DE19848682A1 - Modular solar collector has solar cell connection leads with deformable elongated deviation regions - Google Patents
Modular solar collector has solar cell connection leads with deformable elongated deviation regionsInfo
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Abstract
Description
Moderne elektrische Solarkollektoren sind im allgemeinen aus einer Mehrzahl von Solarmodulen zusammengesetzt, welche wiederum aus einer Vielzahl einzelner Solarzellen bestehen. Unter Solarzellen versteht man einstückig zusammenhängende, i.a. plattenförmige Strukturen aus halbleitenden Materialien, insbesondere aus verschiedenartig dotiertem ein- oder polykristallinem Silizium oder Germanium. Das halbleitende Material kann auf einem Träger aufgebracht sein. In diesen i.a. einen p-n-Übergang realisierenden Halbleiterstrukturen erfolgt die Umwandlung von optischer Einstrahlung in elektrische Energie.Modern electric solar collectors are generally made up of a plurality of solar modules composed, which in turn consist of a large number of individual solar cells. Under Solar cells are understood to be one-piece, generally plate-shaped structures semiconducting materials, in particular of differently doped or polycrystalline silicon or germanium. The semiconducting material can be on a support be upset. In these i.a. A semiconductor structure realizing a p-n transition takes place Conversion of optical radiation into electrical energy.
In einem Solarmodul werden verschiedene Solarzellen zu einer mechanischen und elektrischen Einheit zusammengefaßt, d. h. auf einem mechanischen Träger montiert, z. B. auf einer Platte aus Metall oder Kunststoff, und oftmals in einem geschlossenen Gehäuse verkapselt. Einzelne Solarzellen liefern einstrahlungs- und lastabhängig Spannungen von wenigen Volt, die zwischen der Ober- und der Unterseite der plattenförmigen Struktur anliegen. Daher werden die einzelnen Solarzellen eines Moduls im allgemeinen in einer Reihenschaltung innerhalb des Moduls elektrisch leitend miteinander verbunden, d. h. die Oberseite einer ersten Solarzelle wird elektrisch leitend mit der Unterseite einer zweiten Solarzelle verbunden, um technisch besser handhabbare Spannungen zu erzielen. Aus dem Modul wird ein Anschluß an die in Reihe geschalteten Solarzellen herausgeführt.In a solar module, various solar cells become mechanical and electrical Unit summarized, d. H. mounted on a mechanical support, e.g. B. on a plate Metal or plastic, and often encapsulated in a closed housing. Separate Depending on the irradiation and load, solar cells deliver voltages of a few volts between the top and bottom of the plate-shaped structure. Therefore, the individual Solar cells of a module are generally connected in series within the module electrically connected together, d. H. the top of a first solar cell becomes electrical Conductively connected to the underside of a second solar cell in order to be technically more manageable To achieve tensions. A connection to the series is made from the module Solar cells led out.
In einem Solarkollektor wiederum werden i.a. mehrere Solarmodule zu einer elektrischen und in manchen Fällen auch mechanischen Einheit zusammengefaßt. Die einzelnen Module eines Solarkollektors werden zur Leistungserhöhung oftmals parallel geschaltet. Diese elektrische Verbindung beruht meist auf konventionellen Kabeltechniken und verursacht daher auch im Dauerbetrieb im allgemeinen nur wenige Probleme.In turn, in a solar collector i.a. several solar modules to one electrical and in in some cases also a mechanical unit. The individual modules of a Solar collectors are often connected in parallel to increase performance. This electrical Connection is usually based on conventional cable technologies and therefore also causes in Continuous operation generally has few problems.
Hingegen ist die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den einzelnen Solarzellen eines Moduls bislang problematisch. Um die aktive Fläche eines Solarmoduls zu maximieren, wird eine möglichst geringe "Totfläche" (d. h. Gesamtfläche des Moduls abzüglich der aktiven Fläche der Solarzellen) angestrebt. Hieraus resultiert die Forderung nach einem möglichst geringen Platzbedarf der Verbindungen zwischen den einzelnen Solarzellen. Dies wird oftmals durch bandförmige metallische Leiter geringer Dicke zwischen einzelnen Solarzellen realisiert. Elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen halbleitender Solarzelle und bandförmigem metallischem Leiter können mit einer Vielzahl von Kontaktierungsmethoden erzeugt werden, insbesondere mittels Löt-, Klebe-, Ultraschallschweißverfahren sowie speziellen Lasertechniken.On the other hand, the electrically conductive connection between the individual solar cells is one So far module has been problematic. To maximize the active area of a solar module, the smallest possible "dead area" (i.e. total area of the module minus the active area of solar cells). This results in the demand for the lowest possible Space required for the connections between the individual solar cells. This is often done through ribbon-shaped metallic conductors of small thickness between individual solar cells. Electrically conductive connections between semiconducting solar cells and ribbon-shaped ones metallic conductors can be created using a variety of contacting methods, in particular by means of soldering, gluing, ultrasonic welding processes and special laser techniques.
