CN101501868A - 具有温度控制装置的太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件具有太阳能电池支架、框架和温度控制装置，其中，为了能够简单地制造，该温度控制装置为框架的一体化组成部分。本发明还涉及该太阳能电池组件的制造方法及其用途。

Description

具有温度控制装置的太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及一种由太阳能电池支架、框架和温度控制装置组成的太阳能电池组件，其中该框架构造成至少覆盖太阳能电池组件的背阳侧，本发明还涉及该太阳能电池组件的制造方法及其用途。
背景技术
太阳能电池组件通常由容纳在框架中的太阳能电池支架组成，其中太阳能电池支架通常制造为层叠状(
Figure A200780030094D0004100404QIETU
)。其朝向日光的一侧具有通常为钢化玻璃的玻璃层，接着是由乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)制成的透明合成材料层，在所述合成材料层中嵌入有真正的太阳能电池，例如光伏电池。单晶或多晶太阳能电池此处通过焊接带相互电连接。由抗气候变化的合成材料复合薄膜(Kunststoffverbundfolie)制成的背面覆层与EVA层连接，通常情况下，该合成材料复合薄膜由聚酯和聚氟乙烯制成，例如，Tedlar薄膜。这样的太阳能电池支架构造为光学作用侧(optisch aktiven Seite)朝下。在玻璃之上放置一个裁切的EVA薄膜，在该裁切的EVA薄膜上设有多个太阳能电池，这些太阳能电池通过焊接带与单个支承件(
Figure A200780030094D0004100414QIETU
)连接，并且随后进一步用电缆电连接。另一个裁切的EVA薄膜以及该Tedlar薄膜封闭该层。在低压、约150℃的条件下，形成这样制成的模块的叠层结构，其中EVA薄膜中的聚合反应产生三维互联的、透明的、与Tedlar薄膜和玻璃牢固连接的合成材料，该合成材料围绕着太阳能电池。最后，给太阳能电池支架装上铝框架。该框架仅覆盖太阳能电池支架的边缘(Kante)，并且最大限度地空出太阳能电池支架的底座侧和向阳侧。可以包装、输送这样制成的太阳能电池组件，并且例如可以使其与其他太阳能电池组件一起安装在房顶上。
这种太阳能电池组件存在断裂危险，尤其是在冬季雪荷载可能高达700kg/m2的地区。通常情况下，安装在房顶上的太阳能电池组件设置在将多个太阳能电池组件相互连接的两个安装轨上，其中所述安装轨通过夹持屋面瓦的屋顶钩(Dachhaken)固定在屋顶的支承结构上。根据这样的设置，在较高雪荷载的情况下太阳能电池组件会轻微压弯并且可能断裂。在企图通过清扫安装在屋顶上的太阳能电池组件来减少雪荷载时，经常发生致命的坠落。
将铝框架尽可能少地覆盖太阳能电池支架的背阳侧，虽然会降低太阳能电池支架的机械稳定性，但是却提高了其后部的通风效果(Hinterlüftung)。因为空气可进入由日光加热的太阳能电池组件并且排出热量，这改善了与温度非常相关的太阳能电池的效率。但是在外部温度较高时这种后部通风的冷却效果相应的减小，并且太阳能电池的工作温度约为70℃，其工作效率与厂商的数据相比减少约20％。
因此，专利文献DE 298 10 238 U1提出，在太阳能电池支架的背阳侧设置由冷却介质穿流的散热体，其中散热体由具有多个波纹(Wellungen)的薄板组成。其中，冷却介质流入与太阳能电池直接相邻并且朝向太阳能电池开口的通道(波谷)中，或流入通过薄片壁与太阳能电池隔离的管(波峰)中。该文献教示，这种散热体由板材挤压或碾压制成，必要时在背面也设有散热体，并且所有组件通过由U形件组成的密封框架部件机械地相互连接，可替代的是，散热体通过导热良好的粘结剂直接粘贴在太阳能电池上。该文献进一步教示，安装有由两个预制的组件制成的最终的太阳能电池装置，其中第一组件通过焊接在后壁的散热体以及下部框架部件构成，并且第二组件通过玻璃覆盖板、固定于玻璃覆盖板上的太阳能电池和上部框架部件构成。该文献最后还提出，玻璃覆盖板、太阳能电池、散热体以及必要时的后壁通过薄板借助设置在这些部件之间的环氧树脂层(epoxidharzschicht)互相连接。
