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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Solarzellenverbund, wobei die Kontaktierung
der Solarzellen durch Drahtleiter erfolgt und mehrere Solarzellen durch
die Drahtleiter miteinander zu dem Solarzellenverbund kombinierbar
sind.
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Aus
DE 298 05 805 U1 ist
eine Vorrichtung zur Solarzellenverarbeitung bekannt, bei welcher
einzelne Solarzellen mit elektrischen Verbindern zu einem String
zusammengeschaltet werden. Die Vorrichtung weist dazu eine Verbindungsstreifenaufnahme,
einen Lötpastendispenser, der die Lötpaste auf die
Verbindungsstreifen aufträgt, wenigstens eine Solarzellenablage
als Lötplatz, eine Wendeeinrichtung für die Verbindungsstreifen
und eine Transporteinrichtung von der Wendeeinrichtung zur Solarzellenablage
zur Ablage der Verbindungsstreifen auf den Solarzellen auf.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass nur Verbinder in Form von Streifen
einsetzbar sind, die zudem gewendet werden müssen. Eine
Solarzelle mit mindestens einer auf einem metallischen Träger angeordneten
Halbleiterschicht und mit einer Mehrzahl von auf der Halbleiterschicht
angeordneten Kontaktbahnen wird in
DE 10 2006 041 046 A1 beschrieben.
Ein seitlicher Überstand mindestens einer Kontaktbahn ist
dabei auf eine Rückseite des Trägers umgebogen
und gegenüber dem Träger elektrisch isoliert angeordnet.
Nebeneinander angeordnete Solarzellen werden vorzugsweise von Leiterbahnen
miteinander verbunden, die eine perforierte Ausbildung aufweisen,
um lokale Kontaktierungen durch ein Durchlöten zu ermöglichen.
Diese Konstruktion der Solarzelle, die Durchführung des
Verfahrens zur Herstellung der Solarzelle sowie die konstruktive
Realisierung der Leiterbahn soll in die Verschaltung von einzelnen
Solarzellen zu Solarmodulen ermöglichen und die einzelnen
Solarzellen beliebig zu verschalten. Der Träger ist dabei
als ein metallisches Band ausgebildet, wobei die Kontaktbahnen quer
oder längs zu einer Längsrichtung des Trägers
angeordnet sind, seitlich über das Trägerband überstehen und
so zur Verschaltung genutzt werden können. Weiterhin sind
Sammelbahnen quer zur Längsrichtung und quer zu den Kontaktbahnen
angeordnet und elektrisch mit den Kontaktbahnen verbunden und die Kontaktbahnen
sowie die Sammelbahnen im Bereich der Rückseite des Trägers
verklebt. Die Kontaktbahnen oder Sammelbahnen sind in Form von Kupferdraht
oder -band ausgebildet. Zur Vermeidung einer elektrischen Verbindung
der Kontaktbahn mit dem metallischen Träger sind entlang
des Randes Isolierungen angeordnet, die als Kantenisolierung realisiert
sind. Insgesamt gestalten sich der Aufbau und die Verbindung einzelner
Solarzellen durch die Verwendung von perforierten Leiterbahnen problematisch
und die Verwendung der Kantenisolierungen stellt einen erhöhten
fertigungstechnischen Aufwand dar.
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Ein
Drahtsystem zum elektrischen Kontaktieren einer Solarzelle, umfassend
einen Drahtleiter, der zwischen einem ersten Kontaktierungsabschnitt
und einem von dem ersten Kontaktierungsabschnitt beabstandet angeordneten
zweiten Kontaktierungsabschnitt derart alternierend verläuft,
dass der Drahtleiter das Drahtsystem mit einer maschenartigen Anordnung
ausbildet, die sich mit einer Vielzahl von Maschen entlang einer
Erstreckungsrichtung fortsetzt, ist aus
DE 10 2007 022 877 A1 bekannt.
Der Drahtleiter ist durch zusätzlich zum Drahtleiter vorgesehene
Fixiermittel und/oder durch Fixiermittel in Form sich umschlingender
Abschnitte des Drahtleiters in der maschenartigen Anordnung fixiert.
Der Drahtleiter verläuft als Endlosstrang periodisch alternierend entlang
einer Erstreckungsrichtung zwischen einem ersten Kontaktierungsabschnitt
und einem zweiten Kontaktierungsabschnitt hin und her. Dabei sind
die beiden Kontaktierungsabschnitte gleichmäßig
voneinander beabstandete Bereiche des Drahtsystems, die entlang
der Erstreckungsrichtung des Drahtsystems verlaufen. Jeweils zwei
nebeneinander angeordnete Solarzellen weisen in ihren aneinandergrenzenden
Randbereichen einander gegenüberliegend angeordnete Solarzellen-Kontaktierungsabschnitte auf,
die durch den maschenartigen Drahtleiter miteinander verbunden sind.
