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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung
von Solarzellen sowie einen Verbund aus mehreren elektrisch miteinander
kontaktierten Solarzellen in Kettenform.
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Aus
der
EP 1 748 495 A1 ist
es bekannt, mehrere Solarzellen elektrisch zu kontaktieren und einen
Verbund oder sogenannten String von mehreren solchen elektrisch
miteinander kontaktierten Solarzellen zu schaffen. Dies erfolgt über
Kontaktdrähte, die bei nebeneinander angeordneten Solarzellen von
der Oberseite der einen Solarzelle an die Unterseite der benachbarten
Solarzelle geführt sind. Dabei werden die Kontaktdrähte üblicherweise
an die Oberseite der Solarzellen auf metallischen Kontaktbereichen
befestigt bzw. aufgelötet. Derartig mit Kontaktdrähten
versehene Solarzellen werden dann in der gewünschten Kettenform
aneinander gelegt und die überstehenden Kontaktdrähte
an entsprechende metallische Kontaktbereiche der Unterseite der
benachbarten Solarzelle aufgelötet.
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Dabei
ergibt sich in der Praxis häufig das Problem, dass wegen
der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Solarzelle
einerseits und der Kontaktdrähte aus Metall andererseits
gewisse Verbiegungen bzw. Verschiebungen stattfinden entlang der
Längsrichtung des Verbundes bzw. des Strings. Dadurch kann
es passieren, dass ein Verbund nicht genau gerade verläuft,
sondern eine gekrümmte Form erhält, entweder mit
einer einzigen Krümmung oder möglicherweise mit
unterschiedlichen Krümmungen, also beispielsweise S-förmig.
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Da
diese kettenartigen Verbünde bzw. Strings dann parallel
zueinander bzw. nebeneinander gelegt und zu großflächigen
Modulen verbunden werden, sind die einzuhaltenden Abstände
bei verbogenen Strings größer als notwendig. Damit
sind die fertigen Module zum Teil deutlich größer
als wegen der reinen Fläche der Solarzellen eigentlich
benötigt.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren
sowie einen dergestalt hergestellten Verbund in Kettenform aus mehreren
Solarzellen zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik
vermieden werden können und insbesondere die elektrische
Kontaktierung von Solarzellen mechanisch schonend und/oder mit besserer
Genauigkeit möglich ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie einen Verbund mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte
sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher
erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird dabei
durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung
gemacht. Des weiteren werden manche der nachfolgenden Merkmale nur
für das Verfahren oder nur für den Verbund beschrieben.
Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für
das Verfahren als auch für den Verbund gelten können.
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Es
ist vorgesehen, dass mindestens ein Kontaktdraht an einen metallischen
oder metallisierten Kontaktbereich auf der Vorderseite einer ersten
Solarzelle und einen metallischen bzw. metallisierten Kontaktbereich
auf einer Rückseite einer dazu benachbarten zweiten Solarzelle
aufgebracht wird. Der Kontaktdraht verläuft dabei im Zwischenraum
bzw. Abstand zwischen den beiden Solarzellen von der Vorderseite
der ersten Solarzelle zur Rückseite der zweiten Solarzelle.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein
Kontaktdraht auf der Vorderseite der ersten Solarzelle, der zuerst
aufgebracht wird, über im wesentlichen die gesamte Länge
dieser Solarzelle direkt auf deren metallisierten bzw. metallischen
Kontaktbereich aufgelegt und dabei elektrisch kontaktierend befestigt
wird, beispielsweise festgelötet wird. Derartige metallische
Kontaktbereiche sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden
bevorzugt durch streifenförmige Metallbeschichtung einer
Seite der Solarzelle erzeugt, beispielsweise durch ein Druckverfahren.
Ein Überstandsbereich des Kontaktdrahtes, der vorteilhaft
zwischen einem Drittel und einem Zehntel der Länge des
Kontaktdrahtes auf der Vorderseite der ersten Solarzelle bzw. des
Kontaktbereichs der zweiten Solarzelle beträgt, steht über
die erste Solarzelle über, also in der Regel über
deren Vorderseite. Dieser Überstandsbereich wird dann bei
geringem Abstand der beiden Solarzellen zueinander an den metallischen
bzw. metallisierten Kontaktbereich an der Rückseite der
zweiten Solarzelle angelegt und elektrisch kontaktierend befestigt.
