CN103583000A - 太阳能模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能模块（1），其至少包括：载体层（2）和在该载体层上相叠地布置的第一中间层（3）、至少一个太阳能电池单元（4）、第二中间层（5）和正面片材（6），布置在正面片材（6）上方的环绕的边缘强化装置（7），通过载体层（2）超过正面片材（6）的环绕的突出部（13）与所述边缘强化装置（7）超过正面片材（6）的环绕的突出部（14）形成的空隙（51），其中该空隙（51）具有密封剂（50）。

Description

太阳能模块
技术领域
本发明涉及一种太阳能模块（Solarmodul）和一种用于制造太阳能模块的方法。
背景技术
用于将太阳辐射直接转换为电能的光伏层系统是充分公知的。层的材料和布置被协调为，使得入射的辐射被一个或多个半导电层以尽可能高的辐射产出率直接转换为电流。光伏的和平面伸展的层系统被称为太阳能电池单元。
太阳能电池单元（Solarzelle）在所有情况下都包含半导体材料。迄今为止公知的多于20%的最大效率利用由单晶、多晶或微晶硅或者砷化镓制成的高功率太阳能电池单元实现。目前安装的太阳能电池单元功率的超过80%基于晶体硅。薄层太阳能电池单元需要载体衬底来提供足够的机械强度。由于物理特性和技术可操纵性，具有非晶、微非晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜-铟-(镓)-硒硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）、铜-锌-锡-硫硒化物（CZTS）以及有机半导体的薄层系统特别适合于太阳能电池单元。戊烯半导体Cu(In,Ga)(S,Se)2属于黄铜矿半导体族，所述黄铜矿半导体通常称为CIS（铜铟联硒化物或硫化物）或者CISG（铜铟镓联硒化物，铜铟镓联硫化物（Kupferindiumgalliumdisulfid）或铜铟镓联硫硒化物）。S在缩写CIGS中可以代表硒、硫或这两种硫族元素的混合物。
多个太阳能电池单元的电路称为光伏模块或太阳能模块。太阳能电池单元的电路以公知的天气稳定性结构持久地被保护免遭环境影响。通常两个由低铁的钙钠玻璃制成的片材和増附聚合物薄膜与太阳能电池单元连接成风化稳定性太阳能模块。太阳能模块可以经由接线盒或连接外壳集成到多个太阳能模块的电路中。
太阳能模块的电路经由公知的功率电子装置与公共供电网或者自给自足的电能供应设备连接。
仓库或工业设施的平顶盖具有大的、暴露的并且未被遮蔽的面。这些平顶盖因此特别好地适于光伏设备的安装。平顶盖的顶盖外皮一般由金属板和例如由梯形板制成。平顶盖通常仅具有2%至17.6%的小的顶盖斜度并且仅具有例如75kg/m2的小的承载能力。
根据现有技术的太阳能模块具有例如18kg/m2的高单位面积重量，其中在根据现有技术的太阳能模块中太阳能电池单元层压在两个由钙钠玻璃制成的片材（Scheibe）之间。因此，根据现有技术的太阳能模块不适于安装在具有小承载能力的平顶盖上。
为了制造具有小于12kg/m2的单位面积重量的轻量级太阳能模块，通常将由薄玻璃或塑料制成的正面片材与由尽可能轻的、但仍然抗扭转的材料制成的载体层相组合。同时正面片材与载体层对于湿气或水蒸汽必须是足够地不可透过的，以保护太阳能模块内部中的太阳能电池单元和收集导体免遭腐蚀。用于载体层的合适的材料例如是玻璃纤维强化的塑料或金属层。
US 2010/0065116 A1公开了具有单位面积重量为5 kg/m2至10 kg/m2的薄玻璃太阳能模块。薄玻璃太阳能模块包括载体层、太阳能电池单元和由非常薄的、化学硬化的玻璃制成的正面片材。非常薄的玻璃是柔性的。正面片材是柔韧的，使得雹块的打击能量在法律规定的冰雹击打测试中通过太阳能模块背侧上的载体层接纳。
EP 1 860 705 A1公开了一种稳定的、自承载的太阳能模块，该太阳能模块在其外部区域处布置在安装框中。该安装框具有缺口，位于太阳能模块上的液体可以通过该缺口流下。
US 4,830,038A描述了一种通过弹性体支撑和封装的太阳能模块。该弹性体在注塑方法中围绕正侧的一部分、侧面和背侧浇注。
