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DE10109643B4 - Dünnschicht-Photovoltaikmodul aus mehreren Teilmodulen und Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Dünnschicht-Photovoltaikmodul aus mehreren Teilmodulen und Herstellungsverfahren hierfür Download PDF

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DE10109643B4
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module
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Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
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Abstract

Dünnschicht-Photovoltaikmodul mit
– einem Aufbau aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch verschalteten Teilmodulen (J1 bis Jw), die jeweils mehrere integriert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen (Z1 bis Zm) beinhalten,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Teilmodule (J1 bis Jw) in einem Hohlraum (11) zwischen zwei transparenten Abschlussplatten (12, 13) lamellenjalousieartig angeordnet aufgenommen sind, der mit einem Füllmedium gefüllt ist, dessen Brechungsindex im wesentlichen demjenigen eines Substratmaterials der Teilmodule entspricht, so dass das Substratmaterial optisch quasi unsichtbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul, das aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch verschalteten Teilmodulen aufgebaut ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Aus der Patentschrift US 6 111 188 ist bekannt, ein zweidimensionales Solarzellenfeld aus einzelnen Modulen aufzubauen, indem eine zur Verfügung stehende, zu belegende Fläche mit den z.B. streifenförmigen Einzelmodulen bedeckt wird, die dann durch geeignete Verdrahtung in eine Mehrzahl von Solarzellenketten in Reihe geschaltet werden, wobei die Modulanzahl pro Kette durch die gewünschte Ausgangsspannung bestimmt ist, während die Ketten untereinander parallel geschaltet werden.
  • Was die geometrische Anordnung von Solarmodulen betrifft, so ist es alternativ zum Aufbringen von Modulen auf planen Flächen bekannt, die einzelnen Module in einen Hohlraum zwischen zwei Endplatten lamellenjalousieartig, siehe die Offenlegungsschrift EP 0 028 820 A2 , oder plan einzubringen, wie in der Gebrauchsmusterschrift DE 89 11 906 U1 offenbart. In der letztgenannten Druckschrift wird außerdem vorgeschlagen, den Hohlraum mit einem niedrig viskosen, härtbaren, optisch voll transparenten Harzmaterial auszugießen, dem Zusätze zur Reduktion des UV-Anteils der Sonneneinstrahlung, zur Optimierung des Brechungsindex für das Gesamtsystem aus Endplatten, Solarmodulen und zwischenliegenden Harzschichten und/oder zur Haftverbesserung des Harzmaterials an den Endplatten zugegeben werden können.
  • Alternativ ist es bekannt, Dünnschicht-Photovoltaikmodule, die mehrere und vorzugsweise eine Vielzahl von miteinander elektrisch verschalteten Einzelzellen beinhalten, in monolithisch integrierter Form herzustellen, d.h. die Einzelzellen werden auf einem gemeinsamen Substrat gebildet und dabei durch geeignete Strukturierungsprozesse miteinander integriert elektrisch verschaltet. So kann das Modul beispielsweise aus einer Vielzahl von Einzelzellen aufgebaut sein, die integriert serienverschaltet sind. Verschiedene Typen solcher Module aus integriert serienverschalteten Einzelzellen und geeignete Verfahren zu deren Herstellung sind in der Offenlegungsschrift DE 199 34 560 A1 und der dort zitierten Literatur offenbart. Üblich ist hierbei insbesondere eine Aufteilung der Modulfläche in streifenförmige Einzelzellen, die integriert serienverschaltet nebeneinander liegen. Der die integrierte Serienverschaltung bewirkende elektrische Kontakt von Rückkontaktschicht einer Zelle und Frontkontaktschicht einer benachbarten Zelle kann je nach Anwendungsfall auf der ganzen Länge oder nur in bestimmten Abschnitten entlang einer zugehörigen Serienverschaltungslinie zwischen je zwei streifenförmigen Einzelzellen gebildet sein.
  • Je großflächiger derartige monolithische Photovoltaikmodule sind, um so stärker können sich lokale Defekte, wie punktuelle elektrische Kurzschlüsse oder mechanische Risse, über einen größeren Modulbereich hinweg auswirken oder ausbreiten, was zu Wirkungsgradverlusten bis hin zum völligen Ausfall des Moduls führen kann.