Weiterhin ist im Solarzellen-Kontaktierungsabschnitt einer Solarzelle
eine elektrisch isolierende Basis-Isolatorschicht vorhanden und
im Solarzellen-Kontaktierungsabschnitt der daneben angeordneten
Solarzelle eine elektrisch isolierende Emitter-Isolatorschicht vorgesehen,
wodurch eine Reihenschaltung erzeugt wird. Die Herstellung der maschenartigen
Drahtleiter gestaltet sich dabei relativ aufwendig. Ein entscheidender
Nachteil dieser Lösung besteht weiterhin darin, dass der
Wirkungsgrad negativ beeinflusst wird, da die Flächen für
die Kontaktierung Vorderseite zu Rückseite in zwei Dimensionen
benötigt werden.
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Die
als Vorstufe für die Montage von Modulen hergestellten
Strings haben den Nachteil, dass die Zellen einzeln aufgesetzt und
mit verzinnten Kupferbandstücken belegt werden, welche
sowohl die Zellen überdecken als auch unter die nächste,
aufzulegende Zelle reichen. Diese Kupferbänder werden mit
verschiedenen Methoden verlötet. Dieses Verfahren erfordert
eine Vorbereitung der Zellen mit einem Druckbild als Lötverbindungsstoff
sowie als Leiterbahn zum „Einsammeln” der freien
Elektronen und Transport zu den Kupferbändern.
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Die
Strings werden durch Handlingseinrichtungen abgeholt, ausgerichtet
und zu Modulen zusammengesetzt. Die zusammengesetzten Strings werden
durch Querverbinder zu einem Modul elektrisch verbunden. Die erforderlichen
Verbindungen werden in einzelnen Verfahrensstufen nacheinander hergestellt,
wodurch sich hohe Fertigungszeiten ergeben.
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Alle
bekannten Montagetechnologien für Solarmodule sind weiterhin
bezüglich ihrer möglichen Taktzeit sowie der Verarbeitung
dünnerer Zellenmaterialien an Grenzen gestoßen,
welchen ein Aneinanderreihen von mehren Maschinen entgegengesetzt wird.
Dies wirkt sich generell negativ auf die Herstellungskosten aus.
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Die
Verbindungsmaterialien decken weiterhin einen unerwünscht
großen Teil der nutzbaren Siliziumoberfläche ab
und verschlechtern so den Wirkungsgrad der Solarzelle.
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Weiterhin
ist es üblich, spezielle Metallpasten (meist Silber oder
Silberlegierungen), z. B. im Siebdruckverfahren in Form von Leiterbahnen
auf die Solarzellen aufzubringen (sogenannte Bars) um die Kontaktierung
mit den Drahtleitern zu gewährleisten. Dies verteuert die
Solarzellen zusätzlich.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Solarzellenverbundes,
wobei die Kosten minimiert und der Wirkungsgrad der Solarzellen
verbessert wird und gleichzeitig der Einsatz von dünneren
Verbindungsmaterialien in Form der Drahtleiter möglich
sein soll. Ein weiteres Ziel der Aufgabe besteht darin, die gedruckten
Bereiche für die Bars (Leiterbahnen) zu verringern oder
auf diese ganz zu verzichten.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Solarzellenverbund weist mehrere
untereinander verbundene und kontaktierte Solarzellen auf, wobei
die Solarzellen mit wenigstens einem in Längsrichtung von
aneinandergereihten Solarzellen (durchgängig) verlaufenden ersten
Drahtleiter oder einer Gruppe von ersten Drahtleitern und mit wenigstens
einem weiteren Kontaktelement oder einer Gruppe von weiteren Kontaktelementen
miteinander zu einem Solarzellenverbund verbunden und kontaktiert
sind und vor oder nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung
die ersten Drahtleiter und/oder die weiteren Kontaktelemente (zwischen
den Solarzellen) so getrennt sind, dass vorzugsweise eine Reihenschaltung
vorhanden ist.
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Dabei
können in einer ersten Variante mehrere durch das Trennen
gebildete streifenartige Solarzellenverbunde wieder miteinander
verbunden und kontaktiert sein. Dazu können der/die ersten Drahtleiter
jeweils von der Oberseite einer Solarzelle zur Unterseite der benachbarten
Solarzellen verläuft/verlaufen. Die weiteren Kontaktelemente
sind dann in Form von Querverbindern ausgebildet, die zwischen der
Unterseite der Solarzelle und dem ersten Drahtleiter angeordnet
und mit der/den Solarzelle/n und dem/den ersten Drahtleiter/n kontaktiert sind.
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In
einer zweiten Variante sind die ersten Drahtleiter ebenfalls jeweils
auf der Oberseite einer Solarzelle kontaktiert. Die weiteren Kontaktelemente sind
in Form von zweiten Drahtleitern und in Form von Querverbindern
ausgebildet, wobei die zweiten Drahtleiter im Wesentlichen parallel
zu den ersten Drahtleitern an der Unterseite der Solarzellen kontaktiert
sind und sich quer zu den ersten und zweiten Drahtleitern wenigstens
ein mit diesen vorzugsweise in Reihenschaltung kontaktierter Querverbinder
erstreckt.
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Zur
Gewährleistung der Reihenschaltung sind die ersten und
zweiten Drahtleiter abwechselnd zum Querverbinder unterbrochen.
Weiterhin ist bei dieser Variante der Querverbinder bevorzugt zwischen
den ersten und zweiten Drahtleitern und somit bevorzugt zwischen
zwei benachbarten Solarzellen und rechtwinklig zu den ersten und
zweiten Drahtleitern angeordnet.
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Bei
einer dritten Variante der erfindungsgemäßen Lösung
verläuft/verlaufen der/die erste/n durchgängige/n
Drahtleiter alternierend zwischen der Oberseite und der Unterseite
benachbarter Solarzellen. Das/die weitere/n Kontaktelement/e ist/sind
in Form eines oder mehrerer zweiter Drahtleiter ausgebildet, die
zu den ersten Drahtleitern im Wesentlichen parallel sind, wobei
der/die zweiten Drahtleiter alternierend entgegengesetzt zu dem/den
ersten Drahtleiter/n zwischen der Unterseite und der Oberseite benachbarter
Solarzellen verläuft/verlaufen. Weiterhin sind die ersten
und die zweiten Drahtleiter vorzugsweise so zwischen den Solarzellen
getrennt, dass eine Reihenschaltung vorhanden ist.
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Bevorzugt
sind eine Vielzahl von ersten Drahtleitern und eine Vielzahl von
weiteren Kontaktelementen vorgesehen, so dass eine Art Gewebe gebildet
wird. Dabei führen insbesondere eine Vielzahl von ersten
Drahtleitern jeweils über eine Solarzelle und bei Verwendung
von zweiten Drahtleitern auch eine Vielzahl dieser über
jeweils eine Solarzelle, wodurch eine optimale Elektronenabnahme
gewährleistet ist.
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Dabei
sind in der Draufsicht auf den Solarzellenverbund erste und zweite
Drahtleiter abwechselnd angeordnet.
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Die
ersten Drahtleiter und/oder die zweiten Drahtleiter und/oder die
Querverbinder sind bevorzugt in Form eines Drahtes mit im Wesentlichen
rundem oder rechteckigem Querschnitt bzw. in Form eines Bandes ausgebildet
und weisen insbesondere nur einen sehr geringen Querschnitt auf.
Der sehr geringe Querschnitt ist dabei dann möglich, wenn
mit einer Solarzelle mehrere erste und/oder zweite Drahtleiter kontaktiert
sind.
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Weiterhin
sind die Enden der ersten und/oder zweiten Drahtleiter und/oder
die Enden der Querverbinder zum Abgriff des Stromes mit elektrischen
Sammelverbindern versehen.
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Die
ersten und/oder die zweiten Drahtleiter und/oder die Querverbinder
sind mit den Solarzellen insbesondere stoffschlüssig, z.
B. durch Kleben, Löten oder Schweißen verbunden.
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Die
ersten und/oder zweiten Drahtleiter und/oder die Querverbinder können
dabei erstmalig auch unter Verzicht des Aufdruckens von Bars (Leiterbahnen)
direkt mit der/den Solarzelle/n verbunden sein.
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Weiterhin
ist es möglich, einen Solarzellenverbund durch Trennung
der Drahtleiter bzw. Querverbinder in Segmente zu teilen, die versetzt übereinander
gelegt und zu einem Solarzellenmodul oder zu einem Modulverbund
verbunden werden.
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Verfahrensgemäß erfolgt
das zum Verbinden und Kontaktieren von Solarzellen durch Drahtleiter zu
einem Solarzellenverbund, dadurch, dass weitestgehend kontinuierlich
mehrere Solarzellen
- – mit wenigstens
einem in Längsrichtung von aneinandergereihten Solarzellen
vorzugsweise durchgängig und geradlinig verlaufenden ersten Drahtleiter
oder einer Gruppe von vorzugsweise durchgängig verlaufenden
ersten Drahtleitern und
- – mit wenigstens einem vorzugsweise durchgängig
verlaufenden weiteren Kontaktelementen oder einer Gruppe von vorzugsweise
durchgängig verlaufenden weiteren Kontaktelementen miteinander
zu einem Solarzellenverbund verbunden werden und
- – zwischen den ersten Drahtleitern, den weiteren Kontaktelementen
und den Solarzellen des Solarzellenverbundes eine elektrische Verbindung
hergestellt wird und
- – bedarfsweise vor oder nach dem Herstellen der elektrischen
Verbindung die ersten Drahtleiter und/oder die zweiten Kontaktelemente
so getrennt werden, dass eine Reihenschaltung der Solarzellen entsteht
oder erzeugt werden kann.
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Durch
die Verwendung insbesondere durchgängiger erster Drahtleiter
und weiterer (insbesondere durchgängiger) Kontaktelemente,
die sich in Montagerichtung geradlinig und/oder quer zur Montagerichtung
ebenfalls geradlinig erstrecken und bedarfsweise getrennt werden,
wird die Fertigung von Solarzellenverbunden revolutioniert und damit
wesentlich effektiver und kostengünstiger gestaltet.
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Bevorzugt
werden die ersten Drahtleiter auf der Oberseite der Solarzelle/n
kontaktiert, wobei dann die weiteren Kontaktelemente in Form von
zwei elektrischen Querverbindern ausgebildet sein können,
die quer zu den ersten Drahtleitern zwischen benachbarten Solarzellen
verlaufen und an die ersten Drahtleiter gelegt und mit diesen verbunden
werden. Anschließend werden die ersten Drahtleiter quer
zu deren Längserstreckung und parallel zu den elektrischen
Querverbindern zwischen benachbarten Solarzellen getrennt, so dass
ein streifenartiger Verbund von Solarzellen mit einem überstehenden
Bereich erster Kontaktelemente und mit den beiden Querverbindern
entsteht. Dieser Bereich wird mit der Unterseite der benachbarten
Solarzellen verbunden wird, so dass zumindest ein Querverbinder
an der Unterseite der benachbarten Solarzelle/n anliegen und nun
mit diesen kontaktiert wird.
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Alternativ
ist es auch möglich, bevorzugt eine Vielzahl erster Drahtleiter
an der Oberseite nebeneinander angeordneter Solarzellen und die
Querverbinder an der Unterseite der Solarzellen zu befestigen und
zu kontaktieren, wobei die Querverbinder und die ersten Drahtleiter
ebenfalls rechtwinklig zueinander verlaufen. Anschließend
werden die ersten Drahtleiter quer zu deren Längserstreckung
und parallel zu den Querverbindern zwischen benachbarten Solarzelle/n
getrennt, so dass ein Streifen aus Solarzellen erzeugt wird, die
durch die beiden Querverbinder miteinander verbunden sind und der
einen überstehenden Bereich mit ersten Drahtleitern aufweist. Anschließend
wird der über die Solarzelle/n überstehende Bereich
der ersten Drahtleiter mit den Querverbindern an der Unterseite
der benachbarten Solarzellen kontaktiert.
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Eine
weitere Verfahrensvariante zur Herstellung des Solarzellenverbundes
besteht darin, dass die ersten geradlinig verlaufenden Drahtleiter
ebenfalls auf der Oberseite insbesondere mehrerer Solarzellen kontaktiert
werden und dass weitere Kontaktelemente sowohl in Form von zweiten
Drahtleitern und auch in Form von Querverbindern ausgebildet sind, wobei
die zweiten Drahtleiter ebenfalls insbesondere geradlinig verlaufen
und im Wesentlichen parallel zu den ersten Drahtleitern auf der
Unterseite der Solarzellen kontaktiert werden. Die ersten und die
zweiten Drahtleiter werden miteinander durch die elektrischen Querverbinder
verschaltet, wobei die Querverbinder bevorzugt zwischen den ersten
und zweiten Drahtleitern verlaufen.
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Es
wird anschließend jeweils abwechselnd die Verbindung des
ersten Drahtleiters und des zweiten Drahtleiters zum Querverbinder
unterbrochen, so dass eine Reihenschaltung entsteht.
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Bei
einer dritten Herstellungsvariante verlaufen der/die bevorzugt durchgängigen
ersten Drahtleiter alternierend zwischen der Oberseite und der Unterseite
benachbarter Solarzellen. Die zweiten Kontaktelemente sind in Form
eines oder mehrerer vorzugsweise durchgängig verlaufender
zweiter Drahtleiter ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zu den
ersten Drahtleitern verlaufen, wobei die zweiten Drahtleiter alternierend
(entgegengesetzt) zu dem/den ersten Drahtleiter/n zwischen der Unterseite
und der Oberseite benachbarter Solarzellen verläuft/verlaufen.
Anschließend werden die ersten Drahtleiter und die zweiten
Drahtleiter vorzugsweise zwischen den Solarzellen alternierend so
unterbrochen, dass ebenfalls eine Reihenschaltung entsteht.
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Das
Unterbrechen des ersten und/oder zweiten Drahtleiters erfolgt entweder
mechanisch oder bevorzugt mittels Laser.
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Insbesondere
werden aneinander gereihte Solarzellen durch eine Vielzahl von in
Bezug auf die Längsrichtung nebeneinander angeordneten
ersten Drahtleitern und/oder zweiten Drahtleitern und/oder Querverbindern
miteinander verbunden, wodurch aus den ersten Drahtleitern und/oder
den zweiten Drahtleitern und/oder Querverbindern eine Art Gewebe
entsteht.
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Vorzugsweise
werden die Enden der ersten und/oder zweiten Drahtleiter und/oder
der Querverbinder zur Abnahme des Stromes mit elektrischen Sammelverbindern
versehen. Nachdem die ersten und zweiten Drahtleiter bzw. die Querverbinder
an die Solarzellen angelegt wurden, erfolgt das Herstellen der Kontaktierung
(elektrischen Verbindung) durch herkömmliche stoffschlüssige
Verbindungstechnologien, z. B. durch Kleben, Löten oder
Schweißen.
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Dabei
ist es erstmalig möglich, dass das Herstellen der Kontaktierung
zwischen den Drahtleitern bzw. den Querverbindern und den Solarzellen
unter Reduzierung oder Verzicht des Aufdruckens von Bars auf die
Solarzelle erfolgt. Da die Bars meist aus Silber bestehen bedeutet
dies eine erhebliche Kostenreduzierung der Solarzellenverbunde.
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Der
Solarzellenverbund wird bevorzugt so gefertigt, dass er in mehrere
Strings oder Solarzellenmodule getrennt wird bzw. dass er einen
Solarzellenmodul bildet. Somit ist es erstmalig effektiv möglich, einen
großen Flächenverbund aus miteinander verbundenen
und kontaktierten Solarzellen herzustellen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung können die
Fertigungskosten und somit die Kosten der Solarzellenmodule erheblich
reduziert werden. Weiterhin ist es möglich, die Aufwendungen
für das Equipment bzw. die Anlagenkosten wesentlich zu
senken und den Flächenbedarf für die Herstellung
der Solarzellen zu reduzieren.
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Da
es möglich ist, einen Solarzellenverbund aus einer Vielzahl
von Solarzellen weitestgehend kontinuierlich bzw. in einer Arbeitsstufe
(bei Variante 2) zu bilden, verringert sich die Belastung der Zellen durch
Montagestress.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
liegt darin begründet, dass der Einsatz von teuren, für
das Leiterbahnendrucken erforderlichen, Materialien erheblich reduziert
werden kann oder es möglich ist, auf das Drucken von Leiterbahnen
ganz zu verzichten, da die Drahtleiter direkt mit den Solarzellen
verbunden, insbesondere verlötet oder verklebt werden können.
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Weiterhin
kann mit der Erfindung der Wirkungsgrad der Solarzellenmodule im
Vergleich zu herkömmlichen Lösungen erheblich
verbessert werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung einer Vielzahl
von Drahtleitern je Solarzelle möglich durch die Reduzierung
der abgeschatteten Flächen und durch die erhöhte
Reflektion der Seitenbereiche der Drähte sowie durch geringere
innere Verluste in der Solarzelle durch nahezu flächige
Elektronenabnahme. Weiterhin ist es möglich, Wirkungsgradverluste durch
Zellenbruch zu senken.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 bis 6 die
Verfahrensstufen zur Herstellung einer ersten Variante eines Solarzellenverbundes
aus Solarzellen durch die Verwendung erster Drahtleiter und weiterer
Kontaktelemente in Form von zu diesen quer verlaufenden Querleitern, dabei
ist dargestellt in
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1:
Längsschnitt der von hintereinander und nebeneinander angeordneten
Solarzellen, auf deren Oberseiten erste Drahtleiter aufgelegt wurden, wobei
zwischen zwei hintereinander angeordneten Solarzellen über
den ersten Drahtleitern zwei Querleiter aufgelegt sind,
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2:
dreidimensionale Ansicht von oben gem. eines Teilbereiches nach 1,
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3:
eine erste Reihe R1 nebeneinander angeordneter Solarzellen, die
durch Trennen der ersten Drahtleitern zu den davor angeordneten
Solarzellen gebildet wurde,
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4:
zwei Reihen R1, R2 von Solarzellen, die miteinander verbunden werden
sollen,
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5:
Seitenansicht von miteinander kontaktierten Reihen R1 bis R3 von
Solarzellen,
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6:
dreidimensionale Ansicht eines nach Variante 1 hergestellten Solarzellenverbundes,
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7 bis 10 die
Verfahrensstufen zur Herstellung einer zweiten Variante eines Solarzellenverbundes
aus Solarzellen durch die Verwendung erster Drahtleiter und weiterer
Kontaktelemente in Form von zu diesen quer verlaufenden Querleitern sowie
zu den ersten Drahtleitern parallelen zweiten Drahtleitern, die
auf der Unterseite der Solarzellen verlaufen, dabei ist dargestellt
in
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7:
Längsschnitt von hintereinander und nebeneinander angeordneten
Solarzellen, wobei erste Drahtleiter über die Oberseiten
der hintereinander angeordneten Solarzellen in Längsrichtung
verlaufen und an der Unterseite der Solarzellen die zweiten Drahtleiter
anliegen und jeweils zwischen den ersten Drahtleitern und den zweiten
Drahtleitern die Querleiter verlaufen,
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8:
dreidimensionale Ansicht von oben gem. 7,
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9:
Solarzellenverbund gem. 7 und 8 im Längsschnitt,
bei welchem anschließend abwechselnd die Verbindung zwischen
ersten und zweiten Drahtleitern zum Querleiter unterbrochen wurde,
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10:
Solarzellenverbund gem. 9 in dreidimensionaler Ansicht
von oben,
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11 bis 18 die
Verfahrensstufen und eine Einrichtung zur Herstellung einer dritten
Variante eines Solarzellenverbundes aus Solarzellen durch die Verwendung
erster Drahtleiter, die alternierend zwischen der Oberseite und
der Unterseite der Solarzellen verlaufen und weiterer Kontaktelemente
in Form von zu den ersten Drahtleitern parallelen zweiten Drahtleitern,
die umgekehrt alternierend zu den ersten Drahtleitern zwischen den
Unterseiten und den Oberseiten der Solarzellen verlaufen, dabei
ist dargestellt in
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11:
Längsschnitt von hintereinander und nebeneinander angeordneten
Solarzellen, wobei der erste Drahtleiter über die Oberseite
und die Unterseite der benachbarten Solarzellen läuft und
der zweite Drahtleiter dazu umgekehrt zwischen der Unterseite und
der Oberseite der benachbarten Solarzellen verläuft,
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12:
dreidimensionale Ansicht gem. 11 von
oben,
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13:
dreidimensionale Ansicht gem. 11 von
oben vergrößert, wobei jedoch keine gedruckten
Leiterbahnen verwendet wurden,
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14:
Längsschnitt von hintereinander und nebeneinander angeordneten
Solarzellen gem. 11, wobei abwechselnd zwischen
hintereinander angeordneten Solarzellen die ersten und die zweiten Drahtleiter
getrennt wurden, so dass eine Reihenschaltung entstanden ist,
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15:
dreidimensionale Ansicht gem. 14 von
oben,
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16:
dreidimensionale Ansicht eines Strings nach Variante 3 mit nur einem
ersten und einem zweiten Drahtleiter,
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17:
die Darstellung einer Webeinrichtung zur Herstellung eines Solarzellenverbundes nach
Variante 3,
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18:
Einzelheit X gem. 17.
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In
den Figuren 1 bis 6 sind die
Verfahrensstufen zur Herstellung der ersten Variante eines Solarzellenverbundes 1 aus
Solarzellen 2 durch die Verwendung erster Drahtleiter 3 und
weiterer Kontaktelemente in Form von zu diesen quer verlaufenden
Querleitern 4 dargestellt.
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In 1 und 2 ist
eine erste Fertigungsstufe dargestellt, dabei wurden nebeneinander
und hintereinander eine Vielzahl von Solarzellen 2 auf eine
nicht dargestellte Unterlage aufgelegt. Über den Solarzellen 2 wurden
eine Vielzahl erster durchgängiger Drahtleiter 3 in
Längsrichtung positioniert und quer zu den ersten Drahtleitern 3 über
diesen jeweils zwischen einer Reihe hintereinander angeordneter Solarzellen 2 sowie
zu den hintereinander angeordneten Solarzellen beabstandete Querleiter 4 aufgelegt.
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In
den 1 und 2 ist jeweils unmittelbar vor
einer Solarzelle 2 eine Trennlinie T angedeutet. Aus 2 ist
erkennbar, dass auf der Oberfläche der Solarzellen 2 quer
zu den ersten Drahtleitern 3 Leiterbahnen 5 aufgedruckt
sind. Die zueinander positionierten Solarzellen 2, die
ersten Drahtleiter 3 und die Querverbinder 4 werden
nun miteinander verbunden und somit kontaktiert und es wird somit
ein Zwischenverbund 1.1 hergestellt. Dies erfolgt bevorzugt durch
Löten. Anschließend werden die ersten Drahtleiter 3 entlang
der Trennlinie T getrennt, so dass mehrere Reihen R1, R2... nebeneinander
angeordneter Solarzellen 2 entstehen, die einen überstehenden
Bereich B aus ersten Drahtleitern 3 und zwei mit diesen
kontaktierten Querleitern 4 aufweist (eine erste Reihe
R1 siehe 3).
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4 zeigt
zwei Reihen R1, R2 von Solarzellen 2, die miteinander verbunden
werden sollen. Die Reihen R1, R2 werden dazu so positioniert, dass die
beiden Querleiter 4 des Bereiches B der ersten Reihe R1
unter der Unterseite der Solarzellen 2 der nachfolgenden
Reihe R2 positioniert sind. Die erste Reihe R1 liegt dazu auf einer
Montageunterlage 6 auf. Nun wird die zweite Reihe R2 in
Pfeilrichtung auf die Montageunterlage 6 und somit auf
den Bereich B der ersten Reihe R1 und dadurch auf die Querleiter 4 der
ersten Reihe R1 aufgelegt. Dadurch wird der Bereich B der ersten
Reihe in Richtung zur Montageunterlage 6 gebogen, was aus
der Seitenansicht gem. 5 ersichtlich ist, in welcher
auf diese Weise drei Reihen R1 bis R3 zueinander positioniert sind.
Die zueinander positionierten Reihen werden nun miteinander z. B.
durch Löten verbunden, so dass die Querleiter 4 an
der Unterseite der benachbarten Reihe der Solarzellen 2 kontaktiert
sind.
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Ein
durch dieses erste Verfahren hergestellter Solarzellenverbund 1 in
dreidimensionaler Ansicht ist in 6 dargestellt.
Es wurden drei Reihen R1 bis R3 von Solarzellen 2 miteinander
verbunden. Über jede Solarzelle 2 führen
hier sechs erste Drahtleiter 3 auf die Unterseite der sich
in Längsrichtung anschließenden Solarzelle 2.
Jeweils zwei Querleiter 4 erstrecken sich über
die Solarzellenreihen R1, R2 und sind zwischen den Unterseiten der
Solarzellen 2 und den ersten Drahtleitern 2, die
auf die Unterseite der Solarzellen reichen, angeordnet (s. 5).
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Gemäß einer
nicht dargestellten Verfahrensvariante ist dieser Verbund auch dadurch
herstellbar, dass die Querleiter in der ersten Verfahrensstufe nicht über
den ersten Drahtleitern kontaktiert werden, sondern gleich an der
Unterseite einer Reihe von Solarzellen. Auch in diesem Fall werden
die ersten Drahtleiter 3 so getrennt, dass mehrere Reihen
entstehen und die überstehenden Bereiche B der Reihen unter
den Unterseiten benachbarter Solarzellen der sich anschließenden
Reihe positioniert und mit diesen kontaktiert werden.
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Die
Verfahrensstufen einer zweiten Variante zur Herstellung eines Solarzellenverbundes
werden in den 7 bis 10 gezeigt.
Es werden ebenfalls sich längs erstreckende erste Drahtleiter 3 verwendet.
Die weiteren Kontaktelemente sind in Form von zu diesen quer verlaufenden
Querleitern 4 sowie zu den ersten Drahtleitern 3 parallelen
zweiten Drahtleitern 3.1, die auf der Unterseite der Solarzellen 2 verlaufen,
ausgebildet.
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Der
Längsschnitt von hintereinander und nebeneinander angeordneten
Solarzellen 2, wobei erste durchgängige Drahtleiter 3 über
die Oberseiten der hintereinander angeordneten Solarzellen 2 in
Längsrichtung verlaufen und an der Unterseite der Solarzellen 2 zweite
durchgängige Drahtleiter 3.1 anliegen und jeweils
zwischen den ersten Drahtleitern 3 und den zweiten Drahtleitern 3.1 quer
zu diesen und jeweils zwischen den hintereinander angeordneten Solarzellen 2 die
Querleiter 4 verlaufen, ist in 7 dargestellt.
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Die
dreidimensionale Ansicht von oben gem. 7 zeigt 8.
Daraus ist erkennbar, dass die in Längsrichtung hintereinander
liegenden Solarzellen 2 jeweils mit mehreren durchgängigen
ersten Drahtleitern 3 an ihrer Oberseite und mit mehreren
dazu parallelen und in Querrichtung versetzten zweiten Drahtleitern 3 an
ihrer Unterseite versehen sind. Es ist erkennbar, dass sich rechtwinklig
zu den ersten und zweiten Drahtleitern 3, 3.1 die
Querleiter 4 zwischen diesen und den Solarzellen 2 in
Querrichtung erstrecken. Es werden vorzugsweise zuerst die zweiten
Drahtleiter 3.1, dann die Solarzellen 2 und die Querleiter 4 und
anschließend die ersten Drahtleiter 3 positioniert
und anschließend z. B. im Durchlaufverfahren zu einem Zwischenverbund 1.1 (s. 7 und 8)
verlötet.
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Dieser
Zwischenverbund 1.1 ist noch nicht funktionsfähig,
sondern es muss erst noch die gewünschte Verschaltung durch
Trennen der ersten und zweiten Drahtleiter erzeugt werden.
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Zur
Realisierung einer Reihenschaltung werden bei dem Zwischenverbund 1.1 die
ersten und zweiten Drahtleiter 3, 3.1 abwechselnd
zum Querleiter 4 unterbrochen. Ein Längsschnitt
nach dem Unterbrechen der Verbindung ist in 9 im Längsschnitt
und in 10 in der dreidimensionalen
Ansicht von oben dargestellt. Erst dadurch entsteht der funktionsfähige
in Reihe verschaltete Solarzellenverbund gem. 9 und 10.
Es sind darin die durch die Trennung erzeugten Lücken 7 in
den ersten und zweiten Drahtleitern erkennbar, durch welche abwechselnd
die Verbindung zu den Querleitern 4 unterbrochen ist.
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In
den 11 bis 18 sind
die Verfahrensstufen und eine Einrichtung zur Herstellung einer dritten
Variante eines Solarzellenverbundes 1 aus Solarzellen 2 durch
die Verwendung erster Drahtleiter 3, die alternierend zwischen
der Oberseite und der Unterseite der Solarzellen 2 verlaufen
und weiterer Kontaktelemente in Form von zu den ersten Drahtleitern 3 parallelen
zweiten Drahtleitern 3.1, die umgekehrt alternierend zu
den ersten Drahtleitern 3 zwischen den Unterseiten und
den Oberseiten der Solarzellen 3 verlaufen, dargestellt.
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Den
Längsschnitt eines Zwischenverbundes von hintereinander
und nebeneinander angeordneten Solarzellen 2, wobei ein
durchgängiger erste Drahtleiter 3 über
die Oberseite und die Unterseite der benachbarten Solarzellen 3 läuft
und der durchgängige zweite Drahtleiter 3.1 dazu
umgekehrt zwischen der Unterseite und der Oberseite der benachbarten
Solarzellen 2 verläuft, ist in 11 und
die dreidimensionale Ansicht gem. 11 von
oben in 12 dargestellt. Die Solarzellen
sind an ihrer Oberseite mit Leiterbahnen 5 versehen, die
quer zu den ersten und zweiten Drahtleitern aufgedruckt sind. In 13 ist
ein Zwischenverbund 1.1 dargestellt, bei welchem keine
Leiterbahnen aufgedruckt sind, wodurch der Fertigungsaufwand verringert
und Kosten erheblich reduziert werden.
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Nachdem
die Solarzellen mit den ersten und zweiten Drahtleitern ein Zwischenverbund 1.1 kombiniert
und durch Löten kontaktiert wurden, ist es wie bei Variante
2 erforderlich, die Drahtleiter entsprechend der gewünschten
Verschaltung zu trennen, so dass der gewünschte Solarzellenverbund
entsteht.
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14 zeigt
Längsschnitt und 15 die dreidimensionale
Ansicht von hintereinander und nebeneinander angeordneten Solarzellen 2,
wobei abwechselnd zwischen hintereinander angeordneten Solarzellen 2 die
ersten und die zweiten Drahtleiter 3, 3.1 getrennt
wurden, so dass durch die beim Trennen (bevorzugt mittels Laser)
entstehenden Lücken 7 eine Reihenschaltung gebildet
wird und der gewünschte Solarzellenverbund 1 entsteht.
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In 16 ist
die dreidimensionale Ansicht eines nach Variante 3 hergestellten
Strings S mit Solarzellen 2, die mit nur einem ersten und
einem zweiten Drahtleiter 3, 3.1 kontaktiert wurden,
dargestellt. Auch hier sind durch das Trennen der Drahtleiter 3, 3.1 Lücken 7 vorhanden
und es wurde dadurch eine Reihenschaltung realisiert.
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In 17 wird
die Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 10 zur Herstellung
eines Solarzellenverbundes bzw. eines Zwischenverbundes nach Variante
3 dargestellt und die Einzelheit gem. 17 zeigt 18. Über
eine erste Rollenzuführung werden eine Vielzahl nebeneinander
liegender erste Drahtleiter 3 und eine Vielzahl dazwischen
liegender zweiter Drahtleiter 3.1 der Webeinrichtung 12 zugeführt.
Die Drahtleiter 3, 3.1 werden mittels Webrollen 13, 14 alternierend
entsprechend des Pfeils nach oben und unten bewegt. Jeweils dazwischen
wird mittels eines Zellenhandlings 15 eine Reihe mehrerer
Solarzellen 2 eingelegt und dann in Transportrichtung bewegt und
anschließend die ersten und zweiten Drahtleiter 3, 3.1 umgespannt.
Zur Vermeidung des Bruchs der Solarzellen ist ein Niederhalter 16 vorgesehen,
der die Drahtleiter 3, 3.1 in der Ersteckungsebene
der Solarzellen 2 beim Webvorgang hält.
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Es
ist mit allen drei Varianten möglich, einen Solarzellenverbund
herzustellen, der einen kompletten Solarzellenmodul bildet oder
der eine Vielzahl von Solarzellenmodulen aufweist und dann in einzelne
Module getrennt wird.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird die Herstellung
von Solarzellenmodulen revolutioniert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29805805
U1 [0002]
- - DE 102006041046 A1 [0003]
- - DE 102007022877 A1 [0004]