DE 10 2009 014 348A1公开了一种由透明粘接层制成的太阳能模块，在该粘接层中嵌入经由电池单元连接器连接的太阳能电池单元。在该粘接层上方有透明的、UV稳定的薄正面层。在背侧有承载的夹心元件，由核心层和通过聚氨酯接合的玻璃纤维层组成。在承载的夹心层中集成了固定元件和电接线盒。
EP 2 237 324 A1描述了一种具有L形框架的太阳能模块。L形框架的一个腿与太阳能模块粘接。第二腿形成至顶部或载体构造的垫片。
WO 03/050891 A2公开了一种具有第一衬底、第二衬底和在这些衬底之间的至少一个光伏元件的太阳能模块。利用耐湿气的材料对第一和第二衬底之间的边界加以密封。
DE 102 31 401 A1描述了一种光伏模块，其具有光可透过的衬底、第一密封聚合物层、光电池单元、第二密封聚合物层和防风雨的膜。防风雨的膜包含不透湿气层和不透气层，其中不透气层由聚苯硫醚组成。
用于湿气侵入到太阳能模块内部中的关键进入部位仍然是太阳能模块在正面片材与载体层之间的侧进入边缘。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有侧进入边缘针对湿气的改善的密封的太阳能模块。改善的太阳能模块尤其是应当是轻量级的并且适于安装在平顶盖上。
本发明的任务根据本发明通过根据权利要求1的太阳能模块解决。优选的实施由从属权利要求得知。此外本发明包括一种用于制造太阳能模块的方法。本发明太阳能模块的应用由其它权利要求得知。
根据本发明的太阳能模块包括
·载体层和在该载体层上相叠地布置的第一中间层、至少一个太阳能电池单元、第二中间层和正面片材，以及
·布置在正面片材上方的边缘强化装置。
载体层具有超过正面片材的环绕的突出部（Überstand）并且所述边缘强化装置具有超过正面片材的环绕的突出部。载体层的突出部以及边缘强化装置的突出部之间的空隙具有密封剂。
在本发明的意义下，术语“相叠地布置”或者“布置在上方”描述了重叠的或分段的布置。
在本发明的太阳能模块的有利构型中，载体层具有至少0.3cm、优选0.3cm至5cm并且特别优选的是0.3cm至1cm的超过正面片材的环绕的突出部。在本发明太阳能模块的另一有利构型中，边缘强化装置具有至少0.3cm、优选0.5cm至5cm并且特别优选的是1至2cm的超过正面片材的环绕的突出部。边缘强化装置超过正面片材的突出部和载体层超过正面片材的突出部优选构造为相同大小，使得所述空隙具有近似矩形的横截面。这具有的特殊优点是：在冲击负载的情况下载体层以及边缘强化装置都可以均匀地接纳所作用的力。
边缘强化装置具有多个重要功能。通过边缘强化装置实现对太阳能模块的外边缘的附加保护，例如由于在运输或安装期间的冲击作用。
此外通过边缘强化装置超过正面片材的突出部和载体层超过正面片材的突出部形成具有密封剂的空隙。该密封剂用作湿气屏障。该密封剂通过载体层和边缘强化装置在机械方面受保护，使得该湿气屏障持久地维持。
作为密封剂，原则上所有UV稳定的和耐天气的并且具有足够的水和水蒸汽不可透过的特性的塑料都是合适的。密封剂优选包含聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）、苯乙烯（SB）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、热塑性弹性体或基于丁基、丙烯醛基、沥青或硅树脂的粘接材料和/或它们的混合物。
边缘强化装置包括一个或多个优选由金属、玻璃、橡胶、塑料或玻璃纤维强化的塑料制成的层。边缘强化装置特别优选地包括载体层的材料。载体层有利地具有与太阳能模块和正面片材匹配的热膨胀系数。由此不由于太阳能模块材料的不同温度膨胀而出现机械应力或仅出现小的机械应力。
边缘强化装置优选可以包含聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）、苯乙烯（SB）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚氨酯（PUR）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和/或它们的混合物。
