DE102009058738A1

DE102009058738A1 - Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE102009058738A1
Application number: DE102009058738A
Authority: DE
Original assignee: Systaic Cells 40213 GmbH; SYSTAIC CELLS GmbH
Current assignee: Systaic Cells 40213 GmbH; SYSTAIC CELLS GmbH
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-22
Also published as: WO2011072658A3; WO2011072658A2

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Solarzellenmodul aus einem Solarzellenstring (2) aus einzelnen Solarzellen (1), deren Vorderseiten-Verbinder (4) aus optisch glänzendem Material eine Abdeckung (5) oder eine Beschichtung aufweisen. (3)

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul, bei dem zwei oder mehrere Solarzellen als String in Reihe geschaltet sind und durch Verbinder miteinander verbunden sind, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Unter Solarzellenmodulen versteht man photovoltaische Bauelemente zur direkten Erzeugung von elektrischem Strom aus Licht, insbesondere Sonnenlicht. Zur kosteneffizienten Erzeugung von Solarstrom ist der Wirkungsgrad der verwendeten Solarzellen sowie die Herstellkosten und die Haltbarkeit der Solarmodule wesentlich.
Ein Solarzellenmodul besteht üblicherweise aus einem Verbund aus Glas, zu Strings verschalteten Solarzellen, einem Einbettmaterial und einer Rückseitenkonstruktion. Dabei dient das Frontglas aus höchst transparentem Material, das die Wirkungsgradverluste der Solarzelle möglichst gering halten soll, dem Schutz vor mechanischen und Witterungseinflüssen.
Das Einbettmaterial, üblicherweise aus Ethyl-Vinylacetat-Folien, dient zur Verklebung des Modulverbundes.
Die eingebetteten mono- oder multikristallinen Solarzellen sind in Solarzellenstrings verbunden und seriell verlötet oder mit leitfähigen Kunststoffen verbunden. Die verwendeten Verbinder zwischen den Solarzellen, die der Kontaktierung dienen, sind üblicherweise verzinnte Kupfer-Verbinder, die an der Oberfläche des Solarzellenmoduls leuchtend hell sichtbar sind. Dies wird durch die optisch glänzende Zinn-Lotbeschichtung auf dem Kupferband verursacht.
Die Modulrückseite schützt die Solarzellen und das Einbettmaterial vor Feuchtigkeit und Sauerstoff. Außerdem dient sie als mechanischer Schutz vor Verkratzen etc. beim Montieren und als elektrische Isolierung. Die Rückseitenkonstruktion kann entweder ebenfalls aus Glas bestehen, häufig aber aus einer Verbundfolie.
Bekannt ist eine „Solarzelle” ( DE 35 16 117 C2 ), bei der keine direkte Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und dem auf der reflexionsmindernden Schicht angeordneten Anschlusskontakt hergestellt, sondern der dazwischen liegende dünne Bereich der reflexionsmindernden und gleichzeitig isolierenden Schicht von den Ladungsträgern durchtunnelt wird. Dabei werden die Vorderseitenkontakte auf die reflexionsmindernde Schicht aufgebracht.
Durch die immer größere Verbreitung und Anwendung von Solarzellenmodulen wird deren optische Ausgestaltung und die optimierte Energieausbeute immer wichtiger. Besonders bei der Anwendung der Solartechnik in der Automobilindustrie, also beispielsweise in einer Anordnung von Solarzellen auf dem Dach eines Fahrzeugs, ist das optische Erscheinungsbild in Verbindung mit optimaler Energieeffizienz für die Gesamtgestaltung des Fahrzeugs wesentlich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Solarzellenmodul bereitzustellen, bei dem die Oberflächengestaltung eine hohe Energieausbeute gestattet und das optische Erscheinungsbild verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die Erfindung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass die Verbinder von Solarzellen, die optisch glänzen und damit auffällig als Streifen auch von weitem sichtbar sind, auf ihrer Oberfläche beschichtet bzw. abgedeckt werden. Die Abdeckung ist dabei farblich passend zur Solarzellen-Oberfläche ausgestaltet, wodurch ein optisch homogener Eindruck entsteht.
Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine Maskierung vor dem Laminierprozess. Dabei werden mono- oder multikristalline Solarzellen nach der standardmäßigen String-Herstellung durch Rückseiten- und Vorderseitenverbinder miteinander verbunden. Auf der gesamten Verbinder-Oberfläche der Vorderseiten-Verbinder wird zur Maskierung der optisch glänzenden Zinn-Legierung, zumeist bestehend aus Zinn- Kupfer- Silber mit oder ohne Bleianteil, eine Abdeckung aufgebracht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht diese Abdeckung aus einem speziellen Kunststoff-Klebeband. Geeignet dazu sind beispielsweise spezielle Tapes, die zur Solarzellenproduktion zur Verfügung stehen. Sie sind kompatibel zu den typischen Laminierungsprozessen oder ähnlichen klebenden Komponenten und bestehen aus haltbaren Materialien, die zu einem langen Gebrauch geeignet sind. Sie bestehen beispielsweise aus einem Verbund von PET auf der Oberseite und einem druckempfindlichen Adhesiv, beispielsweise Acryl, auf der Unterseite als Klebeverbindung. Die Verwendung dieser Tapes hat den Vorteil, dass während des folgenden Laminierprozesses, bei dem die EVA-Folie üblicherweise flüssig aufgebracht wird, kein Verrutschen dieser Abdeckung erfolgen kann, da die Tapes durch die Klebehaftung genau an der Position verbleiben, an der sie angeordnet wurden.