现有技术的缺点在于，结构复杂并且制造繁琐。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种机械稳定性和温度控制效率高并且生产制造简单的太阳能电池组件、该太阳能电池组件的制造方法及其用途。
为了实现所述目的，温度控制装置为框架的一体化组成部分，太阳能电池支架、框架和温度控制装置优选构成为一体。通过使框架覆盖太阳能电池组件的背阳侧，实现机械稳定性高的优点。以此方式形成的机械支承使得例如以高雪荷载的形式产生的负荷不会再压断太阳能电池组件，因为这些太阳能电池组件由框架面支承。如果温度控制装置为框架的一体化组成部分，并且太阳能电池支架、框架和温度控制装置优选地构成为一体，则根据本发明的太阳能电池组件操作简单。将温度控制装置设计为框架的不可分的一体化组成部分明显简化了根据本发明的太阳能电池组件的制造和生产。该框架能防止一体化的温度控制装置受到环境影响或破坏，并且允许使用商业通用的、已制成薄板状的太阳能电池支架，而不用进行进一步修改。
在本发明的结构中，温度控制装置具有多个相互连接的空腔，其中所述空腔构造为框架中相互隔离的、基本平行的通道，所述通道构造为在其端面通过共同的流入部件和共同的流出部件相互连接，其中所述通道的至少一侧优选构造为与太阳能电池支架相邻。此结构十分有利地允许对太阳能电池进行有效的温度控制。根据本发明，通道分别在太阳能电池支架中成列设置的太阳能电池列的下方延伸。因为根据本发明太阳能电池支架直接与通道相邻，所以太阳能电池在温度控制介质(Temperiermittel)中的热传递既容易又有效。在处于雪荷载时，使用温度控制介质来加热太阳能电池组件，从而融化在太阳能电池组件上的雪，或使融化的雪层上的雪从太阳能电池组件上滑下来。以此方式，不再需要对太阳能电池组件进行危险的冬季清扫。通道的共同的温度控制介质流入部件和流出部件同样有助于有效的温度控制。其中，温度控制介质从位于太阳能电池组件的通常倾斜的安装位置下方的流入部件同时通过太阳能电池组件所有的平行通道流到位于倾斜的安装位置上方的流出部件，从而实现均匀的温度场，该温度场以相同的程度对所有太阳能电池进行温度控制。基本上，也可以考虑设置单个弯弯曲曲的空腔。如果出于牢固性(statisch)原因的考虑，必要的话，可借助通道彼此之间的间隔形成介于这些通道之间的加固件(Armierungen)，而不用不必要地增加根据本发明的太阳能电池组件的结构高度。
根据本发明进一步设计为，使相互间隔的、基本平行的通道由至少一个成型件(Formteil)，特别是合成材料成型件形成。成型件的优点在于具有简单的制造和再加工性，作为合成材料成型件，其还具有重量轻、抗磨损性高和使用寿命长的优点。具有通道的成型件可以由与框架相同的材料或其他材料制成。通道结构可简单并且低成本地通过尺寸与期望的太阳能电池支架相匹配的例如由合成材料制成的矩形成型件进行深冲(Tiefziehen)而制成。
框架具有多个加固件，优选具有多个杆状的铁制加固件，其中该加固件沿着与通道基本平行的方向设置在通道之间，由此有利地实现了增强根据本发明的太阳能电池组件的机械强度。通道之间设置的加固件增强了通道的壁而不占用更多空间。由此可以节省框架材料并且减少根据本发明的太阳能电池组件的尺寸。
最终根据本发明还设计为，框架具有至少一个、特别是各侧面均密封的接触装置(Kontaktvorrichtung)，该接触装置用于与其他太阳能电池组件进行电连接和温度控制介质连接，其中电接触装置制造为与太阳能电池组件的所有太阳能电池形成接触。以此方式，多个框架可以彼此简单地通过连续的温度控制系统连接成更大的系统，其中温度控制介质被导引通过所有的太阳能电池组件系统。其有利之处在于，不需要在单个框架之间设置附加的布线。太阳能电池组件的电池的所有线路都捆装在框架的电接触装置处，并且这些线路通过电接触装置仅于其位置处即可与第二个框架连接。以此方式，根据本发明的框架可不需工具而方便地与更大的系统连接。如果接触装置构造为是密封的，则既不会损耗温度控制介质，又不会例如因湿气产生对电线不利的环境影响。
