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Title:
SOLAR MODULE FOR SMALL ELECTRICAL APPLIANCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/119599
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a solar module for small electrical appliances, comprising at least one solar cell (1) that is arranged on a carrier element (8) and has both positive and negative solar cell contacts which are electrically interconnected by means of first and second contact paths (6, 7) designed on said carrier element (8). Said module has linear plus-contacts (2) and minus-contacts that run in parallel, in alternation, and are designed only on the rear side of the solar cell (1), as well as first and second contact path rows, arranged on the carrier element (8) for the solar cell (1) in question, and each consisting of first and second contact paths (6, 7) arranged to run in parallel at a distance from two plus- or minus-contacts, and aligned to correspond to the solar cell plus-contacts and minus-contacts. The first contact paths (6), electrically connected to the plus-contacts (2), are arranged to be offset in relation to the second contact paths (7) by the interval between two solar cell contacts. This design of solar module is characterised by a low structural height, simple manufacture and secure contacting.

Inventors:
LANG OLIVER (DE)
FREESE STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2012/100058
Publication Date:
September 13, 2012
Filing Date:
March 09, 2012
Export Citation:
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Assignee:
Q MO SOLAR AG (DE)
LANG OLIVER (DE)
FREESE STEPHAN (DE)
International Classes:
H01L31/05
Domestic Patent References:
WO2010116973A12010-10-14
Foreign References:
DE3520423A11986-12-11
DE10261876A12004-07-15
Attorney, Agent or Firm:
SPECHT, VOLKER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Solarmodul für elektrische Kleingeräte, das min¬ destens eine auf einem Trägerkörper (8) angeordne¬ te Solarzelle (1) mit nur an deren Rückseite aus¬ gebildeten, jeweils im Wechsel parallel verlaufende, linienförmigen Plus- und Minuskontakten (2, 3) sowie auf dem Trägerkörper (8) für die jeweilige Solarzelle (1) angeordneten ersten und zweiten Kontaktbahnreihen (4, 5) aus im Abstand, aber zueinander versetzt angeordneten und entsprechend den Plus- und Minuskontakten (2, 3) der Solarzelle (1) ausgerichteten ersten und zweiten Kontaktbahnen (6, 7), wobei die Kontaktbahnen einer Kontaktbahnreihe jeweils im Abstand 2a von zwei Plus- o- der zwei Minuskontakten (2, 3) angeordnet sind und die mit den Pluskontakten (2) elektrisch verbundenen ersten Kontaktbahnen (6) gegenüber den zweiten Kontaktbahnen (7) um den Abstand a zwischen zwei Solarzellenkontakten versetzt angeordnet sind.

Solarmodul nach Anspruch 1, wobei die Plus- und Minuskontakte (2, 3) mit den Kontaktbahnen (6, 7) jeweils über zwei im Abstand angeordnete Lötpunkte (10) miteinander verbunden sind.

Solarmodul nach Anspruch 1, wobei die Plus- und Minuskontakte (2, 3) der Solarzelle (1) mit den Kontaktbahnen auf dem Trägerkörper (8) mittels eines Leitklebers verbunden sind.

Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beiden Kontaktbahnreihen (4, 5) jeweils über eine Leiterbahn (11, 12) verbunden sind, die über eine Durchkontaktierungsbohrung (13, 14) im Trä- gerkörper (8) zu mindestens einem Plus- und einem Minuskontaktierungspunkt (15, 16) an der Untersei¬ te des Solarmoduls führt.

Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine an der Innen- und Außenfläche des Trägerkör¬ pers (8) ausgebildete Abdecklackschicht (17) zur Isolierung der Kontaktbahnen (6, 7) und der Leiterbahnen (15, 16) des Solarmoduls (9) vorgesehen ist .

Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es mit einer an der freien Seite des Trägerkörpers (5) ausgebildeten Elektronik als elektronisches Bauteil zur Steuerung und Ladung eines Akkus fungiert .

Verfahren zur Herstellung eines einen Trägerkörper mit mindestens einer Solarzelle umfassenden Solar¬ moduls für elektrische Kleingeräte, bei dem auf dem Trägerkörper mindestens zwei Kontaktbahnreihen jeweils aus im Abstand angeordneten, aber zueinander versetzten Kontaktbahnen erzeugt und durch Leiterbahnen miteinander verbunden werden und auf die Innen- und Außenseite des Trägerkörpers eine Abdecklackschicht zur Isolierung der Kontaktbahnen und der Leiterbahnen aufgetragen wird, wobei die Kontaktbahnen mit Lötpunkten oder Leitkleber benetzt werden und anschließend auf den so vorberei¬ teten Trägerkörper mindestens eine zu den Kontakt¬ bahnreihen ausgerichtete Solarzelle mit nur an de¬ ren Rückseite ausgebildeten, im Wechsel parallel verlaufenden linienförmigen Plus- und Minuskontakten aufgelegt und das Lötmaterial oder der Leit¬ kleber unter Wärmeeinwirkung anschließend ausgehärtet wird.

