CN103392239B - 光伏模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由至少一个太阳能电池和一个载体结构制成的光伏模块，所述太阳能电池与所述载体结构通过空隙隔开，仅在各独立的点处存在所述太阳能电池和所述载体结构之间的整体连接。由此，提供了其中用于整体连接的接触材料的量显著减少的光伏模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种由至少一个太阳能电池和一个载体结构制成的光伏模块，所述太阳能电池与所述载体结构通过空隙隔开，仅在各独立的点处存在所述太阳能电池和所述载体结构之间的整体连接。由此，提供了其中用于整体连接的接触材料的量显著减少的光伏模块。
背景技术
太阳能电池必须固定在载体结构上以便构造太阳能模块。该载体结构有助于各个电池以及电池相互位置的稳定性，并保护电池免受临界机械应力的损害，还可能保护电池免受腐蚀性物质，例如水或氧气的扩散的损害。同样，载体结构能够实现电绝缘。
通常正面玻璃片用作载体结构。然而同样还可能使用背面载体结构，例如金属片，它能够将热从太阳能电池传导到背面介质作为太阳能热使用。
由于太阳能电池在工作期间必须耗散相当数量的热，在太阳能电池和载体结构之间的良好的热传递是有利的。太阳能电池的电输出具有负温度系数，此外，高温使使用的光伏模块的材料承受应力。特别地，在组合的太阳能热应用以及集中器应用的情况下存在对温度或热耗散的高要求。
可基于硅或铜设计的太阳能电池以及可由玻璃、铝或铜制造的载体结构之间的线性热膨胀差异问题必须得到解决，否则热机械应力会引起材料失效。太阳能电池离载体结构越近（这能实现改善的热传递），在该系统中的热膨胀差异的均衡就会越难。
在现有技术中，太阳能电池通常层压在玻璃片上，使用具有大约500μm的典型层厚度的密封材料。在背面，借助相同的密封材料施加背面薄膜。这样的系统在WO00/46860和EP1030376号专利中公开。由于热机械应力，对于这样的系统减少密封材料的层厚度是不可能的。因此，这样的系统的主要缺点是每表面面积的密封材料的高材料消耗。在集热器上应用太阳能电池时，由于至少150℃这样的显著更高最大温度，层厚度甚至必须增加的更多。在现有技术中，具有大约0.2到0.3W/(nK)的导热率的乙烯醋酸乙烯酯作为现有密封材料使用。由此导致太阳能电池和载体结构之间大约500W/（m2K）的热传递系数。对于750W/m2的热流，1.5℃的温度差异因此是必须的。在层厚度加倍的情形下，其增加到3℃。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供一种光伏模块，该光伏模块能够显著减少要使用的密封材料的量，同时确保改善避免热机械应力损害的保护和改善热传递。
该目的由具有权利要求1的特征的光伏模块和由具有权利要求12的特征的该光伏模块的制造方法实现。进一步的从属权利要求呈现了有益的改进。
根据本发明，提供了一种由至少一个太阳能电池和一个载体结构制成的光伏（PV）模块，所述太阳能电池与所述载体结构通过空隙隔开或者所述太阳能电池位于所述载体结构上的区域中并且该至少一个载体结构具有至少一个局部限定的凹陷。在该凹陷中，由接触材料制成的弹性整体连接设置在所述太阳能电池和所述载体结构之间。
因此，根据本发明的方案，所述太阳能电池在特定点连接到所述载体结构，使得在这些整体连接之外，在太阳能电池和载体结构之间能够生成最小的空隙。
基本构思是基于通过所述载体结构中的局部凹陷在特定点的连接位置实现增加的间隙宽度。增加的间隙宽度能够均衡由凹陷内部整体连接的接触材料的变形导致的热机械位移。
优选地，在所述太阳能电池和所述载体结构之间的整体连接基于物理和/或化学相互作用。这里特别包括胶合连接。由此，所述整体连接由接触材料构成，接触材料优选由耐热弹性塑料材料构成。这里优选包括基于有机硅、聚酯、聚氨酯、丙烯酸脂、丁基、醋酸盐、氟的橡胶材料。
基于根据本发明的方案，在所述载体结构和所述太阳能电池之间的间隔能够减小到小于50μm，尤其能够减小到0.1μm到10μm。
所述载体结构因此具有局部凹陷，在它们的几何结构方面可以任意选择。所述局部凹陷优选具有50到500μm的深度。
优选地，所述局部凹陷是钻孔的和/或冲压的。据此还可能在所述太阳能电池和/或所述载体结构上设置具有通孔的板。
优选地，所述载体结构由玻璃、塑料材料或金属构成。这些材料中，背面优选特别是铝片、铜片或钢片。正面优选玻璃或透明塑料材料，例如丙烯酸脂、聚碳酸酯。
进一步优选的是，所述载体结构和/或所述太阳能电池涂覆有用于电绝缘的层，特别地，该层由金属氧化物或有机材料，例如涂料制成。
根据本发明的变形实施例，所述载体结构设置在所述太阳能电池的背面。在本发明的范围内，背面应当理解为所述太阳能电池远离太阳辐射的那面。在该实例中，所述载体结构能够代表太阳能热吸收器板，其优选地由金属材料构成。
根据本发明的进一步变形实施例，所述载体结构设置在所述太阳能电池的正面。在本发明的范围内，正面应当理解为所述太阳能电池朝向太阳辐射的那面。在该变形的实例中，所述载体结构优选由玻璃或塑料材料构成，它们在从300到1200nm的波长范围内基本上是透明的。
根据本发明，使得所述太阳能电池上的整体连接区域的平面延伸占表面面积比例为0.003%到30%因此成为可能，特别是≤10%，特别优选地≤2%。
由于对用于整体连接的接触材料需求的显著减小可以总计达到90%到99%，在这样的PV模块的制造中可以节省相当多的成本。同样使得使用特别是耐热接触材料，以在太阳能热吸收器板上固定例如太阳能电池成为可能，该太阳能热吸收器板在停止工作期间能够达到至少150℃的最大温度。同时，改善了所述太阳能电池到所述载体结构的热耗散，因此与所述太阳能热吸收器板相结合，使得电产量以及热产量增加。