Werden derartige Verbindungen jedoch mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, so kann dies zu Beschädigungen der Kontakte führen, woraus insbesondere steigende Übergangswiderstände oder sogar eine vollständige Unterbrechung der elektrisch leitenden Verbindung resultieren können. Hieraus ergeben sich Leistungsabnahmen des betroffenen Solarmoduls bis hin zu seinem völligen Ausfall.However, if such connections are exposed to mechanical stress, this can lead to damage to the contacts, resulting in particular in increasing contact resistance or even a complete break in the electrically conductive connection can. This results in a decrease in performance of the affected solar module up to its complete failure.
Solarkollektoren sind für den Betrieb in einem vom Hersteller spezifizierten Temperaturintervall ausgelegt. Wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der diversen verwendeten Materialien wie beispielsweise Solarzellen, Metallverbinder, eventueller Trägermaterialien und Verkapselungen führen Temperaturschwankungen innerhalb dieses Temperaturintervalls zu mechanischen Beanspruchungen der oben genannten Kontakte. Auch wenn die Verbindungen zwischen den Solarzellen so ausgelegt sind, daß sie die bei vollständigem Überstreichen des zulässigen Temperaturintervalls auftretenden Längen änderungen vollständig kompensieren, so treten auch bei geringen Änderungen der Umgebungs bedingungen ständig geringe mechanische Beanspruchungen der Kontakte auf. Diese an sich kleinen, aber stetig wechselnden mechanischen Beanspruchungen können im Dauerbetrieb zu einer Beschädigung der Kontakte bis hin zu ihrem völligen Ausfall führen.Solar collectors are designed for operation in a temperature interval specified by the manufacturer designed. Because of the different thermal expansion coefficients of the various used materials such as solar cells, metal connectors, possibly Carrier materials and encapsulations cause temperature fluctuations within this Temperature interval for mechanical stress on the above contacts. Also if the connections between the solar cells are designed so that they at complete crossing of the permissible temperature interval occurring lengths Compensate for changes completely, even with minor changes in the environment constantly low mechanical stress on the contacts. This in itself Small, but constantly changing mechanical loads can increase in continuous operation damage to the contacts or even complete failure.
Eine nicht spannungsfreie Montage von Kollektoren kann ebenfalls mechanische Beanspruchungen der Kontakte mit daraus resultierender Beeinträchtigung der elektrischen Leitfähigkeit der Kontakte verursachen. Auch für diese Beanspruchung der elektrisch leitfähigen Verbindungen ist eine Möglichkeit zur Zug- und Druckspannungs-Entlastung vorteilhaft.A non-stress-free assembly of collectors can also be mechanical Stresses on the contacts with the resulting impairment of the electrical Cause conductivity of the contacts. Also for this stress the electrically conductive Connections is a way to relieve tensile and compressive stress advantageous.
Die Bedeutung des Kontaktierungsproblems ist aus Fachveröffentlichungen zu ersehen [siehe z. B. H. Schmid in Sonnenenergie 2/97, S. 35ff], die das Problem als Hauptausfallursache von Solarmodulen im Dauerbetrieb bezeichnen. Diese Veröffentlichungen setzen sich intensiv mit der Identifikation von defekten Verbindungen zwischen Solarzellen innerhalb eines Moduls auseinander, jedoch sind bisher keine technischen Lösungen bekannt, die sich auf die eigentliche Ursache der Ausfallerscheinungen, auf das Kontaktproblem beziehen.The importance of the contacting problem can be seen from specialist publications [see e.g. B. H. Schmid in Sonnenenergie 2/97, pp. 35ff], who identified the problem as the main cause of failure Designate solar modules in continuous operation. These publications are intensively involved the identification of defective connections between solar cells within a module apart, but so far no technical solutions are known that relate to the actual Cause of the failure symptoms, refer to the contact problem.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, das Problem der durch mechanische Spannungen verursachten Kontaktprobleme bei der Verbindung einzelner Solarzellen innerhalb eines Moduls, insbesondere die Erhöhung des Übergangswiderstands bzw. die vollständige Unterbrechung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den einzelnen Solarzellen eines Solarmoduls zu lösen oder wenigstens wesentlich zu verbessern.The present invention aims to solve the problem of mechanical stresses caused contact problems when connecting individual solar cells within a module, in particular the increase in contact resistance or the complete interruption of electrically conductive connections between the individual solar cells of a solar module solve or at least significantly improve.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel erreicht durch die Verwendung elektrisch leitfähiger Verbindungselemente, die einen Umwegbereich zwischen den Solarzellen einschließen, wobei dieser Umwegbereich im wesentlichen in der Ebene der Solarzellen liegt und in Querrichtung dazu möglichst flach ist, jedenfalls nicht wesentlich dicker als die Dicke der Solarzellen, der sich in seiner Ebene möglichst kraftlos verformen läßt und dabei entlang der Verbindungsstrecke zwischen den Anschlußpunkten soviel zusätzliche Länge ausbildet, daß im gesamten Temperaturbereich, in dem ein Einsatz des Solarkollektors möglich ist, der Umwegbereich nicht durch die thermischen Längenänderungen aufgezehrt wird. According to the invention, this goal is achieved by using electrically conductive Connecting elements that include a detour area between the solar cells, wherein this detour area lies essentially in the plane of the solar cells and in the transverse direction is as flat as possible, at least not much thicker than the thickness of the solar cells deforms in its plane as weakly as possible and along the connecting route so much additional length between the connection points that in the whole Temperature range in which the solar collector can be used is not the detour area is consumed by the thermal changes in length.