  • In der Patentschrift US 4 245 386 ist ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellenbatterien beschrieben, bei dem ein Modul mit mehreren, über Serienverschaltungslinien integriert serienverschalteten Photovoltaikzelleneinheiten gefertigt wird, das anschließend entlang von Trennlinien in Einzelmodule aufgeteilt wird, welche dann als je eine Solarzellenbatterie aus mehreren, integriert serienverschalteten Solarzelleneinheiten verwendet werden.
  • Aus der Offenlegungsschrift EP 0 113 959 A2 ist es bekannt, eine Mehrzahl von Teilmodulen, die jeweils mehrere integriert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen beinhalten, gemeinsam auf einer transparenten und/oder flexiblen Unterlage unter Belassung von Zwischenräumen durch geeignete Dünnschichttechnologien auszubilden und miteinander elektrisch zu verschalten.
  • In der Offenlegungsschrift JP 61-73386 A ist ein Herstellungsverfahren für ein Photovoltaikmodul offenbart, bei dem folienartige Photovoltaikelemente, die jeweils mehrere integriert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen beinhalten, matrixförmig auf unterteilte, vorbereitete Flächenbereiche eines Substrats aufgebracht und anschließend in gewünschter Weise miteinander elektrisch verschaltet werden, wonach das Substrat entsprechend zerteilt wird.
  • Für manche Anwendungen werden sogenannte teil- oder semitransparente Module gewünscht, die einen gewissen Anteil von durchsichtigen Bereichen aufweisen, so dass ein Teil des auftreffenden Lichtes durch das Modul hindurchtritt und diesem ein teiltransparentes Aussehen gibt. Bei monolithisch integriert gefertigten Modulen ist es dazu bekannt, in die Schichtfolge des Moduls ein Muster von Öffnungen einzubringen, die mit einem transparenten Material gefüllt werden können, siehe z.B. die Patentschrift US 5 254 179 . Dies geht zwangsläufig mit einem gewissen Wirkungsgradverlust bezogen auf die produzierte Absorberfläche einher, d.h. bezogen auf die produzierte Fläche an photovoltaisch aktiver Absorberschicht.
    •
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Dünnschicht-Photovoltaikmoduls der eingangs genannten Art, das auch bei relativ großer Modulfläche und/oder bei teiltransparenter Auslegung einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad ermöglicht und bei dem die Auswirkungen lokaler Defekte relativ beschränkt bleiben, sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Moduls zugrunde.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Dünnschicht-Photovoltaikmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
  • Das erfindungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaikmodul ist charakteristischerweise aus speziellen Teilmodulen aufgebaut, die durch Zerteilen eines oder mehrerer monolithisch gefertigter Ursprungsmodule gebildet sind, wobei jedes Ursprungsmodul mehrere, über Serienverschaltungslinien integriert serienverschaltete Photovoltaikzelleneinheiten beinhaltet. Das Zerteilen erfolgt entlang von Trennlinien, die senkrecht oder in einem Schrägwinkel nicht-parallel zu den Serienverschaltungslinien verlaufen, wodurch die Teilmodule jeweils mehrere integriert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen beinhalten.
  • Es konnte von den Erfindern festgestellt werden, dass für das erfindungsgemäße Photovoltaikmodul, das aus den Teilmodulen aufgebaut ist, die durch das Zerteilen des oder der Ursprungsmodule entstehen, bei ansonsten unveränderten Parametern ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann als für das bzw. die Ursprungsmodule. Eine Ursache hierfür kann darin begründet sein, dass durch den Aufbau des Photovoltaikmoduls aus mehreren einzelnen Teilmodulen Defekte in ihrer Wirkung auf das jeweilige Teilmodul beschränkt bleiben und sich nicht über einen größeren Bereich der Modulfläche ausdehnen können.
  • Der Aufbau des Moduls aus einzelnen Teilmodulen ermöglicht auch die Realisierung nicht-planer Module, z.B. von Modulen mit lamellenjalousieartig angeordneten Teilmodulen, wie im Anspruch 1 bzw. 5 angegeben. Dies erlaubt z.B. bei im Einbauzustand vertikal an einer Gebäudefassade angebrachten Modulen eine Steigerung der Energieausbeute im Vergleich zu einem planen Modul, da die einzelnen Teilmodule in einem günstigen Winkel zur Sonne ausgerichtet sein können, der schräg zur Vertikalen liegt. Gleichzeitig ermöglichen solche lamellenjaousieartigen Module eine blickwinkelabhängige Teiltransparenz.