根据本发明，同样提供了用于制造如前文描述的PV模块的方法，在该方法中，通过在至少一个太阳能电池上和/或在载体结构上应用液体或膏形式的接触装置并且随后将其热或光化学固化实现整体连接。
优选地，所述接触装置通过印刷、喷涂和/或计量形成。参照后面的附图将更详细的解释根据本发明的主题，而不希望将所述主题限定为这里示出的具体实施例。
附图说明
图1示出根据现有技术的PV模块。
图2示出处于基本状态，即没有热机械位移的根据本发明的PV模块。
图3示出存在热机械位移的根据本发明的PV模块。
图4示出根据本发明的PV模块的进一步变形。
具体实施方式
图1表示现有技术中已知的PV模块。太阳能电池1在此通过接触装置2固定载体板3形式的载体结构上。所述载体板由此稳定各太阳能电池以及它们的相互位置，并保护所述太阳能电池免受临界机械应力的损害或还免受腐蚀性物质，例如水或氧气的扩散的损害。同样，通过所述载体板能够实现电绝缘。
在图2中，表示了根据本发明的PV模块，在该实例中，所述太阳能电池1在特定点连接到所述载体结构3。所述载体结构3具有凹陷5，在所述凹陷5中通过接触装置4产生与所述太阳能电池的整体连接。图2示出PV模块的初始状态，没有热机械位移。
在图3中，示出了处于升高的温度情况下的根据本发明的相同的光伏模块。所述载体结构3的热膨胀系数在此大于所述太阳能电池1的热膨胀系数。通过所述整体连接的接触装置的变形，能够均衡热机械位移。这在两个外部整体连接中都能检测到。
在图4中，表示了根据本发明的PV模块的进一步变形。在该实施例中，所述载体结构3是吸收器金属片。具有钻孔的金属片6设置在所述载体结构3上，与所述太阳能电池1的整体连接的接触装置4设置在所述钻孔中。
Claims (19)
1.由至少一个太阳能电池(1)和一个载体结构(3)制成的光伏(PV)模块，所述太阳能电池(1)与所述载体结构(3)通过空隙隔开或者所述太阳能电池位于所述载体结构上的区域中并且所述载体结构具有至少一个局部限定的凹陷(5)，在所述凹陷中，弹性整体连接(4)设置在所述太阳能电池和所述载体结构之间。
2.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述整体连接(4)基于物理和/或化学相互作用。
3.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于所述整体连接(4)由弹性体构成。
4.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，在所述载体结构(3)和所述太阳能电池(1)之间的间隔在0.1μm到50μm的范围内。
5.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述至少一个局部凹陷(5)具有50到500μm的深度。
6.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述局部凹陷(5)是钻孔的和/或冲压的。
7.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述载体结构(3)由玻璃、塑料材料或金属构成。
8.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述载体结构(3)和/或所述太阳能电池(1)涂覆有用于电绝缘的层。
9.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述载体结构(3)设置在所述太阳能电池(1)的背面，所述载体结构是太阳能热吸收器板。
10.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述载体结构(3)设置在所述太阳能电池(1)的正面，并且特别是由玻璃或塑料材料构成，其在300到1200nm的波长范围内基本上是透明的。
11.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述太阳能电池(1)上的整体连接(4)区域的平面延伸占表面面积比例是0.003％到30％。
12.根据权利要求2所述的PV模块，其特征在于，所述整体连接(4)是胶合连接。
13.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述整体连接(4)由基于有机硅、聚酯、聚氨酯、丙烯酸脂、丁基、醋酸盐、氟的橡胶材料构成。
14.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述载体结构(3)和所述太阳能电池(1)之间的间隔在0.1μm到10μm的范围内。
15.根据权利要求8所述的PV模块，其特征在于，所述用于电绝缘的层由金属氧化物或涂料制成。
16.根据权利要求9所述的PV模块，其特征在于，所述载体结构(3)是金属吸收器板。
17.根据权利要求1所述的PV模块，其特征在于，所述太阳能电池(1)上的整体连接(4)区域的平面延伸占表面面积比例是0.003％到10％。
18.用于制造根据前述权利要求之一所述的PV模块的方法，其中，通过在所述至少一个太阳能电池(1)上和/或在所述载体结构(3)上应用液体或膏形式的接触装置并且随后热或光化学固化实现整体连接(4)。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该接触装置通过印刷、喷涂和/或计量形成。
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