Description:
Solarmodul für elektrische Kleingeräte Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Solarmodul für elektrische

Kleingeräte, das mindestens eine auf einem Trägerkörper angeordnete Solarzelle mit jeweils positiven und negati ¬ ven Solarzellenkontakten, die über auf dem Trägerkörper ausgebildete Kontakt leiterbahnen elektrisch miteinander verschaltet sind, umfasst.

Die auf einem isolierenden Trägerkörper in Serien-, Pa ¬ rallel- oder Serien-Parallelschaltung elektrisch mitei ¬ nander verbundenen Solarzellen eines Solarmoduls weisen üblicherweise jeweils einen Rückkontakt auf der Rückseite und einen Frontkontakt auf der Frontseite auf, die als metallisierter Oberflächenbereich ausgebildet sind. Auf dem Trägerkörper angeordnete Rückkontakt- und Frontkon ¬ taktleiterbahnen verbinden die jeweils benachbarten Rück- und Frontkontakte der einzelnen Solarzellen je nach Ver- schaltungsprinz ip miteinander und führen diese zu einem zentralen Anschlussterminal.

Bei einem aus der DE 35 20 423 bekannten Solarmodul er- folgt die elektrische Verbindung zwischen den Frontkon ¬ takten der einzelnen Solarzellen und den zugehörigen Frontkontakt leiterbahnen auf dem Trägerkörper mit Hilfe von Leitkleberstreifen, die im Abstand und parallel zuei ¬ nander auf einem sich über die mehreren Solarzellen er- streckenden Folienstreifen ausgebildet sind. Der Folien ¬ streifen muss exakt vorkonfektioniert und präzise auf dem Solarmodul angebracht sein, um die sichere Kontakt ierung aller Solarzellen zu gewährleisten und Kurzschlüsse zu vermeiden. Die Fertigung der Solarmodule ist daher mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden. Ein in der DE 102 61 876 AI beschriebenes Solarmodul sieht die Ausbildung einer direkt aufgetragenen Leitkle ¬ berbrücke zwischen dem Frontkontakt der Solarzelle und der zugehörigen Kontaktleiterbahn auf dem Trägerkörper vor, wobei die Leitkleberbrücke auf einer zwischen dem Front- und dem Rückkontakt der Solarzelle aufgebrachten Isolationsschicht aufliegt. Neben der aufwendigen Ferti ¬ gung ist auch der Platzbedarf der mit Leitkleberbrücken ausgebildeten Solarmodule relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Solarmodul der eingangs erwähnten Art anzugeben, das bei geringer Bauhöhe und vermindertem Fertigungsaufwand eine zuverläs ¬ sige Kontaktierung zwischen den Solarzellenkontakten und den Kontaktleiterbahnen auf dem Trägerkörper gewährleis ¬ tet .

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass aus ¬ schließlich Rückseitenkontakte aufweisende Solarzellen, das heißt, Solarzellen mit nur an der Rückseite ausgebil ¬ deten, im Wechsel parallel verlaufenden, linienförmigen Plus- und Minuskontakten, mit auf einem Trägerkörper für die jeweilige Solarzelle angeordneten ersten und zweiten Kontaktbahnreihen, die jeweils aus im Abstand von zwei Plus- oder Minuskontakten parallel angeordneten und ent ¬ sprechend den Plus- und Minuskontakten der Solarzelle ausgerichteten ersten und zweiten Kontaktbahnen bestehen, elektrisch verbunden sind. Dabei sind die mit den rück ¬ seitigen Pluskontakten der Solarzelle elektrisch verbun- denen ersten Kontaktbahnen gegenüber den mit den rücksei ¬ tigen Minuskontakten der Solarzelle verbundenen zweiten Kontaktbahnen um den Abstand zwischen zwei Solarzellen ¬ kontakten versetzt angeordnet. Das so ausgebildete Solarmodul kann auf einfache Art, das heißt mit geringem Zeit-, Kosten- und Apparateaufwand so- wie mit einer zuverlässigen Kontaktlerung zwischen den Solarzellenkontakten und den Kontaktbahnen auf dem Trä ¬ gerkörper, und zwar ohne Kurzschlussgefahr, gefertigt werden. Er zeichnet sich zudem durch eine gerade bei elektrischen Kleinstgeräten wichtige geringe Bauhöhe aus.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Plus- und Minuskontakte der Solarzelle mit den Kontaktbahnen des Trägerkörpers jeweils über zwei im Abstand angeordne ¬ te Lötpunkte miteinander verbunden sind. Ein Verziehen des Solarmoduls bei der Kontaktierung wird vermieden, während trotz der in geringem Abstand ausgebildeten So ¬ larzellenkontakte eine Kurzschlusskontaktierung durch die Lötpunkte aufgrund der versetzten Anordnung der Kontakt ¬ bahnen auf dem Trägerkörper verhindert wird.