Zur Verwendung als Abdeckung der optisch glänzenden Zinn-Lotbeschichtung auf dem Kupferband eignen sich undurchsichtige, schwarz oder mattschwarz ausgestaltete Kunststoff-Klebebänder. Sie absorbieren die auf sie auftreffende Lichtstrahlung. Die Farbe der Kunststoff-Klebebänder oder der Beschichtung kann jedoch auch jeder anderen Oberflächenfarbe der Solarzelle angepaßt sein.
Die Kunststoff-Klebebänder weisen beispielsweise eine Dicke incl. Klebeschicht von 0,02 bis 0,05 mm auf und sind zu einer kosmetischen Maskierung von elektrischen Spuren geeignet
Die Kunststoff-Klebebänder sind kompatibel mit dem Temperatur-Verlauf beim Laminierprozess, der üblicherweise bei 140°C–170°C mit einer Dauer von einigen Minuten bis zu 40 Minuten in einer evakuierten Laminierkammer stattfindet. Hierbei haben die Kunststoff-Klebebänder keine oder sehr geringe Ausgasungswerte, da nach dem Laminierungsprozess keine Gasbläschen sichtbar sind.
Eine weitere Eigenschaft der Kunststoff-Klebebänder ist eine gute UV-Stabilität im Betrieb.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können auch lichtstreuend bzw. fluoreszierend ausgestaltete Klebebänder oder Beschichtungen zur Abdeckung verwendet werden. Diese wandeln die direkt auf sie auftreffende Lichtstrahlung um in diffuse Licht-Photonen, die hauptsächlich vom Frontglas wieder nach innen reflektiert werden. Dies ist besonders zur Anwendung für Dünnschichtmodule geeignet. Durch die Fluoreszenz kann eine Leistungserhöhung von ca. 1–2% erzielt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Breite des abdeckenden Kunststoff-Klebebands der Breite des Verbinders angepasst, so dass kein Leistungsverlust durch eine direkte Abschattung der Solarzelle erfolgt. Es wird passgenau die Oberfläche des optisch glänzenden Zinn-Legierung klebend abgedeckt, so dass die Abdeckung beim Laminierprozess nicht verrutschen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden auch die Querverbindungen der Strings durch die maskierenden Kunststoff-Klebebänder abgeklebt.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Verbinder durch die Abdeckung wird das optische Erscheinungsbild der Solarzellenmodule erheblich verbessert, da die hellen Verbinder-Linien nicht mehr sichtbar sind. Das Glas und die Einbettungsbedingungen der Solarzellen können wie bisher angewandt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnungen
1 zeigt einen Solarzellenstring von der Seite.
2 zeigt zwei beidseitig kontaktierte Solarzellen in Draufsicht.
In 3 sind die beiden Solarzellen mit der erfindungsgemäßen Abdeckung in Draufsicht dargestellt.
4 zeigt das String-Ende mit einem Querverbinder in Draufsicht.
In 5 ist der mit einer Abdeckung versehene Querverbinder in Draufsicht dargestellt.
6 zeigt den einlaminierten String in Draufsicht.
7 zeigt einen Schnitt durch ein Solarmodul mit einer fluoreszierenden Abdeckung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt mehrere Solarzellen 1, 2, 3, die zu einem String 4 zusammengeschaltet sind. Dabei sind die Solarzellen 1, 2, 3 auf der lichtabgewandten Seite mittels Rückseiten-Verbinder 5, auf der dem Licht zugewandten Seite mittels Vorderseiten-Verbinder 6 untereinander verbunden. Über den Vorderseiten-Verbindern 6 wird mit einem Adhesiv 7 eine Abdeckung 8 angeordnet.
2 zeigt eine beidseitig kontaktierte erste Solarzelle 1 sowie eine beidseitig kontaktierte zweite Solarzelle 2.
In 3 sind die kontaktierten Solarzellen 1, 2 bis zum String-Ende mit einem Tape als Abdeckung 8 dargestellt. Das Tape 8 hat eine mattschwarze Oberflächengestaltung.
4 zeigt das String-Ende mit einem Querverbinder 9.
In 5 ist am String-Ende der Querverbinder 9 dargestellt, der ebenfalls wie die Verbinderoberflächen an den Emitterseiten der Solarzellen 1, 2 mit einer Abdeckung (einem Tape) 8 abgedeckt ist.
In 6 ist der String 4 aus den Solarzellen 1, 2 mit dem mattschwarzen Tape 8 dargestellt, das sowohl die Vorderseitenverbinder 6 als auch den Querverbinder 9 abdeckt, dargestellt. Dabei ist der String 4 auf einer schwarzen Rückseiten-Folie 10 einlaminiert.
7 zeigt einen Schnitt durch ein Solarmodul mit einer Solarzelle 2 auf, der ein Vorderseiten-Verbinder 6 angeordnet ist. Auf diesem ist eine fluoreszierende Abdeckung 11 mit einem Adhesiv 7 angeordnet. Über dieser Anordnung ist eine Glasplatte 12 angeordnet. Der Zwischenraum zwischen der Solarzelle 2 und der Glasplatte 12 wird mit einer sogenannten EVA-Folie 13 ausgefüllt. Einfallendes Licht 14 wird durch die fluoreszierende Abdeckung 11 diffus abgestrahlt, diese diffusen Lichtstrahlen 15 werden durch die Glasplatte 12 auf die Solarzelle 2 zurückgestrahlt und erhöhen damit die Lichtausbeute.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: erste Solarzelle
2: zweite Solarzelle
3: dritte Solarzelle
4: String
5: Rückseiten-Verbinder
6: Vorderseiten-Verbinder
7: Adhesiv
8: Abdeckung
9: Querverbinder
10: Rückseiten-Folie
11: fluoreszierende Abdeckung
12: Glasplatte
13: EVA-Folie
14: einfallender Lichtstrahl
15: diffuser Lichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3516117 C2 [0007]

