WO2013143753A1 - Solarmodul und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2013143753A1
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Robert Bosch GmbH
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    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/90—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module made up of a plurality of solar cells interconnected via cell connector strips, in particular those of the monocrystalline or polycrystalline silicon-based type.
  • Crystalline solar modules consist of suitably embedded solar cells, which are electrically connected to each other.
  • these electrical connections between the cells consist of flat metal strips, typically of tinned copper.
  • These tinned copper tapes are optimized for a good soldering process and high electrical conductivity for lowest electrical losses.
  • the cell connectors are typically 2mm wide bands, of which solar cells today are parallel connected via two or three such bands in so-called strings.
  • the strings in turn are connected with up to 8mm wide cross connectors, which connect the strings in the solar module electrically.
  • Such a solar module is shown in a schematic plan view in Fig. 1 and in a schematic cross-sectional view in Fig. 2, wherein both figures only in connection with the subject matter of the present
  • the solar module 1 accordingly consists of a plurality of crystalline solar cells 3, which are arranged in n rows and m columns and interconnected within the rows by cell connectors 5 and between the rows by cell connectors 7.
  • the series connection by means of the cell connectors 5, which are usually made of tinned copper, is also referred to as Verstringung.
  • connection connectors 9 At one end of the rows interconnected via the cross connectors, the cross connectors are routed via connection connectors 9 to a junction box.
  • connection connectors 9 For internal contacting of the solar cell (especially emitter areas in the surface) are so-called grid fingers, optionally in conjunction with busbars, provided, which can be seen in Fig. 1, but not separately designated.
  • a solar module with the features of claim 1 is provided. Furthermore, a method for producing such a solar module with the features of claim 5 is provided. expedient
  • the invention is based on the idea of providing a solar module of a surface that appears as homogeneous as possible in order to meet high aesthetic demands. It further includes the idea that, given the essentially predetermined color of solar cell substrates, the surface thereof to adapt the cell connector. Furthermore, the invention takes into account the following circumstances:
  • a one-sided blackening of the cell connectors is not technologically feasible, since the flat connector each lead from the front of a cell on the back of the downstream cell, thus once the front and once the back of the ribbon must be solderable.
  • An alternating over the length of the ribbon blackening of front and back sections is problematic due to the then necessary in module manufacturing process dimensionally accurate cutting and because of the associated adding the tolerance chain, because this procedure would lead to significantly increased effort in the module process "Verstringen”.
  • the invention includes the idea that the visible surfaces of the cell connector strips are provided in the mounted state with a black or colored coating firmly adhering without aftertreatment.
  • the invention provides a cost-effective solution that is easy to integrate into existing processes and process systems for providing solar modules of high aesthetic quality, wherein in a preferred method a high throughput (number of processed strings per unit time) can be achieved and no wet-chemical processes and As a result no time and energy consuming drying steps are needed.
  • the grid fingers and busbars not already covered by cell connectors are designed to be extremely narrow and thin in the interest of high efficiency, so that they are virtually imperceptible from the distance mentioned. It is therefore provided in one embodiment of the invention that the surfaces of grid fingers or busbars of the solar cells are free of a powder thin layer.
  • the powder thin film on the cell connector tapes and, optionally, transverse connector tapes on the front side of the cell connector Solar module black are of a powder thin layer.
  • a powder thin film is applied to the surfaces of the cell connector tapes and optionally cross-connector tapes in an atmospheric plasma spray process.
  • the plasma spray process is significantly cheaper than z.
  • a coloring process based on paints or varnishes since there is no oven or drying step) can be suitably integrated into the production process.
  • the dimensional accuracy of the Zeilverbinder is so accurate that over appropriate shadow masking of the process according to the invention inherent overspray (particle mist that settles next to the plasma jet) avoided or shielded can be. Accordingly, in a convenient method of masking a reusable shadow mask is used.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional solar module
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional solar module
  • FIG. 3 shows a plan view of a solar module according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration to explain an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 4 shows a sketch of four phases (a) to (d) an embodiment of the proposed method, with reference to Fig. 1 and 3 is used.
  • phase (a) the twisted solar module 1 is provided from a conventional stringer.
  • phase (b) a shadow mask 11 adapted to the configuration of the cell and cross connectors, for example made of a metal foil, is laid on the solar module.