In Ausgestaltung der Erfindung können die Plus- und Mi ¬ nuskontakte der Solarzelle mit den Kontaktbahnen auf dem Trägerkörper auch mittels eines Leitklebers verbunden sein .

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die beiden Kon ¬ taktbahnreihen jeweils über eine Leiterbahn verbunden, die über eine Durchkontaktierungsbohrung im Trägerkörper zu mindestens einem Plus- und einem Minuskontaktierungs- punkt an der freien Unterseite des Solarmoduls führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innen- und Außenfläche des Trägerkörpers eine Abdecklackschicht zur Isolierung der Kontaktbahnen und der Leiterbahnen des Solarmoduls ausgebildet.

Gemäß einem noch anderen Merkmal der Erfindung ist an der freien Seite des Trägerkörpers eine Elektronik angeord ¬ net, um das Solarmodul unmittelbar als elektronisches Bauteil zur Steuerung und Ladung eines Akkus auszubilden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung ei ¬ nes einen Trägerkörper mit mindestens einer Solarzelle umfassenden Solarmoduls für elektrische Kleingeräte wer- den auf dem Trägerkörper mindestens jeweils zwei Kontakt ¬ bahnreihen jeweils aus im Abstand angeordneten, aber zu ¬ einander versetzten Kontaktbahnen erzeugt und durch Lei ¬ terbahnen miteinander elektrisch verbunden. Auf die In ¬ nen- und Außenseite des Trägerkörpers wird eine Abdeck- lackschicht zur Isolierung der Kontaktbahnen und der Lei ¬ terbahnen aufgetragen. Die Kontaktbahnen werden mit Löt ¬ punkten oder Leitkleber benetzt. Auf den so vorbereiteten Trägerkörper wird mindestens eine zu den Kontaktbahnrei ¬ hen ausgerichtete Solarzelle mit nur an deren Rückseite ausgebildeten, im Wechsel parallel verlaufenden linien- förmigen Plus- und Minuskontakten aufgelegt und anschlie ¬ ßend wird das Lötmaterial oder der Leitkleber unter Wär ¬ meeinwirkung ausgehärtet. Die Herstellung kann mit einfa ¬ chen Vorrichtungen, das heißt ohne Einsatz aufwändiger Sondermaschinen durchgeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Unteransicht einer Solarzelle mit nur an deren Rückseite ausgebildeten streifenförmigen Kontakten (Rückseitenkontakten) ;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Trägerkörper eines So- larmoduls mit zwei Reihen von Kontaktbahnen zur

Stromabnahme von einer Solarzelle;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines aus einer Solarzelle und einem Trägerkörper gemäß Fig. 1 und 2 gebil ¬ deten Solarmoduls; und Fig. 4 eine detaillierte Darstellung eines Trägerkör ¬ pers mit den Strompfaden zur Stromabnahme.

Bei der in Fig. 1 gezeigten, in üblicher Weise eine p-

Schicht an der Frontseite und eine n-Schicht an der Rück ¬ seite umfassenden Solarzelle 1 ist die p-Schicht durch die n-Schicht hindurch kontaktiert, so dass die positiven und negativen Solarzellenkontakte (üblicherweise Front- Seiten- und Rückseitenkontakte) nur auf der in Fig. 1 sichtbaren Rückseite der Solarzelle 1 ausgebildet sind. Die Solarzellenkontakte bilden auf der Rückseite der So ¬ larzelle ein Muster aus in geringem Abstand, hier 0,2mm, abwechselnd nebeneinander verlaufenden, streifenförmigen Pluskontakten 2 und Minuskontakten 3.