Claims

Solarzellenmodul mit Solarzellenstrings (4) aus einzelnen Solarzellen (1, 2, 3), die mit Rückseiten- (5) und Vorderseitenverbindern (6) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseitenverbinder (6) eine Abdeckung (8, 11) oder eine Beschichtung aufweisen.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (8) oder die Beschichtung der Vorderseitenverbinder (6) eine Lichtstrahlung absorbierende Oberfläche besitzt.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (11) oder die Beschichtung fluoreszierend ausgestaltet ist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (8, 11) ein Kunststoff-Klebeband ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Klebeband aus einem Verbund von PET und einem klebendem Adhesiv (7) besteht.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Klebeband schwarz oder mattschwarz ausgebildet ist.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Abdeckung (8, 11) der Breite des Vorderseitenverbinders (6) entspricht.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querverbindungen (9) der Solarzellenstrings Abdeckungen (8, 11) oder Beschichtungen aufweisen.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (8, 11) oder die Beschichtung derart kompatibel mit dem Temperaturverlauf beim Laminierprozess ausgestaltet sind, dass der Klebstoff oder die Beschichtung beim Laminierprozess nicht schmelzen und dadurch ein Verrutschen des Kunststoff-Klebebands verhindert wird.
Solarzellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (8, 11) oder die Beschichtung UV-stabil sind und nahezu keine Ausgasung aufweisen.