  • phase (c) a powder thin layer is applied to the surfaces of the cell and transverse and connection connectors 5, 7, 9 by means of a plasma spraying device 13 (only shown here symbolically) of suitable coating material. It is understood that in this method step not only - as shown symbolically in the figure - the openings of the shadow mask can be sprayed in its exact contour, but the plasma spray is wider and possibly even the mask surface substantially completely covered. However, this was neglected here in favor of the clarity of the presentation.
  • the solar module processed according to the invention with blackened connectors for the subsequent completion steps is ready in phase (d).

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

Beschreibung
Titel
SOLARMODUL UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul aus einer Mehrzahl von über Zellverbinder- Bänder miteinander verschalteten Solarzellen, insbesondere solchen vom mono- oder polykristallinen Typ auf Siliziumbasis.
Stand der Technik
Die rapiden Kostensenkungen, in Verbindung mit andauernder staatlicher Förderung, haben zur massenhaften Errichtung sowohl von Auf-Dach- als von Freiland- anlagen in einer Reihe europäischer Länder geführt. Nach Windkraftanlagen beginnen somit auch Photovoltaikanlagen zunehmend Orte und Landschaften ästhetisch zu prägen. Im Rahmen dieser Entwicklung werden auch verstärkt Bemühungen um eine Integration von Photovoltaikanlagen in Gebäudehüllen, als struktureller Bestandteil und zugleich ästhetisch wesentliches Element, unter- nommen.
Kristalline Solarmodule bestehen aus in geeigneter Weise eingebetteten Solarzellen, die elektrisch miteinander verbunden sind. Diese elektrischen Verbindungen der Zellen bestehen aus technologischen Gründen aus flachen Metallbänd- chen, typischerweise aus verzinntem Kupfer. Diese verzinnten Kupferbändchen sind optimiert für einen guten Lötprozess und hohe elektrische Leitfähigkeit für geringste elektrische Verluste. Dabei sind die Zellverbinder typischerweise 2mm breite Bändchen, wovon Solarzellen heutigen Standards über zwei oder drei solcher Bändchen parallel in sogenannte Strings verbunden sind. Die Strings wiederum sind mit bis zu 8mm breiten Querverbindern verbunden, die die Strings im Solarmodul elektrisch zusammenschalten. Ein derartiges Solarmodul ist in einer schematischen Draufsicht in Fig. 1 und in einer schematischen Querschnittsdarstellung in Fig. 2 gezeigt, wobei beide Figuren lediglich die im Zusammenhang mit dem Gegenstand der vorliegenden
Patentanmeldung wesentlichen Teile zeigen. Das Solarmodul 1 besteht demnach aus einer Mehrzahl von kristallinen Solarzellen 3, die in n Zeilen und m Spalten angeordnet und innerhalb der Zeilen durch Zellverbinder 5 und zwischen den Zeilen durch Zellverbinder 7 miteinander verschaltet sind. Die Reihenschaltung mittels der Zellverbinder 5, die üblicherweise aus verzinntem Kupfer bestehen, wird auch als Verstringung bezeichnet. An einem Ende der über die Querverbin- der miteinander verschalteten Reihen sind die Querverbinder über Anschluss- Verbinder 9 zu einer Anschlussdose geführt. Zur internen Kontaktierung der Solarzelle (speziell von Emitterbereichen in der Oberfläche) sind sogenannte Gridfinger, gegebenenfalls in Verbindung mit Busbars, vorgesehen, die in Fig. 1 zu erkennen, aber nicht gesondert bezeichnet sind.
Während aus ästhetischen Gründen die Solarmodule für Wohnhaus-Dachanlagen in letzter Zeit immer stärker in Schwarz nachgefragt werden, bilden die verzinnten Zellverbinder blendend helle Streifen, die ein optisch ansprechendes, einheitlich schwarzes Erscheinungsbild empfindlich stören.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird ein Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 5 bereitgestellt. Zweckmäßige
Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, zur Erfüllung hoher ästhetischer Ansprüche ein Solarmodul einer möglichst homogen erscheinenden Oberfläche bereitzustellen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, in Anbetracht der im Wesentlichen vorgegebenen Farbe von Solarzell-Substraten hierzu die Oberfläche der Zellverbinder anzupassen. Des Weiteren berücksichtigt die Erfindung folgende Umstände:
Ein einseitiges Schwärzen der Zellverbinder ist technologisch nicht umsetzbar, da die flachen Verbinder jeweils von der Vorderseite einer Zelle auf die Rückseite der nachgeschalteten Zelle führen, somit einmal die Vorder- und einmal die Rückseite des Bändchens lötbar sein muss. Eine über die Länge der Bändchen abwechselnde Schwärzung von Vorder- und Rückseitenabschnitten ist aufgrund des dann im Modulherstellprozess notwendigen maßgenauen Ablängens und wegen des damit einhergehenden Aufaddierens der Toleranzkette problematisch, weil dieses Vorgehen zu deutlich erhöhtem Aufwand im Modulprozess„Verstringen" führen würde.
Unter Verfahrensaspekten gehört zur Erfindung schließlich der Gedanke, dass die sichtbaren Oberflächen der Zellverbinder-Bänder im montierten Zustand mit einer ohne Nachbehandlung fest haftenden schwarzen oder farbigen Beschichtung versehen werden. Unter Vorrichtungsaspekten münden die der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen in dem Vorschlag, dass auf der Vorderseite des Solarmoduls die Zellverbinder-Bänder auf ihrer sichtbaren Oberfläche eine schwarze oder farbige Pulver-Dünnschicht aufweisen.
Mit der Erfindung wird eine kostengünstige und leicht in vorhandene Prozesse und Prozessanlagen einzubindende Lösung zur Bereitstellung von Solarmodulen mit hoher ästhetischer Qualität bereitgestellt, wobei in einer bevorzugten Ver- fahrensführung ein hoher Durchsatz (Anzahl prozessierter Strings pro Zeiteinheit) erreichbar ist und keine nasschemischen Prozesse und in Folge dessen keine zeit- und energieaufwendigen Trocknungsschritte benötigt werden.
Der ästhetische Effekt ist besonders markant bei Hochleistungsmodulen, beste- hend aus monokristallinen Zellen. Monokristalline Zellen erscheinen nahezu schwarz bei normaler Einbettung in Standardmaterialien (EVA-Folien oder Silicon- Vergussmasse), so dass ein Modul bestehend aus schwarzer Rückseitenfolie und geschwärzten Verbindern aus etwa 1 bis 2m Entfernung bereits einheitlich schwarz aussieht. Neue Verfahren von Rückseitenzellen (z. B. Metal-Wrap- Through), bei denen die Lötkontakte auf die Rückseite geführt werden (einerseits aus besagten Ästhetikgründen, andererseits zur Effizienzsteigerung wegen Wegfall der durch den Verbinder verursachten Verschattung der Solarzellfläche) werden jedenfalls zur Erzielung ästhetischer Wirkungen entbehrlich, was erhebliche Einsparungen bei der Entwicklung neuer Zell- und Modulkonzepte bringt.
Die Gridfinger und nicht durch Zellverbinder bereits abgedeckte Busbars sind hier im Interesse einer hohen Effizienz extrem schmal und dünn ausgeführt, so dass sie aus dem genannten Abstand praktisch schon nicht mehr wahrnehmbar sind. Es ist daher in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Oberflächen von Gridfingern oder Busbars der Solarzellen frei von einer Pulver-Dünnschicht sind. Wenn, wie oben erwähnt, die Solarzellen vom einkristallinen Silizium-Typ sind und ihre Oberfläche blau-schwarz bis schwarz erscheint, ist in einer praktisch bedeutsamen Ausgestaltung auch die Pulver-Dünnschicht auf den Zellverbinder- Bändern und optional auch Querverbinder-Bändern auf der Vorderseite des Solarmoduls schwarz.
In der bereits erwähnten bevorzugten Verfahrensführung wird auf die Oberflächen der Zellverbinder-Bänder und optional Querverbinder-Bänder in einem atmosphärischen Plasmasprühverfahren eine Pulver-Dünnschicht aufgebracht. Das Plasma-Spray-Verfahren ist deutlich kostengünstiger als z. B. ein Farbge- bungsverfahren basierend auf Farben oder Lacken (da es keinen Ofen- oder Trocknungsschritt gibt) und lässt sich in geeigneter Weise in den Produktions- prozess integrieren.
Da die Solarzellen in einem automatisierten Prozess verlötet werden, ist die Maßhaltigkeit der Zeilverbinder so genau, dass über geeignete Schattenmaskierung der dem erfindungsgemäßen Prozess innewohnendem Overspray (Partikelnebel, der sich neben dem Plasmastrahl absetzt) vermieden bzw. abgeschirmt werden kann. Demgemäß wird in einer zweckmäßigen Verfahrensführung zur Maskierung eine wieder verwendbare Schattenmaske eingesetzt.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein herkömmliches Solarmodul,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines herkömmlichen Solarmoduls,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Solarmodul gemäß einer Ausführung der Erfindung und Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung Fig. 3 zeigt in einer an Fig. 1 angelehnten Darstellung ein Solarmodul aus einer Mehrzahl einkristalliner Si-Solarzellen 3', bei dem die Zellverbinder 5', Querverbinder 7' und Anschlussverbinder 9' durch maskiertes Plasmasprüh- Beschichten mit einer fest haftenden schwarzen Pulver-Dünnsicht bedeckt und dadurch in ihrem Erscheinungsbild an die Solarzellen 3' angeglichen sind. Bei diesen sind die Gridfinger frei von einer Beschichtung, stören aber wegen ihrer geringen Breite das optische Erscheinungsbild des Solarmoduls praktisch nicht. Fig. 4 zeigt skizzenartig vier Phasen (a) bis (d) eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens, wobei auf Fig. 1 und 3 zurückgegriffen wird. In Phase (a) wird das verstringte Solarmodul 1 aus einem herkömmlichen Stringer bereitgestellt. In Phase (b) wird eine der Konfiguration der Zell- und Querverbinder angepasste Schattenmaske 11, etwa aus einer Metallfolie bereitgestellt und auf das Solarmodul aufgelegt. In Phase (c) wird mittels einer (hier nur symbolisch dargestellten) Plasmasprühvorrichtung 13 aus geeignetem Beschichtungsmaterial eine Pulver-Dünnschicht nur auf die Flächen der Zell- und Quer- und Anschluss- Verbinder 5, 7, 9 aufgetragen. Es versteht sich, dass bei diesem Verfahrens- schritt nicht nur - wie in der Figur symbolisch dargestellt - die Öffnungen der Schattenmaske in ihrer exakten Kontur besprüht werden können, sondern der Plasmasprühstrahl breiter ist und gegebenenfalls sogar die Maskenfläche im Wesentlichen ganz bedeckt. Die wurde hier aber zu Gunsten der Übersichtlichkeit der Darstellung vernachlässigt. Nach Abnehmen der Schattenmaske 11 steht in Phase (d) das erfindungsgemäß bearbeitete Solarmodul mit geschwärzten Verbindern für die nachfolgenden Komplettierungsschritte bereit.
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung.

Claims

Ansprüche
1. Solarmodul ( ) aus einer Mehrzahl von über Zellverbinder-Bänder (5')
miteinander verschalteten Solarzellen (3'),
wobei auf der Vorderseite des Solarmoduls die Zellverbinder-Bänder (5') auf ihrer sichtbaren Oberfläche eine schwarze oder farbige Pulver-Dünnschicht aufweisen.
2. Solarmodul nach Anspruch 1,
wobei die Oberflächen von Gridfingern oder nicht im Endprodukt durch Zellverbinder abgedeckte Busbars der Solarzellen (3') frei von einer Pulver- Dünnschicht sind.
3. Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Solarzellen (3') vom einkristallinen Silizium-Typ sind und die Pulver-Dünnschicht auf den Zellverbinder-Bändern (5') schwarz ist.
4. Solarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei auch Querverbinder-Bänder (7') auf ihrer Vorderseite eine schwarze oder farbige Pulver-Dünnschicht aufweisen.
5. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls aus einer Mehrzahl von über Zellverbinder-Bänder miteinander verschalteten Solarzellen,
wobei die sichtbaren Oberflächen der Zellverbinder-Bänder im montierten Zustand mit einer ohne Nachbehandlung fest haftenden schwarzen oder farbigen Beschichtung versehen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei auf die Oberflächen der Zellverbinder-Bänder und optional Querverbinder-Bänder in einem atmosphärischen Plasmasprühverfahren (13) eine Pulver-Dünnschicht aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
wobei die Oberflächen der Solarzellen außerhalb der Zellverbinder-Bänder vor Anwendung des Beschichtungsverfahrens (13) maskiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei zur Maskierung eine wieder verwendbare Schattenmaske (11) eingesetzt wird.
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