rear-side n-contacts of phantom moderately illustrated back contact olarzelle 319 and lead to a terminal 330 of the arranged on the support 14 module of interconnected solar cells 319, 321, 323, 325.
  • the p-contacts are forming a comb structure with a second connector 322, which engages in the first contact structure according to the drawing.
  • the further solar cells 323, 325 are also assigned comb geometries having longitudinal recesses in which run connectors that are conductively connected to the p- and n-contacts, as has been previously explained.
  • the p-contacts of the solar cell 321 which are interconnected via a comb-like contact structure, are connected to the n-contacts of the solar cell 323.
  • Their p-contacts are connected via a comb-like contact structure with the n-contacts of the solar cell 325.
  • the n-contacts of the solar cell 325 connected via a comb-like contact structure then lead to the connection 332.
  • FIG. 15 itself explains and clarifies that intermeshing comb-like contact structures are each assigned to a solar cell in order to form the n or p contacts electrically conductive to connect.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarzellenmodul umfassend auf einem Träger (14) angeordnete Solarzellen (13, 15), die mittels Verbinder (24, 26) verschaltet sind. Damit das Solarzellenmodul kostengünstig herstellbar ist und die elektrischen Verluste durch Verbinder minimiert werden, wird vorgeschlagen, dass der Träger Aussparungen (22) aufweist, innerhalb der die Verbinder zumindest abschnittsweise verlaufen, und dass die Solarzellen außerhalb der Aussparungen flächig oder im Wesentlichen flächig auf dem Träger oder einer auf dem Träger verlaufenden Schicht angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Solarzellenmodul und Verfahren zum Verschalten von Solarzellen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarzellenmodul umfassend auf einem Träger angeordnete Solarzellen, die mittels Verbinder verschaltet sind. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zum Verschalten von erste und zweite Kontakte aufweisenden Solarzellen zu einem Modul, wobei die Solarzellen mit den Rückseiten auf einem Träger angeordnet werden, der erste und zweite elektrische Verbinder aufweist, über die die Solarzellen mit ihren ersten und zweiten Kontakten in Ver Schaltungspunkten verschaltet werden.
Um geeignete Spannungen bzw. Leistungen mit Solarzellen bereitzustellen, ist es bekannt, diese zu größeren Einheiten zu verschalten. Zur Herstellung entsprechender Module werden die Zellen parallel oder in Serie miteinander verschaltet und in einem geeigneten transparenten Verkapselungsmaterial wie Ethylenvinylacetet (EVA) eingebettet. Frontseitig werden entsprechende Module üblicherweise von einer Glasscheibe und rückseitig von einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie wie Polyvinylfluorid (TEDLAR) und Polyester abgedeckt. Das Modul selbst ist von einem Rahmen z. B. aus Aluminium umgeben. Typische Solarzellenmodule auf Silicium-Waferbasis weisen Kontakte auf der Vorder- und Rückseite auf. Zur Verschaltung der Solarzellen wird der Frontkontakt einer Solarzelle mit dem Rückkontakt der folgenden verbunden. Somit ist eine Verschaltung zu Strings möglich. Dabei müssen die Verbinder zwischen den Zellen eine hinreichende Länge aufweisen, um wärmebedingte Relativbewegungen zuzulassen. Dies wiederum führt dazu, dass die Solarzellen in gewissen Abständen zueinander angeordnet werden, so dass nicht aktive Modulflächen entstehen. Hierdurch bedingt und durch die Abschattung der frontseitig verlaufenden Kontakte wie Kontaktfinger und Busbars, die mit den Verbindern elektrisch leitend verbunden werden, treten Leistungseinbußen auf.
Bei Frontseitenkontaktsolarzellen wird üblicherweise ein auf der dem Licht zugewandten Seite aufgebrachtes elektrisch leitendes Grid bestehend aus Stromsammlern (Grid-Fingern) und Stromableitern (Busbars) mit dem zumeist durch eine zusammenhängende Metallschicht wie Aluminium oder eine rückseitig passivierende Silicium-Nitridschicht mit Aussparungen für die Aluminium-Kontaktierung als Rückseitenkontakt verbunden. Auch werden sogenannte Bifacial-Zellen mit lichtdurchlässigen Rückseitenkontakten zu Frontkontaktsolarzellen gezählt.
Die Serienverschaltung der entsprechenden Solarzellen erfolgt üblicherweise dadurch, dass die Solarzellen einzeln mit als Zellverbinder zu bezeichnenden Kontaktbändern aus z. B. verzinntem Kupfer verlötet werden, anschließend zu einem sogenannten String zusam- mengefasst und in Reihe geschaltet werden. Die Strings werden palettenweise angeordnet und über weitere verzinnte Kupferbänder in Reihe verschaltet.
Um höhere Wirkungsgrade und damit Leistungen zu erzielen, können Rückseitenkontakt- solarzellen verwendet werden, deren beiden Kontakte auf der Zellenrückseite, d. h. der strahlabgewandten Seite angeordnet sind. Hierdurch wird eine unerwünschte Abschattung wegen des Wegfalls der Busbars auf der strahlenzugewandten Zellfrontseite und je nach Solarzellentyp eventuell auch der Kontaktfinger auf der Frontseite vermieden. Ferner kann die Packungsdichte der Solarzellen vom Modul erhöht werden, da co-planare Verbinder verwendet werden können.
Bei entsprechenden Rückseitenkontakts olarzellen unterscheidet man üblicherweise zwischen Metal Wrap Through (MWT)-Solarzellen und Emitter Wrap Through (EWT)- Solarzellen. Bei MWT- Solarzellen gibt es einen Frontkontakt und einen Rückkontakt. Durch Löcher in dem Halbleitersubstrat - wie Silicium-Wafer - wird sodann der Frontkontakt auf die Rückseite geführt. Die Löcher wie Bohrungen werden z. B. durch eine Ag- Leitpaste metallisiert und der Bereich um den Durchstoßpunkt auf der Rückseite von dem restlichen Bereich der Rückseite so isoliert, dass der Strom von der Vorderseite auf die Rückseite geleitet wird und dort abgenommen werden kann. Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass keine lichtabdeckenden Stromableiter (Busbars) mehr benötigt werden und eine höhere Transparenz des Frontgitters dadurch gegeben ist.
Bei den EWT- Solarzellen wird die den Emitter bildende n-Schicht durch sehr kleine Bohrungen in der Waferscheibe auf die Rückseite geführt und dort durch eine möglichst punktförmige Metallschicht - die sogenannte Durchkontaktierung - kontaktiert. Daher spricht man auch von Punktkontaktsolarzellen. Der Vorteil dieser Zelle ist, dass das übliche Frontgitter auf der Vorderseite vollständig entfällt und durch eine aus in Bezug auf die Durchkontaktierungen radial verlaufenden Fingern bestehende Metallisierung ersetzt wird, wodurch die bestmögliche Transparenz für den Lichteinfall gegeben ist.
Allerdings ist der Nachteil gegeben, dass der Wafer aufgrund der Bohrungen anfällig für mechanische Belastungen ist.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, Rückseitenkontakts olarzellen in einer Kombination aus Folie und Kupferbändern zu verschalten (siehe z. B. D.W. Eikelboom, et al "Conductive adhesives for interconnection of busbar-less emitter wrap-through solar cells on a structured metal foil", 17th PVSEC Fukuoka Japan, 2001, p.1547). Dies führt jedoch zu einer mechanischen Belastung der Solarzelle, da die die Solarzelle umgebende Einbettmasse eine relativ große laterale Bewegung ermöglicht, die durch Schrumpfen während des zur Herstellung des Moduls erforderlichen Laminierprozesses und aufgrund hoher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der organischen Folien auftreten können.
In verschiedenen Veröffentlichungen werden Wrap-Through-Solarzellen beschrieben, um einen Kontakt zwischen Emitter und Rückseite der Solarzellen herzustellen, um sodann ausschließlich über Rückseitenkontakte eine Verschaltung vorzunehmen. Zum Verschalten von Rückseitenkontaktsolarzellen sind co-planare Verbinder bekannt. Die Verbinder bestehen dabei auf einer Metallbasis und sind dielektrisch beschichtet, wobei spezielle Anordnungen der Kontaktfinger auf den Zellrückseiten dünnere Busbar- Designs ermöglichen. Die Verbinder können dabei in verschiedenen geometrischen Formen ausgeführt und im Wesentlichen über Lötverfahren an mindestens zwei Stellen auf jeder Zelle befestigt sein. Nachteil dieser Verschaltungskonzepte ist die aufwändige Positionierung von Zellen und Verbindern sowie die begrenzten Querschnitte der Verbinder, da eine flächige Verbindung den Füllfaktor erhöhen kann.
Einen Überblick über entsprechende Techniken bieten nachstehende Veröffentlichungen:
D. Thorp, et al "Methods of contacting multijunction Silicon PV modules", 14th European PVSEC, Barcelona, 1997, p;
A. Schoenecker, et al "An industrial mc EWT-solar cell with screen-printed metal- lization", 14th European PVSEC, Barcelona, 1997, p;
M. Späth, et al "Solder version of 8 inch back-contacted solar cells", 15th PVSEC Shanghai, 2005, p.1003;
F. Clement, et al "Processing and comprehensive characterization of screen-printed mc-Si metal wrap through (MWT) solar cells", 22nd European PVSEC, 2007, Mi- lano, p. 1399;
Y. Meydbray, et al "Solder Joint degradation in high efficiency all back contact solar cells", 22nd European PVSEC, Milano, 2007, p. 2561;
U. Eitner, et al "A modelling approach to the optimization of interconnects for back contact cells by thermomechanical simulations of photovoltaic modules", 23 rd European PVSEC, Valencia, 2008, p. 2815;
K. Nakamura, et al "Development of back contact Si solar cells and module in pilot production line", 23rd European PVSEC, Valencia, 2008, p. 1006.