边缘强化装置的厚度优选为至少0.5mm，并且特别优选的是1mm至5mm并且超过正面片材。玻璃的正面片材的外部区域特别易受玻璃的剥落或贝壳状破裂影响，例如在冰雹击打测试中出现雹块的情况下。通过将边缘强化装置超过正面片材，产生受保护区域。具有例如25mm的直径的雹块由于边缘强化装置的超过而不能推进到正面片材的特别容易损坏的边缘区域中。所需要的边缘强化装置的最小厚度可以通过在冰雹击打测试中的简单试验求得。
在本发明太阳能模块的另一有利构型中，边缘强化装置在至少0.2cm、特别优选0.5cm至5cm并且完全优选1cm至2cm的宽度b上覆盖正面片材的环绕的边缘区域。边缘强化装置在该环绕的边缘区域中优选与正面片材粘接，例如通过丁基、丙烯醛基或硅树脂粘接剂或者双侧的粘接带。该粘接导致稳定的空隙，使得可以用密封剂简单地填充该空隙。
由于边缘强化装置分段地与正面片材重叠，因此形成环形地包围正面片材的环绕的边界。在下雨的情况下或在雪融化的情况下，水可以在正面片材与边缘强化装置之间的过渡区域中积聚。该水由于环绕的边缘强化装置而不能流出。该静止的水积聚促进藻类的形成。此外水可以在持久作用或长时间连续作用的情况下透过太阳能模块的湿气密封件。此外在该区域中聚集不能通过雨水冲刷掉的脏物、沙和灰尘。
水和脏物在正面片材与边缘强化装置之间的过渡处的积聚尤其涉及仅具有小的顶盖斜度的顶盖（所谓的平顶盖）上的太阳能模块。
因此本发明的一个重要方面包引入到边缘强化装置中的水排出槽。通过水排出槽，雨水或融化水可以流出。流出的水可以一起带走脏物、沙和灰尘并且保持太阳能模块的正面片材没有污物。
在本发明的太阳能模块的有利构型中，边缘强化装置在太阳能模块的每个角处都具有至少一个将边缘强化装置的内侧与边缘强化装置的外侧连接的水排出槽。边缘强化装置的外侧在此意味着边缘强化装置的位于太阳能模块的外侧上的侧。边缘强化装置的内侧意味着与边缘强化装置的外侧相对置的侧。
在本发明的太阳能模块的有利构型中，边缘强化装置在太阳能模块的每个环绕的外侧上都具有至少一个水排出槽。
水排出槽的宽度有利地被选择为，使得具有25mm直径的雹块在23m/s的速度下当在中心或侧面击中水排出槽上时不损坏正面片材。水排出槽的宽度取决于边缘强化装置的厚度，也就是说取决于边缘强化装置超过正面片材的高度h，并且可以通过简单的试验求得。在本发明太阳能模块的有利构型中，水排出槽具有0.5mm至5mm、优选为2.5mm至5mm的宽度。
收集导体通过边缘强化装置、正面片材和/或载体层中的开口从太阳能模块中引出。在相应的开口上方布置连接外壳。收集导体在连接外壳中与连接线路导电连接。该连接优选通过插接器、接触销、接触簧片、弹簧元件、压接连接、钎焊部位、焊接部位或其它电线路连接进行。在本发明的太阳能模块的有利构型中，连接外壳覆盖整个开口。连接外壳和/或由开口和凹陷形成的空腔可以通过浇注剂封闭。该浇注剂针对侵入的湿气来密封太阳能模块并且例如包含聚氨酯、丙烯酸、硅树脂或其它合适的密封材料。
边缘强化装置、正面片材或载体层中的开口优选构造为矩形的，正方形的，或者圆形的，其中同样地在其内部可以适宜地布置收集导体的所有形状都合适。
在本发明的有利构型中，太阳能电池单元包括单晶的、或者多晶的太阳能电池单元，其优选具有诸如硅或砷化镓的掺杂的半导体材料。
在本发明的替换构型中，太阳能电池单元包括薄层太阳能电池单元，所述薄层太阳能电池单元优选包含非晶的、非微晶的或者多晶的硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜-铟-（镓）-硒硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）、铜-锌-锡-硫硒化物（CZTS）或有机半导体。
替换地，太阳能电池单元包括由两个相叠布置的、不同类型的太阳能电池单元组成的串联电池单元，例如晶体硅太阳能电池单元与薄层太阳能电池单元、有机太阳能电池单元或非晶硅太阳能电池单元相组合。
在本发明的有利构型中，太阳能电池单元包括所有自身和/或其载体材料易碎并且通过轻微的弯曲或具有小的力的点状负荷而被破裂或损坏的太阳能电池单元。轻微的弯曲在此意味着例如具有小于1500mm的曲率半径的曲率。具有小的力的点状负荷在此意味着例如在冰雹击打测试中通过具有直径为25mm和速度为23m/s的雹块的击中导致的压痕。损坏在此意味着通过半导体材料、载体材料或电线路连接的机械损坏例如由于短路或线路中断而引起的太阳能电池单元的光伏特性的恶化。太阳能电池单元的损坏例如在所述击中之后立即将该太阳能电池单元的效率减小超过3%。通常，效率的另一种恶化基于随时间流逝的微裂纹而发生。
