DE19732876A1

DE19732876A1 - Photovoltaische Solarzellenanordnung

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Publication number: DE19732876A1
Application number: DE19732876A
Authority: DE
Original assignee: REITSTALL ICKING GmbH
Current assignee: REITSTALL ICKING GmbH
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-02-04

Description

Durch den Aufbau bekannter photovoltaischer Solarzellen ergibt sich ein vergleichsweise Gewicht mit hohem Kosten aufwand bei auch auf die elektrische Leistung der photo voltaischen Schichten beschränktem Wirkungsgrad.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine photovoltaische Solar zellenanordnung mit langgestreckten und mit mindestens jeweils einer photovoltaischen Schicht beschichteten Elektroden zu schaffen, welche parallel zueinander ge meinsam auf einer spiegelnden und elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Tragschicht auf Abstand voneinander und in einem elektrisch leitendem Kontakt angeordnet sind, bei der einerseits die Herstellung der Träger der photo voltaischen Schichten in kontinuierlicher Massenfertigung erfolgen kann und diese andererseits zu Modulen angeord net sind, welche eine sparsame Anwendung des photovol taischen Schichtmaterials erlauben und zugleich auch biegsame und leichtgewichtige Module mit verbesserter Ausnutzung des eingestrahlten Sonnenlichts ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine photovoltaische So larzellenanordnung mit langgestreckten und mit mindestens jeweils einer photovoltaischen Schicht beschichteten Elektroden, welche parallel zueinander gemeinsam auf ei ner spiegelnden und elektrisch leitfähigen Oberfläche ei ner Tragschicht auf Abstand voneinander und in einem elektrisch leitendem Kontakt angeordnet sind.

Dabei kann vorzugsweise zwischen der Elektrode und ihrer photovoltaischen Beschichtung eine Verspiegelung vorgese hen sein.

Obwohl das Material der die photovoltaischen Beschichtung tragenden Elektrode vorzugsweise aus gut elektrisch lei tendem Metall, wie z. B. Kupfer oder auch Stahl besteht, kann dieses auch einen Innenkern aus Kunststoff (auch elektrisch leitendem) und eine elektrisch gut leitende Beschichtung bestehen, welche auch die Verspiegelung ge währleisten kann und der verstärkten Biegsamkeit des Mo duls dient.

Dabei sollen vorzugsweise die langgestreckten Elektroden draht- oder fadenförmig ausgebildet sein und insbesondere der Abstand der parallel zueinander verlaufenden be schichteten Elektroden zwischen dem einfachen und sechs fachen Wert des Radius der Elektroden betragen und in be vorzugter Ausführung den einfachen und doppelten Betrag des Durchmessers der Elektroden betragen.

Durch den weiteren Aufbau der mit den vorgenannten Elek troden aufgebauten Solarzellenmodule nach den Ansprüchen 5-15 wird sowohl die vereinfachte und billige Herstellung als auch die Leichtgewichtigkeit und Biegsamkeit und Fle xibilität der Module gewährleistet.

Die Erfindung ist nachstehend in mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen näher dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung durch die erfindungsgemäße Anordnung mit dem Variationen a bis c,

Fig. 2 eine querschnittsmäßige Darstellung der Erfindung einer abgewandelten Ausführungsform mit den Variationen a und b,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch eine photovoltaisch beschichtete Elektrode,

Fig. 4 eine doppelseitige Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine flächige Draufsicht auf ein Solar zellenmodul, und

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung ähnlich Fig. 1 und 2, bei der die spiegelnde und elektrisch leitfähige Schicht oberhalb der Oberfläche der Tragschicht eine reflexions begünstigende Profilierung bzw. Tektur aufweist.

Gemäß Fig. 1 sind die mit einer photovoltaischen Schicht 3 ummantelten im Querschnitt faden- oder drahtförmigen Elektroden 2 im Querschnitt durch ein Solarmodul 1 auf der spiegelnden Oberfläche 4 einer Tragschicht 5 wieder gegeben. Dabei sind die zueinander parallel nebeneinander angeordneten Elektroden 2 in einem Abstand 7 voneinander angeordnet, der z. B. einen Durchmesser der Elektroden 2 entspricht, so daß das einfallende Sonnenlicht über einen Winkel 2a sowohl auf die photovoltaische Schicht 3 als auch teilweise auf die im Abstand 7 zugänglichen Bereiche der spiegelnden Oberfläche 4, an der sie praktisch rundum gegen die photovoltaischen Schichten (3) gespiegelt wird.

Der Abstand 7 bildet mit den beschichteten Elektroden 2 insofern eine Licht falle (light trap), welche sogar bei Schrägstellung des Sonnenlichteinfalls wirksam ist (Fig. 1c).