  • Dabei werden gemäß Anspruch 1 bzw. 6 die lamellenjalousieartig angeordneten Teilmodule in einem Hohlraum von einem Füllmedium umgeben, dessen Brechungsin dex auf denjenigen eines für die Teilmodule verwendeten Substrats abgestimmt ist. Damit lassen sich vorteilhafte optische Effekte erreichen, z.B. eine quasi optische Unsichtbarkeit des Substrats der Teilmodule bei gleichem Brechungsindex von Füllmedium und Substrat, was dem Modul ein schlankes Aussehen verleiht, da von außen nur noch die auf die jeweiligen Substrate der Teilmodule aufgebrachten Schichten optisch sichtbar sind.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 werden die Teilmodule in einem Anordnungsmuster auf eine gemeinsame Unterlage aufgebracht, wobei besonders vorteilhaft ist, dass das Anordnungsmuster frei wählbar ist, was beliebige Designrealisierungen für das Modul ermöglicht.
  • Insbesondere können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 die Teilmodule mit Abstand voneinander auf eine transparente und/oder flexible Unterlage aufgebracht sein. Im Fall einer transparenten Unterlage ergibt sich dadurch auf sehr einfache Weise die Möglichkeit, teiltransparente Module zu realisieren, bei denen die Zwischenräume zwischen den Teilmodulen lichtdurchlässig sind. Im Fall einer flexiblen Unterlage erlauben die Zwischenräume das Biegen der Unterlage und damit die Realisierung eines gebogenen Moduls auch dann, wenn die Teilmodule selbst unflexible, starre Bauteile sind.
  • Besonders vorteilhaft ist zudem eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7, wonach die Teilmodule zum Aufbau des Photovoltaikmoduls aus einer größeren Anzahl von Teilmodulen nach dem Kriterium möglichst gleicher photovoltaischer Leistungscharakteristik ausgewählt werden. Dies minimiert stärkere Abweichungen im Leistungsvermögen der einzelnen Teilmodule und folglich verschiedener Bereiche des Photovoltaikmoduls und minimiert diesbezügliche Fehlanpassungen. Dadurch lassen sich Photovoltaikmodule mit über ihre Modulfläche hinweg weitestgehend homogenem Leistungsvermögen realisieren, insbesondere ist auf diese Weise eine gezielte Erzeugung von Höchstleistungsmodulen möglich.
    •
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Perspektivansicht eines planen Photovoltaikmoduls mit mehreren parallel nebeneinanderliegenden und elektrisch parallel geschalteten Teilmodulen,
  • 2 eine schematische Draufsicht auf ein planes Photovoltaikmodul mit mehreren, sternförmig angeordneten Teilmodulen,
  • 3 eine schematische Stirnansicht eines Photovoltaikmoduls mit lamellenjalousieartig angeordneten Teilmodulen,
  • 4 eine schematische Perspektivansicht einer Teilmodulanordnung entsprechend 1, jedoch mit elektrisch seriell geschalteten Teilmodulen, und
  • 5 eine schematische Perspektivansicht einer Teilmodulanordnung entsprechend 1, jedoch mit gemischter elektrischer Serien- und Parallelschaltung der Teilmodule.
  • 1 zeigt ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul in Form eines rechteckigen Solarmoduls, das mehrere streifenförmige Teilmodule T1, ..., Tn, nachfolgend Modulstreifen genannt, beinhaltet, die in einer Reihe quer zu ihrer Längsrichtung nebeneinanderliegend angeordnet sind. Die Modulstreifen T1 bis Tn befinden sich zwischen einer Front- und einer Rückabdeckung 1, 2, die zwecks besserer Erkennbarkeit in Explosionsansicht voneinander beabstandet wiedergegeben sind und z.B. von transparenten Glasplatten oder Folien gebildet sein können.