Es ist auch bekannt, Rückseitenfolien zur Verschaltung zu nutzen. Dabei können elektrisch leitende Kleberschichten benutzt werden, um Kontakte zu verbinden.
Die elektrisch leitenden Kleber können durch Drucktechnik aufgebracht werden (D.W. Eikelboom, et al "Conductive adhesives for interconnection of busbar-less emitter wrap- through solar cells on a structured metal foil", 17th PVSEC Fukuoka Japan, 2001, p.1547). Der Literaturstelle M. Späth, et al "A novel module assembly line using back-contact solar cells", 23 r1dU European PVSEC, Valencia, 2008, p. 2917, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls zu entnehmen, bei dem eine leitende Rückseitenfolie ein Verschaltungsmus- ter zum Verschalten der Solarzellen aufweist. Über eine Leitpaste werden sodann die elektrisch leitenden Bereiche der Rückseitenfolie mit den Solarzellen verbunden. Die zu verschaltenden Solarzellen werden sodann nacheinander auf der die Verschaltung ermöglichenden Leiterplatte angeordnet.
Ein Verfahren zum Verschalten von Rückseitenkontaktsolarzellen ist aus der US-A- 5,972,732 bzw. der US-A-5, 951,786 bekannt. Dabei werden auf eine als Trägerelement zu bezeichnende Unterlage elektrische Leiter angeordnet, um sodann auf diese die zu verschaltenden Rückseitenkontaktsolarzellen derart zu positionieren, dass deren Kontakte zur gewünschten Verschaltung auf die elektrischen Leiter ausgerichtet sind. Das Verkapseln der verschalteten Solarzellen erfolgt sodann in gewohnter Weise, d. h., dass die Solarzellen weitgehend von einer Einbettmasse umgeben sind, die quer zu ihrer Flächenerstreckung laterale Bewegungen insbesondere durch Temperaturschwankungen, denen die Module unterliegen, ausgesetzt sind, wodurch zum einen eine Beschädigung der Solarzellen selbst und zum anderen ein Lösen der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen Rückseitenkontakten und elektrischen Leitern erfolgen kann.
Das weiche Einbetten der Solarzellen in einer Einbettmasse erfolgt vor dem Hintergrund, dass mechanische Belastungen vermieden bzw. reduziert werden sollen. Messungen haben jedoch ergeben, dass die Bewegungen der Solarzellen in weich einbettendem Material 120 μιη betragen und die erwartete Temperaturausdehnung um den Faktor 4 übertreffen.
Somit führt die weiche Einbettung zu einer hohen mechanischen Belastung mit der Folge, dass sowohl Serienverbinder als auch Zellen selbst brechen können und sich bei Rückkontaktzellen die Kontakte ablösen können.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bei herkömmlichen Solarmodulen nachstehende Nachteile gegeben sind: aufwändige und kostenintensive Herstellungsverfahren, schlechte Ausnutzung der Modulfläche durch photoempfindliche Bereiche,
Begrenzung der Dicke der angelöteten Serienverbinder aus Kupfer und hierdurch bedingter hoher Widerstand der Zuleitungen und die damit verbundenen hohen elektrischen Verluste,
mechanische Belastung zwischen sehr dünnen Siliziumwafer bzw. Solarzellen, Erhitzung der Solarzellen durch die Sonneneinstrahlung bei schlechter Wärmeabfuhr mit der Folge einer verminderten Leistungsabgabe der Solarzellen, kürzere Lebensdauer der Elektronik, schlechte Kühlung der Bypassdioden, höhere mechanische Belastung des gesamten Modul Verbundes,
hohes Modulgewicht durch Glasträger bzw. Doppelglasträger,
Befestigungsaufwand mit Rücksicht auf die Materialeigenschaften bei der Verwendung von Glasträgern,
Probleme bei der Einbindung von Kontaktbox, Bypassdioden in die Modulgrundplatte.
Aus der DE-A-10 2005 057 468 ist ein photovoltaisches rahmenloses Solarmodul in Plattenform bekannt, das eine Stützrahmenstruktur aus einem aufgeschäumten Leichtmetall aufweist.
Die DE-A-10 2006 052 018 bezieht sich auf eine Solarzelle sowie ein Solarzellenmodul, wobei parallel oder seriell verschaltete Solarzelle auf einer isolierenden Schicht angeordnet sind, die Durchbrechungen aufweist, um die Solarzellen zu verschalten.
Gegenstand der DE-A-10 2008 012 286 sind ein Solarmodul sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen. Die zu verschaltenden Solarzellen sind auf einem durch Spritzgießoder Spritzprägeverfahren oder durch Pressverfahren hergestellten Kunststoffträger angeordnet, wobei die Solarzellen auf dem Kunststoffträger aufgeklebt werden. Der Kunststoffträger weist eine elektrische Anschlussstruktur auf, die vor dem Spritzvorgang in Kavitäten angeordnet oder durch einen 3D-MID-Prozess ausgebildet werden.
Eine Konzentratorsolarzellenanordnung ist der DE-A-2008-055 475 zu entnehmen. Die Solarzellen werden dabei von einem Substrat aufgenommen, das aus strukturiertem oxi- dierten bzw. metallisierten Silizium besteht, über das das Verschalten der Solarzellen selbst erfolgt. Aus der DE-A-10 2009 002 823 sind eine Solarzelle und ein Solarmodul bekannt, wobei auf derselben Seite einer halbleitenden Schicht erste und zweite Kontaktstellen ausgebildet sind. Ferner ist eine perforierte Folie vorgesehen, die aus einem nichtleitenden Material mit einer Vielzahl von Löchern besteht. Eine strukturierte elektrisch leitende Schicht wird auf die Oberfläche der perforierten Folie aufgelegt, wobei die perforierte Folie und die halbleitende Schicht so zueinander positioniert sind, dass zumindest ein Teil der Löcher und der ersten und zweiten Kontaktstellen einander gegenüberliegen. Eine elektrisch leitende Schicht wird sodann auf die Folie aufgelegt, die mit den Kontaktstellen verbunden wird.
Die DE-A-10 2009 014 bezieht sich auf einen Kollektor, auf den Photovoltaikmodule aufgebracht werden können.
Ein photovoltaisches Modul mit flächigem Zellverbinder ist aus der DE-A-10 2009 023 901 bekannt. Die Solarzellen des Moduls werden über den flächigen Zellverbinder verbunden, der eine poröse Trägerschicht und zumindest eine auf der zu den Solarzellen abgewandten Seite der Trägerschicht angeordnete Leiterstruktur aufweist. Die Trägerschicht weist ihrerseits Aussparungen auf, in denen die Leiterstruktur derart verläuft, dass die Leiterstruktur mit den Solarzellen elektrisch kontaktiert ist.
Die DE-A-10 2009 026 149 bezieht sich auf ein Verbundsystem für Photovoltaik- Module. Zum Verschalten von Solarzellen ist auf eine aus Kunststoff bestehende Trägerfolie eine Metallfolie angeordnet, die zur Verstringung der Zellen und als Busbar genutzt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines folienartigen elektrischen Verbinders für Solarzellen ist aus der DE-A-10 2010 004 112 bekannt. Dabei wird ein Folienverbinder benutzt, in dem Löcher gestanzt sind, um Kontaktierungen mit Lötstellen der Solarzellen zu ermöglichen.
Solarzellen Verbindungen sind der DE-A-20 2008 011 461 zu entnehmen. Ein Solarzellenmodul ist aus der US -A-2002/0134422 bekannt. Dabei werden flexible elektrisch leitende Folien untereinander verschaltet. Der Folienträger weist Durchbrechungen auf, um im erforderlichen Umfang eine Verschaltung zu ermöglichen.
Um Solarzellen zu verschalten, schlägt die US-A-2009/0065043 vor, dass Solarzellen über einen folienartigen Träger verbunden werden, der zur Verschaltung entsprechende Durchgangsöffnungen aufweist.
Nach der US-A-2010/0307582 weist ein Träger einer Solarzelle Durchgangsöffnungen auf, um eine Verschaltung zu ermöglichen.
Ein Photovoltaikmodul ist der US-A-2011/0067751 mit einer Rückseitenfolie mit einem Muster zu entnehmen, um eine Verschaltung zu ermöglichen.
Bei einem Solarzellen- Array nach der US-A-3 874 931 werden Solarzellen auf ein Substrat gelegt, das Öffnungen aufweist, um eine Verschaltung zu ermöglichen.
Ein transparentes Substrat, in dem eine elektrische Verschaltung verläuft, ist der JP-A- 09153634 zu entnehmen. Dabei werden die elektrischen Leiter in einer Werkzeugform positioniert, in die das transparente Substrat gespritzt wird.
Die JP-A- 2009-76739 bezieht sich auf eine Rückseitensolarzelle. Zum Verschalten mehrerer Rückseitensolarzellen werden dreidimensional geformte Elektroden verwendet.