Die Verbindung von Solarzellen in Modulen mittels erfindungsgemäßen Verbindungsleitungen einschließlich Umwegstrecken bietet diverse Vorteile, die im folgenden kurz erläutert werden sollen. Durch die Integration einer Umwegstrecke in die elektrisch leitfähige Verbindungsleitung zwischen den zu verbindenden Solarzellen, die weitgehend kraftfrei in ihrer Ebene zuverformen und in ihrer Länge passend bemessen ist, können alle, beispielsweise durch thermische Längenänderungen oder durch nicht spannungsfreie Montage der Module verursachten mechanischen Spannungen in den elektrisch leitenden Verbindungen zwischen benachbarten Solarzellen aufgefangen werden. Dies gilt sowohl für Spitzenbelastungen als auch für Dauerbelastungen.The connection of solar cells in modules by means of connecting lines according to the invention including detours offers various advantages, which are briefly explained below should. By integrating a detour into the electrically conductive connection line between the solar cells to be connected, which deform in their plane largely without force and dimensioned appropriately in length, all can, for example by thermal Changes in length or caused by not tension-free assembly of the modules mechanical stresses in the electrically conductive connections between neighboring ones Solar cells are collected. This applies to both peak loads and Permanent loads.
Durch Verlegung der Umwegstrecke in die Ebene der elektrisch leitfähigen Verbindung bleibt der zusätzliche Raumbedarf durch die Umwegstrecke gering. Dies bedeutet, daß die Solarzellen auch bei Verwendung erfindungsgemäßer Verbindungsleitungen raumoptimal zu Solarmodulen verpackt werden können.By laying the detour in the level of the electrically conductive connection remains the additional space required by the detour route is low. This means that the solar cells Even when using connecting lines according to the invention, space-optimal for solar modules can be packed.
Die nötige Elastizität des bandförmigen Verbindungselements in seiner Ebene, d. h. die erforderliche seitliche Flexibilität, kann durch verschiedene Ausführungen des erfindungsgemäßen Verbindungselements realisiert werden, die den Unteransprüchen 2, 3 und 4 und den Ausführungsbeispielen entnommen werden können. Dies hat zur Folge, daß die Belastungen der Kontaktpunkte so klein gehalten werden können, daß weder bei Ausnutzung des gesamten zulässigen Temperaturintervalls noch bei Langzeiteinsätzen unter häufig wechselnden Umgebungsbedingungen Überlastungen bzw. Ermüdungserscheinungen auftreten, die zum Versagen der elektrisch leitfähigen Verbindungen zwischen den Solarzellen führen können.The necessary elasticity of the band-shaped connecting element in its plane, i. H. the required lateral flexibility, can be achieved through different versions of the Connection element according to the invention can be realized, the dependent claims 2, 3 and 4th and can be found in the exemplary embodiments. As a result, the Loads on the contact points can be kept so small that neither when the total permissible temperature interval for long-term use under frequently changing Ambient conditions Overloads or signs of fatigue occur that lead to Failure of the electrically conductive connections between the solar cells can result.
Weitere Merkmale und Vorteile finden sich in den Unteransprüchen sowie der nun folgenden, nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:Further features and advantages can be found in the subclaims and the following, Non-restrictive description of exemplary embodiments, which under Reference to the drawing will be explained in more detail. In this show:
Fig. 1 eine Aufsicht auf zwei benachbarte Solarzellen 12 eines Solarmoduls 11, die durch zwei elektrisch leitfähige Verbindungsleitungen 2 mit S-förmigem Umwegbereich 3 verbunden sind, Fig. 1 is a plan view of two adjacent solar cells 12 of a solar module 11 which are connected by two electrically conductive connection lines 2 with an S-shaped detour region 3,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines elektrisch leitfähigen Bandes, welches den Grundkörper der in Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten bandförmigen Verbindungs leitungen 2 bildet, und aus welcher sein Querschnitt ersichtlich ist, Fig. 2 is a perspective view of an electrically conductive belt which lines the body of the band-shaped connection shown in Fig. 3, Fig. 5 and Fig. 6 2 forms, and from which its cross section is visible,
Fig. 3 eine Aufsicht auf eine elektrisch leitfähige Verbindungsleitung 2, deren längenmäßige und seitliche Flexibilität durch Spleißung erhöht ist, . 3 is a plan view of an electrically conductive connecting line 2 whose length even and lateral flexibility is increased by Fig splice,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine elektrisch leitfähige Verbindungsleitung 2, die aus einer Vielzahl von Einzeldrähten 22 besteht, Fig. 4 is a plan view of an electrically conductive connection line 2, which consists of a plurality of individual wires 22,
Fig. 5 eine Aufsicht auf zwei benachbarte Solarzellen 12, die durch zwei elektrisch leitfähige Verbindungsleitungen 2 mit V-förmigem Umwegbereich 32 verbunden sind, und Fig. 5 is a plan view of two adjacent solar cells 12, which are connected by two electrically conductive connection lines 2 with a V-shaped detour region 32, and
Fig. 6 eine Seitenansicht zweier benachbarter Solarzellen 12, die durch eine elektrisch leitfähige Verbindungsleitung 2 mit wellenförmigem Umwegbereich 33 verbunden sind. Fig. 6 is a side view of two adjacent solar cells 12, which are connected by an electrically conductive connecting line 2 with wavy detour region 33.