  • Die Modulstreifen T1 bis Tn entstammen einem Zerteilungsprozess, bei dem ein oder mehrere, nicht gezeigte Ursprungsmodule in entsprechende Modulstreifen zerteilt werden. Diese Ursprungsmodule sind von einem herkömmlichen Typ mit einer Schichtfolge aus Substrat, z.B. einem Glassubstrat, einer ersten Kontaktschichtstruktur, z.B. einer Rückkontaktstruktur, einem photovoltaisch aktiven Absorberschichtaufbau, z.B. aus amorphen Silizium, Kadmiumtellurid oder Kupferindiumdiselenid, und einer zweiten Kontaktschichtstruktur, z.B. einer Frontkontaktstruk tur. Dabei ist jedes Ursprungsmodul vom monolithischen, integriert serienverschalteten Typ, d.h. es besteht aus mehreren streifenförmigen Photovoltaikzelleneinheiten, die nebeneinanderliegend und über Serienverschaltungslinien integriert serienverschaltet angeordnet sind.
  • Das Zerteilen erfolgt längs von zu den Serienverschaltungslinien nicht-parallelen Trennlinien, im gezeigten Beispiel sind die Trennlinien senkrecht zu den Serienverschaltungslinien, alternativ ist aber je nach Gestaltungswünschen ein schräger Trennlinienverlauf mit gewünschtem Schrägwinkel möglich. Dadurch besteht jeder Modulstreifen T1 bis Tn aus mehreren, in Streifenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Photovoltaik-Einzelzellen Zl bis Zm, die über den jeweiligen Teil S1, ..., Sm–1 der ursprünglichen Serienverschaltungslinien des bzw. der Ursprungsmodule integriert serienverschaltet sind, wie in 1 für den Modulstreifen T1 stellvertretend für alle Modulstreifen T1 bis Tn explizit angegeben. Beispielsweise können rechteckige Ursprungsmodule mit den Abmessungen 30cm×40cm hergestellt und nach dem letzten Prozessschritt der Modulfertigung auf einem Schneidetisch durch Ritzen und Brechen in jeweils 40 Modulstreifen von 1cm Breite zerteilt werden. Alternativ kann eine unterschiedliche Breite der Modulstreifen gewählt werden, wenn größere Gestaltungsfreiräume für das aus solchen geschnittenen Teilmodulen zusammengesetzte Modul gewünscht werden.
  • Bevorzugt werden die Modulstreifen T1 bis Tn, aus denen ein zugehöriges Modul zusammengesetzt wird, aus einer demgegenüber größeren Anzahl p von Modulstreifen, mit p>n, ausgewählt, die von einer Zerteilung eines oder mehrerer Ursprungsmodule stammen. Dazu werden alle p Modulstreifen hinsichtlich ihrer photovoltaischen Leistungscharakteristik vermessen, z.B. in einem Sonnensimulator, und nach ihrer gemessenen Leistungscharakteristik sortiert. Für das jeweilige zusammengesetzte Modul werden dann die n Modulstreifen T1 bis Tn nach dem Kriterium möglichst gleicher Leistungscharakteristik aus den vorhandenen p Modulstreifen ausgewählt. Dadurch lässt sich das jeweilige Photovoltaikmodul aus Modulstreifen T1 bis Tn mit relativ homogener photovoltaischer Leistungscharakteristik aufbauen, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad des zusammengesetzten Moduls führen kann. Insbesondere lassen sich auf diese Weise sehr einfach durch geeignete Auswahl der Modulstreifen zusammengesetzte Höchstleistungsmodule herstellen.
  • Die für ein bestimmtes Photovoltaikmodul ausgewählten Modulstreifen T1 bis Tn werden dann im Beispiel von 1 auf der einen Abdeckung 1 als gemeinsamer Unterlage parallel nebeneinanderliegend angeordnet und in herkömmlicher Weise elektrisch parallelgeschaltet, indem die außenseitigen Einzelzellen Zl, Zm der Modulstreifen T1 bis Tn auf jeder der beiden Seiten durch je ein Kontaktbändchen 3, 4 miteinander verbunden werden.