Zum Verschalten von Rückseitenkontaktsolarzellen wird nach der Veröffentlichung P.C. de Jong et al:„Single-Step Laminated Full-Size PV Modules Made With Back-Contacted MC-SI Cells And Conductive Adhesives", ECN Solar Energy, P.O. Box 1, NL-1755 ZG Petten, The Netherlands TNO Institute of Industrial Technology, eine Rückseitenfolie benutzt, die über elektrisch leitenden Kleber mit den Solarzellen verbunden wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere ein Solarzellenmodul zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig herstellbar ist und bei dem die elektrischen Verluste durch Verbinder minimiert werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung soll der Abstand der Zellen optimiert, die Bruchgefahr von dünnen Wafern reduziert und die Wärmeabfuhr optimiert werden.
Auch soll eine Gewichtsreduzierung im Vergleich zu bekannten Modulen erreicht werden, ohne dass Einbußen in Bezug auf die Stabilität in Kauf genommen werden müssen. Ferner soll ein problemloses Integrieren von Bypassdioden oder Kontaktboxen möglich sein.
Ferner soll die Möglichkeit einer hinreichenden Kühlung gegeben sein.
Zur Lösung einer oder mehrerer Aspekte der Erfindung ist im Wesentlichen vorgesehen, dass der Träger stabil ist, dass in dem Träger und von der Seite, auf der die Solarzellen angeordnet sind, Längsaussparungen ausgebildet sind, dass innerhalb der Längsaussparungen und in dessen Längsrichtungen verlaufend die Verbinder eingebracht sind, dass die Verbinder gegenüber dem Träger elektrisch isoliert sind und dass die Solarzellen außerhalb der Längsaussparungen flächig oder im Wesentlichen flächig auf dem Träger oder einer auf dem Träger verlaufenden Schicht angeordnet sind.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Solarzellenmodul, bei dem Solarzellen in Verschaltungspunkten mittels elektrischer Verbinder verschaltet sind, und das sich dadurch auszeichnet, dass die Verbinder in den Aussparungen außerhalb der Verschaltungs- punkte gegeneinander und gegenüber dem Träger elektrisch isoliert angeordnet sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der stabile, also eigensteife Träger aus einem Metallschaum wie Aluminium-, Zink- oder Kupferschaum besteht.
In Längsrichtung der Längsaussparungen verlaufen die Verbinder. Die Längsaussparungen müssen keine Durchgangsöffnungen aufweisen, stellen folglich zu den Solarzellen hin offene Kanäle oder Nuten dar, die in dem Träger ausgebildet sind. Die Erfindung wird selbstverständlich nicht verlassen, wenn die Längsaussparungen oder einige dieser Durch- gangsöffnungen aufweisen, deren flächige Erstreckung jedoch nur einen geringen Anteil der der Längsaussparung aufweisen würde.
In die Längsaussparungen werden die Verbinder eingebracht, wobei die Verbinder mit ihren Längsachsen entlang der Längsachsen der Längs aus sparungen verlaufen. Verlaufen mehrere Verbinder in einer Längsaussparung, so sind diese gegeneinander elektrisch isoliert. Eine elektrische Isolierung erfolgt auch gegenüber den Begrenzungen der Längsaussparungen, sofern der Träger in den Begrenzungen elektrisch leitend ist.
Bei üblichen Kontaktanordnungen ist die Länge einer einer Solarzelle zugeordneten Längsaussparung - oder Längsaussparungen, sofern unterhalb einer Solarzelle mehrere Längsaussparungen verlaufen - zumindest gleich der Erstreckung der Solarzelle entlang der Längsaussparung bzw. Längsaussparungen. Vorzugsweise beträgt die Länge der Längsaussparung bzw. Längsaussparungen zumindest doppelte Länge der Solarzelle betrachtet in Längsrichtung der Längsaussparungen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Länge der unter einem String von Solarzellen verlaufenden Längsaussparungen zumindest gleiche Länge des Strings, insbesondere gleich doppelte Länge des Strings ist.
Bezüglich der Verschaltungspunkte ist anzumerken, dass diese nicht nur punktuell, sondern z.B. auch linienförmig ausgebildet sein können, wie dies insbesondere bei Rückseitenkontakts olarzellen der Fall ist, bei denen kammföraiige Kontaktstrukturen, die die auf der Rückseite verlaufenden Front- und Rückseitenkontakte verbinden, über die in den Aussparungen in dem Träger angeordnete Verbinder verbunden werden. Kammartige Kontaktstrukturen sind z. B. der WO-A-2010/027265 (Fig. 2) zu entnehmen.
Erfindungsgemäß sind die zur Verschaltung der Solarzellen benötigten Verbinder in einer Ebene angeordnet, die unterhalb der Oberfläche des Trägers verläuft, auf der die Solarzellen aufliegen und befestigt sind.
Hierdurch bedingt besteht die Möglichkeit, dass der Abstand der Solarzellen untereinander im Vergleich zu bekannten Konstruktionen verringert wird und somit eine optimale Ausnutzung der Modulfläche möglich ist. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, dass die in den Längsaussparungen wie Kanälen verlaufenden Verbinder im Vergleich zu herkömmlichen Verbindern größere Querschnitte aufweisen können, so dass geringere elektrische Verluste auftreten.
Da die Verbinder außerhalb der Auflagefläche der einzelnen Solarzellen verlaufen, können diese ebenflächig auf dem Träger - sei es unmittelbar oder auf einer auf dem Träger verlaufenden im Wesentlichen unnachgiebigen Schicht wie Folie - angeordnet werden, so dass ein Zellenbruch vermieden wird, der nach dem Stand der Technik durch die entlang der Befestigungsfläche verlaufenden Kupferbänder als Verbinder verursacht werden kann.
Als Materialien für den Träger kommen elektrisch isolierende oder elektrisch leitende Materialien in Frage. Werden elektrisch isolierende Materialien verwendet, so sind insbesondere Kunststoffschaum, Materialien aus Zellstoff und/oder Altpapier wie Pappe, lackgetränkte Zellulose und Karton zu nennen. Auch Leiterplatten aus Pertinax oder Verblendstoffen können als Träger eingesetzt werden. Bei elektrisch leitenden Materialien ist insbesondere ein Metallschaum zu bevorzugen, wobei beispielhaft Aluminium-, Zink- oder Kupferschaum zu nennen sind, wobei ggf. Magnesium zulegiert ist.
Durch die Verwendung von Metallschaum als Träger ist nicht nur eine einfachere Bearbeitung des Trägers im Vergleich zu Trägern aus Glas möglich, sondern gleichzeitig ist eine gute Wärmeabfuhr sichergestellt, wodurch die Leistungsabgabe der Solarzellen verbessert wird.
Ferner können problemlos Bypassdioden oder sonstige für ein Modul erforderliche Bauelemente bzw. Baugruppen in dem auch als Modulkörper bzw. -platte zu bezeichnenden Träger integriert werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, Kühlkanäle in dem Träger auszubilden, die von einem Kühlfluid durchströmbar sind.
Der Träger kann des Weiteren problemlos mit Bohrungen versehen werden, die zum Befestigen des Moduls z. B. auf einem Dach mit Schrauben durchsetzbar sind.
Zur Unterbindung von Kurzschlüssen wird die Oberfläche der Metallschaumplatte mit einer beständigen Isolationsschicht versehen. Auch gibt es die Möglichkeit, Hybrid- Kombinationen aus Kunststoff mit offenporigen oder geschlossenporigen Metallschaum- körpern herzustellen. Falls die Isolierschicht aus einem Kunststoff besteht, kann diese durch ein isolierendes Gewebe oder ein Vlies zur Aufrechterhaltung der isolierenden Eigenschaften verstärkt werden. Gleichzeitig sichert das Vlies bzw. das isolierende Gewebe den gewünschten Abstand zur Oberfläche der Metallschaumplatte.
Es besteht auch die Möglichkeit, bei geschlossenporigen Trägern als Isolator eine Oxidschicht auf dem aus Metallschaum bestehenden Träger oder durch eine Metalloxidschicht auszubilden.
Die Verbinder, die zum einen die Verschaltung zwischen den Solarzellen und zum anderen mit Querverbindern sicherstellen, über die der Strom von dem Modul abgeführt wird, sind in dem Träger integriert, wobei die Verbinder durch insbesondere eine Isoliermasse von dem metallischen Träger elektrisch getrennt sind. Die Verbinder können gewünschte Querschnitte aufweisen, um Leitungswiderstände klein zu halten, ohne dass die Gefahr eines Zellenbruchs besteht, da die Solarzellen auf den Verbindern in Abweichung von vorbekannten Konstruktionen nicht aufliegen.
Die Längsaussparungen können bei der Herstellung der Träger, also formgebend ausgebildet werden oder durch nachträgliche Bearbeitung wie durch Fräsen, Schleifen oder Einpressen.
Sofern Frontseitenkontaktsolarzellen zu einem Modul verschaltet werden, befinden sich auf deren Frontseiten Stromableiter, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium. Diese werden über Verbindungselemente mit den in den Längsaussparungen verlaufenden Verbindern stoffschlüssig verbunden. Dabei können die von den Frontkontakten ausgehenden Verbindungselemente sich entlang gegenüberliegender Längsränder einer jeden Solarzelle erstrecken oder Durchbrechungen der Solarzellen durchsetzen. Unabhängig hiervon wird durch die Möglichkeit, eine Verschaltung über zwei von den Frontkontakten ausgehende Verbindungselemente vorzunehmen, sichergestellt, dass jedes Verbindungselement nur die Hälfte des Photostroms leiten muss, wodurch die elektrischen Verluste reduziert werden bzw. eine geringere Verbinderstärke erforderlich ist, was zu einer geringeren thermome- chanischen Belastung der Solarzelle führt. Die Verbinder können als Funktionsleisten in die Längsaussparung eingelassen und als Halbzeug gefertigt werden. Somit besteht die Möglichkeit, Halbzeuge vorzufertigen und entsprechend bestückte Träger zur Verfügung zu stellen, auf die die Solarzellen aufgebracht und anschließend elektrisch verbunden werden.
