DE3047228A1

DE3047228A1 - Solarzelle mit waermeableitung

Info

Publication number: DE3047228A1
Application number: DE19803047228
Authority: DE
Inventors: Karl August 2800 Bremen Thoke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1982-07-15

Description

Solarzelle mit Wärmeableitung
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle oder einen Solaryene3ator zum Umwandeln von Licht in elektrischen Strom, mit einer Trägerplatte und zumindest einer darauf montierten, mit elektrischen Kontaktfahnen versehenen Halbleiterfotozelle, beispielsweise aus Silizium.
Solargeneratoren dienen bekanntlich zum Umsetzen von Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie. Sie bestehen aus einer Vielzahl von hintereinander oder parallel geschalteten Solarzellen, wobei die Schaltungsart von den Einsatzerfordernissen bestimmt ist.
Um während strahlungsarmer Zeiten auch Sonnenenergie verfügbar zu machen, arbeiten Solargeneratoren meist auf Pufferbatterien.
Besonders geeignet sind Solargenerateren für automatisch arbeitende Beleuchtungs- und Bewässerungsanlagen, Siynalanlagen, Meßstationen und Notrufsäulen, Navigationsanlagen (Bojen), Meßwert- Übertragerstationen und Umsetzer für funkelektrische Signale sowie kathodische Korrosionsschutzsysteme.
Wesentlich für die Leistungsfähigkeit und Funktionstauglichkeit derartiger Anlagen ist die Strom- Spannungs- Charakteristik der verwendeten Solargeneratoren. Die durch einen Solargenerator abgecjebene Leistung ist eine empfindliche Funktion der Eigentemperatur der die Spannung liefernden Halbleiterfotozelle. Bei terrestrischen Silizium Solarzellen fällt die abgegebene Leistung z.B. für Temperaturen der Halbleiterfotozelle oberhalb von 25°C um mehr als 0,3 % /0C-. D.h., daß eine z.B. auf 1250 C überhitzte SolarzeIle mehr als 30 % ihres Konversionswirkungsyrades einbüßt.
Da andererseits aber derartige Solargeneratoren möglichst intensiver Sonnenstrahlung ausgesetzt werden sollen, um möglichst große Leistungen abzugeben, ist es von großem Nutzen, die Halbleiterfotozelle zu kühlen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Solarzelle bzw. einen Solargenerator zu schaffen, deren Halbleiterfotozelle auf einfache Weise gekühlt wird. Insbesondere soll ein Wärmeübergang Halbleiterfotozelle- Träger-Kühlmittel erreicht werden, bei gleichzeitiger galvanischer Trennung der Halbleiterfotozellc.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halbleiterfotozelle mit der Trägerplatte wärmeleitend verbunden ist und eine galvanische Trennung Halbleiterfotozelle- Aufbau vorgesehen ist.
Insbesondere eignet sich eine Wärmeleitpaste für die wärmeleitende Verbindung, die gleichzeitig eine galvanische Trenlluny cgewährleistet.
Verschiedene Einrichtungen zum Ableiten der Wärme aus der Frägerplaite sind in den Unieransprüchen beschrieben Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zaii die Fig.: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Solarzelle gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.
Das sonnen- Licht 22 fällt in der Fig. von links auf eine Halbleiterfotozelle 10. Die durch die Photonen erzeugten Elektronen- Loch- Paare bewirken eine Spannung, die mittels der Kontaktfahnen 20 abgegriffen wird. In einer üblichen Panelanordnung werden eine Vielzahl derartiger Halbleiterfotozellen 10 auf einer größeren Trägerplatte 12 angeordnet und elektrisch entweder parallel oder in Reihe verbunden. Die Gesamtheit einer solchen Anordnung wird üblicherweise Solargenerator genannt, während eine einzelne Einheit Solarzelle heißt. Unter Aufbau sind hier alle Bauteile außer der Halbleiterfotozelle zu verstehen. Bei herkömmlichen Solarzellen wird die als Festkörper- Plättchen ausgeformte Halbleiterfotozelle 10 beispielsweise mittels Klebstoffes an der Trägerplatte 12 befestigt. Wird nun bei einer herkömmlichen Solarzelle die Halbleiterfotozelle 10 dem Soi:ien- Licht 22 ugusetzt, so wird bei einem Konversionsgrad von 10 - 20 % für die Umsetzung in elektrische Energie ein Großteil der Sonnenenergie - soweit diese nicht reflektiert wird - in Wärme umgesetzt, so daß sich die Eigen- Temperatur der Halbleiterfotozelle 10 in erheblichem Umfang erhöhen kann. Um den mit dieser Temperaturerhöhung einhergehenden Abfall im Konversionswirkungsgrad der Halbleiterfotozelle 10 auszuschliessen, sieht die Erfindung vor, daß zwischen Halbleiterfotozelle 10 und Trägerplatte 12 ein enger Wärmeübergang besteht, z.B. durch wärmeleitendes Material 14, beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder einen wärmeleitfähigen klebstoff. Mittels dieser Maßnahmen wird ein Wä@mestau in der Halbleiterfotozelle 10 verhindert und die Wärme von der Halbleiterfotozelle auf die Trägerplatte 12 abgeleitet.
Die Trägerplatte 12 kann ihrerseits beispielsweise durch ein Kühlmittel 16 gekühlt sein. Je nach Verwendungszweck und Anforderungen können als Trägerplatten- Material verschiedene wärmeleitfähige Stoffe vorgesehen sein, beispielsweise eine elektrisch isolierende Kunststoffplatte, in die ein wärmeleitendes Netz, z.B. aus Metall, eingelegt ist. Auch kann dieTrägerplatte 12 direkt aus Metall gefertigt sein, wenn das wärmeleitende Material 14 elektrisch nicht leitend, oder eine galvanische Trennung Halbleiterfotozelle 10 - Trägerplatte 12 gewährleistet ist.
Da die Wärmeleitpaste 14 im allgemeinen keine ausreichende Klebfestigkeit besitzt, um die Halbleiterfotozelle 10 ausreichend stabil mit der Trägerplatte 12 zu verbinden, ist vorgesehen, die Halbleiterfotozelle (n) mittels eines fosten, elcktrisch isolierenden klebstoffes 18 auf der Trägerplatte 1 2 zu fixieren oder durch Einbettung (Einschließung) die Halbleiterfotozelle(n) - z.B. in Verbindung mit einem ganzheitlichen, mechanischen Schutz - zu befestigen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung sowie in den !nsprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsforlnen wesentlich sein.