  • Wie aus 1 weiter zu erkennen, sind die Modulstreifen T1 bis Tn jeweils mit einem vorgebbaren Abstand a voneinander angeordnet. Die dadurch gebildeten Zwischenräume 5 zwischen den Modulstreifen T1 bis Tn fungieren als teiltransparente Zwischenräume, die einfallendes Licht passieren lassen und dem zusammengesetzten Modul ein teiltransparentes Aussehen verleihen. Wenn die Modulstreifen T1 bis Tn beispielsweise eine Breite von 1cm aufweisen und sie in einem Abstand a von 2mm angeordnet sind, führt dies zu einem teiltransparenten Modul mit einem Teiltransparenzgrad von 20%. Ein Vorteil des so hergestellten teiltransparenten Moduls besteht darin, dass die Teiltransparenz im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Verfahren, bei denen zu diesem Zweck ein Teil der zuvor aufgebrachten Schichten durch Ätzen oder eine andere Technik entfernt wird, ohne Verlust an beschichteter Fläche allein dadurch erzielt wird, dass die durch Zerteilen eines oder mehrerer Ursprungsmodule gebildeten Modulstreifen mit entsprechendem Abstand voneinander zur Bildung des zusammengesetzten Moduls angeordnet werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann ein derartiges beabstandetes Anordnen der Modulstreifen T1 bis Tn auch dazu dienen, ein zusammengesetztes Photovoltaikmodul mit gekrümmter Modulfläche herzustellen. In diesem Fall werden die Modulstreifen T1 bis Tn auf einer flexiblen Unterlage angeordnet, z.B. auf eine flexible Folie laminiert. Zur gegenüberliegenden Abdeckung kann ein gleichfalls flexibles Material über den Modulstreifen T1 bis Tn angeordnet werden, z.B. wiederum eine flexible Folie. Wenn in dieser Weise die Modulstreifen T1 bis Tn beabstandet zwischen zwei flexible Folien laminiert sind, kann das zusammengesetzte Modul in zumindest einer Richtung, nämlich entlang von zu den Zwischenräumen 5 parallelen Biegelinien, gebogen werden, beispielsweise zylinderförmig, und zwar selbst dann, wenn die Modulstreifen T1 bis Tn selbst nicht biegsam sind.
  • 2 zeigt ein weiteres planes Dünnschicht-Photovoltaikmodul aus mehreren Modulstreifen M1 bis Mk, z.B. k=12, die in ihrem Aufbau und in ihrer Herstellung durch Fertigung und Zerteilung eines oder mehrerer großflächigerer Ursprungsmodule den Modulstreifen T1 bis Tn der 1 entsprechen. Das zusammengesetzte Modul von 2 unterscheidet sich von demjenigen der 1 dadurch, dass die Modulstreifen M1 bis Mk auf einer gemeinsamen Unterlage 6 nicht parallel nebeneinander liegen, sondern sternförmig mit von einem Modulmittelpunkt C radial verlaufenden Modulstreifen-Längsachsen angeordnet sind.
  • Auch in diesem Beispiel sind die Modulstreifen M1 bis Mk, von denen jeder aus mehreren, integriert serienverschalteten Einzelzellen besteht, elektrisch parallel geschaltet. Dazu ist ein erstes Kontaktbändchen 7 entlang des äußeren Radius der sternförmigen Modulstreifenanordnung geführt, das die radial äußersten Einzelzellen der Modulstreifen M1 bis Mk elektrisch unter Bereitstellung eines Pluspols des zusammengesetzten Moduls parallel schaltet, während ein zweites Kontaktbändchen 8 entlang des inneren Radius der sternförmigen Modulstreifenan ordnung verläuft und die radial innenliegenden Einzelzellen der Modulstreifen unter Bereitstellung eines Minuspols des zusammengesetzten Moduls parallel schaltet.
  • Das Ausführungsbeispiel von 2 macht die hohe Gestaltungsfreiheit deutlich, die durch die Bildung des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls aus einzelnen Teilmodulen besteht. Es versteht sich, dass dementsprechend erfindungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaikmodule mit beliebigen anderen Anordnungsmustern von streifenförmigen oder andersartig gestalteten, durch Zerteilen eines oder mehrerer Ursprungsmodule entstehenden Teilmodule möglich sind.