Kennzeichen a) und b) des Anspruchs 1 einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Solarzellen 12 sind mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindungsleitung 2, die einen Umwegbereich 3 zwischen den Solarzellen 12 aufweist, der senkrecht zur Ebene der Solarzellen 12 möglichst flach ist (Kennzeichen a)) und in der Ebene der Solarzellen 12 möglichst kraftlos zu verformen ist (Kennzeichen b)). Dieser Umwegbereich 3 soll soviel zusätzliche Länge ausbilden, daß im gesamten Temperaturbereich, in dem ein Betrieb des Solarkollektors 1 möglich ist, alle zwischen den zu verbindenden Solarzellen 12 auftretenden Abstandsänderungen kompensiert werden (Kennzeichen c)).Characteristics a) and b) of claim 1 of an electrically conductive connection between two solar cells 12 are at least one electrically conductive connection line 2 , which has a detour area 3 between the solar cells 12 , which is as flat as possible perpendicular to the plane of the solar cells 12 (characteristic a)) and is to be deformed as weakly as possible in the plane of the solar cells 12 (code b)). This detour area 3 is to form so much additional length that all changes in distance occurring between the solar cells 12 to be connected are compensated for in the entire temperature range in which the solar collector 1 can be operated (code c)).
Den diskutierten Ausführungsbeispielen soll der folgende Aufbau eines Solarkollektors 1 zugrundeliegen: Der Solarkollektor 1 besteht aus mindestens einem Solarmodul 11, insbesondere zwei Solarmodulen 11, welche jeweils mindestens eine, insbesondere zwei Solarzellen 12 umfassen. Die zu einem Solarkollektor 1 zusammengefaßten Solarmodule 11 sind mittels konventioneller Kabeltechniken elektrisch miteinander verbunden. Die wiederum zu einem Solarmodul 11 zusammengefaßten Solarzellen 12 sind mittels mindestens einer, insbesondere zwei erfindungsgemäßen Verbindungsleitungen 2 elektrisch leitend miteinander verbunden. The exemplary embodiments discussed should be based on the following structure of a solar collector 1 : The solar collector 1 consists of at least one solar module 11 , in particular two solar modules 11 , each of which comprises at least one, in particular two, solar cells 12 . The solar modules 11 combined to form a solar collector 1 are electrically connected to one another by means of conventional cable techniques. The solar cells 12 , which in turn are combined to form a solar module 11 , are connected to one another in an electrically conductive manner by means of at least one, in particular two connecting lines 2 according to the invention.
Allen im folgenden diskutierten Ausführungsbeispielen ist gemein, daß die elektrisch leitfähigen Verbindungsleitungen 2 zwischen einzelnen Solarzellen 12 an jeweils einem oder mehreren Kontaktpunkten 21 mit den Solarzellen 12 elektrisch leitend verbunden sind. Die Verbindung an den Kontaktpunkten 21 kann beispielsweise mittels Löten, (Ultraschall-)Schweißen, Kleben oder speziellen Lasertechniken erstellt werden.All discussed in the following embodiments is common that the electrically conductive connecting lines 2 are connected between the individual solar cells 12 on each of one or more contact points 21 with the solar cells 12 is electrically conductive. The connection at the contact points 21 can be created, for example, by means of soldering, (ultrasound) welding, gluing or special laser techniques.
Weiterhin ist allen im folgenden diskutierten Ausführungsbeispielen gemein, daß die elektrisch leitfähigen Verbindungsleitungen 2 aus metallischen Leitern bestehen. Die Ausführungsbeispiele können jedoch auch mit Verbindungsleitungen 2 aus elektrisch leitfähigen Polymeren realisiert werden.Furthermore, it is common to all of the exemplary embodiments discussed below that the electrically conductive connecting lines 2 consist of metallic conductors. However, the exemplary embodiments can also be implemented using connecting lines 2 made of electrically conductive polymers.
Fig. 1 zeigt zwei benachbarte Solarzellen 12, die mittels einer erfindungsgemäßen Verbindungsleitung 2 verbunden sind. Gezeigt ist hier eine mögliche Realisierung des Umwegbereichs 3. Dieser besteht aus einem S-förmigen Bereich 3 der Verbindungsleitung 2 zwischen den Solarzellen 12. Der S-förmige Bereich 31 erstreckt sich im wesentlichen in der Ebene der Solarzellen 12. Er befindet sich oberhalb der unten in Fig. 1 dargestellten Solarzelle 12. Der Abstand zwischen den Solarzellen 12 ist sehr gering, er beträgt unter fünf Millimeter, vorzugsweise unter 3 Millimeter. Bei thermischer Ausdehnung des Kollektors 1 wird der S-för mige Bereich 31 gestreckt, wobei die durch den S-förmigen Bereich 31 eingefügte zusätzliche Länge so bemessen ist, daß die im zulässigen Temperaturintervall auftretenden maximalen Längenänderungen durch den Umwegbereich 3 vollständig kompensiert werden können. Fig. 1 shows two adjacent solar cells 12, which are connected by means of an inventive connection line 2. A possible realization of the detour area 3 is shown here. This consists of an S-shaped area 3 of the connecting line 2 between the solar cells 12 . The S-shaped region 31 extends essentially in the plane of the solar cells 12 . It is located above the solar cell 12 shown below in FIG. 1. The distance between the solar cells 12 is very small, it is less than five millimeters, preferably less than 3 millimeters. With thermal expansion of the collector 1 , the S-shaped region 31 is stretched, the additional length inserted by the S-shaped region 31 being dimensioned such that the maximum length changes occurring in the permissible temperature interval can be completely compensated for by the detour region 3 .