Außerdem erfolgt in dieser Anordnung auch keine Abschal tung der Elektroden gegeneinander. Durch den Abstand 7 wird die photovoltaische Schicht 3 durch die spiegelnde Oberfläche 4 auch im unteren Umfangsbereich beleuchtet. Die spiegelnde Oberfläche 4 ist selbst an der Auflageflä che der Schicht 3 auf der Oberfläche 4 wirksam, auch be züglich der innerhalb von deren Ringbereich umlaufenden Photonen. Damit ist praktisch der volle Umfang 11 (Fig. 3) der Schicht 3 wirksam. Das entspricht im Vergleich zu plattenförmigen Solarzellen der 3, 14-fachen Oberfläche (Fig. 3). Die Spiegelflächen in den Abständen 7 ergeben nochmals eine Lichtausbeute von 60-100% einer photovol taischen Fläche, wobei eine Spiegelfläche in der Herstel lung weit billiger und leichter als eine photovoltaische Schicht ist.

Durch Verwendung einer Spiegelschicht mit kleinen Löchern 9 wird das Modul 1 sogar teilweise lichtdurchlässig.

In der in Fig. 1 linken Elektrode ist ihr Querschnitt in Schnittdarstellung wiedergegeben, auch um ihren faden- oder drahtförmigen Querschnitt zu zeigen. In der Quer schnittsfläche der übrigen Elektroden 2 ist die Polung mit (-) angegeben, so daß der einheitliche Aufbau der aus einer P- und einer n-Schicht aufgebauten photovoltaischen Schicht 3 beschrieben ist, wobei der p-/n-Übergang 10 aus einer P- und einer n-Schicht gestrichelt angedeutet ist.

Dementsprechend ist die Tragschicht 5 mit ihrer spiegeln den Oberfläche 4, welche mit der Umfangsfläche 11 der um mantelten Elektroden 2 in festem elektrischen Kontakt steht, als +-Pol mit der elektrischen Abnahmeschaltung 12 verbunden, während die --geladenen Elektroden 2 den Gegen pol bilden.

Der elektrisch leitende Kontakt kann mittels eines elek trisch leitenden Klebers - auch Kontaktklebers - 13 oder Laser- bzw. HF-Verschweißen gewährleistet sein oder durch eine Glas- oder Kunststoffscheibe 14 als Schutzschicht 15 (siehe Fig. 1a) mit der die Elektroden 2 gegen die Trag schicht 5 beidseitig gepreßt gehalten werden, beispiels weise durch ein Vakuum im Bereich der Abstände 7.

Bei Verwendung einer flexiblen, biegsamen Folie als Schutzschicht 15 kann diese gemäß Fig. 1a beispielsweise durch ein Vakuum in den Raum zwischen den Elektroden tiefgezogen werden, wodurch die Elektroden 2 auf ihrer Oberseite nur durch die Spannung der Folien-Schutzschicht 15 gehalten werden, womit aber der Vorteil verbunden ist, daß eine seitliche Gleitbewegung die Biegsamkeit des Mo duls 1 unterstützt.

Gemäß Fig. 2b kann eine Folie als Schutzschicht 15 mit tels mechanischen Druck durch ein Rillenrad 16 gegen die Mitte des Abstands 7 der spiegelnden Oberfläche 4 gepreßt und damit fest verbunden werden. Damit ergibt sich insbe sondere dann eine starke Verbesserung der Biegsamkeit des Moduls 1 um die Achsen der Elektroden, wenn auch die Tragschicht 5 mit großer Biegsamkeit gewählt wird.

Gemäß Fig. 3 besitzt eine mit einer photovoltaischen Schicht 3 ummantelte Elektrode 2 eine innere P-(oder n-) dotierte Schicht 17 und außerhalb eines P-/n-Übergangs 19 eine n-(oder P-) dotierte Schicht 18, an deren Umfang 11 sie in der einen Ausführungsform mit der spiegelnden Oberfläche 4 in elektrisch leitendem Kontakt steht, wäh rend die Elektrode 2 den Gegenpol bildet. Wenn die Dicke der Schicht 20 der spiegelnden Oberfläche 4 zur Leitung der Ladungen groß genug ist, kann die Elektrode 2 auch aus einem flexiblen Kunststoffkern mit elektrisch leiten der Ummantelung mit spiegelnder Oberfläche 21 bestehen.

In Fig. 2 sind die Elektroden 2 mit unterschiedlicher Polung dargestellt. Dabei kann die photovoltaische Schicht 3 entweder abwechselnd aus n-dotiertem und P-do tiertem Material bestehen, wobei beide Polungen an ihrer Umfangsfläche 11 miteinander verbunden sind und die Stromabnahme 22 jeweils von den gegenpoligen Elektroden 2 erfolgt.

Dabei bildet die spiegelnde Oberfläche 4 keine Elektrode des Moduls 1, sondern nur den elektrisch leitenden Kon takt der Umfangsflächen 11 der nebeneinander liegenden beschichteten Elektroden 2.

Dasselbe gilt, wenn die photovoltaische Schicht 3 zweier nebeneinander liegenden beschichteten Elektroden 3 in in vers aufgebaut ist (18 = P, 17 = n/18 = n, 17 = P).

Gemäß Fig. 4 sind zwei Lagen von beschichteten Elektro den vorgesehen, und zwar eine an der Vorderseite und eine auf der Rückseite der Tragschicht 5, die jeweils auf Lücke zum gegenüberliegenden Abstand 7 angeordnet sind: Dabei besitzt die Tragschicht 5 beidseits eine spiegelnde Oberfläche 4. Wenn sie biegsam-elastisch ausgebildet ist, können die Elektroden 2 jeweils teilweise in den gegen überliegenden Abstandsbereich hineingepreßt sein, so daß sich eine stark biegsame Ausbildung mit beidseitiger Lichtausbeute ergeben kann.

Wenn auch - wie mit 24 angedeutet - die äußeren Schutz schichten 15 als Folie und zwischen die Elektroden 2 ein prägbar ausgebildet sind, läßt sich eine noch verbesserte Biegbarkeit erzielen.

Wenn gemäß Fig. 4 die Länge der Elektroden 2 bis an beide Enden angeschlossenen Sammelstromleitungen 25 kür zer ist als die quer dazu liegende Länge des Moduls 1, dann ergibt sich bei den geringsten Ohm'schen Verlusten dessen größte Fläche.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform besitzt die spiegelnde und elektrisch leitfähige Schicht 4 auf oder oberhalb der Tragschicht 5 eine Profilierung 4' mittels der eine Reflexion des Lichteinfalls 5' in Richtung der Elektroden bzw. auf deren Schicht 3 begünstigt ist, die beispielsweise auch gekrümmt sein kann. Die Profilierung 4' soll jedenfalls derart sein, daß eine ungenutzte Zurückspiegelung mindestens teilweise vermieden wird, beispielsweise auch durch Berechnung in diffuses Licht innerhalb des Abstands 7.

Mit der Profilierung 4' kann auch der Kontakt zwischen der ummantelten Elektrode und der spiegelnden Oberfläche 4 durch Anordnung der Elektroden in einer Vertiefung vergrößert bzw. zuverlässiger gestaltet werden. Die spiegelnde und elektrisch leitfähige Oberfläche 4 oder profilierte Schicht 4' kann mit der Tragschicht verbunden oder zwecks verbesserter Biegsamkeit als spiegelnde Oberfläche der Tragschicht 5 ausgeführt sein.

Claims

1. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) mit langgestreckten und mit mindestens jeweils einer photo voltaischen Schicht (3) beschichteten Elektroden, welche parallel zueinander gemeinsam auf einer spiegelnden und elektrisch leitfähigen Oberfläche (4) einer Tragschicht (5) auf Abstand (7) voneinander mit in einem elektrisch leitenden Kontakt (26) angeordnet sind.

2. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elektroden (2) draht- oder fadenförmig ausgebildet sind.

3. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach An spruch 1 oder 2, bei der der Abstand (7) der parallel zu einander verlaufenden beschichteten Elektroden (2) zwi schen dem einfachen und sechsfachen Wert des Radius der Elektroden (2) beträgt.

4. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach An spruch 3, bei der der Abstand (7) zwischen den Elektroden (2) den einfachen und doppelten Betrag des Durchmessers der Elektroden (2) beträgt.

5. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach ei nem der vorherigen Ansprüche, bei der die Elektroden (2) an der spiegelnden Oberfläche (4) durch Verschweißen oder Verkleben elektrisch leitend festigt sind.

6. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tragschicht (5) flexibel und biegsam verformbar ist.

7. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tragschicht (5) elektrisch gut leitend ist.

8. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (2) zur Lichteinfalls-Seite hin mit einer voll licht durchlässigen Schutzschicht bedeckt sind.

9. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, welche als ganzes zur Lichteinfalls-Seite hin mit einer voll lichtdurchlässigen Schutzschicht bedeckt sind.

10. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach Anspruch 9, bei der die Schutzschicht (15) eine Glas platte ist.

11. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach Anspruch 9, bei der die Schutzschicht (15) eine flexible Folie ( ) ist.

12. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach Anspruch 11, bei der die Schutzschicht (15) in mindestens teilweise die Abstände (7) zwischen den Elektroden (2) hineingeprägt ist.

13. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektro den (2) beidseits auf einer auf beiden Seiten fit einer spiegelnden Oberfläche (4) versehenen Tragschicht ange ordnet sind.

14. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die beidsei tig der Tragschicht (5) angeordneten Elektroden (2) auf Lücke gegeneinander angeordnet sind.

15. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die beschich teten Elektroden (2) zwischen Tragschicht (5) und Schutz schicht (15) zusammengepreßt sind.

16. Photovoltaische Solarzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (4) oberhalb oder auf der Tragschicht mit einer lichtreflektierenden Profilierung (4') versehen ist.