Zum elektrischen Kontaktieren und als Befestigung wird vorteilhaft
gelötet.
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Durch
die Erfindung ist es zumindest möglich, vor allem wenn
der Überstandsbereich, wie vorbeschrieben, deutlich kürzer
ist als der Kontaktbereich bzw. die Länge der Solarzelle,
dass nur wenige Lötpunkte bzw. ein kleiner Lötbereich
notwendig ist zur Herstellung der Verbindung, wo durch geringere Spannungen
und Materialverformungen entstehen. Des weiteren werden so die Temperaturauswirkungen,
die auch zu einer Verformung der Solarzelle an sich führen,
auf eine deutlich geringere Länge beschränkt.
Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn, was bevorzugt der Fall
ist, diese zweite Solarzelle bereits einen gleichen Kontaktdraht
aufweist, der auf ihrer Vorderseite befestigt ist.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Kontaktdraht
bzw. sein Überstandsbereich nur an zwei oder drei Lötpunkten
an dem Kontaktbereich an der Rückseite der zweiten Solarzelle
angelötet. Die Lötpunkte können beispielsweise
einen Abstand von wenigen Zentimetern aufweisen, vorteilhaft etwa
1 cm bis 2 cm. Der Kontaktdraht weist vorteilhaft Flachbandform
auf mit einer Breite von etwa 2 mm.
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Während
in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung der erste Kontaktbereich
auf der Vorderseite der ersten Solarzellen nur eine dünne
metallische Beschichtung nach üblicher Art und Weise ist, und
darauf der Kontaktdraht samt abstehendem Überstandsbereich
aufgelötet wird, kann es an der Rückseite vorteilhaft
anders gemacht werden. Hier wird, insbesondere ebenfalls bei einer
Art Vorkonfektionierung der Solarzelle, auf einem ähnlich
metallbeschichteten Kontaktbereich direkt an der Solarzelle zuerst
ein Kontaktband als Flachbandmaterial aufgebracht bzw. festgelötet,
vorteilhaft mit einigen beabstandeten Lötpunkten. Auf dieses
flache Kontaktband wird dann der genannte Überstandsbereich
des Kontaktdrahtes aufgelötet auf vorgenannte Art und Weise.
Durch dieses sozusagen zwischengeschaltete flache Kontaktband über
die gesamte Länge des Kontaktbereichs an der Unterseite
einer Solarzelle, welches eine erheblich bessere elektrische Leitfähigkeit
aufweist als ein schichtartig metallisierter Kontaktbereich, kann
erreicht werden, dass der kurze Überstandsbereich des Kontaktdrahtes
mit wenigen Lötpunkten eine ausreichend gute elektrische
Kontaktierung ergibt. Des weiteren wird durch dieses flache Kontaktband
eine Materialanpassung vorgenom men, so dass der Lötvorgang
des Kontaktdrahtes auf einem ebenfalls metallischen, insbesondere
identischen, Material stattfindet. Auch dies reduziert mechanische
Spannungen aufgrund von Temperaturunterschieden erheblich, was wiederum
zu einer erheblich geringeren Belastung der Solarzelle beim Lötvorgang
führt sowie dazu, dass ein Verziehen bzw. seitliches Biegen
des gesamten Verbundes vermieden werden kann. Somit kann mit einem
erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines
Verbundes aus mehreren Solarzellen in Kettenform bzw. in Stringform
mit dem vorbeschriebenen Verfahren eine Anzahl von mehreren Solarzellen
zu einer genau und gerade ausgerichteten Kette verbunden werden.
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Der
Abstand zweier benachbarter und elektrisch miteinander auf beschriebene
Art und Weise kontaktierter Solarzellen kann 1 mm bis 3 mm betragen.