Fig. 2 zeigt den Querschnitt des bandförmigen Grundkörpers der in Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten elektrisch leitfähigen Verbindungsleitungen 2. Fig. 2 shows the cross section of the band-shaped base body in Fig. 3, Fig. 5 and Fig. 2 electrically conductive connecting lines shown. 6
Eine in Fig. 1 gezeigte Verbindungsleitung 2 kann beispielsweise wie in Fig. 3 gezeigt ausgeführt werden. Die Verbindungsleitung 2 wird vorzugsweise aus einem metallischen Band mit geringem spezifischen Widerstand gefertigt, insbesondere eignen sich Kupfer, Silber oder Gold. Die seitliche Flexibilität eines metallischen Bandes, dessen Dicke d typischerweise weniger als einen Millimeter, insbesondere weniger als 250 Mikrometer beträgt, wird erhöht durch die in Fig. 3 gezeigte Formgebung. Das metallische Band weist regelmäßige Einschneidungen auf, die geöffnet werden, so daß eine gitterartige Struktur entsteht. Diese gitterartige Struktur weist gegenüber einem nicht durchbrochenen Band gleicher Dicke d ein wesentlich verringertes Schermodul in der Ebene des Bandes auf, so daß eine im wesentlichen kraftlose Verformung des vom Band gebildeten Umwegbereichs 3 in seiner Ebene möglich ist.A connecting line 2 shown in FIG. 1 can be designed, for example, as shown in FIG. 3. The connecting line 2 is preferably made of a metallic band with low specific resistance, copper, silver or gold are particularly suitable. The lateral flexibility of a metallic strip, the thickness d of which is typically less than one millimeter, in particular less than 250 micrometers, is increased by the shape shown in FIG. 3. The metallic band has regular incisions that are opened so that a lattice-like structure is created. This lattice-like structure has a substantially reduced shear modulus in the plane of the band compared to an uninterrupted band of the same thickness d, so that an essentially forceless deformation of the detour region 3 formed by the band is possible in its plane.
Die erforderlichen Abmessungen des bandförmigen Leiters, insbesondere sein Querschnitt, hängen vom Gesamtstrom ab, der bei elektrischer Maximallast am Solarkollektor 1 über die Verbindungsleitung 2 fließt. Der Gesamtstrom muß über eine Verbindungsleitung 2 fließen, deren Gesamtwiderstand ausreichend klein bemessen ist, um eine solche Wärmebelastung aufgrund des Stromflusses zu vermeiden, die die Dauerhaltbarkeit des (eingeschnittenen) Bandes und der Kontaktpunkte 21 verringern kann. Der Gesamtwiderstand der Verbindungsleitung 2 hängt vom spezifischen Widerstand des gewählten Metalls, von der Länge der Verbindungsleitung 2 und vom Gesamtquerschnitt der Verbindungsleitung 2 ab.The required dimensions of the band-shaped conductor, in particular its cross-section, depend on the total current which flows at the maximum electrical load on the solar collector 1 via the connecting line 2 . The total current must flow through a connecting line 2 , the total resistance of which is dimensioned to be sufficiently small to avoid such a thermal load due to the current flow, which can reduce the durability of the (cut) strip and the contact points 21 . The total resistance of the connecting line 2 depends on the specific resistance of the selected metal, on the length of the connecting line 2 and on the total cross section of the connecting line 2 .
Ist der erforderliche Bandquerschnitt bestimmt, kann die Flexibilität der Verbindungsleitung 2 in der Ebene der Solarzellen 12 maximiert werden, indem eine möglichst große Dicke d und eine möglichst kleine Breite b des Bandes gewählt wird.Once the required strip cross-section has been determined, the flexibility of the connecting line 2 in the plane of the solar cells 12 can be maximized by choosing the greatest possible thickness d and the smallest possible width b of the strip.
Uni die Solarzellen 12 mit optimaler Raumausnutzung in einem Modul 11 verpacken zu können, darf der Platzbedarf der verbundenen Solarzellen 12 durch Einfügen der Verbindungsleitungen 2 nicht wesentlich, insbesondere nicht erhöht werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Dicke der Verbindungsleitung 2 einschließlich des Umwegbereichs 3 nicht mehr als das dreifache der Dicke der Solarzellen 12, insbesondere nicht mehr als ihre einfache Dicke beträgt, wie in Anspruch 8 gefordert.In order to be able to pack the solar cells 12 with optimal use of space in a module 11 , the space requirement of the connected solar cells 12 may not be significantly, in particular not increased, by inserting the connecting lines 2 . It is therefore advantageous if the thickness of the connecting line 2, including the detour area 3, is not more than three times the thickness of the solar cells 12 , in particular not more than their simple thickness, as required in claim 8.