框架由合成材料制成，优选由加强的合成材料制成，特别是由纤维加强或加固的(armiertem)合成材料制成，尤其特别地是由聚氨酯或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制成，以实现以下优点：这样的框架具有与金属框架相同的机械稳定性但比金属框架轻。对特别的具有雪荷载危险的使用区域而言，根据本发明设有纤维加强或加固件，从而使太阳能电池组件表面能够承受最大为500kg/m2的荷载。通过以比金属框架成本低的制造方法来制造合成材料框架能实现较低的生产成本。这样的框架可通过例如注射成型方法制造。
为了实现本发明的关于方法的目的，该制造方法包括以下步骤：
将成型件、以及必要时将至少一个加固件放入注射成型模具中；
放入太阳能电池支架，使得太阳能电池支架至少部分地位于成型件上；以及
围绕成型件、必要时围绕至少一个加固件、以及围绕该太阳能电池支架注射成型整个框架。
本发明还公开一种太阳能电池装置固定连接件(Bausatz)，所述固定连接件由多个安装轨、多个屋顶钩和至少两个具有上述特征的太阳能电池组件组成。这样的固定连接件具有能快速、低成本地安装有效的太阳能电池系统的优点。
本发明还公开上述用于太阳能电池装置的太阳能电池组件的用法。
最后本发明还公开了一种太阳能电池装置，该太阳能电池装置包括至少两个上述太阳能电池组件，但优选到十五个。
附图说明
根据附图，进一步描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的框架的截面图；
图2示出了在安装位置的三个放置在一起的太阳能电池组件的示意图；
图3a示出了相互连接的通道上方的截面图；以及
图3b示出了通道和流入部件的详细的立体视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的太阳能电池组件的截面图，该太阳能电池组件具有太阳能电池支架1、框架2以及温度控制装置3。太阳能电池组件制造成层状，该太阳能电池组件由向阳的玻璃层13、EVA层14(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、真正的(eigentlich)太阳能电池层15、另一EVA层14以及连接在该另一EVA层14上的由聚氟乙烯和聚酯制成的合成材料复合薄膜层(Tedlar层)16。框架2包围太阳能电池支架1的边缘，该太阳能电池支架1的背侧位于框架2的支撑表面17上。其中，支撑表面17通过由ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)制成的深冲的板19构成，在该板19的上表面具有相互平行的半圆柱形通道5。所述通道5通过太阳能电池支架1封闭，从而在安装好的根据本发明的太阳能电池组件中由通道5形成互相连接的空腔4。这种连接通过在图1中未示出的用于此处为水的温度控制介质的管状流入部件(Zulauf)7和同样未示出的用于温度控制介质的管状流出部件(Ablauf)8实现。根据本发明设计为，优先使用水作为温度控制介质。由此本发明的优点在于，能够产生热水，这是因为用于温度控制的水在穿流通过根据本发明的太阳能电池组件时被加热。在夏天，可以使用大量通过环保方法加热的水，这种水也可以用作工业用水。利用简易的泵可以将水从房屋供应管路输送通过根据本发明的太阳能电池组件，水是所需的廉价而且可能无环境污染的冷却介质。框架2中，用于温度控制介质的接触装置12设计为，位于通道5的侧面且与通道5垂直。接触装置12例如根据通道管的种类制成，并具有可彼此插入的锥状区域。流入部件7和流出部件8均可密封地构造。根据本发明的太阳能电池组件可以方便且密封的方式彼此插入，并连接成较大的太阳能电池装置。由此形成成列设置的太阳能电池组件列，该太阳能电池组件列的第一个太阳能电池组件与水管、水箱或水井连接，并且该太阳能电池组件列的流入部件7和流出部件8分别与该列中的下一个太阳能电池组件相连。第一个和最后一个太阳能电池组件的接触装置的不需要的开口可通过盖子反转地密封闭合。流入部件7位于在屋顶上的太阳能电池组件的安装位置的下方，使得流入的水首先充满该列的所有太阳能电池组件的流入部件7，随后通过平行的通道5以大致相同的程度向上流至设置在安装位置上方的流出部件8，并且在那里通过太阳能电池组件列中的最后一个太阳能电池组件以在夏天被加热、在冬天被冷却的方式流出，并且例如供给入工业用水系统。其中流入部件7和流出部件8的尺寸设计为，使得它们的内部容积分别对应于所有通道5的容积的总和。因此，在确定的时刻，在流入部件7中的水量与太阳能电池组件或太阳能电池组件列的通道5的水量近似完全相等。因为太阳能电池支架1形成通道5的壁，所以流入通道5中的水与该太阳能电池支架1接触。通道5此处构造成半圆柱状，然而也可采用其他适用的形状，板19在所述通道5之间设有支撑条(Auflagestege)18，在所述支撑条18上放置有太阳能电池组件支架1。这些支撑条18的宽度大致为5mm。如有必要，在两个通道5之间设有钢筋状的加固件10，该加固件10提高了根据本发明的太阳能电池组件和通道壁的机械稳定性。
除了用于温度控制介质的接触装置12之外还设有用于电线的接触装置11。根据本发明，太阳能电池组件的各太阳能电池的所有线路都聚集在该接触装置11中。该接触装置11实施为插头/插座，或者以其他任何本领域技术人员已知的方式和方法与用于温度控制介质的接触装置12相邻接或集成到用于温度控制介质的接触装置12中。这些接触装置11，12使得能够以尽可能少的工具快速且安全地连接根据本发明的多个太阳能电池组件。这样实现的太阳能电池设备的尺寸可以满足各种期望的需求。
根据本发明的太阳能电池组件在制成后(nach Fertigung)构造为一体，太阳能电池支架1和温度控制装置3通过由合成材料制成的注射成型的框架2不可拆卸地互相连接。此处可特别使用ABS作为合成材料，其机械特性与需求非常一致。然而，也可以使用其它具有所需机械特性的合成材料。为了制造根据本发明的太阳能电池组件，首先例如通过对合成材料进行深冲，以合适的方式生产具有期望形状和尺寸的用于支撑通道5的板19。为了生产太阳能电池组件，如有必要可将加固件10放入注射成型模具中，随后放入板19以及由已知的组件组成的、非薄板状或薄板状的太阳能电池支架1。在下一步骤中使模具闭合并注射入期望的合成材料，其中围绕具有已知材料强度的太阳能电池支架1的边缘、加固件10和板19注射，如图1所示。如牢固性足够，就不必围绕整个板19注射，而仅注射插入有加固件10的两个通道之间的区域和围绕太阳能电池支架1的侧面区域。在此情况下，制成的太阳能电池组件的板19的一部分是可见的。
图2示出了三个根据本发明的太阳能电池组件的部分切割示意图，所述太阳能电池组件通过多个安装轨20固定在屋顶21上的安装位置中。该示意图绘示了用于温度控制介质的连接装置12以及通道5中的温度控制介质流。对于所有三个太阳能电池组件而言，水的流入部件设在下部区域。由于在家用水管中存在的或通过泵产生的压力，使得通道5中的水向上升至与所有通道共同连通的流出通道8，并且从那里流至未示出的流出部件或者工业用水容器。这样在太阳能电池底部产生的均一的温度场改进了太阳能电池的效率。电连接装置未被示出，其与用于温度控制介质的连接装置12直接相邻，从而在制造太阳能电池组件列时能够尽可能简单地设计构造费用和连接的相互插入方式。
图3a示出了具有流入部件7以及流出部件8、但不具有用于温度控制介质的连接装置12的太阳能电池组件的通道系统5的俯视示意图。其中该俯视图位于直接在太阳能电池支架1之下的平面中。在半圆柱体的通道5之间存在有支撑条18，以及必要时设置在所述支撑条18之下的加固件10。流入部件7和流出部件8可与相邻的太阳能电池组件相连。