Dies wird als ausreichend dafür angesehen, dass ein dünner
Kontaktdraht zwischen den Solarzellen von der Vorderseite der ersten
Solarzelle an die Rückseite der benachbarten zweiten Solarzelle
geführt werden kann.
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Ein Überstandsbereich
des Kontaktdrahtes über die erste Solarzelle kann eine
Länge von einigen Millimetern aufweisen, beispielsweise
10 mm bis 20 mm, vorzugsweise etwa 12 mm bis 16 mm. Dies wird als
ausreichend angesehen um die vorgenannten zwei oder drei Lötpunkte
an der Unterseite einer Solarzelle vorzusehen.
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An
einer Solarzelle, die sich an einem Ende des Verbundes bzw. Strings
befindet, kann ein bei einer Vorkonfektionierung direkt auf die
Rückseite dieser Solarzelle befestigtes Kontaktband ein
Stück über diese Rückseite überstehen,
beispielsweise wenige Zentimeter. Dieses überstehende Stück
Kontaktband kann dann an mindestens einen nahe dieser Solarzelle
verlaufenden, in der Regel dickeren Querkontaktdraht befestigt bzw.
gelötet werden. Ein solcher Querkontaktdraht verschaltet
mehrere der genannten String in Kettenform zu einem flächigen Modul
mit Solarzellen in Reihen und Spalten als Parallelschaltung.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, weist das Vorkonfektionieren der Solarzellen
mit einem Kontaktbereich auf ihrer Vorderseite und einem darauf aufgelöteten
Kontaktdraht über seine im wesentlichen gesamte Länge
den Vorteil auf, dass bei diesem Vorgang bzw. in der Vorrichtung
zum Herstellen des Verbundes in Kettenform nur an der Unterseite
Lötvorgänge durchgeführt werden müssen.
Des weiteren kann so, wie zuvor beschrieben worden ist, ein seitlichen
Verziehen oder Verbiegen eines solchen Verbundes vermieden werden.
Dabei kann stets eine mit einem Kontaktdraht auf ihrer Vorderseite
versehene Solarzelle an die erste Stelle eines solchen Verbundes
gelegt werden und dann entsprechende Solarzellen daneben und mit
dem Kontaktbereich an ihrer Rückseite auf den Überstand
des Kontaktdrahtes von der vorhergehenden Solarzelle.
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Somit
ist auf der Vorderseite einer Solarzelle zur elektrischen Leitung
von durch Sonneneinstrahlung erzeugtem Strom ein Kontaktdraht über
die gesamte Länge der Solarzelle vorgesehen zur Leitung der
Elektronen. Dies ergibt einen ausreichend guten Leiterquerschnitt.
An der Rückseite der Solarzelle ist ebenfalls durch das
Kontaktband ein vom Querschnitt her möglicherweise sogar
identischer elektrischer Leiter über die gesamte Länge
der Solarzelle vorgesehen, um ebenfalls eine gute Stromleitung zu ermöglichen.
Der elektrische Anschluss des kurzen Überstandsbereichs
eines weiteren Kontaktdrahtes reicht durch die gute elektrische
Verbindung aufgrund des Lötvorgangs zwischen Metall und
Metall für eine elektrische Anbindung aus, so dass mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen
Verbund eine ausreichend gute elektrische Verschaltung der Solarzelle
möglich ist bei gleichzeitig erreichter präziser
Anordnung der Solarzellen zueinander.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren
in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für sich schutzfähige Ausführungen
darstellen können, für die hier Schutz beansprucht
wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie
Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen
gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Verbund von mehreren Solarzellen, von denen jeweils zwei benachbarte über
einen Kontaktdraht miteinander elektrisch verbunden sind, gemäß dem
Stand der Technik,
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2 einen
Verbund ähnlich 1, bei dem die Solarzellen auf
erfindungsgemäße Art und Weise mit Kontaktdrähten
miteinander verbunden sind und
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3 eine
starke Vergrößerung zweier zueinander weisender
Enden zweier benachbarter Solarzellen mit genauer Darstellung der
Ausbildung des Kontaktdrahtes, der von einer Solarzelle zur benachbarten überlappt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Verbund 1 gemäß dem Stand der Technik
dargestellt, der aus mehreren Solarzellen 3 besteht. Die
Solarzellen 3 weisen eine Vorderseite 4 und eine
Rückseite 5 auf, wobei die Vorderseite 4 nach oben
zeigt. Die Solarzellen 3 sind mit Stücken von
Kontaktdrähten 7 miteinander mechanisch sowie
vor allem elektrisch verbunden. Ein Kontaktdraht 7 besteht
aus einem oberen Abschnitt 8a, einem unteren Abschnitt 8b und
einem Biegungsabschnitt 8c dazwischen. Der obere Abschnitt 8a liegt auf
der Vorderseite 4 einer Solarzelle 3 auf und reicht knapp über
deren gesamte Länge. Nur bei der ganz rechten Solarzelle 3 überlappt
der obere Abschnitt 8a weiter nach rechts.
