WO2013076301A1 - Solarzellenmodul und konzentratormodul sowie deren verwendung - Google Patents

Solarzellenmodul und konzentratormodul sowie deren verwendung Download PDF

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WO2013076301A1
WO2013076301A1 PCT/EP2012/073601 EP2012073601W WO2013076301A1 WO 2013076301 A1 WO2013076301 A1 WO 2013076301A1 EP 2012073601 W EP2012073601 W EP 2012073601W WO 2013076301 A1 WO2013076301 A1 WO 2013076301A1
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cell module
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diode
bypass diode
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Maike Wiesenfarth
Sebastian GAMISCH
Tobias DÖRSAM
Andreas Bett
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Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung
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Definitions

  • the invention relates to a solar cell module, in particular a concentrator module / central receiver, in which the solar cells are connected in series, with bypass diodes ensure the flow of current in the event that individual solar cells fail, i. deliver less or no electricity.
  • the bypass diode is arranged on the rear side of the solar cell module or laterally next to the solar cells, so that the front side of the solar cell module is free of bypass diodes and the bypass diode is protected against direct irradiation of the concentrated solar radiation.
  • These solar cell modules are used in particular in concentrator systems with paraboloidal or parabolic mirrors or in photovoltaic tower power plants. In concentrator modules, concentrated light is converted into electricity.
  • Concentration of the light is realized by reflective or refractive optics, such as mirrors or lenses.
  • the light is focused on the solar cell.
  • the concentration factor of light is usually up to 3-fold in low-concentration systems, 3-fold to 100-fold in medium concentrations and more than 400-fold in high-concentration systems
  • the radiation is focused by heliostats, parabolic mirrors or paraboloidal mirrors onto a central receiver. Be in focus
  • the central receivers can also be used in photovoltaic tower power plants.
  • the light is focused on heliostats (usually individually tracked mirrors) and focused on a mounted on a tower receiver (can also be several electrically interconnected small concentrator modules).
  • the receiver area in these systems is several m 2 .
  • photovoltaic tower power plants are known for example from WO 2009/152574 AI.
  • the solar cells (usually highly efficient multiple solar cells) in a series connection are protected by bypass diodes.
  • Each solar cell in a series connection is protected by a bypass diode, which is contacted anti-parallel to the solar cell.
  • bypass diodes The respective positioning and integration of individual bypass diodes is very difficult. When the bypass diode is placed next to the cells to be protected, the bypass diode is in the area of concentrated radiation. Then active area, which could otherwise be used to generate electricity, is lost.
  • bypass diode must not be directly irradiated by concentrated radiation, otherwise (if the bypass diode is not separately encapsulated or housed) losses in the total current, since in illuminated areas with exposed pn junction or metal-semiconductor junction Diode acts as a photodiode and a current flows in the opposite direction to the solar cell.
  • a system for arranging the bypass diode on the flanks of the solar cells is known, for example, from WO 2008/107205 A2, where a front-side series-connected solar module is described.
  • the bypass diodes are monolithically integrated into the solar cell structure (for example US 6,600,100 B2). All previous approaches known from the prior art have in common that they are very difficult to realize in terms of the manufacturing process of the modules.
  • a solar cell module with a front side facing the solar radiation and a rear side facing away from the solar radiation are provided, which contains the following components: a substrate serving as a heat sink,
  • At least one solar cell which is electrically contacted with at least one electrical contact surface
  • At least one at least one solar cell (5) connected in anti-parallel bypass diode.
  • the solar cell module according to the invention is characterized in that the at least one bypass diode either on the back of the solar cell module and / or in the plane between the front and back of the solar cell module Solar cell module, that is arranged next to the solar cells, wherein the at least one bypass diode is arranged so that it is not exposed to the concentrated solar radiation (are).
  • the solar cell module consists of at least one solar cell which is mounted on a heat sink, which as a rule has active cooling, and an electrical contact.
  • the pn junction of the solar cell is usually contacted via the front side and the back side of the solar cell. But it is also possible to contact both electrical poles only on the front or only back.
  • the bypass diodes are contacted via the front and back.
  • Each individual solar cell or several parallel connected solar cells of a series connection are electrically connected in antiparallel with at least one bypass diode. If several bypass diodes are used for the protection of a series connection element, then these are connected in parallel with each other.