Zur Stromabnahme von der Solarzelle 1, das heißt zum ei ¬ nen von den mehreren Pluskontakten 2 und zum anderen den jeweils zwischen diesen angeordneten Minuskontakten 3 sind, wie Fig. 2 zeigt, zwei im rechten Winkel zu den streifenförmigen Plus- und Minuskontakten 2, 3 der Solar ¬ zelle 1 ausgerichtete - erste und zweite - Kontaktbahn ¬ reihen 4, 5 aus jeweils im Abstand 2a zwischen zwei Pluskontakten 2 oder zwei Minuskontakten 3 der Solarzelle 1 parallel zueinander verlaufenden - ersten und zweiten - Kontaktbahnen 6, 7 auf einem Trägerkörper 8 ausgebildet. Die Kontaktbahnen 6 der ersten Kontaktbahnreihe 4 sind zu den Kontaktbahnen 7 der zweiten Kontaktbahnreihe 5 ver ¬ setzt angeordnet, und zwar um den Abstand „a" zwischen einem Pluskontakt 2 und einem benachbarten Minuskontakt 3.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines zur besseren Il ¬ lustration nur mit einer einzigen Solarzelle 1 ausbilde- ten Solarmoduls 9. Tatsächlich kann ein Solarmodul 9 aber eine Mehrzahl von Solarzellen 1 auf einem Trägerkörper 8 mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Kontaktbahnrei ¬ hen 4, 5 umfassen, deren jeweilige Plus- und Minuskontak ¬ te 2, 3 mehrere Gruppen von Kontaktbahnreihen 4, 5 kon ¬ taktieren und in geeigneter Weise miteinander verschaltet sind. Wie Fig. 3 zeigt, sind der jeweilige Pluskontakt 2 und der jeweilige Minuskontakt (nicht dargestellt) der Solarzelle 1 mit der entsprechenden ersten Kontaktbahn 6 bzw. der zweiten Kontaktbahn 7 über zwei aus einem Nied ¬ rigtemperaturlot (hier: Zinn/Wismut-Lötpaste) bestehende Lötpunkte 10 miteinander verbunden. Aufgrund der Ausbil ¬ dung von zwei Kontaktbahnreihen 4, 5 mit zueinander ver ¬ setzten Kontaktbahnen 6, 7 ist eine exakte Verbindung der in nur geringem Abstand von beispielsweise 0,2mm an der Rückseite der Solarzelle 1 angeordneten Plus- /Minuskontakte mit den auf dem Trägerkörper 8 befindli ¬ chen Kontaktbahnen 6, 7 in einem Lötverfahren ohne Kurz ¬ schlussgefahr möglich. Eine jeweils von den beiden Kon ¬ taktbahnreihen 4 und 5 ausgehende, zunächst auf der Ober ¬ seite des Trägerkörpers 8 verlaufende Leiterbahn 11, 12 (Kupferbahn) wird über je eine Durchkontaktierungsbohrung

13, 14 auf die Unterseite des Trägerkörpers 8 geführt und bildet dort (hier: mehrere), wie Fig. 4 zeigt, Plus- und Minuskontaktierungspunkte 15, 16 zur Stromabnahme. Auf der Oberseite und der Unterseite des Trägerkörpers 8 be- findet sich eine Abdecklackschicht 17 zur gegenseitigen Isolierung der Kontaktbahnen 6, 7 sowie zur Isolierung der Leiterbahnen 11, 12.

Die Herstellung eines oben beschriebenen und zuverlässig verschalteten Solarmoduls mit nur an der Rückseite der

Solarzelle im Wechsel ausgebildeten +/-Kontakten, der im Vergleich mit den bekannten Solarmodulen zudem eine ver ¬ minderte Bauhöhe aufweist, ist mit geringem Aufwand ver ¬ bunden. Auf dem Trägerkörper werden entsprechend der An- zahl der Solarzellen mehrere Kontaktbahnreihen angebracht und vorzugsweise mit einer kostengünstigen Lötpaste oder einem Leitkleber benetzt, und zwar aufgrund der in zwei Kontaktbahnreihen versetzten Kontaktleiterbahnen ohne Kurzschlussgefahr. Nach dem Auflegen der entsprechenden Anzahl von Solarzellen auf den so vorbereiteten Träger- körper erfolgt eine Aushärtung des Leitklebers bzw. des

Lots durch Wärmeeintrag. Die Herstellung kann - gegenüber den bekannten Verfahren zur Fertigung von Solarmodulen mit Front- und Rückseitenkontakten - ohne Einsatz von Sondermaschinen weitgehend automatisiert und daher mit vermindertem Zeit- und Kostenaufwand durchgeführt werden.

Bezugszeichenliste

1 Solarzelle

2 Pluskontakte (Solarzellen-/ Rückseitenkontakte)

3 Minuskontakte (Solarzellen-/Rückseitenkontakte) 4 erste Kontaktbahnreihe (+) von 8

5 zweite Kontaktbahnreihe (-) von 8

6 erste Kontaktbahnen (+)

7 zweite Kontaktbahnen (-)

8 Trägerkörper

9 Solarmodul

10 Lötpunkte

11 Leiterbahn auf Oberseite von 8

12 Leiterbahn auf Unterseite von 8

13 Durchkontaktierungsbohrung in 8

14 Durchkontaktierungsbohrung in 8

15, 16 Plus-/Minus-Kontaktpunkte

17 Abdecklackschicht

a Abstand zwischen 2 und 3