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Im
Biegungsabschnitt 8c geht der Kontaktdraht 7 zur
linken Solarzelle 3 hin von oben nach unten und in den
unteren Abschnitt 8b über. Dieser untere Abschnitt 8b liegt
an der Rückseite 5 der Solarzelle 3 an.
Dies wiederholt sich bei den übrigen Solarzellen 3 und
Kontaktdrähten 7 des Verbundes 1. Dabei
ist zu beachten, was in der 1 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt ist, dass der Kontaktdraht 7 nicht
direkt auf der Oberfläche der Solarzelle 3 liegt,
sondern an schmalen, streifenförmigen metallisierten Kontaktbereichen
aufliegt. Auf diese Kontaktbereiche wird der Kontaktdraht 7 mit
den Abschnitten 8a und 8b aufgelötet.
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In
der 2 ist dargestellt, wie gemäß der Erfindung
bei einem Verbund 11 von Solarzellen 13 mit Vorderseite 14 und
Rückseite 15 zwar ebenfalls Kontaktdrähte 17 vorgesehen
sind. Je ein Kontaktdraht 17 verbindet zwei benachbarte
Solarzellen 13 miteinander. Ein Kontaktdraht 17 besteht
aus einem oberen Abschnitt 18a, einem unteren Abschnitt 18b und
einem Biegungsbereich 18c dazwischen.
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Es
ist zu erkennen, dass zwar ähnlich wie beim Stand der Technik
der obere Abschnitt 18a des Kontaktdrahts 17 im
wesentlichen über die gesamte Breite der Solarzelle 13 verläuft
und an deren Vorderseite 14 bzw. einem wiederum nicht dargestellten metallisierten
Kontaktbereich anliegt. Allerdings ist als deutlicher Unterschied
der untere Abschnitt 18b erheblich kürzer, seine
Länge beträgt nur etwa ein Viertel der Länge
der Solarzelle 13. Durch diesen erheblich kürzeren
unteren Abschnitt 18b des Kontaktdrahts 17 können
die vorgenannten Vorteile einer genau geraden Ausrichtung der Solarzellen 13 samt Kontaktdrähten 17 zu
einem genau geraden Verbund 11 bzw. String 11 erreicht
werden.
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Als
weitere Abweichung bzw. Neuerung zum Stand der Technik ist anzusehen,
dass der untere Abschnitt 18b des Kontaktdrahts 17 nicht
direkt an der Rückseite 15 der Solarzelle 13 bzw.
einem hier vorgesehenen metallisierten Kontaktbereich anliegt, sondern
auf einem Kontaktband 20 aufliegt. Details hierzu sind
aus 3 besser zu ersehen.
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In 3 ist
in Vergrößerung ein Übergang zwischen
zwei benachbarten Solarzellen 13 dargestellt. Hier sind
vor allem auch die metallisierten vorderen Kontaktbereiche 22 und
rückseitigen Kontaktbereiche 23 dargestellt. Diese
können, wie eingangs beschrieben, gemäß dem
Stand der Technik aus flachen metallischen Streifen bestehen, die
auf die Vorderseite 14 und Rückseite 15 der
Solarzelle 13 als Beschichtung aufgebracht worden sind,
beispielsweise zwei oder drei Kontaktbereiche pro Seite.