  • the at least one bypass diode should be thermally coupled to the heat sink.
  • the arrangement of the bypass diodes according to the invention allows the active area of the solar cell module, which can be used for current generation, not to be influenced by the bypass diodes.
  • the solar cell module according to the invention can be produced by production technology with simple means.
  • the at least one bypass diode is integrated in the solar cell module with the aid of a diode carrier.
  • the attachment of the bypass diode in the solar cell module as well as the electrical contacting with the at least one solar cell and / or the substrate and the shadowing of the pn junction or semiconductor-metal junction then take place via this diode carrier.
  • the bypass diode has a narrow and a wide side
  • the bypass diode can be aligned on the diode support so that the narrow (thin) side in the direction of the solar radiation, while the broad side is arranged perpendicular to the solar cell.
  • the diode carrier may be provided with a surface metallization, in particular of nickel, gold, palladium, silver or alloys thereof, eg nickel palladium, or layers of various of these metals (eg gold on nickel), which produces a good solder or adhesive contact.
  • the at least one bypass diode is connected to the at least one diode carrier via a solder contact connection, in particular made of tin silver, tin silver copper or by an adhesive connection, in particular with a thermally and / or electrically conductive adhesive.
  • the diode carrier is preferably made of aluminum, copper and alloys of these, e.g. Brass.
  • a preferred variant provides that the diode carrier as separated by thermal separation processes such as laser beam cutting, water jet cutting or punching and / or bent
  • the at least one solar cell and the at least one bypass diode are preferably electrically isolated from the substrate.
  • the at least one solar cell is electrically contacted by means of wire bonds or conductor strips with the at least one electrical contact surface.
  • the electrical contact surface may be electrically isolated from the substrate.
  • the at least one solar cell is a solar cell made of silicon, germanium or III-V semiconductors.
  • the bypass diode can be made of the mentioned semiconductor materials independently of the solar cell.
  • the solar cell used is preferably a multiple solar cell with several pn junctions.
  • the at least one solar cell is preferably electrically contacted via the front or the back and connected in the solar cell module.
  • bypass diode when the bypass diode is mounted on the back, provides that the contact surface on the front side of the substrate with the contact surface on the back of the substrate via wires, sheets (separated and bent by thermal separation methods such as laser beam cutting, water jet cutting or punching) electrically contacted.
  • the electrical contacting takes place through the substrate. If the substrate serving as a heat sink has active cooling, in particular a cooling circuit with a cooling medium, it must be taken into account for the electrical contacting through the substrate that the cooling circuit is electrically insulated from the solar cells.
  • the solar cell module can have further components.
  • these include a glass sheet as cover glass, an electrically insulating encapsulation, in particular of a polymeric material, or a frame, in particular of aluminum, copper and alloys thereof, e.g. Brass. It is possible here that individual components of the abovementioned components can also be contained in the solar cell module.
  • the invention likewise provides a concentrator module which has the above-described solar cell module and at least one concentrator element.
  • concentrator optics are preferably paraboloidal mirror or parabolic mirror in question.
  • the solar cell module according to the invention is used in particular in concentrator systems with paraboloidal or parabolic mirrors or PV tower power plants.
  • the PV tower power plants require large-area receivers. Therefore several modules can be arranged side by side.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention with a laterally mounted bypass diode by mounting on diode carriers.
  • Fig. 2 shows a diode carrier used according to the invention with four bypass diodes.
  • FIG 3 shows three solar cell pairs connected in series with laterally mounted bypass diodes on diode carriers.
  • Fig. 4 shows an embodiment according to the invention, in which the
  • FIG 5 shows a further embodiment according to the invention, in which the bypass diode is mounted on the rear side.
  • FIG. 6 shows a further variant according to the invention for the Order of the bypass diode on the back of the solar cell module.
  • Fig. 1 an embodiment of the invention is shown, in which the bypass diode 5 is mounted laterally.
  • the diode carriers 4 and 6 are thermally and electrically connected to the tracks, i. the electrical contact surface 3 on the top of the cooling substrate 7 and the solar cell 1 is connected.
  • four series-connected solar cells 1 and four bypass diodes 5 are shown here.
  • the bypass diodes are mechanically and electrically connected to the diode carrier via the large areas of the front and back.
  • solder joint or adhesive bond can be used with electrically conductive adhesives.