  • Die Herstellung des Photovoltaikmoduls von 1 oder 2 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass nach Zerteilung des oder der Ursprungsmodule die zu verwendenden Modulstreifen T1 bis Tn bzw. M1 bis Mk ausgewählt und in der gewünschten Art angeordnet und nach der Kontaktierung mit den Kontaktbändchen unter Verwendung eines polymeren Klebematerials, z.B. EVA, auf einen Träger laminiert werden, bei dem es sich z.B. um eine als Frontplatte dienende Glasplatte handeln kann. Auf der gegenüberliegenden Seite kann eine abdichtende Schicht auflaminiert werden, die z.B. die Rückabdeckung 13 bilden und aus einem Folienmaterial bestehen kann, wie einer Verbundfolie aus Tedlar®/Aluminium/PET. Zur Realisierung eines flexiblen Gesamtmoduls wird ein Träger aus einem flexiblen, transparenten Polymer anstelle der genannten Glasplatte verwendet.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit nicht-planer Anordnung einer gewünschten Anzahl w von Modulstreifen J1 bis Jw, die nach Art ihrer Herstellung durch Fertigen und geeignetes Zerteilen eines oder mehrerer Ursprungsmodule und in ihrem Aufbau den Modulstreifen T1 bis Tn bzw. M1 bis Mk der 1 und 2 entsprechen. Speziell veranschaulicht 3 eine lamellenjalousieartige Anordnung der Modulstreifen J1 bis Jw, d.h. letztere sind in der Art von Jalousielamellen in einer Reihe parallel versetzt mit in Reihenrichtung schrägstehender Modulebene angeordnet. Jeder Modulstreifen J1 bis Jw besteht wiederum, wie in der Seitenansicht von 3 zu erkennen, aus einem Substrat 9 und einem darauf aufgebrachten, photovoltaisch aktiven Schichtaufbau 10. Senkrecht zur Zeichenebene besteht jeder Modulstreifen J1 bis Jw aus einer Aufeinanderfolge von integriert serienverschalteten Photovoltaik-Einzelzellen, wie oben zu 1 erläutert.
  • Die lamellenjalousieartige Modulstreifenanordnung ist in einem Hohlraum 11 aufgenommen, der von einer transparenten Frontplatte 12, einer transparenten Rückplatte 13 und schmalseitigen Abschlüssen 14a, 14b begrenzt wird. In dieser Form kann das lamellenjalousieartige Photovoltaikmodul z.B. vertikal an einer Gebäudefassade angebracht werden, d.h. mit vertikal liegender Reihenrichtung der Modulstreifenreihe. Der Schrägwinkel α, um den die Modulstreifen J1 bis Jw mit ihren Streifenebenen gegenüber der Reihenrichtung und damit der Vertikalen geneigt sind, ist so gewählt, dass zur Steigerung der Energieausbeute Sonnenlicht 15 über einen möglichst langen Tageszeitraum hinweg unter einem möglichst steilen Winkel auf die Ebene der Modulstreifen J1 bis Jw einfällt, d.h. mit möglichst kleinem Winkel zur Flächennormalen der Modulstreifen J1 bis Jw. Alternativ oder zusätzlich zu einem festen Einbau der Modulstreifen J1 bis Jw in den Hohlraum 11 und einer festen, z.B. vertikalen Platzierung des Gesamtmoduls kann eine variable, an die sich im Tagesverlauf ändernde Sonneneinfallsrichtung angepasste Anbringung der einzelnen Modulstreifen J1 bis Jw im Hohlraum 11 und/oder des Gesamtmoduls an einem entsprechenden Modulträger vorgesehen sein, so dass direktes Sonnenlicht über einen großen Teil des Tagesverlaufs unter einem relativ hohen Winkel auf die Modulstreifen J1 bis Jw einfallen kann, gegebenenfalls abhängig von der Orientierung des Gebäudes, an dem das Gesamtmodul angeordnet wird.
  • Ein weiterer Vorteil der lamellenjalousieartigen Modulstreifenanordnung besteht darin, dass für gewisse Blickwinkel, im Beispiel von 3 ist exemplarisch ein horizontaler Blickwinkel 16 gezeigt, eine Teiltransparenz des Gesamtmoduls gegeben ist, deren Stärke von dem in Blickrichtung projizierten Abstand der Modulstreifen J1 bis Jw abhängt. Es ergibt sich folglich eine blickwinkelabhängige Teiltransparenz, die in einer Blickrichtung parallel zu den Modulstreifenebenen nahezu 100% beträgt, da in dieser Blickrichtung nur der dünne Modulstreifen-Schichtaufbau den Lichtdurchgang begrenzt.
  • Zudem lässt sich bei Bedarf ein weiterer optischer Verschlankungseffekt für das lamellenjalousieartige Gesamtmodul erreichen, wenn der Hohlraum 11 mit einem transparenten Füllmedium gefüllt wird, das so gewählt ist, dass sein Brechungsindex wenigstens annähernd demjenigen der transparent gewählten Modulstreifensubstrate 9 entspricht. Dadurch werden die Modulstreifensubstrate 9 optisch quasi unsichtbar. Der Betrachter nimmt dann von den Modulstreifen J1 bis Jw nur noch den dünnen photovoltaisch aktiven Schichtaufbau 10 wahr, was dem Modul insgesamt ein schlankes Aussehen gibt.
  • Die elektrische Kontaktierung der Modulstreifen J1 bis Jw und damit deren elektrische Parallelschaltung erfolgt wiederum über je ein zickzackförmig durchlaufendes Kontaktbändchen an den gegenüberliegenden Modulstreifenenden, wobei in der Ansicht von 3 das eine durchlaufende Kontaktbändchen 17 zu erkennen ist. Wie in 3 anhand des einen Kontaktbändchens 17 weiter zu erkennen, sind die Kontaktbändchen an einer Modulschmalseite mit einem Anschlussende 17a durch den dortigen Stirnseitenabschluss 14b hindurchgeführt.
  • Die Herstellung des lamellenjalousieartigen Photovoltaikmoduls kann nach Zerteilung des oder der Ursprungsmodule und der Auswahl der zu verwendenden Modulstreifen J1 bis Jw dadurch erfolgen, dass die Modulstreifen J1 bis Jw in der gewünschten Weise zwischen den beiden Platten 12, 13 angeordnet werden, beispielsweise unter Zuhilfenahme von stützenden Kunststoffteilen. Der gesamte Verbund wird dann stirnseitig unter Verwendung der Abschlüsse 14a, 14b abgedichtet, wonach der Hohlraum 11 mit dem gewünschten Füllmedium befüllt wird, bei dem es sich z.B. um ein Gießharz handeln kann, mit dem die Modulstreifenanordnung eingegossen wird.
  • Während in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 die Teilmodule jeweils elektrisch parallel geschaltet sind, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich, die Teilmodule in jeder beliebigen anderen Weise elektrisch zu verschalten. Beispielhaft ist dies in den 4 und 5 für eine jeweilige Anordnung der mehreren streifenförmigen Teilmodule T1 bis Tn gemäß 1 gezeigt, wobei die Anzahl n in jedem Beispiel einen gewünschten Wert haben kann und in den 4 und 5 der Einfachkeit halber nur die Teilmodule T1 bis Tn ohne ihre Front- und Rückabdeckung wiedergegeben sind.
  • Dabei zeigt 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem alle Teilmodule T1 bis Tn elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dazu ist eine erste, äußere Einzelzelle des ersten Moduls T1 mit einem Pluspol 20 und eine letzte, äußere Einzelzelle des letzten Moduls Tn mit einem Minuspol 21 verbunden. Im übrigen sind aufeinanderfolgende Teilmodule Ti–1, Ti (2≤i≤n) alternierend auf je einer Seite elektrisch miteinander verbunden, indem dort ein jeweiliger Kontaktsteg K1 bis Kn–1 die beiden zugehörigen äußeren Einzelzellen elektrisch verbindet. Zur Verdeutlichung dieser elektrischen Reihenschaltung sind für jedes Teilmodul T1 bis Tn die Plus- und Minus-Polaritäten an beiden Enden in 4 angegeben.
  • Durch die Reihenschaltung entsteht ein Gesamtmodul mit entsprechend hoher Generatorspannung, wie dies für manche Anwendungen wünschenswert ist, z.B. bei Weidezäunen, Mückenabwehrgeräten und zum Diebstahlschutz. So können beispielsweise aus einem Ursprungsmodul der Größe 60cm × 120cm, das zweihundert integriert serienverschaltete Zelleneinheiten mit parallel zur kürzeren Kante verlaufenden Serienverschaltungslinien beinhaltet, durch Zerteilen sechzig Modulstreifen von 1cm Breite mit je zweihundert Einzelzellen und damit etwa 100V Spannung gewonnen werden, die dann bei reiner Serienverschaltung eine Ausgangsspannung von 600V für das Solargeneratormodul liefern, während sich im anderen Extremfall einer reinen Parallelschaltung der Modulstreifen gemäß 1 eine Generatorausgangsspannung von 100V ergibt.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Mischform aus elektrischer Serien- und Parallelschaltung. Dabei sind je drei aufeinanderfolgende Teilmodule Ti, Ti+1, Ti+2 (1≤i≤n–2) in der zu 4 beschriebenen Weise elektrisch in Reihe geschaltet. Dadurch entstehen aus den n Teilmodulen T1 bis Tn eine Anzahl n/3 von Teilmodulgruppen G1 bis Gn/3 aus je drei seriell geschalteten Teilmodulen. Diese Teilmodulgruppen G1 bis Gn/3 sind dann elektrisch parallel geschaltet, indem sie jeweils mit ihrem einen Anschlussende parallel an einen Pluspol 22 und mit ihrem anderen Anschlussende parallel an einen Minuspol 23 angeschlossen sind.
  • In analoger Weise können beliebige andere Verschaltungen der Teilmodule T1 bis Tn realisiert werden. Dadurch kann eine ganze Palette von gewünschten Generatorspannungen z.B. zwischen den oben genannten Extremwerten von 100V bis 600V eingestellt werden. Die endgültige Generatorausgangsspannung kann somit in einem sehr späten Schritt der Modulfertigung über das Verschaltungsschema festgelegt werden, ohne dass das Moduldesign selbst geändert werden muss.
  • Die obige Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele verdeutlicht, dass das erfindungsgemäße Dünnschicht-Photovoltaikmodul in einfacher, auch für Massenfertigung geeigneter Weise dadurch hergestellt wird, dass relativ großflächige Ursprungs module mit integriert serienverschalteten Photovoltaikzelleneinheiten in Teilmodule verteilt werden, die dann ihrerseits aus jeweils mehreren integriert serienverschalteten Photovoltaik-Einzelzellen bestehen und in einer gewünschten Anordnungsstruktur zur Bildung des Gesamtmoduls angeordnet werden. Durch den Aufbau aus den Teilmodulen können hierfür Teilmodule mit gut zueinander passender Leistungscharakteristik ausgewählt werden. Außerdem bleiben eventuelle Defekte auf das betreffende Teilmodul begrenzt. Beides begünstigt die Erzielung hoher Wirkungsgrade für das Gesamtmodul. Außerdem lassen sich sehr einfach und ohne Verlust an beschichteter Fläche teiltransparente und/oder flexible Photovoltaikmodule realisieren.

Claims (7)

  1. Dünnschicht-Photovoltaikmodul mit – einem Aufbau aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch verschalteten Teilmodulen (J1 bis Jw), die jeweils mehrere integriert serienverschaltete Photovoltaik-Einzelzellen (Z1 bis Zm) beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass – die Teilmodule (J1 bis Jw) in einem Hohlraum (11) zwischen zwei transparenten Abschlussplatten (12, 13) lamellenjalousieartig angeordnet aufgenommen sind, der mit einem Füllmedium gefüllt ist, dessen Brechungsindex im wesentlichen demjenigen eines Substratmaterials der Teilmodule entspricht, so dass das Substratmaterial optisch quasi unsichtbar ist.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Photovoltaikmoduls mit einem Aufbau aus mehreren einzelnen, miteinander elektrisch verschalteten Teilmodulen (T1 bis Tn), gekennzeichnet durch die Schrittfolge: – Fertigen eines oder mehrerer Ursprungsmodule, die jeweils mehrere, über Serienverschaltungslinien integriert serienverschaltete Photovoltaikzelleneinheiten beinhalten, – Zerteilen des jeweiligen Ursprungsmoduls entlang von zu den Serienverschaltungslinien nicht-parallelen Trennlinien in einzelne Teilmodule und – Anordnen und elektrisches Verschalten wenigstens zweier dieser einzelnen Teilmodule (T1 bis Tn) zur Bildung des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) in einem Anordnungsmuster auf eine gemeinsame Unterlage (1) aufgebracht werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) unter Belassung von Zwischenräumen (5) auf eine transparente und/oder flexible Unterlage (1) aufgebracht werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) lamellenjalousieartig angeordnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (J1 bis Jw) in einen Hohlraum (11) zwischen zwei transparenten Abschlussplatten (12, 13) lamellenjalousieartig angeordnet eingebracht werden, der mit einem Füllmedium gefüllt wird, dessen Brechungsindex im wesentlichen demjenigen eines Substratmaterials der Teilmodule entspricht, so dass das Substratmaterial optisch quasi unsichtbar ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodule (T1 bis Tn) aus einer größeren Anzahl von Teilmodulen, die durch Zerteilen des oder der Ursprungsmodule gebildet werden, nach dem Kriterium möglichst gleicher photovoltaischer Leistungscharakteristik ausgewählt werden.
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