图3b示出了流入部件7和通道5的连接的详细视图。流入部件7构造为侧面具有间隔开口的管，其中板19中的通道5构造为大致呈半个(halbierte)管的形式，该管的纵向开口朝上指向未示出的太阳能电池支架1。管7、8的容积与板19的所有通道5的容积的总和近似一致。
附图标记一览表
1.太阳能电池支架
2.框架
3.温度控制装置
4.空腔
5.通道
6.端面
7.流入部件
8.流出部件
9.成型件
10.加固件
11.电连接装置
12.用于温度调节介质的连接装置
13.玻璃层
14.EVA层
15.Tedlar层
16.太阳能电池
17.支撑表面
18.支撑条
19.板
20.安装轨
21.屋顶

Claims (11)

1.一种太阳能电池组件，其由太阳能电池支架(1)、框架(2)和温度控制装置(3)组成，其中所述框架(2)构造成至少覆盖所述太阳能电池组件的背阳侧，其特征在于，所述温度控制装置(3)为所述框架(2)的一体化组成部分，所述太阳能电池支架(1)、所述框架(2)和所述温度控制装置(3)优选构成为一体。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述温度控制装置(3)具有多个互相连接的空腔(4)，其中所述空腔(4)构造为在所述框架(2)中相互间隔并大致平行的通道(5)，所述通道(5)在所述通道(5)的端面(6)处通过流入部件(7)和流出部件(8)相互连接，其中，所述通道(5)的至少一侧优选与所述太阳能电池支架(1)相邻设置。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述相互间隔并大致平行的通道(5)由至少一个成型件(9)，特别是合成材料成型件形成。
4.如权利要求1、2或3所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述框架(2)具有加固件(10)，优选具有杆状的钢制加固件，其中所述加固件(10)沿着与所述通道(5)大致平行的方向设置在所述通道(5)之间。
5.如前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述框架(2)具有至少一个特别是侧面分别密封的接触装置，该接触装置用于与其它太阳能电池组件电连接(11)和温度控制介质连接(12)，其中电接触装置(11)构造为与所述太阳能电池组件的所有太阳能电池接触。
6.如前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述框架(2)由合成材料制成，优选由加强的合成材料制成，特别是由纤维加强或加固的合成材料制成，尤其特别地是由聚氨酯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物制成。
7.如前述权利要求中任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述框架(2)能通过注射成型的方式制成。
8.一种用于制造特别地如权利要求1所述的太阳能电池组件的方法，具有如下步骤：
a)将成型件(9)、以及必要时将至少一个加固件(10)放入到注射成型模具中；
b)放入太阳能电池支架，使得所述太阳能电池支架至少部分地位于所述成型件(9)上；以及
c)围绕所述成型件(9)、必要时围绕所述至少一个加固件(10)、以及围绕所述太阳能电池支架(1)注射成型整个框架(2)。
9.一种太阳能电池装置固定连接件，由至少两个如权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池组件、多个安装轨和多个屋顶钩组成。
10.一种如权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池组件的用途，其中所述太阳能电池组件用于太阳能电池装置。
11.一种太阳能电池装置，包括至少两个如权利要求1至7中任一项所述的太阳能电池组件，优选包括十五个。
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