  • the diode carrier is also electrically connected to the module via an adhesive or solder connection with the contact surfaces (3).
  • the solar cells 1 are also connected to the electrical contact surface e.g. electrically connected by means of wire bonds or conductor strips 2.
  • the electrical contacts 3a and 3b are electrically insulated from one another and are assigned to the solar cell 1 or the bypass diode 5.
  • the electrical contact surface 3, solar cell 1 and bypass diode 5 may be electrically insulated from the substrate 7, e.g. by an electrical insulation 8. It is also possible that the substrate 7 is electrically isolated to the housing / suspension of the solar cell module.
  • FIG. 2 two diode carriers 4 and 6 and four parallel-connected bypass diodes 5 are shown. This shows that a plurality of parallel-connected bypass diodes can be arranged on a diode carrier 4 and 6.
  • Fig. 3 three series-connected solar cell pairs of solar cells 1 are shown. Furthermore, three bypass diodes 5 are connected in antiparallel via diode carrier 4 and 6 and arranged laterally to the solar cells. Here, a diode carrier can thus be contacted in order to connect several solar cells connected in parallel. protect cells.
  • bypass diode 5 is arranged on the rear side of the solar cell module.
  • the diode supports 4 and 6 are formed so that they on the back of the
  • Solar cell module carry the bypass diode 5 and have an electrical contacting tion to the electrical contact surface 3 on the front surface of the solar cell module.
  • the solar cell 1 is connected via one or more Drahtbyer- chen 2 with the electrical contact surface 3.
  • FIG. 5 shows a further embodiment according to the invention, in which the bypass diode 5 is arranged on the rear side of the solar cell module.
  • the rear-side contact is in this case electrically insulated via an electrical insulation 8 from the substrate 7 and, of course, also from the front side or the solar cells.
  • the back of the bypass diode 5 via an electrical
  • the solar cell 1 is also electrically contacted via one or more wire bonds or conductor strips 2 with the electrical contact surface 3 on the front side of the solar cell module.
  • FIG. 6 essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 5, the surface of the rear side being structured here with a conductor 3 'for contacting purposes.
  • the contact surfaces 3 and 3 " on the front and rear sides are electrically connected via metal plates, wires or bands
  • the front side of the bypass diode 5 is contacted on the rear side with the contact surface 3 ' via wire bonds or conductor strips and the back side directly via the rear side of the diode glued or soldered to the contact surface.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul, insbesondere ein Konzentratormodul/zentraler Receiver, bei dem die Solarzellen in Serie verschaltet sind, wobei Bypass-Dioden den Stromfluss sicherstellen für den Fall, dass einzelne Solarzellen ausfallen, d.h. weniger oder gar keinen Strom mehr liefern. Die Bypassdiode ist dabei an der Rückseite des Solarzellenmoduls oder seitlich neben den Solarzellen angeordnet, so dass die Frontseite des Solarzellenmoduls frei von Bypassdioden ist und die Bypassdiode vor direkter Bestrahlung der konzentrierten Solarstrahlung geschützt ist. Diese Solarzellenmodule werden insbesondere bei Konzentratorsystemen mit paraboloid- oder parabolförmigen Spiegeln oder aber in photovoltaischen Turmkraftwerken eingesetzt.

Description

Solarzellenmodul und Konzentratormodul sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul, insbesondere ein Konzentrator- modul/zentraler Receiver, bei dem die Solarzellen in Serie verschaltet sind, wobei Bypass-Dioden den Stromfluss sicherstellen für den Fall, dass einzelne Solarzellen ausfallen, d.h. weniger oder gar keinen Strom mehr liefern. Die Bypassdiode ist dabei an der Rückseite des Solarzellenmoduls oder seitlich neben den Solarzellen angeordnet, so dass die Frontseite des Solarzellenmo- duls frei von Bypassdioden ist und die Bypassdiode vor direkter Bestrahlung der konzentrierten Solarstrahlung geschützt ist. Diese Solarzellenmodule werden insbesondere bei Konzentratorsystemen mit paraboloid- oder parabol- förmigen Spiegeln oder aber in photovoltaischen Turmkraftwerken eingesetzt. In Konzentratormodulen wird konzentriertes Licht in Strom umgewandelt. Die
Konzentration des Lichts wird durch reflektive oder refraktive Optiken, wie Spiegel oder Linsen, realisiert. Das Licht wird auf die Solarzelle fokussiert. Der Konzentrationsfaktor des Lichts liegt dabei üblicherweise bei niedrig konzentrierenden Systemen bei bis zu 3-facher, bei mittleren Konzentrationen bei 3- bis 100-facher und bei Hochkonzentrationssystemen bei mehr als 400-facher
Konzentration. Durch die Konzentration des Lichts kann die Solarzellenfläche um etwa den Konzentrationsfaktor reduziert werden. Durch den Einsatz von kostengünstigen Optiken können dabei Kosten für den produzierten Strom minimiert werden.