Eine weitere vorteilhafte Realisierung einer elektrisch leitfähigen Verbindungsleitung 2, mit deren Hilfe ein erfindungsgemäßer Umwegbereich 3, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, realisiert werden kann, ist in Fig. 4 gezeigt. Anstelle eines bandförmigen Leiters wird hier eine Verbindungsleitung 2 aus einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Einzeldrähten 22 verwendet, die mechanisch miteinander zusammenhängen, insbesondere verflochten sind oder zu einem Schlauch gestrickt sind. Die Dicke des Schlauches kann verringert werden, indem er flachgedrückt wird. Als Material für die Einzeldrähte 22 eignen sich wiederum Metalle mit geringem spezifischem Widerstand, insbesondere Kupfer, Silber oder Gold. Der Durchmesser eines Einzeldrahtes beträgt typischerweise unter einem Millimeter, vorzugsweise weniger als 250 Mikrometer, insbesondere weniger als 100 Mikrometer. Die zu einer netz- oder schlauchartigen Struktur verbundenen Einzeldrähte 22 weisen ein niedriges Schermodul in der Ebene der Solarzellen 12 auf, so daß eine im wesentlichen kraftlose Verformung des Umwegbereichs 3 in der Ebene der Solarzellen 12 möglich ist.A further advantageous realization of an electrically conductive connecting line 2 , with the aid of which a detour area 3 according to the invention, as shown in FIG. 1, can be realized, is shown in FIG. 4. Instead of a band-shaped conductor, a connecting line 2 made of a plurality of electrically conductive individual wires 22 is used here, which are mechanically connected to one another, in particular are intertwined or knitted to form a tube. The thickness of the hose can be reduced by flattening it. Metals with low resistivity, in particular copper, silver or gold, are in turn suitable as the material for the individual wires 22 . The diameter of a single wire is typically less than one millimeter, preferably less than 250 micrometers, in particular less than 100 micrometers. The individual wires 22 connected to form a network or hose-like structure have a low shear modulus in the plane of the solar cells 12 , so that an essentially forceless deformation of the detour region 3 in the plane of the solar cells 12 is possible.
Die erforderliche Zahl der Einzeldrähte 22 hängt vom Gesamtstrom ab, der bei elektrischer Maximallast am Solarkollektor 1 über die Verbindungsleitung 2 fließt. Der Gesamtstrom muß über eine Verbindungsleitung 2 fließen, deren Gesamtwiderstand ausreichend klein bemessen ist, um eine solche Wärmebelastung aufgrund des Stromflusses zu vermeiden, die die Dauerhaltbarkeit der Einzeldrähte 22 und der Kontaktpunkte 21 verringern kann. Der Gesamtwiderstand der Verbindungsleitung 2 hängt vom spezifischen Widerstand des gewählten Metalls, von der Länge der Verbindungsleitung 2 und vom Gesamtquerschnitt der Verbindungsleitung 2 (der gleich der Summe der Querschnitte der Einzeldrähte 22 ist) ab.The required number of individual wires 22 depends on the total current which flows through the connecting line 2 at maximum electrical load on the solar collector 1 . The total current must flow via a connecting line 2 , the total resistance of which is dimensioned to be sufficiently small to avoid such a thermal load due to the current flow, which can reduce the durability of the individual wires 22 and the contact points 21 . The total resistance of the connecting line 2 depends on the specific resistance of the selected metal, the length of the connecting line 2 and the total cross section of the connecting line 2 (which is equal to the sum of the cross sections of the individual wires 22 ).
Auch hier kann die Flexibilität der Verbindungsleitung 2 in der Ebene der Solarzellen 12 maximiert werden, wenn der erforderliche Bandquerschnitt bestimmt ist, indem eine möglichst große Dicke d und eine möglichst kleine Breite b der Verbindungsleitung 2 gewählt wird. Dabei kann und sollte auch hier die Randbedingung des Anspruchs 8 beachtet werden.Here, too, the flexibility of the connecting line 2 in the plane of the solar cells 12 can be maximized if the required strip cross-section is determined by choosing the largest possible thickness d and the smallest possible width b of the connecting line 2 . The boundary condition of claim 8 can and should also be observed here.
Fig. 5 zeigt wiederum zwei benachbarte Solarzellen 12, die mittels einer erfindungsgemäßen Verbindungsleitung 2 verbunden sind. Gezeigt ist hier eine weitere vorteilhafte Realisierung des Umwegbereichs 3. Dieser besteht aus einem V-förmigen Bereich 32 der Verbindungsleitung 2 zwischen den Solarzellen 12. Der V-förmige Bereich 32 erstreckt sich in der Ebene der Solarzellen 12. Die Verbindungsleitungen 2 bestehen aus wiederum aus metallischen Bändern, deren Abmessungen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Die V-förmigen Umwegbereiche 32 entstehen durch Einfügen mehrerer Knicke in die Verbindungsleitung 2, insbesondere durch eine Sequenz bestehend aus einem Knick von etwa +45°, gefolgt von einem Knick von etwa -90° und einem Knick von etwa +45°. Die Knicke können beispielsweise durch Faltung des elektrisch leitfähigen Bandes realisiert werden. Die Sequenz der Winkeländerungen ist dadurch charakterisiert, daß keine Gesamtänderung des Winkels auftritt, d. h. die geraden Enden des metallischen Bandes fluchten. Fig. 5 shows in turn two adjacent solar cells 12, which are connected by means of an inventive connection line 2. A further advantageous realization of the detour area 3 is shown here. This consists of a V-shaped area 32 of the connecting line 2 between the solar cells 12 . The V-shaped region 32 extends in the plane of the solar cells 12 . The connecting lines 2 again consist of metallic strips, the dimensions of which correspond to those of the first exemplary embodiment. The V-shaped detour regions 32 are created by inserting several kinks in the connecting line 2 , in particular by a sequence consisting of a kink of approximately + 45 °, followed by a kink of approximately -90 ° and a kink of approximately + 45 °. The kinks can be realized, for example, by folding the electrically conductive tape. The sequence of the angle changes is characterized in that there is no total change in the angle, ie the straight ends of the metallic strip are aligned.