Mit anderen Worten kann eine Kontaktstruktur hergestellt werden, deren Verlauf im Wesentlichen dem der in dem Träger ausgebildeten Längsaussparungen entspricht.
Losgelöst hiervon ist anzumerken, dass in einem Träger Längsaussparungen vorhanden sein können, die nicht ausschließlich parallel zueinander, sondern einen Verlauf derart aufweisen können, dass Längsaussparungen zueinander einen rechten Winkel einschließen. So können erste Längsaussparungen parallel zueinander verlaufen, die sich entlang von in parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordneten Kontakten erstrecken. Um Kontakte gleicher Leitungsart, also n-leitende oder p-leitende Kontakte untereinander zu verbinden, kann zu den ersten Längsaussparungen eine senkrecht hierzu verlaufende weitere Längsaussparung vorgesehen sein, wobei die weitere Längs aus sparung und die ersten Längsaussparungen ineinander übergehen. Es ergibt sich folglich eine Kammgeometrie, wie dies auch anhand der Ausführungsbeispiele erläutert werden wird.
Die Solarzellen werden nacheinander oder in Gruppen zusammen gefas st auf die richtige Position auf den Träger aufgelegt und elektrisch mit den jeweils zugehörigen Verbindern verbunden, die zuvor in den Längsaussparungen angeordnet und positioniert worden sind. Vorzugsweise können die Verbinder in der Vorfertigung bereits in den Längsaussparungen angeordnet sein, so dass Träger als Halbzeuge zur Verfügung stehen. Somit wird auf einfache Weise die Möglichkeit des Verschaltens von Solarzellen zu einem Solarmodul eröffnet.
Die Verbindung zwischen den Solarzellen und dem Träger erfolgt vorzugsweise über einen Kleber wie Silikonkleber, Thermoplast oder ähnliches, wobei ein unmittelbares Verbinden mit dem Träger oder mit der Isolations Schicht erfolgen kann. Bei der ersten Möglichkeit weist die Isolationsschicht in den Bereichen, in denen die Verbindung zwischen der Solarzelle und dem Träger erfolgen soll, entsprechende Aussparungen auf. Durch die diesbezüglichen Maßnahmen ist zusätzlich sichergestellt, dass die Solarzellen überaus flächig auf der Isolationsschicht aufliegen. Nach Positionieren und Fixieren der Solarzellen wird auf diese eine Abdeckung z. B. aus transparentem Glas oder einem anderen transparenten Material wie Kunststoff oder Kunststoff-Glasverbund auflaminiert.
Optional kann ein Rahmen angebracht werden. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Aufgrund der erfindungs gemäßen Lehren werden aufwendige und kostenintensive Ver- schaltungen vermieden, da diese in dem Träger integriert sind. Infolgedessen ist es nur noch erforderlich, dass auf den Träger die Zellen aufgebracht bzw. aufgelegt werden.
Durch die Integration der Verschaltung in den Trägerkörper kann der Zellenmindestab- stand reduziert werden, wobei zusätzlich die Querverbinder in einem Randbereich des Trägerkörpers verlaufen.
Nach dem Stand der Technik werden die die Solarzellen ver schaltenden Verbinder in Form von Kupferbändern auf Dicken von ca. 200 μιη limitiert, um einen Zellenbruch zu vermeiden.
Da die Verbinder erfindungs gemäß in dem Trägerkörper eingelassen sind, können die eingelassenen Verbinder ausreichend massiv ausgeführt werden, also dicker als die zuvor angesprochenen sein, so dass die elektrischen Verluste minimiert werden.
Nach dem Stand der Technik werden dünne bruchempfindliche Wafer schwimmend gelagert. Erfindungsgemäß können die Wafer unmittelbar auf die Trägerfläche bzw. die auf sich entlang der Trägerfläche erstreckende Isolationsschicht befestigt werden, so dass mechanische Kräfte auf den Träger anstatt auf die Wafer wirken.
Nach dem Stand der Technik ist bei der Verwendung von Trägern aus Glas und Kunststoff eine schlechte Wärmeabfuhr gegeben. Demgegenüber ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass als Träger ein Metallschaum benutzt wird, so dass eine gute Wärmeableitung gewährleistet ist. Zusätzlich kann der Träger problemlos gekühlt werden, insbeson- dere durch integrierte Kühlkanäle oder -röhre, durch die Gas wie Luft oder Flüssigkeit wie Wasser geführt wird. Auch ist ein problemloses Befestigen möglich.
Die Verwendung einer Metallschaumplatte führt des Weiteren dazu, dass das Gewicht im Vergleich zu bekannten Modulkonstruktionen reduziert wird.
Ein problemloses Integrieren weiterer Bauelemente wie Kontaktbox, Bypassdiode ist aufgrund der Verwendung eines Trägers aus Metallschaum gleichfalls möglich.
Es besteht die Möglichkeit, dass in einer oder mehreren Längsaussparungen ein einziger Verbinder eingebracht ist. Es können jedoch in einer Längsaussparung gegeneinander und gegenüber dem Träger elektrisch isolierte erste und zweite Verbinder verlaufen, wobei die ersten Verbinder mit ersten Kontakten von entlang des Kanals verlaufenden Solarzellen und die zweiten Verbinder mit zweiten Kontakten der Solarzellen verbunden sind, und dass die in der Längsaussparung verlaufenden ersten und zweiten Verbinder in den Ver- schaltungspunkten elektrisch leitend verbunden sind. Die Verbinder können dabei nebeneinander oder übereinander angeordnet sein.
Daher zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus, dass Verbindungselemente von ersten Kontakten der Solarzelle mit dem bei übereinander angeordneten ersten und zweiten Verbindern unteren zweiten Verbinder verbunden sind und den ersten Verbinder durchsetzen, der in jeweiligem Durchstoßpunkt des Verbindungselements im Vergleich zum angrenzenden Bereich flächenmäßig erweitert ist. Hierdurch wird die Querschnittsfläche des ersten Verbinders nicht merklich verringert.
Hervorzuheben und eigenerfinderisch ist auch, dass die Solarzellen Rückseitenkontaktso- larzellen sind, dass jeder Solarzelle erste und zweite Längsaussparungen zugeordnet sind, die eine Kammgeometrie bilden, wobei Rückseitenkontakte einer Solarzelle mit in eine Kammgeometrie bildenden ersten Längsaussparungen verlaufenden ersten Verbindern und die zur Rückseite der Solarzelle geführten Frontseitenkontakte mit in eine Kammgeometrie aufweisenden zweiten Längsaussparungen angeordneten zweiten Verbindern elektrisch leitend verbunden werden. Ein Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass der Träger eigensteif ausgebildet wird, dass in dem Träger während oder nach dessen Herstellung von der Seite her, auf der die Solarzellen angeordnet werden, Längsaussparungen eingebracht werden, dass in die Längsaussparungen die Verbinder eingebracht werden, die gegenüber dem Träger elektrisch isoliert sind oder werden, dass die Solarzellen unmittelbar oder über eine Zwischenschicht mit Ausnahme im Bereich der Längsaussparungen flächig auf den Träger gelegt werden und dass sodann die ersten und zweiten Kontakte mit den Verbindern verbunden werden.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass als Träger ein aus elektrisch isolierendem Material wie aus Zellstoff hergestelltes Material oder ein aus elektrisch leitendem Material wie aus Metallschaum bestehender Träger verwendet wird, in dem zumindest die Längsaussparung bei der Herstellung oder nach der Herstellung durch z. B. mechanisches Bearbeiten wie Fräsen oder plastisches Verformen wie Eindrücken z. B. mittels erwärmter Stempel ausgebildet werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass in dem Träger ergänzend ein oder mehrere Funktionsbereiche wie Kühlkanäle, Aufnahme für Bypass-Dioden, Kontaktdose, Kontaktbuchsen oder Befestigungsöffnungen ausgebildet werden.
Um bei einem aus elektrisch leitenden Material bestehenden Träger Kurzschlüsse zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass zwischen den Solarzellen und dem Träger eine ggfs. ein isolierendes Gewebe oder Vlies aufweisende Isolierschicht auf Kunststoff mit ggfs. in dieser vorhandenen Durchbrechungen angeordnet wird, wobei die Solarzellen mit der Isolierschicht oder mit dem Träger über die Durchbrechungen durchsetzende Klebemittel wie Silikonkleber verbunden werden.
Unabhängig hiervon kann die Isolierschicht in Form eines Gewebes oder Vlieses in einem vernetzten Material wie EVA, einem Thermoplast, einem Kleber wie Acryl- oder Epo- xidkleber oder in Silikon eingebettet sein, um eine gleichmäßige Schichtdicke sicher zu stellen. Gleichzeitig erfolgt die erforderliche Verbindung zwischen der Isolierschicht und dem Träger. Dabei ist die Menge des verwendeten Materials derart auf das Gewebe bzw. Vlies und somit deren Öffnungen bzw. Poren abgestimmt, dass die Dicke der Schicht der Dicke des Gewebes bzw. Vlies entspricht. Die Verbinder können neben- und/oder übereinander und/oder ineinandergreifend in einer Längsaussparung angeordnet werden, wobei bei übereinander angeordneten ersten und zweiten Verbindern oberer Verbinder vorzugsweise abgeflachte Abschnitte aufweist, die von zu ersten oder zweiten Kontakten führenden und mit dem unteren Verbinder verbundenen oder zu verbindenden Verbindungselementen durchsetzt werden. Die Verbinder können dreidimensional ausgebildet bzw. verlegt werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Solarzellenmodul,
Fig. 2 das Solarzellenmodul gemäß Fig. 1 mit entfernten Solarzellen,
Fig. 3 ein Detail einer Verschaltungsleiste gemäß Fig. 2,
Fig. 4 ein Detail eines Trägers mit Verbindern,
Fig. 5 ein Blockschaltbild mit Schutzdioden,
Fig. 6 eine Draufsicht von zu einem Modul zu verschaltenden Rückkontaktsolarzellen,
Fig. 7 die Rückkontaktsolarzellen gemäß Fig. 6 von der Rückseite aus betrachtet,
Fig. 8 die Rückkontaktsolarzellen gemäß Fig. 7 mit einer ersten Art von Verbindern,
Fig. 9 die Darstellung gemäß Fig. 7 mit einer zweiten Art von Verbindern,
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform von Rückkontaktsolarzellen,
Fig. 11 die Rückkontaktsolarzellen gemäß Fig. 10 in Rückansicht mit Verbindern,
Fig. 12 die Rückkontaktsolarzellen gemäß Fig. 10 von der Rückseite aus betrachtet mit einer zweiten Ausführungsform von Verbindern,
Fig. 13 die Rückkontaktsolarzellen gemäß Fig. 10 mit prinzipiellem Verlauf von entlang der Rückseite verlaufenden Verbindern, Fig. 14 Rückkontaktsolarzelle gemäß Fig. 13 von der Rückseite aus betrachtet und
Fig. 15 einen Träger mit Kontaktstruktur für eine Rückkontaktsolarzelle.
Anhand der Figuren, in denen grundsätzlich für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden, soll die erfindungsgemäße Lehre anhand von zu einem Modul in Reihe ver schalteten Solarzellen erläutert werden.
Ein entsprechendes Modul 10 ist in Draufsicht der Fig. 1 zu entnehmen, wobei im Ausführungsbeispiel - allerdings nicht schutzeinschränkend - vier Solarzellen 12 auf einem Träger 14 angeordnet und verschaltet sind.
Bei der Erläuterung des Ausführungsbeispiels wird als Material für den Träger 14 Metallschaum genannt, ohne dass hierdurch eine Beschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgen soll, gleichwenn Metallschaum als bevorzugtes Trägermaterial aufgrund der Ei- gensteifigkeit, der guten Wärmeleitfähigkeit und des geringen Gewichts zu nennen ist.
Insbesondere kann der Träger 14 auch aus einem elektrisch isolierenden Material wie aus aus Zellstoff und/oder Altpapier hergestellter Pappe bzw. hergestelltem Karton bestehen. Andere geeignete Materialien - wie Kunststoffschaum oder gewebe- und/oder faserverstärkte Platten, auch Leiterplatten, die eine leichte Bauweise bei hinreichender Stabilität für den Träger 14 sicherstellen, kommen gleichfalls in Frage.
Bei den Solarzellen 12 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Frontseitenkontaktso- larzellen, gleichwenn die erfindungsgemäße Lehre auch für Rückseitenkontaktsolarzellen gilt.
Die Frontseitenkontaktsolarzellen 12 bestehen üblicherweise aus p-Siliciumsubstrat- Wafern mit jeweils einem pn-Übergang. Frontseitig ist ein Gitter als Frontseitenkontakt vorgesehen, das sich aus Stromableitern 16, 18 (Busbars) und Stromsammlern 20 (Gridfin- gern) zusammensetzt. Rückseitig weist die Solarzelle 12 eine insbesondere aus Aluminium bestehende Metallschicht mit Busbars oder Pads z. B. aus Silber auf. Erwähntermaßen kann die Solarzelle einen entsprechenden oder sonstigen Aufbau aufweisen, wie dieser dem Stand der Technik zu entnehmen ist. Der Träger 14 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Metallschaum, insbesondere Aluminiummetallschaum, und weist in seiner Oberfläche als Längsaussparungen bezeichnete Kanäle 22 auf, die parallel zu den Busbars 16, 18 oder außerhalb und/oder unterhalb der Solarzellen 12 quer zu diesen verlaufen. Insoweit ist der Begriff „Längsaussparung" nicht einschränkend zu verstehen.
Zum Verschalten der Solarzellen 12 verlaufen in den Kanälen 22 erste und zweite Verbinder 24, 26, die gegeneinander elektrisch isoliert sind, jedoch in Verschaltungspunkten elektrisch leitend verbunden sind, um die Solarzellen 12 in Reihe zu verschalten.
Auch sind die Verbinder 24, 26 unterbrochen, um Kurzschlüsse zu verhindern. Dies wird anhand der Fig. 3 näher erläutert.
Der Träger 14 kann des Weiteren z. B. mäanderförmig verlaufende Kühlkanäle aufweisen, von denen in Fig. 1 in Phantomdarstellung ein Abschnitt 28 eingezeichnet ist. Die Kühlkanäle können mit einem Kühlfluid wie Wasser durchströmt werden, um den Träger 14 und damit die Solarzellen 12 im erforderlichen Umfang zu kühlen. In offenporigen Bereichen kann der Modulträger direkt durchströmt werden.
In Fig. 3 ist in vergrößerter Darstellung ein Ausschnitt des Verlaufs der ersten und zweiten Verbinder 24, 26 dargestellt, um Solarzellen 13, 15 in Reihe zu verschalten. Im Ausführungsbeispiel ist der erste Verbinder 24 mit dem Rückseitenkontakt der Zelle 13 und der zweite Verbinder 26 mit dem Frontseitenkontakt der Zelle 15 verbunden.
Der zweite Verbinder 26 der Zelle 13 ist mit dem Frontseitenkontakt der Zelle 13 verbunden und endet mit der Unterbrechung 32, während analog der erste Verbinder 24 der Zelle 15 mit dem Rückseitenkontakt der Zelle 15 verbunden ist und mit der Unterbrechung 30 endet.
Somit sind in der Fig. 3 Abschnitte 34, 36 des ersten Verbinders 24 und Abschnitte 38, 40 des zweiten Verbinders 26 dargestellt, wobei die Abschnitte 34, 38 der Solarzelle 15 - oder ersten Solarzelle - und die Abschnitte 36, 40 der Solarzelle 13 - oder der zweiten Solarzelle - zugeordnet sind. Zum Verschalten wird der Abschnitt 38 des zweiten Verbinders 26, der mit dem Frontkontakt der ersten Solarzelle 15 verbunden ist, mit dem Abschnitt 36 des ersten Verbinders 24 verbunden (Kontaktstelle 42), so dass entsprechend dem Pfeil 44 von der ersten Solarzelle 15 auf die nachfolgende zweite Solarzelle 13 ein Strom fließen kann. Entsprechend sind die übrigen in Reihe angeordneten Solarzellen 12 verschaltet. Am Ende einer Reihe werden die in Reihe angeordneten Solarzellen 12 über Querverbinder 46, 48, 50 verbunden, wobei die Querverbinder 48, 50 in Anschlüssen 52, 54 enden.
Die in den Kanälen 22 verlaufenden ersten und zweiten Verbinder 24, 26 werden mit dem Rückseitenkontakt bzw. Frontkontakt wie folgt verbunden.
Von den Busbars 16, 18 der Frontkontakte können entlang bzw. über dem jeweiligen Rand 56, 58 der Solarzelle 12 Verbindungselemente zu dem zweiten Verbinder 26 führen. Auch besteht die Möglichkeit, in den Solarzellen 12 Durchgangsöffnungen auszubilden, die von den entsprechenden Verbindungselementen durchsetzbar sind, um mit dem zweiten Verbinder 26 elektrisch leitend verbunden zu werden.
Da die Verbindungselemente nicht zwischen der Auflagefläche 60 des Trägers 14 und den Solarzellen 12 verlaufen, können die Solarzellen 12 ebenflächig auf der Fläche 60 des Trägers 14 aufliegen, wodurch eine Bruchgefahr vermieden wird, die ansonsten besteht, wenn - entsprechend dem Stand der Technik - die Verbindungselemente von Front- zu Rückseitenkontakt zwischen aufeinanderfolgenden Solarzellen im Bereich des Rückseitenkontakts zwischen diesem und der Auflagefläche der Solarzelle verlaufen.
Dadurch, dass die Verbinder 24, 26 in Kanälen 22 unterhalb der Auflagefläche 60 der Solarzellen 12 angeordnet sind, können gewünschte Querschnitte für die Verbinder 24, 26 gewählt werden, die zu geringen elektrischen Verlusten führen.
Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den zweiten Verbindern 26 bzw. deren Abschnitten 38, 40 und den Busbars 16, 18 der Solarzellen 12 kann in gewohnter Weise durch Löten wie Ultraschalllöten, Induktivlöten, Laserlöten oder eine formschlüssige Verbindung durch Kleben erfolgen. Die Verbindung wird dann hergestellt, wenn die ersten und zweiten Verbinder 24, 26 in den Kanälen 22 angeordnet sind und sodann die Solarzellen 12 auf der Fläche 60 des Träges 14 ordnungsgemäß positioniert sind.
Entsprechend erfolgt eine Verbindung zwischen den Rückseitenkontakten bzw. Busbars oder Pads mit den ersten Verbindern 24 bzw. deren Abschnitten 34, 36, wobei die ersten Verbinder 24 entsprechende Lötpunkte aufweisen können, die über den Kanälen 22 vorstehen, so dass beim Auflegen der Solarzellen 12 im erforderlichen Umfang ein Kontakt besteht. Dies kann auch oder ergänzend durch eine entsprechende Ausbildung der Pads bzw. Busbars auf der Rückseite realisiert werden.
Die Verbinder 24, 26 sind entsprechend der Fig. 1 in den Kanälen 22 nebeneinander angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Verbinder 24, 26 übereinander in den Kanälen 22 anzuordnen, wie dies prinzipiell der Fig. 4 zu entnehmen ist. In diesem Fall sind die ersten und zweiten Verbinder 24, 26 gleichfalls gegeneinander elektrisch isoliert, wobei allerdings der obere erste Verbinder 24, der mit dem Rückseitenkontakt verbunden ist, in Bereichen abgeflacht ist, also eine größere flächige Erstreckung als in den angrenzenden Bereichen aufweist, in denen der erste Verbinder 24 von einem Verbindungselement durchsetzt wird, über das ein Busbar 16, 18 mit dem zweiten Verbinder 26 verbunden wird.
Dieser Bereich in dem ersten Verbinder 24 ist mit dem Bezugszeichen 61 gekennzeichnet und weist eine Durchgangsöffnung 62 auf, die von dem nicht dargestellten Verbindungselement durchsetzt und gegenüber dem ersten Verbinder 24 elektrisch isoliert ist. Die Verbindung durch die Durchgangsöffnung 62 (Loch) kann über ein Sn-Lot erfolgen.
Anhand der Fig. 5 soll rein prinzipiell verdeutlicht werden, dass antiparallel zu den Solarzellen 12 bzw. Gruppen 64 von Solarzellen 12 Schutzdioden 66 geschaltet sind, die in entsprechenden Aussparungen in dem Träger 14 angeordnet werden können. Somit wird die Nutzfläche des Trägers 14 durch entsprechende Bauelemente nicht verkleinert. Entsprechend können in dem Träger 14 Anschlüsse wie Kontaktdosen, Kontaktbuchsen oder sonstige Bauelemente flach integriert werden, die für ein Solarzellenmodul 10 üblicherweise benötigt werden.
Die ersten und zweiten Verbinder 24, 26 können als Halbzeuge gefertigt werden, die mit einer entsprechenden Isolierung in die Trägerplatte 14, und zwar in die in diesen ausgebildeten Kanälen 22 eingelegt werden.
Ein entsprechender Träger 14 mit den ersten und zweiten Verbindern 24, 26 und sonstigen Bauelementen kann als Fertigteil der Solarproduktion zugeführt werden, in der die Solarzellen 12 auf der Fläche 60 des Trägers 14 positioniert und sodann mit den ersten und zweiten Verbindern 24, 26 elektrisch leitend verbunden werden. Dabei weist die Fläche 60 des Trägers 14 eine elektrische Isolierschicht auf oder ist als solche ausgebildet. So kann die Oberfläche aus einer dichten Oxidschicht bestehen oder eine entsprechende Metalloxidschicht kann auf der Oberfläche ausgebildet sein.
Es besteht auch die Möglichkeit, eine aus Kunststoff bestehende elektrisch isolierende Schicht aufzubringen, die gegebenenfalls ein isolierendes Gewebe oder Vlies enthält, um eine Verstärkung zu erzielen.
Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass die Solarzellen 12 über einen leitfähigen Träger nicht kurzgeschlossen werden.
Diesbezügliche Maßnahmen sind nicht zwingend erforderlich, wenn das Material des Trägers aus einem elektrisch isolierenden Material wie Pappe oder Karton besteht.
Zuerst werden die Solarzellen 12 auf dem Träger 14 fixiert und danach mit den Verbindern 24, 26 verbunden. Dies kann durch Kleben der elektrisch nicht verbundenen Flächen der Solarzellen 12 auf der Isolationsschicht mit einem Kleber wie Silikonkleber oder Thermoplast erfolgen.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Solarzellen 12 unmittelbar mit dem Träger 14 zu verbinden. In diesem Fall weist die Isolationsschicht Durchbrechungen auf, in die das Klebermaterial eingebracht wird. Die diesbezüglichen Maßnahmen haben den Vorteil, dass Solarzellen 12 vollflächig auf der Isolationsschicht aufliegen, ohne dass Klebermaterial zu Unebenheiten führt.
Abschließend wird auf die Solarzellen 12 eine Deckplatte aus transparentem Glas oder einem anderen transparenten Material wie Kunststoff oder Kunststoff/Glasverbund auflaminiert, um ein fertiges Modul 10 zur Verfügung zu stellen.
Ist die erfindungs gemäße Lehre zuvor anhand von Frontsolarkontaktzellen beschrieben worden, so ist hierdurch eine Beschränkung nicht zu sehen. Vielmehr sind auch zu Solarzellenmodulen zu verschaltende Rückseitenkontaktsolarzellen - auch Rückkontaktsolarzellen genannt - entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre flächig auf Träger anordbar, wobei die Verbinder zwischen den zu verschaltenden Solarzellen in Längsaussparungen des Trägers verlaufen, die entsprechend zuvor erfolgter Erläuterungen ausgebildet sein können. Insoweit wird auf die zuvor erfolgte Beschreibung verwiesen. Dies gilt auch in Bezug auf die verwendeten Materialien sowie Ausgestaltungen.
Allerdings ist es bei Rückkontaktsolarzellen nicht erforderlich, dass in die Längsaussparungen bzw. denjenigen, die unmittelbar unterhalb der Solarzellen verlaufen, zwei Verbinder eingebracht werden. Vielmehr reicht grundsätzlich ein Verbinder in der Längsaussparung zum Verschalten aus.
In Fig. 6 sind zwei zu verschaltende Rückseitenkontaktzellen 100, 102 in Vorderansicht, also mit Blick auf die jeweilige Frontseite 104, 106 dargestellt. Entsprechend üblicher Konstruktionen von MWT (Metal Wrap Through)-Rückseitenkontaktsolarzellen sind in dem Substrat der Solarzellen 100, 102 Durchgangsöffnungen 108, 110 - vereinfacht Bohrungen genannt - nach einem vorgegebenen Muster angeordnet, die gegenüber dem Basismaterial des Substrats isoliert von einem elektrisch leitenden Material durchsetzt werden, um auf der Vorderseite 104, 106 verlaufende stromsammelnde Metallisierung 112, 114 zur Rückseite zu führen. Die rückseitigen Kontakte der Metallisierung 112, 114 sind sowohl gegenüber dem Substrat als auch gegenüber dem vorzugsweise durch eine Aluminiumschicht gebildeten Rückseitenkontakt isoliert. Eine Isolierung innerhalb der Bohrungen 108, 110 ist bei einer EWT (Emitter- Wrap-Through) -Solarzelle grundsätzlich nicht erforderlich. Die den Durchgangsöffnungen 108, 110 zugeordneten auf der Rückseite endenden Durch- kontaktierungen sind in den Fig. 7 - 9 mit den Bezugszeichen 120, 122 gekennzeichnet.
Zum Sammeln des Stroms ist auf der Frontseite 102, 104 die Metallisierung 112, 114 vorhanden, die aus beispielsweise radial zu den Durchkontaktierungen verlaufenden Fingern besteht, wie sich dies aus der zeichnerischen Darstellung klar erkennen lässt. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Konstruktionen verwiesen.
Entsprechend dem Stand der Technik werden die in Reihen und zur Rückseite der Solarzellen 100, 102 verlaufenden Durchkontaktierungen über Busbars 124, 126 verbunden, die gegenüber der Rückseitenmetallisierung, also dem Rückseitenkontakt 116, 118 isoliert sind. Die Rückseitenkontakte 116, 118 weisen zum Verschalten der Solarzellen 100, 102 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 - 9 einen im Bereich eines Randes der Solarzellen 100, 102 und quer zu den Busbars 124, 126 verlaufenden linienförmigen Kontakt 128, 130 auf, der einem Busbar entspricht. Die Busbars 124, 126, die die Durchkontaktierungen 108, 110 verbinden, sind bei einem p-basierten Substrat und somit frontseitigem Emitter die n-Kontakte und die Kontakte der Rückseite die p-Kontakte.
Um die Solarzellen 100, 102 zu verschalten, sind entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 in einem nicht dargestellten Träger entsprechend dem Verlauf der Busbars 124, 126, 128, 130 Längsaussparungen vorhanden, in die gemäß Fig. 8 Verbinder 132, 134 eingebracht werden, die eine kammartige Geometrie aufweisen, d.h. Querschenkel 136, 138 und senkrecht zu diesem verlaufende Schenkel 140, 142. Die Anzahl der Schenkel 140, 142 entspricht der Anzahl der die Durchkontaktierungen verbindenden Busbars 124, 126. Die Verbinder 132, 134 bzw. die diese aufnehmenden Aussparungen in dem Träger verlaufen derart, dass bei auf dem Träger aufgelegten Solarzellen 100, 102 die auf der Rückseite der Solarzelle 100 verlaufenden Busbars 122, 124 auf den Längs schenkein 140, 142 zu liegen kommen.
Die Solarzelle 102 wird sodann derart positioniert, dass der Busbar 130 des Rückseitenkontakts mit dem Querschenkel 136 des Verbinders 132 elektrisch leitend verbunden wird. Somit werden die Solarzellen 100, 102 in Reihe verschaltet. Entsprechend wird der Querschenkel 138 des der Solarzelle 102 zugeordneten Verbinders 134 mit einer in der Zeichnung unterhalb der Solarzelle 102 anzuordnenden Solarzelle verschaltet. Anstelle einer der Fig. 8 zu entnehmenden kammartigen Struktur besteht auch die Möglichkeit, dass durch ausschließlich parallel verlaufende Verbinder 144, 148 die Solarzellen 100, 102 verschaltet werden, wobei die der Solarzelle 100 zugeordneten und in den Aussparungen des Trägers verlaufenden Verbinder 144 mit dem Busbar 130 der Solarzelle 102 leitend verbunden wird. Insoweit sind die Zeichnungen auch selbsterklärend.
Den Fig. 10 - 12 ist eine weitere Ausführungsform von Rückseitenkontaktsolarzellen 200, 202 zu entnehmen, bei denen die Durchgangsöffnungen 208, 210 ausschließlich in zwei Reihen angeordnet sind und die Metallisierung durch zu den die Durchgangsöffnungen 208, 210 durchsetzenden Durchkontaktierungen verlaufenden linienförmigen Fingern 204, 206 gebildet werden, die die die Durchkontaktierungen umgebenden Äquipotentiallinien im Wesentlichen senkrecht schneiden sollten.
Durch die Anordnung der Durchgangsöffnungen 208, 210 in zwei Reihen wird entsprechend die Anzahl der entlang der Rückseite verlaufenden Busbars auf zwei reduziert und somit die Verschaltung vereinfacht. Dabei können die Rückseitenkontaktsolarzellen 200, 202 entsprechend der Darstellung der Fig. 8 und 9 verschaltet werden, d.h. entsprechend der Fig. 11 durch einen Verbinder 232, der aus einem Querschenkel 240 und, entsprechend der Anzahl der Busbars, aus zwei senkrecht zu diesem verlaufenden Längs schenkein 244 besteht, die entsprechend der zu den Fig. 8 und 9 erfolgten Erläuterungen in einem nicht dargestellten Träger, d.h. in Ausnehmungen (Längsaussparungen) von diesem eingebracht und sodann die Solarzellen 200, 202 in Serie verschalten.
Dabei ist die Solarzelle 202 zu dem der Solarzelle 200 zugeordneten Verbinder 232 derart positioniert, dass der Rückseiten- oder p-Kontakt und somit der entlang des oberen Randes der Solarzelle 202 verlaufende Busbar 230 den Querschenkel 240 des Verbinders 232 kontaktiert.
Nach der Fig. 12 werden zwei parallel zueinander verlaufende Verbinder 244 benutzt, über die die Busbars (n-Kontakt) der Solarzelle 200 mit dem Busbar 230 (p-Kontakt) der Solarzelle 202 verbunden werden. Aus den Fig. 13,14 ergibt sich eine weitere Verschaltungsmöglichkeit. So verlaufen parallel zu den Busbars 250, 252, die die Durchkontaktierungen der Solarzellen 200, 202 verbinden, streifenförmige Busbars 254, 256 der Rückseitenkontakte, die entweder in entsprechenden Aussparungen der insbesondere aus Aluminium bestehenden Rückkontaktschichten 216, 218 der Solarzellen 200, 202 verlaufen oder z. B. mittels Ultraschall-Lötens auf die Aluminiumschicht aufgebracht wurden. Um die zur Solarzelle 200 gehörenden Busbars 250, 252, die mit den Durchkontaktierungen der n-Kontakte der Solarzelle 200 verbunden sind, mit den Busbars 258, 260 zu verbinden, die die p-Kontakte der Solarzelle 202 darstellen, werden Verbinder 262, 264 benutzt, die im Ausführungsbeispiel jeweils aus zwei versetzt zueinander verlaufenden Abschnitten 266, 268 bestehen, wobei der Abschnitt 266 im Ausführungsbeispiel gegenüber der Rückseitenschicht, also insbesondere der Aluminiumschicht 216 und der Abschnitt 268 gegenüber dem die Durchkontaktierungen verbindenden Busbar isoliert ist. Es ergibt sich ein langgestreckter S- oder Z-förmiger Verlauf eines jeden Verbinders 262, 264.
Es besteht auch die Möglichkeit, Verbinder kammartiger Geometrie zu benutzen, die einen Querschenkel und zu beiden Seiten von diesem verlaufende Längsschenkel aufweisen, wobei die Längsschenkel einer Seite mit parallel verlaufenden ersten Busbars wie p- Kontakten einer ersten Solarzelle und die Längsschenkel der anderen Seite mit parallel verlaufenden zweiten Busbars wie n-Kontakten einer mit der ersten Solarzelle zu verschaltenden zweiten Solarzelle verbunden sind.
Dass bei zu Modulen verschalteten Rückseitenkontaktsolarzellen 319, 321, 323, 325 in den erfindungsgemäß in dem Träger 14 ausgebildeten Längsaussparungen grundsätzlich jeweils nur ein Verbinder angeordnet sein muss, ergibt sich auch aus der Prinzipdarstellung der Fig. 15. Dieser ist der Träger 14 mit jeweils eine kammartige Struktur aufweisenden Gruppen 302, 304, 306, 308 von Längsaussparungen zu entnehmen, wobei erste Längsaussparungen 312, 314 parallel zueinander verlaufen und zweite Längsaussparungen 316, 318 senkrecht zu den ersten Längsaussparungen sich erstrecken und ineinander übergehen, wie die zeichnerische Darstellung verdeutlicht. In die entsprechenden ersten und zweiten Längsaussparungen 312, 314, 316, 318 wird sodann eine aus Verbindern bestehende Kontaktstruktur gebracht, die ebenfalls eine kammartige Geometrie aufweist. Die entsprechenden Verbinder sind durch schwarze Striche gekennzeichnet und beispielhaft mit Bezugszeichen 320, 322, 324 versehen. Die in der Zeichnung oben rechts dargestellten streifenförmigen Verbinder 320, die erwähntermaßen eine Kammgeometrie bilden, sind z. B. mit den rückseitig verlaufenden n- Kontakten der phantommäßig dargestellten Rückseitenkontakts olarzelle 319 verbunden und führen zu einem Anschluss 330 des auf dem Träger 14 angeordneten Moduls aus verschalteten Solarzellen 319, 321, 323, 325. Die p-Kontakte sind mit einem eine Kammstruktur bildenden zweiten Verbinder 322 verbunden, der in die erste Kontaktstruktur entsprechend der zeichnerischen Darstellung eingreift.
Um die Solarzelle 319 mit der nachfolgenden und in der Zeichnung unten rechts dargestellten Solarzelle 321 zu verschalten, ist diese ebenfalls auf kammartige Geometrien aufweisenden und ineinander greifenden Längsaussparungen positioniert, in denen jeweils ein Verbinder verläuft, der ebenfalls eine Kammgeometrie aufweist. Dabei ist der die n- Kontakte der Solarzelle 321 kontaktierende Verbinder 324 mit dem die p-Kontakte der Solarzelle 319 kontaktierenden Verbinder 322 elektrisch leitend verbunden wie die Fig. 15 verdeutlicht.
Den weiteren Solarzellen 323, 325 sind ebenfalls Kammgeometrien aufweisende Längsaussparungen zugeordnet, in denen Verbinder verlaufen, die mit den p- bzw. n-Kontakten leitend verbunden sind, wie dies zuvor erläutert worden ist. Mit anderen Worten sind die p- Kontakte der Solarzelle 321, die über eine kammartige Kontaktstruktur untereinander verbunden sind, mit den n-Kontakten der Solarzelle 323 verbunden. Deren p-Kontakte werden über eine kammartige Kontaktstruktur mit den n-Kontakten der Solarzelle 325 verbunden. Die über eine kammartige Kontaktstruktur verbundenen n-Kontakte der Solarzelle 325 führen sodann zu dem Anschluss 332. Insoweit ist die Fig. 15 selbst erklärend und verdeutlicht, dass ineinander greifende kammartige Kontaktstrukturen jeweils einer Solarzelle zugeordnet sind, um die n- bzw. p-Kontakte elektrisch leitend zu verbinden.
Aus der Prinzipdarstellung der Fig. 15 ergibt sich, dass in jede der ersten und zweiten Längsaussparungen jeweils ein einziger Verbinder verläuft, der gegenüber dem Träger 14 elektrisch isoliert ist.

Claims

Patentansprüche Solarzellenmodul und Verfahren zum Verschalten von Solarzellen
1. Solarzellenmodul (10) umfassend auf einer Seite eines Trägers (14) angeordnete Solarzellen (12, 13, 15, 100, 102, 200, 202, 319, 321, 323, 325), die mittels Verbinder (24, 26, 132, 134, 232, 262, 264) verschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger eigensteif ist, dass in dem Träger und von der Seite, auf der die Solarzellen (12, 13, 15, 100, 102, 200, 202, 319, 321, 323, 325) angeordnet sind, Längsaussparungen (22) ausgebildet sind, dass innerhalb der Längsaussparungen und in dessen Längsrichtungen verlaufend die Verbinder (24, 26, 132, 134, 232, 262, 264) eingebracht sind, dass die Verbinder gegenüber dem Träger elektrisch isoliert sind und dass die Solarzellen (12, 13, 15, 100, 102, 200, 202, 319, 321, 323, 325) außerhalb der Längsaussparungen flächig oder im Wesentlichen flächig auf dem Träger oder einer auf dem Träger verlaufenden Schicht angeordnet sind.
2. Solarzellenmodul (10) nach Anspruch 1, wobei Solarzellen (12, 13, 15) in Verschal- tungspunkten (42) mittels elektrischer Verbinder (24, 26) verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest in einigen der Längsaussparungen (22) zwei Verbinder (24, 26) angeordnet sind, die außerhalb der Verschaltungspunkte (42) gegeneinander und gegenüber dem Träger (14) elektrisch isoliert sind.
3. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger (14) aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus zumindest einem Material aus der Gruppe Zellstoff, Altpapier wie Pappe oder Karton, Kunststoffschaum, Keramik, Glas, Glasschaum oder einer Kombination wie Leiterplatte von zumindest zwei der Materialien hergestellt ist.
4. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger (14) aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metallschaum besteht, vorzugsweise aus einem aus Aluminium-, Zink- oder Kupferschaum, wobei ggfs. Magnesium zulegiert ist.
5. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Solarzellen (12, 13, 15) und dem Träger (14) eine elektrisch isolierende Schicht verläuft, die aus einem aus der Oberfläche des Trägers ausgebildeten Oxidschicht oder einer auf die Oberfläche aufgetragenen Oxidschicht oder aus einer aus Kunststoff bestehenden Schicht besteht oder aufgesprühte Glasschicht wie Phosphor-Glasschicht ist.
6. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Träger (14) und den Solarzellen (12, 13, 15) eine elektrisch isolierende Schicht verläuft, die Öffnungen aufweist, in denen die Solarzellen mit dem Träger verbindendes Haftmaterial wie Silikonkleber vorhanden ist, oder dass auf der Schicht die Solarzellen mit dem Träger verbindendes Haftmaterial vorhanden ist.
7. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Längsaussparungen (22) gegeneinander und gegenüber dem Träger (14) elektrisch isolierte erste und zweite Verbinder (24, 26) verlaufen, dass die ersten Verbinder (24) einer ersten Polarität mit ersten Kontakten von auf dem Träger angeordneten Solarzellen (12, 13, 15) und die zweiten Verbinder (26) mit zweiten Kontakten (16, 18) einer der der ersten Polarität entgegengesetzten Polarität der Solarzellen verbunden sind, und dass die in den Längsaussparungen (22) verlaufenden ersten und zweiten Verbinder in den Verschaltungspunkten (42) derart elektrisch leitend verbunden sind, dass die Solarzellen in Reihe verschaltet sind.
8. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten und zweiten Verbinder (24, 26) in der Längsaussparung (22) zumindest abschnittsweise nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind.
9. Solarzellenmodul nach zumindest Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verbindungselemente von ersten Kontakten (16, 18) der Solarzellen (12, 13, 15) mit dem bei übereinander angeordneten ersten und zweiten Verbindern (24, 26) unteren zweiten Verbinder (24) verbunden sind und den ersten Verbinder (24) durchsetzen, der in jeweiligem Durchstoßpunkt (62) des Verbindungselements im Vergleich zum angrenzenden Bereich flächenmäßig erweitert ist.
10. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Träger (14) Aufnahmen für elektrische Komponenten wie mit den Solarzellen (12, 13, 15) verschaltete Bypass-Dioden und/oder Bauelemente wie Kontaktdose oder Kontaktbuchsen und/oder Kühlkanal ausgebildet sind.
11. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solarzellen (12, 13, 15) über in einem Randbereich des Trägers verlaufende Querverbinder verschaltet sind.
12. Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jeweils gegenüberliegenden Randbereichen (56, 58) der Solarzellen (12, 13, 15) von Frontseitenkontakten (16, 18) Verbindungselemente ausgehen, die mit einem ersten oder zweiten Verbinder (24, 26) verbunden sind, wobei die Verbindungselemente außerhalb der Solarzelle verlaufen oder Durchgangsöffnungen der Solarzelle durchsetzen.
13. Solarzellenmodul nach zumindest Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solarzellen Rückseitenkontakts olarzellen (100, 102, 200, 202, 319, 321, 323, 325) sind, dass jeder Solarzelle erste und zweite Längsaussparungen zugeordnet sind, die eine Kammgeometrie bilden, wobei Rückseitenkontakte einer Solarzelle mit in eine Kammgeometrie bildenden ersten Längsaussparungen verlaufenden ersten Verbindern und die zur Rückseite der Solarzelle geführten Frontseitenkontakte mit in eine Kammgeometrie aufweisenden zweiten Längsaussparungen angeordneten zweiten Verbindern elektrisch leitend verbunden sind.
14. Verfahren zum Verschalten von ersten und zweiten Kontakten aufweisenden Solarzellen (12, 13, 15, 100, 102, 200, 202, 319, 321, 323, 325) zu einem Modul (10), wobei die Solarzellen mit den Rückseiten auf einer Seite eines Trägers (14) angeordnet werden, der erste und zweite elektrische Verbinder (24, 26) aufweist, über die die Solarzellen mit ihren ersten und zweiten Kontakten verschaltet werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger (14) eigensteif ausgebildet wird, dass in dem Träger während oder nach dessen Herstellung von der Seite her, auf der die Solarzellen (12, 13, 15, 100, 102, 200, 202, 319, 321, 323, 325) angeordnet werden, Längsaussparungen (22, 136, 138, 140, 142) eingebracht werden, dass in die Längsaussparungen die Verbinder (24, 26) eingebracht werden, die gegenüber dem Träger elektrisch isoliert sind oder werden, dass die Solarzellen unmittelbar oder über eine Zwischenschicht mit Ausnahme im Bereich der Längsaussparungen flächig auf den Träger gelegt werden und dass sodann die ersten und zweiten Kontakte mit den Verbindern verbunden werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Träger ein aus elektrisch isolierendem Material oder zumindest einem Material aus der Gruppe Zellstoff, Altpapier wie Pappe oder Karton, Kunststoffschaum, Keramik, Glas, Glasschaum oder einer Kombination von zumindest zwei der Materialien oder ein aus elektrisch leitendem Material wie aus Metallschaum bestehender Träger verwendet wird, in dem zumindest die Aussparung bei der Herstellung oder nach der Herstellung durch z. B. mechanisches Bearbeiten wie Fräsen oder plastisches Verformen z. B. mittels erwärmter Stempel ausgebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Träger ein oder mehrere Funktionsbereiche wie Kühlkanäle, Aufnahme für Bypass-Dioden, Kontaktdose, Kontaktbuchsen oder Befestigungsöffnungen ausgebildet werden.
17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Solarzellen und dem Träger eine Isolierschicht aus Oxid oder eine ggfs. ein isolierendes Gewebe oder Vlies aufweisende Isolierschicht aus Kunststoff angeordnet wird, wobei die Solarzellen mit der Isolierschicht oder mit dem Träger über Durchbrechungen in der Isolierschicht durchsetzende Klebemittel wie Silikonkleber verbunden werden.
18. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten und zweiten Verbinder als Halbzeug in die Längsaussparung eingebracht werden.
19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass erste und zweite Verbinder neben- oder übereinander in einer Aussparung angeordnet werden, wobei bei übereinander angeordneten ersten und zweiten Verbindern oberer Verbinder vorzugsweise abgeflachte Abschnitte aufweist, die von zu ersten oder zweiten Kontakten führenden und mit dem unteren Verbinder verbundenen oder zu verbindenden Verbindungselementen durchsetzt werden.
20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Träger Aussparungen kammartiger Geometrie mit Querschenkeln und senkrecht zu diesen verlaufenden Längs schenkein ausgebildet werden,
dass in die kammartigen Aussparungen geometrisch angepasste eine kammartige
Geometrie aufweisende Verbinder (132, 134) angeordnet werden,
dass zum Verschalten von aufeinanderfolgenden Rückseitenkontakts olarzellen auf die in den Längs schenkein der Aussparungen verlaufenden Verbinderabschnitte
Durchkontaktierungen der Solarzellen oder diese verbindende Busbars (124, 126) ausgerichtet werden und
dass der Querschenkel des Verbinders mit Rückseitenkontakt einer mit der ersten Solarzelle (100) zu verschaltenden zweiten Solarzelle (102) verbunden wird.
21. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Verschalten von einer ersten und einer zweiten Rückseitenkontaktsolarzelle (200, 202) diese über einen versetzt zueinander verlaufende Abschnitte (266, 268) aufweisenden Verbinder (262) verbunden werden, wobei ein erster Abschnitt mit einem n-Kontakt der ersten Solarzelle und verbleibender Abschnitt mit einem p- Kontakt der zweiten Solarzelle verbunden wird oder umgekehrt.
22. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste und eine zweite Solarzelle über einen eine kammartige Geometrie aufweisenden Verbinder verschaltet werden, der einen Querschenkel mit zu beiden Seiten von diesem verlaufende Längsschenkel aufweist, wobei die Längsschenkel einer Seite mit parallel zueinander verlaufenden n-Kontakten der ersten Solarzelle und die Längsschenkel der anderen Seite mit parallel zueinander verlaufenden p- Kontakten der zweiten Solarzelle verbunden werden oder umgekehrt.
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