I n Spiegelsystemen wird die Strahlung durch Heliostaten, Parabolspiegel oder paraboloide Spiegel auf einen zentralen Receiver gebündelt. Im Fokus werden
Strahlungsdichten von 50 bis >100 W/m2 erreicht, weshalb die Receiver meist aktiv gekühlt werden. Bei großflächigen Parabolspiegeln mit Flächen mit einem oder mehreren m2 werden auf der bestrahlten Fläche im Fokus typischerweise mehrere miteinander verschaltete Solarzellen angebracht. Die Solarzellen werden so eng wie möglich nebeneinander platziert und seriell oder parallel verschaltet. Um eine hohe Modulspannung zu erreichen, werden die Zellen vorzugsweise zumindest teilweise in Serie geschaltet.
Neben paraboloiden Spiegelsystemen können die zentralen Receiver auch in photovoltaischen Turmkraftwerken eingesetzt werden. Hier wird das Licht über Heliostaten (meist einzeln nachgeführte Spiegel) konzentriert und auf einen an einem Turm angebrachter Receiver (können auch mehrere elektrisch verschaltete kleine Konzentratormodule sein) fokussiert. Die Receiverfläche beträgt in diesen Systemen mehrere m2. Derartige photovoltaische Turmkraftwerke sind beispielsweise aus WO 2009/152574 AI bekannt.
Die Solarzellen (meist hocheffiziente Mehrfachsolarzellen) in einer Serienver- schaltung werden mit Bypass-Dioden geschützt. Jede Solarzelle einer Serien- verschaltung ist durch eine Bypassdiode geschützt, die anti-parallel zur Sola r- zelle kontaktiert ist.
Dabei ist die jeweilige Positionierung und I ntegration von einzelnen Bypass- Dioden sehr schwierig. Wenn die Bypass-Diode direkt neben den zu schützenden Zellen angebracht wird, befindet sich die Bypass-Diode im Bereich der konzentrierten Strahlung. Dann geht aktive Fläche, die ansonsten zur Stromgeneration genutzt werden könnte, verloren.
Außerdem darf die Bypassdiode nicht direkt von konzentrierter Strahlung bestrahlt werden, sonst entstehen (wenn die Bypassdiode nicht separat verkap- seit oder eingehaust ist) Verluste im Gesamtstrom, da in beleuchteten Bereichen mit offenliegendem pn-Übergang oder Metall-Halbleiter Übergang die Diode als Photodiode funktioniert und ein Strom in Gegenrichtung zur Solarzelle fließt.
Ein System zur Anordnung der Bypassdiode an den Flanken der Solarzellen ist beispielsweise aus WO 2008/107205 A2 bekannt, wo ein frontseitig serienver- schaltetes Solarmodul beschrieben wird. Ebenso gibt es Systeme, bei denen die Bypassdioden monolithisch in die Solarzellenstruktur integriert ist (beispielsweise US 6,600,100 B2). Allen bisherigen aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen ist gemein, dass sie im Hinblick auf den Herstellungsprozess der Module sehr schwierig zu realisieren sind.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solarzel- lenmodul bereitzustellen, bei dem die Bypassdioden so integriert sind, dass ein Schutz der Bypassdiode vor konzentrierter Strahlung ermöglicht und die für die Stromgeneration genutzte aktive Fläche durch die Anordnung der Bypassdioden möglichst wenig beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird durch das Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Konzentratormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. In Anspruch 18 werden erfindungsgemäße Verwendungen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Solarzellenmodul mit einer der Solarstrahlung zu- gewandten Frontseite und eine der Solarstrahlung abgewandten Rückseite bereitgestellt, das folgende Komponenten enthält: ein als Wärmesenke dienendes Substrat,
mindestens eine Solarzelle, die mit mindestens einer elektrischen Kon- taktfläche elektrisch kontaktiert ist, und
mindestens eine zur mindestens einen Solarzelle (5) antiparallel geschaltete Bypassdiode.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul ist hierbei dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bypassdiode entweder an der Rückseite des Solarzellenmoduls und/oder in der Ebene zwischen Frontseite und Rückseite des Solarzellenmoduls, d.h. neben den Solarzellen, angeordnet ist, wobei die mindestens eine Bypassdiode so angeordnet ist, dass sie der konzentrierten Solarstrahlung nicht ausgesetzt ist (sind).