Bei thermischer Ausdehnung des Kollektors 1 wird der V-förmige Bereich 32 gestreckt, wobei die durch den V-förmigen Bereich 32 eingefügte zusätzliche Länge so bemessen ist, daß die im zulässigen Temperaturintervall auftretenden maximalen Längenänderungen durch den Umwegbereich 3 vollständig kompensiert werden können.When the collector 1 expands thermally, the V-shaped region 32 is stretched, the additional length inserted by the V-shaped region 32 being dimensioned such that the maximum length changes occurring in the permissible temperature interval can be fully compensated for by the detour region 3 .
Wiederum gilt, daß die erforderlichen Abmessungen des bandförmigen Leiters, insbesondere sein Querschnitt, vom Gesamtstrom abhängen, der bei elektrischer Maximallast am Solarkollektor 1 über die Verbindungsleitung 2 fließt. Der Gesamtstrom muß über eine Verbindungsleitung 2 fließen, deren Gesamtwiderstand ausreichend klein bemessen ist, um eine solche Wärmebelastung aufgrund des Stromflusses zu vermeiden, die die Dauerhaltbarkeit des Bandes und der Kontaktpunkte 21 verringern kann. Der Gesamtwiderstand der Verbindungsleitung 2 hängt vom spezifischen Widerstand des gewählten Metalls, von der Länge der Verbindungsleitung 2 und vom Gesamtquerschnitt der Verbindungsleitung 2 ab.Again, the required dimensions of the band-shaped conductor, in particular its cross section, depend on the total current which flows through the connecting line 2 at maximum electrical load on the solar collector 1 . The total current must flow via a connecting line 2 , the total resistance of which is dimensioned to be sufficiently small to avoid such a thermal load due to the current flow, which can reduce the durability of the strip and the contact points 21 . The total resistance of the connecting line 2 depends on the specific resistance of the selected metal, on the length of the connecting line 2 and on the total cross section of the connecting line 2 .
Wenn der erforderliche Bandquerschnitt bestimmt ist, kann auch in diesem Ausführungsbeispiel die Flexibilität der Verbindungsleitung 2 in der Ebene der Solarzellen 12 maximiert werden, indem eine möglichst kleine Dicke d und eine möglichst große Breite b des Bandes gewählt wird. Dabei kann und sollte auch hier die Randbedingung des Anspruchs 8 beachtet werden.If the required strip cross-section is determined, the flexibility of the connecting line 2 in the plane of the solar cells 12 can also be maximized in this exemplary embodiment by choosing the smallest possible thickness d and the greatest possible width b of the strip. The boundary condition of claim 8 can and should also be observed here.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer elektrisch leitfähigen Verbindungsleitung 2 ist aus Fig. 6 ersichtlich. Als elektrisch leitfähige Verbindungsleitung 2 wird ein flaches Metallband mit geringem spezifischen Widerstand verwendet, insbesondere eignen sich Kupfer, Silber oder Gold. Die Dicke d des metallischen Bandes beträgt typischerweise weniger als einen Millimeter, insbesondere weniger als 250 Mikrometer. Der erfindungsgemäße Umwegbereich 3 wird durch die Einführung eines wellenförmigen Bereichs 33 realisiert, der sich im wesentlichen in der Ebene senkrecht zur Ebene der Solarzellen 12 erstreckt. Der wellenförmige Bereich 33 befindet sich zwischen zwei benachbarten Solarzellen 12. Die Wellenform ist frei, insbesondere können sinusartige oder dreieckige Formen realisiert werden. Die gewählte Wellenlänge ist kleiner als der Abstand der auf verschiedenen Solarzellen 12 liegenden, zunächst benachbarten mechanischen 23 oder elektrischen 21 Anschlußpunkte, vorzugsweise kleiner als der Abstand der zu verbindenden Solarzellen 12. A further advantageous embodiment of an electrically conductive connecting line 2 can be seen in FIG. 6. A flat metal strip with low specific resistance is used as the electrically conductive connecting line 2 , copper, silver or gold are particularly suitable. The thickness d of the metallic strip is typically less than one millimeter, in particular less than 250 micrometers. The detour area 3 according to the invention is implemented by introducing a wave-shaped area 33 which extends essentially in the plane perpendicular to the plane of the solar cells 12 . Wavy area 33 is located between two adjacent solar cells 12 . The waveform is free, in particular sinusoidal or triangular shapes can be realized. The selected wavelength is smaller than the distance between the initially adjacent mechanical 23 or electrical 21 connection points located on different solar cells 12 , preferably smaller than the distance between the solar cells 12 to be connected .