Claims

Ansprüche 1. Solarzelle und Solargenerator zum Umwandeln von Licht in elektrischen Strom, mit einer Träyerplatte und zumindest einer darauf montierten, mit elektrischen Kontaktfahnen versehenen Halbleiterfotozelle, beispielsweise aus Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterfotozelle (10) mit der Trägerplatte (12) wärmeleitend verbunden ist und eine galvanische Trennung Halbleiterfotozelle (10) -Aufbau vorgesehen ist.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeleitung ein thermisch leitendes Material (14), z.B. eine Wärmepaste, vorgesehen ist, und die galvanische Trennung Halbleiterfotozelle (10) -AufLau durch die Trägerplatte (12) selbst oder durch das wärmeleitende Material (14) erfolgt.
3. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (12) wärmeleitfähig ist.
4. Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (12) aus thermisch nicht leitendem, elektrisch iso]ierendem Material besteht, in das ein wärmeleitendes Netz, Gitter oder eine Schicht und/oder wimeleitende Partikel ein£jebr<ciit ist bzw. sind.
5. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Netz, Gitter, die Fläche und/oder die Partikel an die Oberfläche der Trägerplatte (12) tritt bzw. treten und daß die Trägerplatte (12) mittels eines Zwischenstückes , z.B. eines Plättchens, von der Halbleiterfotozelle (10) elektrisch isoliert ist, oder an der der Halbleiterfotozelle (10) zugekehrten Seite elektrisch isolierend gefertigt ist.
6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (12) aus Metall besteht und die galvanische Trennung durch ein elektrisch isolierendes Plättchen erreicht wird.
7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (12) durch ein Kühlmittel (16) beaufschlagt ist.
8. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch qekennzeichnet, daß die Halbleiterfotozelle(n) (10) mittels eines hochfesten, elektrisch isolierenden, jedoch wärmeleitenden Klebstoffes (18) teilweise oder ganzheitlich an der Trägerplatte (12) befestigt ist (sind)
9. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur mechanischen Befestigung mit dem Klebstoff (18) die Halbleiterfotozelle (10) eingeschlossen, bzw. umschlosssen wird.