Das Solarzellenmodul besteht mit anderen Worten aus mindestens einer Solarzelle, die auf einer Wärmesenke, die in der Regel eine aktive Kühlung aufweist, und einer elektrischen Kontaktierung aufgebracht ist.
Der pn-Übergang der Solarzelle wird üblicherweise über die Frontseite und die Rückseite der Solarzelle kontaktiert. Es ist aber auch eine Kontaktierung beider elektrischen Pole nur über die Vorderseite oder nur Rückseite möglich. Ebenso werden die Bypassdioden über die Front- und Rückseite kontaktiert. Jede einzelne Solarzelle oder mehrere parallel verschaltete Solarzellen einer Serienverschaltung sind dabei mit mindestens einer Bypassdiode antiparallel elektrisch verschaltet. Wenn mehrere Bypassdioden für den Schutz eines Glieds der Serienverschaltung eingesetzt werden, dann sind diese parallel zueinander verschaltet. Die mindestens eine Bypassdiode sollte dabei thermisch an die Wärmesenke angekoppelt sein. Die erfindungsgemäße Anordnung der Bypassdioden erlaubt es, dass die aktive Fläche des Solarzellenmoduls, die zur Stromgeneration genutzt werden kann, durch die Bypassdioden nicht beein- flusst wird. Gleichzeitig lässt sich das erfindungsgemäße Solarzellenmodul produktionstechnisch mit einfachen Mitteln herstellen.
Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine Bypassdiode mithilfe eines Diodenträgers in das Solarzellenmodul integriert ist. Über diesen Diodenträger erfolgt dann sowohl die Befestigung der Bypassdiode im Solarzellenmodul als auch die elektrische Kontaktierung mit der mindestens einen Solarzelle und/oder dem Substrat und die Abschattung des pn-Übergangs bzw. Halbleiter-Metall Übergangs.
Wenn die Bypassdiode eine schmale und eine breite Seite aufweist, kann die Bypassdiode auf dem Diodenträger so ausgerichtet sein, dass die schmale (dünne) Seite in Richtung der Solarstrahlung, während die breite Seite per- pendikular zur Solarzelle angeordnet ist. So können die Flächenverluste durch den Diodenträger minimiert werden. Der Diodenträger kann mit einer Oberflächenmetallisierung insbesondere aus Nickel, Gold, Palladium, Silber oder Legierungen hiervon, z.B. Nickel- Palladium, oder Schichten verschiedener dieser Metalle (z.B. Gold auf Nickel) versehen sein, die einen guten Löt- oder Klebekontakt herstellt.
Dabei ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Bypassdiode mit dem mindestens einen Diodenträger über eine Lötkontaktverbindung, insbesondere aus Zinnsilber, Zinnsilberkupfer oder durch eine Klebeverbindung, insbesondere mit einem thermisch und/oder elektrisch leitfähigen Klebstoff, verbun- den ist.
Der Diodenträger besteht dabei vorzugsweise aus Aluminium, Kupfer und Legierungen von diesen, z.B. Messing. Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass der Diodenträger als durch thermische Trennverfahren wie Laserstrahlschnei- den, Wasserstrahlschneiden oder Stanzen getrenntes und/oder gebogenes
Metallblechs ausgeformt ist.
Die mindestens eine Solarzelle und die mindestens eine Bypassdiode sind vorzugsweise von dem Substrat elektrisch isoliert.
Es ist weiter bevorzugt, dass die mindestens eine Solarzelle mittels Drahtbonds oder Leiterbändchen mit der mindestens einen elektrischen Kontaktfläche elektrisch kontaktiert ist. Die elektrische Kontaktfläche kann elektrisch isoliert zum Substrat sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei der mindestens einen Solarzelle um eine Solarzelle aus Silizium, Germanium oder Ill-V-Halbleitern. Ebenso kann die Bypassdiode unabhängig von der Solarzelle aus den genannten Halbleitermaterialien bestehen.
Als Bypassdioden werden üblicherweise Halbleiterdioden mit pn-Übergang oder Schottky-Dioden eingesetzt.
Als Solarzelle wird vorzugsweise eine Mehrfachsolarzelle mit mehreren pn- Übergängen eingesetzt. Die mindestens eine Solarzelle ist dabei vorzugsweise über die Vorderseite oder die Rückseite elektrisch kontaktiert und im Solarzellenmodul verschaltet.
Eine bevorzugte Ausführungsform, wenn die Bypassdiode auf der Rückseite angebracht ist, sieht vor, dass die Kontaktfläche auf der Vorderseite des Substrats mit der Kontaktfläche auf der Rückseite des Substrats über Drähte, Bleche (durch thermische Trennverfahren wie Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Stanzen getrennt und gebogen) elektrisch kontaktiert ist.
Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die elektrische Kontaktierung durch das Substrat hindurch erfolgt. Wenn das als Wärmesenke dienende Substrat eine aktive Kühlung aufweist, insbesondere einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmedium, muss für die elektrische Kontaktierung durch das Substrat hindurch be- rücksichtigt werden, dass der Kühlkreislauf von den Solarzellen elektrisch isoliert ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Solarzellenmodul weitere Komponenten aufweisen kann. Hierzu zählt eine Glasscheibe als Abdeckglas, eine elektrisch isolierende Verkapselung, insbesondere aus einem polymeren Material, oder ein Rahmen, insbesondere aus Aluminium, Kupfer und Legierungen hiervon, z.B. Messing. Es ist hier möglich, dass auch einzelne der zuvor genannten Komponenten im Solarzellenmodul enthalten sein können.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Konzentratormodul bereitgestellt, das das zuvor beschriebene Solarzellenmodul sowie mindestens eine Konzentratorop- tik aufweist. Als Konzentratoroptik kommen dabei vorzugsweise paraboloide Spiegel oder parabolförmige Spiegel in Frage.
Verwendung findet das erfindungsgemäße Solarzellenmodul insbesondere in Konzentratorsystemen mit paraboloidförmigen oder parabolförmigen Spiegeln oder PV-Turmkraftwerken. In den PV-Turmkraftwerken werden großflächige Receiver benötigt. Daher können mehrere Module nebeneinander an- geordnet werden. Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher beschrieben werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
I n den folgenden Figuren haben die dort gezeigten Bezugszeichen dabei die folgende Bedeutung:
1 Solarzelle
2 Elektrische Kontaktierung der Solarzelle
3 Leiterbahnstruktur / Elektrische Kontaktfläche auf dem Substrat
3a Elektrischer Kontakt 1 Solarzelle
3b Elektrischer Kontakt 2 Solarzelle
4 Bypassdiodenträger Kontakt 1
5 Bypassdiode
6 Bypassdiodenträger Kontakt 2
7 Wärmesenke / Kühlsubstrat
8 Elektrische Isolierung
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer seitlich montierten Bypassdiode durch Montage auf Diodenträgern.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß eingesetzten Diodenträger mit vier Bypassdioden.
Fig. 3 zeigt drei in Serie geschaltete Solarzellenpaare mit seitlich montierten Bypassdioden auf Diodenträgern.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der die
Bypassdiode auf Diodenträgern auf der Rückseite des Solarzellenmoduls montiert ist.
Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der die Bypassdiode auf der Rückseite montiert ist.
Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante für die An- Ordnung der Bypassdiode auf der Rückseite des Solarzellenmoduls.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, bei der die Bypassdiode 5 seitlich montiert ist. Dabei ist die Bypassdiode 5 zwischen zwei Diodenträgern 4 und 6, die gleichzeitig die elektrischen Kontakte bilden, montiert. Durch die Form des Trägers (6) und (5) sind die Bypassdioden vor Bestrahlung konzentrierter Strahlen geschützt. Die Diodenträger 4 und 6 werden thermisch und elektrisch mit den Leiterbahnen, d.h. der elektrischen Kontaktfläche 3 auf der Oberseite des Kühlsubstrats 7 und den Solarzellen 1 verbunden. In der vorliegenden Figur sind hier vier in Serie geschaltete Solarzellen 1 und vier Bypassdioden 5 dargestellt.
Die Bypassdioden sind über die großen Flächen der Front- und Rückseite mit dem Diodenträger mechanisch und elektrisch verbunden. Dazu können Lotverbindung oder Klebeverbindung mit elektrisch leitfähigen Klebern verwendet werden. Der Diodenträger wird auf dem Modul ebenfalls über eine Klebeoder Lotverbindung mit den Kontaktflächen (3) elektrisch verbunden.
Die Solarzellen 1 sind auch mit der elektrischen Kontaktfläche z.B. mittels Drahtbonds oder Leiterbändchen 2 elektrisch verbunden. Die elektrischen Kontakte 3a und 3b sind voneinander elektrisch isoliert und sind der Solarzelle 1 bzw. der Bypassdiode 5 zugeordnet. Die elektrische Kontaktfläche 3, Solarzelle 1 und Bypassdiode 5 können zum Substrat 7 elektrisch isoliert sein, z.B. durch eine elektrische Isolation 8. Ebenso ist es möglich, dass das Substrat 7 zum Gehäuse/Aufhängung des Solarzellenmoduls elektrisch isoliert ist.
In Fig. 2 sind zwei Diodenträger 4 und 6 sowie vier parallel verschaltete Bypassdioden 5 dargestellt. Dies zeigt, dass mehrere parallel verschaltete Bypassdioden auf einem Diodenträger 4 und 6 angeordnet werden können.
In Fig. 3 sind drei in Serie geschaltete Solarzellenpaare von Solarzellen 1 dargestellt. Weiterhin sind drei Bypassdioden 5 über Diodenträger 4 und 6 antiparallel geschaltet und seitlich zu den Solarzellen angeordnet. Hier kann somit ein Diodenträger kontaktiert werden, um mehrere parallel verschaltete Solar- zellen zu schützen.
In Fig. 4 ist eine erfindungsgemä e Ausführungsform dargestellt, bei der die Bypassdiode 5 auf der Rückseite des Solarzellenmoduls angeordnet ist. Die Diodenträger 4 und 6 sind dabei so ausgeformt, dass sie auf der Rückseite des
Solarzellenmoduls die Bypassdiode 5 tragen und eine elektrische Kontaktie- rung zur elektrischen Kontaktfläche 3 auf der Frontfläche des Solarzellenmoduls aufweisen. Die Solarzelle 1 ist dabei über ein oder mehrere Drahtbänd- chen 2 mit der elektrischen Kontaktfläche 3 verbunden.
In Fig. 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt, bei der die Bypassdiode 5 auf der Rückseite des Solarzellenmoduls angeordnet ist. Der Rückseitenkontakt ist hierbei über eine elektrische Isolierung 8 vom Substrat 7 und natürlich auch von der Vorderseite bzw. den Solarzellen elektrisch isoliert. Gleichzeitig ist die Rückseite der Bypassdiode 5 über eine elektrische
Kontaktfläche 3' auf der Rückseite des Solarzellenmoduls kontaktiert und der andere elektrische Kontakt (Vorderseite) über ein Draht, Leiterbändchen, Me- tallplättchen 2 mit der elektrischen Kontaktfläche 3 auf der Frontseite des Solarzellenmoduls elektrisch kontaktiert. Die Solarzelle 1 ist ebenfalls über ein oder mehrere Drahtbonds oder Leiterbändchen 2 mit der elektrischen Kontaktfläche 3 auf der Frontseite des Solarzellenmoduls elektrisch kontaktiert.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform, wobei hier zur Kontaktierung die Ober- fläche der Rückseite mit einer Leiterbahn 3' strukturiert ist. Die Kontaktflächen 3 und 3" auf der Vorder- und Rückseite sind über Metallplättchen, Drähte oder Bänder elektrisch verbunden. Die Vorderseite der Bypassdiode 5 ist auf der Rückseite mit der Kontaktfläche 3' über Drahtbonds oder Leiterbändchen kontaktiert und die Rückseite über die Rückseite der Diode direkt auf die Kontaktfläche aufgeklebt oder gelötet.
Der Vorteil bei der direkten Montage der Bypassdiode auf der Rückseite (Fig. 5 und 6) ist es, dass durch den guten thermischen Kontakt zum als Wärmesenke dienenden Substrat 7 eine bessere Kühlung erzielt wird.

Claims

Patentansprüche
Solarzellenmodul mit einer der Solarstrahlung zugewandten Frontseite und einer der Solarstrahlung abgewandten Rückseite enthaltend ein als Wärmesenke dienendes Substrat (7), mindestens eine Solarzelle (1), die mit mindestens einer elektrischen Kontaktfläche (3) elektrisch kontaktiert ist, mindestens eine zur mindestens einen Solarzelle (5) antiparallel geschaltete Bypassdiode (5),
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bypassdiode (5) an der Rückseite des Solarzellenmoduls und/oder in der Ebene zwischen Frontseite und Rückseite des Solarzellenmoduls der konzentrierten Solarstrahlung nicht ausgesetzt angeordnet ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bypassdiode (5) über mindestens einen Diodenträger (4,6) mit mindestens einer Solarzelle (1) elektrisch kontaktiert ist und/oder mit der Kontaktfläche (3) auf dem Substrat (7) oder dem Substrat (7) selbst thermisch und/oder elektrisch kontaktiert ist, wobei mindestens ein Diodenträger (4,6) die mindestens eine Bypassdiode (5) vor der Solarstrahlung schützt.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bypassdiode (5) eine schmale und eine breite Seite aufweist, wobei die mindestens eine Bypassdiode (5) so angeordnet ist, dass die schmale Seite in Richtung der Solarstrahlung ausgerichtet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Diodenträger (4,6) eine Oberflächenmetallisierung für einen guten Löt- oder Klebekontakt, insbesondere aus Nickel, Gold, Palladium, Silber oder Legierungen hiervon, z.B Nickel-Palladium, aufweist oder der Kontakt aus Schichten dieser Metalle besteht, z.B. Gold auf Nickel.
Solarzellenmodul nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bypassdiode (5) mit dem mindestens einen Diodenträger (4,6) über die Oberflächenmetallisierung durch eine Löt- oder durch eine Klebeverbindung, insbesondere mit einem thermisch und/oder elektrisch leitfähigen Klebstoff, mechanisch und thermisch mit dem Diodenträger verbunden ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Diodenträger (4,6) aus Aluminium, Kupfer oder Legierungen hiervon, insbesondere Messing, besteht oder diese im Wesentlichen enthält und/oder durch thermische Trennverfahren wie Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Stanzen getrenntes und gebogenes Metallblechs ausgeformt ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (1) und die mindestens eine Bypassdiode (5) von dem Substrat (7) elektrisch isoliert sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (1) mittels Drahtbonds und/oder Leiterbändchen mit der mindestens einen elektrischen Kontaktfläche (3) elektrisch kontaktiert ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (1) und/oder die mindestens eine Bypassdiode (5) unabhängig voneinander aus Silicium, Germanium oder Ill-V-Halbleitern bestehen oder diese Halbleiter im Wesentlichen enthalten.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bypassdiode (5) eine Halbleiterdiode mit pn-Übergang oder Schottky-Dioden ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (1) eine Mehrfachsolarzelle mit mehreren pn-Übergängen ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (1) über die Vorderseite oder die Rückseite elektrisch kontaktiert sind.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (3) auf der Vorderseite des Substrats (7) mit der Kontaktfläche (3') auf der Rückseite des Substrats (7) über Drähte, Bleche oder durch das Substrat (7) hindurch elektrisch kontaktiert ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Wärmesenke dienende Substrat (7) eine aktive Kühlung, insbesondere einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmedium, aufweist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul mindestens eine der weiteren Komponenten aufweist: - eine Glasscheibe als Abdeckglas,
- eine elektrisch isolierende Verkapselung (8), insbesondere aus einem Polymermaterial,
- einen Rahmen, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder Legierungen hiervon.
16. Konzentratormodul enthaltend ein Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mindestens eine Konzentratoroptik.
17. Konzentratormodul nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratoroptik ein paraboloider Spiegel oder ein parabolförmiger Spiegel ist.
18. Verwendung des Konzentratormoduls nach einem der Ansprüche 16 oder 17 in photovoltaischen Turmkraftwerken, Parabolrinnensyste- men, Dish-Spiegelsystemen in denen die elektrische Energie über die Solarzellen generiert wird. Durch die aktive Kühlung kann auch die thermische Energie genutzt werden.
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