Die Einführung eines wellenförmigen Bereichs 33 in die Verbindungsleitung 2 erhöht ihre
Elastizität dergestalt, daß eine im wesentlichen kraftlose Längenänderung des Bandes möglich
ist. Bei thermischer Ausdehnung des Kollektors 1 wird der wellenförmige Bereich 33 gestreckt,
wobei die durch den wellenförmigen Bereich 33 eingefügte zusätzliche Länge so bemessen ist,
daß die im zulässigen Temperaturintervall auftretenden maximalen Längenänderungen durch den
wellenförmigen Bereich 33 vollständig kompensiert werden können
Zur Optimierung des Platzbedarfs kann die Amplitude des wellenförmigen Bereichs 33 klein
gewählt werden, insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Dicke der Verbindungsleitung 2
einschließlich des Umwegbereichs 3 nicht mehr als das dreifache der Dicke der Solarzellen 12,
insbesondere nicht mehr als ihre einfache Dicke beträgt, wie in Anspruch 8 gefordert.The introduction of a wave-shaped region 33 into the connecting line 2 increases its elasticity in such a way that an essentially powerless length change of the band is possible. When the collector 1 is thermally expanded, the undulating region 33 is stretched, the additional length inserted by the undulating region 33 being dimensioned such that the maximum length changes occurring in the permissible temperature interval can be completely compensated for by the undulating region 33
In order to optimize the space requirement, the amplitude of the wavy region 33 can be chosen to be small, in particular it is advantageous if the thickness of the connecting line 2, including the detour region 3, is not more than three times the thickness of the solar cells 12 , in particular not more than their simple thickness. as required in claim 8.
Wiederum gilt, daß die erforderlichen Abmessungen des bandförmigen Leiters vom Gesamtstrom abhängen, der bei elektrischer Maximallast am Solarkollektor 1 über die Verbindungsleitung 2 fließt. Der Gesamtstrom muß über eine Verbindungsleitung 2 fließen, deren Gesamtwiderstand ausreichend klein bemessen ist, um eine solche Wärmebelastung aufgrund des Stromflusses zu vermeiden, die die Dauerhaltbarkeit des (gewellten) Bandes und der Kontaktpunkte 21 verringern kann. Der Gesamtwiderstand der Verbindungsleitung 2 hängt vom spezifischen Widerstand des gewählten Metalls, von der Länge der Verbindungsleitung 2 und vom Gesamtquerschnitt der Verbindungsleitung 2 ab.Again, the required dimensions of the band-shaped conductor depend on the total current which flows at the maximum electrical load on the solar collector 1 via the connecting line 2 . The total current must flow through a connecting line 2 , the total resistance of which is dimensioned to be sufficiently small to avoid such a thermal load due to the current flow, which can reduce the durability of the (corrugated) strip and the contact points 21 . The total resistance of the connecting line 2 depends on the specific resistance of the selected metal, on the length of the connecting line 2 and on the total cross section of the connecting line 2 .
Ist der erforderliche Bandquerschnitt bestimmt, kann die Flexibilität der Verbindungsleitung 2 in der Ebene der Solarzellen 12 maximiert werden, indem eine möglichst geringe Dicke d und eine möglichst große Breite b des Bandes gewählt wird.Once the required strip cross-section has been determined, the flexibility of the connecting line 2 in the plane of the solar cells 12 can be maximized by choosing the smallest possible thickness d and the greatest possible width b of the strip.
Desweiteren kann die Dauerbelastbarkeit aller beschriebenen Leitungsverbindungen 2 erhöht werden, indem die Leitungen aus Metallen bzw. Legierungen ausgeführt werden, die eine erhöhte Dauerbelastbarkeit bezüglich Scherbelastungen aufweisen.Furthermore, the long-term load capacity of all of the line connections 2 described can be increased in that the lines are made of metals or alloys which have an increased long-term load capacity with regard to shear loads.
Eine weitere Möglichkeit, die Dauerbelastbarkeit der erfindungsgemäßen Leitungsverbindung 2, insbesondere der elektrischen Anschlußpunkte 21 zwischen Leitungsverbindung 2 und Solarzelle 12 zu erhöhen, besteht darin, zusätzlich zu den elektrisch leitfähigen Anschlußpunkten 21 mechanische Anschlußpunkte 23 einzufügen. Diese mechanischen Anschlußpunkte 23 sind mechanisch stärker belastbare Klebe-, Löt-, oder Schweißverbindungen zwischen Verbindungsleitung 2 und Solarzelle 12, die nicht elektrisch leitfähig ausgeführt sein müssen, sondern eine rein mechanische Haltefunktion erfüllen müssen.Another possibility of increasing the durability of the line connection 2 according to the invention, in particular the electrical connection points 21 between the line connection 2 and the solar cell 12 , is to insert mechanical connection points 23 in addition to the electrically conductive connection points 21 . These mechanical connection points 23 are mechanically more resilient adhesive, solder, or weld connections between the connecting line 2 and the solar cell 12 , which do not have to be electrically conductive, but have to perform a purely mechanical holding function.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BLUESUN TECHNOLOGIES GMBH, 42929 WERMELSKIRCHEN, D |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |