DE1927387B2 - Sonnenbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Sonnenbatterie dieser Art ist aus der US-PS 34 46 676 bekannt; zur elektrischen und mechanischen Verbindung zweier Reihen von nebeneinander angeordneten Sonnenzellen dient hier ein Kontaktstreifen, der aus einem streifenförmigen Hauptkörper mit mehreren sich senkrecht zu dessen Längsrichtung erstreckenden Kontaktzungen besteht. Der Kontakistreifen wird mit den Kontaktzungen durch entsprechende Schlitze in einer Trägerplatte gesteckt, wonach der Hauptkörper mit Elektroden an der Unterseite der Sonnenzellen der einen Reihe und die Kontaktzungen mit Elektroden an der Oberseite der Sonnenzellen der zweiten Reihe verlötet werden. Durch diese Art der Verbindung wird die Trägerplatte zwischen Sonnenzellen und dem Hauptkörper des Kontaktstreifens eingeklemmt. Das Verlöten der einzelnen Sonnenzellen mit den Kontaktstreifen geschieht entweder von Hand oder automatisch in sogenannten Tunnelofen. Hierbei ist es nicht zu vermeiden, daß bei der Erwärmung der Sonnenzellen während des Lötvorganges deren Kenndaten sich unvorhersehbar ändern, so daß die für einen hohen Wirkungsgrad der Sonnenbatterie notwendige Abstimmung der Kenndaten der Sonnenzellen der Sonnenbatterie zwar vor dem Verlöten, aber nach deren Montage auf der Trägerplatte nicht mehr vorhanden ist. Beim automatischen Verlöten in einem Ofen bleibt zwar eine vor dem Verlöten vorgenommene Abstimmung der Sonnenzellen größtenteils erhalten, es ist indes ebenso wie beim Verlöten einzelner Zellen von Hand nicht sicher, ob auch alle Lötstellen elektrisch Kontakt geben. Bei der bekannten Kontaktierung der Sonnenzellen untereinander ist nach dem Verlöten jedoch kaum eine Möglichkeit mehr vorhanden, die einzelnen Kontakte der Sonnenzellen an den Kontaktstreifen auf ihre elektrische und schließlich auch auf ihre mechanische Güte zu prüfen. Schließlich können Sonnenzellen, die beim Löten zerstört oder zumindest so in ihrer Funktion beeinträchtigt wurden, daß sie die Wirkung der Sonnenbatterie beeinträchtigen, nur mühsam ausgewechselt werden. Zwar können die Lötstellen an den Kontaktzungen verhältnismäßig einfach gelöst werden, die Lötstellen zwischen den Elektroden an der Unterseite der Sonnenzelien und dem Hauptkörper des Kontaktstreifens werden jedoch kaum unter Beeinträchtigung anderer benachbarter Lötstellen wieder getrennt werden können.

Ferner muß bedach* werden, daß durch die Einspannung der Trägerplatte zwischen dem Hauptkörper des Kontaktstreifens und der Unterseite der Sonnenzellen auch Schwingungen der Trägerplatte bzw. des Trägermaterials direkt auf die Lötstellen zwischen Kontaktstreifen und Sonnenzellen wirken. Hierdurch treten Spannungen auf, die durchaus zum Bruch einzelner Lötstellen führen können. Derartige Vibrationen und Biegeschwingungen der Trägerplatte treten jedoch sehr häufig auf, z. B. beim Entfalten der Sonnenbatterie oder bei der jeweiligen Ausrichtung auf die optimale Sonneneinstrahlung.

Aus der FR-PS 15 52 078 ist weiterhin eine Sonnenbatterie bekannt, bei der als Trägerplatte eine biegsame Folie aus elektrisch isolierendem Material verwendet ist. Auf mindestens einer Seite der Folie sind als Kontaktstreifen metallisierte Oberflächenteile aufgebracht, die mit Einschnitten durch die Folie hindurch versehen sind, wodurch Zungen gebildet werden, deren metallisierte Oberfläche mit den Elektroden der Sonnenzellen verbunden werden können. Auch hier werden die Sonnenzellen mit der Trägerplatte erst bei der Endmontage der Sonnenbatterie verlötet, so daß ebenfalls Schwierigkeiten bei der Anpassung der Kenndaten der einzelnen Sonnenzellen auftreten.

Zudem wirken Schwingungen der Trägerplatte direkt auf die Lötstelle, so daß trotz der Elastizität der Trägerplatte Lötstellen brechen können.

Außerdem ist bei einer derartigen Sonnenbatterie zur besseren Befestigung der Sonnenzellen auf der Trägerplatte vorgesehen, die Sonnenzellen zusätzlich mit der Trägerplatte zu verkleben. Da im allgemeinen Sonnenzellen, Kleber und Trägerplatte nicht die gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, führen große Temperaturschwankungen, wie sie beispielsweise bei einem Satelliten beim Wechsel von der Schatten- in die Sonnenphase auftreten, zu mechanischen Spannungen der gesamten Anordnung, wodurch etwa der Kleber reißen kann und die Sonnenzellen und evtl. auch die Verbindung der Sonnenzellen untereinander zerstört werden. Zudem sind Kleber, die derartigen extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt werden können, teuer und schwierig in der Verarbeitung. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß unausgegaste Kleber im Vakuum erneut zu gasen anfangen und dabei z. B. die Meßergebnisse von an die Sonnenbatterie angeschlossenen Massenspektrometern verfälschen.

Ferner kann eine aufgeklebte Sonnenzelle bei einem

Defekt wegen der festen Verbindung zwischen Sonnenzelle und Trägerplatte ohne Zerstörung dieser und evtl.

weiterer Sonnenzellen und auch der Trägerplatte kaum ausgewechselt werden.

Aus der US-PS 33 75 141 ist ein Modul aus mehreren Sonnenzellen für eine Sonnenbatterie bekannt, wobei die elektrisch in Serie geschalteten Sonnenzellen an jeder Elektrode jeweils eine Kontaktfahne tragen, die danach an ihren freien Enden miteinander verlötet oder verschweißt sind. Hier wird tatsächlich erreicht, daß die Sonnenzellen vor der Endmontage auf die Trägerplatte in ihren Kenndaten ausgewählt werden können, die sich auch bei der Endmontage nicht mehr verschieben. Wenn allerdings, wie regelmäßig notwendig, auch Sonnenzelien parallel geschaltet werden müssen, so ist

gemäß diesem Patent für alle parallelgeschalteten Sonnenzellen ein gemeinsamer Kontaktstreifen vorgesehen, der mit den Elektroden mehrerer Zellen verlötet oder verschweißt ist. Hierbei ist es allerdings möglich, daß sich die Kenndaten der Sonnenzelle bei dem Lötoder Schweißvorgang noch verschieben.

Die gefertigten Module werden nach der Verbindung der Sonnenzellen untereinander auf eine Trägerplatte geklebt. Durch die spezielle Ausgestaltung der Kontaktfahnen wird zwar bei Biegeschwingungen der Trägerplatte die Kontaktstelle nicht unmittelbar beeinflußt. Jedoch können durch die Verklebung der Sonnenzellen auf der Trägerplatte die oben geschilderten Schwierigkeiten auftreten.

Aus der US-PS 33 78 407 ist ferner eine Sonnenbatterie bekannt, bei der Sonnenzellenmodule, die aus mehreren über S-förmig gebogene Kontaktstreifen verbundenen Sonnenzellen bestehen, auf einer Trägerplatte befestigt werden. Die Kontaktstreifen bestehen hierbei aus einem streifenförmigen Hauptkörper, von dem einzelne als Kontaktfahnen ausgebildete Finger abzweigen. Mit dem Hauptkörper werden die Elektroden mehrerer parallelgeschalteter nebeneinanderliegender Sonnenzellen verschweißt, während die fingerartigen Kontaktfahnen mit den Elektroden der nächsten Reihe von Sonnenzellen verschweißt werden. Auch wenn beim Schweißen prinzipiell durch die lediglich geringe lokale Erwärmung die Kenndaten von Sonnenzellen nur geringfügig verändert werden, so ist dennoch eine exakte Festlegung dieser Kenndaten vor der Endmontage der Sonnenzellen nicht möglich. Außerdem dienen die Kontaktfahnen lediglich der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen den einzelnen .Sonnenzellen, die ansonsten etwa mit einem Kleber auf der Trägerplatte befestigt werden müssen. Diese Art der Befestigung bringt wiederum die obengenannten Schwierigkeiten mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion einer Sonnenbatterie, und hier insbesondere die Verbindung zwischen den Sonnenzellen einerseits und der Trägerplatte andererseits, zu vereinfachen und so zu gestalten, daß die Kenndaten der Sonnenzellen bereits vor der Endmontage eindeutig festgelegt und ausgewählt werden können und auch bei der Endmontage der Sonnenbatterie sich nicht mehr verändern, wobei die Verbindung zwischen Sonnenzellen und Trägerplatte ohne Verwendung eines Klebers erfolgt und so ausgestaltet ist, daß Schwingungen der Trägerplatte sich nicht auf die Verbindungsstellen der Kontaktstreifen mit den Sonnenzellen auswirken; ferner sollen die Sonnenzellen auch auf der fertig montierten Sonnenbatterie !eicht ausgewechselt werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Eine solche Ausbildung der Sonnenbatterie weist eine Reihe von Vorteilen auf. Da die Kontaktfahnen mit den einzelnen Sonnenzellen vor deren Montage auf der Trägerplatte verschweißt werden, ist es möglich, die Kontaktstellen zwischen Sonnenzellen und Kontaktfahnen einzeln vor der Endmontage auf ihre mechanische und elektrische Güte zu überprüfen.

Die Abstimmung der Kenndaten der Sonnenzelle kann nach dem Verschweißen der Sonnenzellen mit den Kontaktfahnen erfolgen, aber ebenfalls vor der Endmontage der Sonnenbatterie. Da bei der Endmonta- ee nicht mehr an den Elektroden der Sonnenzellen, sondern lediglich an den Metallstreifen auf der Trägerplatte geschweißt wird, können sich die Kenndaten der ausgewählten Sonnenzellen hierbei auch nicht mehr verändern.

Auch können defekte, bereits in die Sonnenbatteiie eingebaute Sonnenzellen leicht aurgevechselt werden, da hierzu ebenfalls lediglich die Schweißstelle an den Metallstreifen der Trägerplatte aufgebrochen werden muß. Die Verbindung anderer Sonnenzellen untereinander wird dadurch nicht beeinflußt.

Hinzu kommt, daß trotz hoher mechanischer Festigkeit der Verbindung der Sonnenzellen untereinander und der Sonnenzellen mit der Trägerplatte Schwingungen dieser Trägerplatte sich nicht auf die Schweißstellen zwischen Kontaktfahnen und Sonncnzellen auswirken, da Schwingungen der Trägerplatte praktisch nicht über die aus elastischem Material bestehenden Kontaktstreifen bzw. Kontaktfahnen auf die Sonnenzellen übertragen werden.

Zudem sind alle auf der Trägerplatte angeordneten Metallstreifen im Vakuum auf die Trägerplatte aufgedampft, so daß eine Sonnenbatterie gemäß der Erfindung keine Verbindung aufweist, die mittels eines Klebers hergestellt ist. So können einerseits extreme Temperaturschwankungen nicht zu mechanischen Spannungen innerhalb der Sonnenbatterie führen, durch die Sonnenzellen zerstört oder deren Verbindung unterbrochen werden. Auch wird dadurch das Verschweißen der Kontaktfahnen der Sonnenzellen an den Metallstreifen unproblematisch, da durch die auftretende örtliche Erwärmung der Metallstreifen diese sich nicht von der Trägerplatte lösen können. Ferner verhindert das kleberfreie Aufbringen der Metallstreifen und Sonnenzellen auf die Trägerplatte das sonst auftretende Ausgasen im Vakuum.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Hierin stellen dar:

F i g. 1 einen Teil einer Sonnenbatterie, bestehend aus drei Modulen,

Fig. 2 die den Sonnenzellen abgewandte Seite einer Trägerplatte und die

Fig. 3 einen Schnitt längs II1-1II der Fig. 1.

Ein Modul 1, la, Xbeiner Sonnenbatterie 2 besteht aus einer flexiblen Trägerplatte 3 und mehreren auf der Trägerplatte in Reihen zu jeweils zwei angeordneten Sonnenzellen 4 (Fig. 1). Jede Trägerplatte 3 weist mehrere Gruppen von jeweils zwei parallelen Schlitzen

5 und auf der den Sonnenzellen abgewandten Seite, also auf der Unterseite, jeweils zwischen den Schlitzen 5 sich erstreckende, im Vakuum aufgedampfte Metallstreifen

6 sowie Stromrückführungen 7, beispielsweise aus Kupfer oder Silber der in Fig. 2 gezeigten Konfigura tion, auf. Als Träger kann z. B. eine Polyimidfolie verwendet werden.

Die Sonnenzellen 4 sind jeweils mit einem Deckglas 8 versehen, das die für die Funktion der Sonnenzellen schädlichen Frequenzen des Sonnenlichtes ausfiltert und durch einen Abtransport der eingestrahlten Wärme den sogenannten »Greenhouse-Effekt«, d. h. eine lokale Erwärmung der Sonnenzellen und damit eine Veränderung ihrer Kenndaten verhindert.

Darüber hinaus weist jede Sonnenzelle auf ihrer gesamten, der Trägerplatte zugewandten Seite, also

ihrer Unterseite, und auf einem Streifen ihrer Oberseite nahe den Stirnkanten als Elektroden dienende, im Vakuum aufgedampfte Metallbeläge 9 bzw. 10, beispielsweise aus AgTi, auf, auf denen noch zu

beschreibende Kontaktfahnen 11 und 12 verschweißt werden. Diese Kontaktfahnen, die etwa aus Silbermaschendraht bestehen, sind vor dem Einbau der Sonnenzellen in das Modul mit diesen jeweils an den Elektroden auf der Unter- und Oberseite der Sonnenzcllen durch eine Widerstands-Punktschweißung bei 13 bzw. 14 verbunden. Die Verbindungen der Sonnenzellen mil ihren Kontaktfahnen werden vor dem Einbau in das Modul auf elektrischen Kontakt und mechanische Festigkeit überprüft.

Die an der unteren Elektrode 9 einer Sonnenzelle befestigte Kontaktfahne 11 wird durch einen der Schlitze 5 hindurchgesteckt, während durch den Schlitz auf der jenseitiger. Seite des Metallstreifen 6 die mit der oberen Elektrode 10 verbundene Kontaktfahne 12 der in der nächsten Reihe angeordneten Sonnenzelle hindurchgesteckt wird. Die Kontaktfahnen 11 und 12 der vorhergehenden und nachfolgenden Sonnenzelle werden nun auf den Metallstreifen 6 mittels einer Widerstands-Punktschweißung bei 15 bzw. 16 in der in der Fig. 3 dargestellten Weise verbunden. Wenn sämtliche Kontaktfahnen verschweißt sind, sind bei der hier dargestellten paarweisen Anordnung der Sonnenzellen jeweils zwei Sonnenzellen, im folgenden Submodul genannt, elektrisch parallel als auch die einzelnen Submodule miteinander in Serie geschaltet und mechanisch miteinander und mit der Trägerplatte verbunden.

Die Trägerplatte 3 weist außerdem Endkontakte 17 und 18 aus elektrisch leitendem Maschendraht oder Metallfolie auf. die mit den auf die Trägerplatte aufgedampften Stromrückführungen 7 und jeweils mit

ίο den äußeren Metallstreifen 6 verschweißt sind. Die Lage der Endkontakte an der Trägerplatte richtet sich danach, wie die einzelnen Module der Sonnenbatterie zusammengeschaltet werden.

Ir dem in Fig. 1 gezeigten Teil einer Sonnenbatterie aus drei Modulen werden die Module mechanisch dadurch verbunden, daß auf die Unterseite dei Trägerplatte 3 jedes Moduls an ihren Längskanter elektrisch leitende Trägerstreifen 20 im Vakuurr aufgedampft werden und die einzelnen Trägerplatter der Module an diesen Trägerstreifen miteinande: verschweißt werden. Selbstverständlich sind hier aucl andere Verbindungsmöglichkeiten denkbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   ihl von iktrisch

   Sonnenbatterie, bestehend aus einer V
   nebeneinander auf einer flexiblen und
   isolierenden Trägerplatte angeordneten, je zwei gegenpolige Elektroden aufweisenden Sonnenzellen, die elektrisch und mechanisch mittels durch in der Trägerplatte angebrachte Schlitze hindurchgreifende Kontaktstreifen aus elastischem Material miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Sonnenzellen (4) abgewandten Seite der Trägerplatte (3) Metallstreifen (6) aufgedampft sind, da3 die Schütze (5) längs beider Seiten der Metallstreifen (6) angeordnet sind, daß die Kontaktstreifen durch an beiden Elektroden jeder einzelnen Sonnenzelle mittels Punktschweißung befestigte Kontaktfahnen (11,12) gebildet sind, und daß die Kontaktfahnen (11, 12) zweier benachbarter Sonnenzeilen (4) durch je einen Schlitz (5) hindurchgesteckt und miteinander an den Metallstreifen (6) angeschweißt sind.