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Während
der obere Abschnitt 18a des Kontaktdrahts 17,
wie rechts in 3 zu ersehen ist, direkt auf
den vorderen Kontaktbereich 22 aufgebracht ist, insbesondere
durch Löten, ist dies beim unteren Überstandsbereich 18b anders.
Auf den rückseitigen Kontaktbereich 23 ist ein
Kontaktband 20 aufgebracht, insbesondere wiederum aufgelötet.
Vorteilhaft besteht dieses Kontaktband 20 aus dem selben Material
wie der Kontaktdraht 17, insbesondere auch mit gleicher
Dicke, möglicherweise auch mit gleicher Breite, also als
dasselbe Material. Das Kontaktband 20 ist an mehreren Punkten,
alternativ auch kontinuierlich über seine Länge,
mit dem rückseitigen Kontaktbereich 23 verlötet.
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Der Überstandsbereich 18b des
Kontaktdrahts 17 ist in seiner hier dargestellten vollen
Länge auf das Kontaktband 20 aufgelegt und wird
mit drei durch Pfeile dargestellte Lötpunkte 21 mit
dem Kontaktband 20 verlötet. Der Biegungsabschnitt 18c wiederum
entspricht im wesentlichen dem Stand der Technik.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, wird bei einer Vorkonfektionierung
der Solarzellen 13 nach Aufbringen der metallisierten Kontaktbereiche 22 und 23 zuerst
das Kontaktband 20 an den rückseitigen Kontaktbereich 23 angelötet.
Dann wird jeweils ein Kontaktdraht 17 mit seinem oberen
Abschnitt 18a auf den vorderen Kontaktbereich 22 einer
Solarzelle 13 aufgelötet. Anschließend
werden die Solarzellen 13 in einem Verbund entsprechend 2 von
rechts nach links aneinander gelegt und jeweils zwei Solarzellen 13 miteinander über
den Überstandsbereich 18b des Kontaktdrahts 17 verbunden,
bevor die nächste Solarzelle 13 angelegt wird.
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Aus 2 ist
auch zu ersehen, dass das ganz rechte Kontaktband 20 deutlich
nach rechts über die ganz rechte Solarzelle 13 übersteht
und an zwei Querkontaktdrähten 25 anliegt bzw.
festgelötet wird. An der ganz linken Solarzelle 13 gilt
dies für den Überstandsbereich 18b, der
ebenfalls an zwei Querkontaktdrähte 25 angelegt
und mit diesen verlötet wird. Die Querkontaktdrähte 25 verbinden
auf an sich bekannte Art und Weise mehrere parallel nebeneinander
liegende String bzw. Verbünde 11 elektrisch als Parallelschaltung.
Die Kontaktdrähte 17 verbinden die einzelnen Solarzellen 13 als
Serienschaltung.
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Durch
die aus 3 zu ersehende Lötverbindung
mittels der Lötpunkte 21 mit dem metallischem,
anhand der Dickenverhältnisse etwas massiven Überstandsbereich 18b des
Kontaktdrahts 17 und dem Kontaktband 20 reichen
die drei dargestellten Lötpunkte 21 aus für
eine ausreichend gute elektrische Kontaktierung. Durch die geringe
Länge der Überstandsbereiche 18c sowie
durch die wenigen Lötpunkte 21 verzieht sich der
Verbund 11 bei der Herstellung nicht beim Durchführen
der Lötvorgänge.
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Der Überstandsbereich
kann etwa 10 mm bis 20 mm lang sein, vorteilhaft etwa 12 mm bis
16 mm. Eine Solarzelle 13 kann als übliches Maß beispielsweise
etwa 156 mm lang sein. Die Breite der Kontaktdrähte 17 sowie
der Kontaktbänder 20 kann bei 2 mm bis 3 mm liegen,
ihre Dicke bei wenigen Zehntel-Millimetern. Der Abstand zwischen
zwei Solarzellen 13 bei einem fertigen Verbund 11 kann
bei 1 mm bis 2 mm liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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