第一和/或第二中间层包含粘接层，优选一个或多个粘接薄膜，其特别优选由醋酸乙烯酯（EVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、离聚物、热塑性聚氨酯（TPU）、热塑性弹性体聚烯烃（TPO）、热塑性弹性体（TPE）或其它具有对应粘接和防湿气特性的材料制成。粘接层的厚度可以广泛地变化并且优选是0.2mm至1mm并且特别是0.4mm。
本发明太阳能模块的外部尺寸可以广泛地变化并且优选是0.6m x 0.6m至1.2m x 2.4m。本发明的太阳能模块优选包含6至100个单太阳能电池单元或太阳能电池单元阵列。单个太阳能电池单元的面积优选是153mm x 153mm至178mm x 178mm。
正面片材包含对于太阳光在很大程度上透明的材料，优选玻璃——特别优选板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、太阳能玻璃、钙钠玻璃，或聚合物——优选聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物。正面片材也可以包括由聚合物、优选由氟化聚合物、特别优选由乙烯-四氟乙烯（ETFE）、聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙烯丙烯二烃单体（FEP）或全氟烷氧基烷烃（PFA）和/或其混合物制成的薄膜。聚合物薄膜的厚度可以广泛地变化并且优选是10μm至250μm。
正面片材特别优选的包含低铁钙钠玻璃，具有对于在300nm至1500nm的波长范围内超过90%的太阳光特别高的透明度。
正面片材优选包含利用30MPa至120MPa和优选32MPa至85MPa的预应力的以热的方式部分预加应力或预加应力的玻璃。正面片材可以具有附加的另外的涂层，诸如抗反射层、抗粘附层或抗刮擦层。正面片材可以具有单侧或双侧的微结构化部或纳米结构化部，所述微结构化部或纳米结构化部例如减小对入射的太阳光的反射。正面片材可以是单片材或由两个或更多片材组成的复合片材。复合片材可以包含另外的层，诸如透明的热塑性粘接层或塑料层。
在本发明的有利构型中，正面片材必须足够稳定的和不柔韧的，以保护位于下面的太阳能电池单元免遭损坏。损坏的可能原因是冰雹击打、风力负载、雪负载或在安装时的弯曲以及通过人或动物的踏入或者工具的掉落。同时，正面片材应当尽可能薄并且具有合适的重量，以便适于安装在具有小的承载能力的平顶盖上。
如本发明人的试验所展示的，根据本发明的具有由部分预加应力或预加应力的钙钠玻璃制成的具有厚度为至少0.9mm的正面片材的太阳能模块满足在抗扭曲和稳定性方面的技术要求。
本发明的具有至少0.9mm厚度的正面片材尤其是在根据IEC 61215的冰雹击打测试中为太阳能模块中包含的晶体太阳能电池单元提供足够的保护。该冰雹击打测试包括用直径为25mm和速度为23m/s的雹块击打太阳能模块的正侧。本发明的正面片材具有用以吸收雹块的击中能量足够的稳定性和不柔韧性，而不损坏太阳能模块内部中的晶体太阳能电池单元。
替换地，正面片材可以是柔性的并且在有负荷的情况下是柔韧的。于是所出现的力可以通过载体层被接纳。柔顺的正面片材、也就是由柔韧材料制成的正面片材或非常薄的正面片材不适用于具有易碎或晶体太阳能电池单元的太阳能模块。
晶体太阳能电池单元可能由于正面片材的弯曲而破裂。这一般导致太阳能电池单元的大区域的破坏，即使正面片材未被损坏。
正面片材的厚度决定性地确定太阳能模块的重量。为了提供尽可能轻量级的太阳能模块，这种太阳能模块适于安装在仅具有小承载能力的平顶盖上，优选使用具有厚度最高为2.8mm的由玻璃制成的正面片材。本发明的具有厚度为2.8mm的正面片材的太阳能模块具有大约10kg/m2的单位面积重量。这样的太阳能模块适于安装在具有至少10kg/m2的低载荷预留的平顶盖上。
本发明的正面片材一般不通过冰雹击打测试而损坏，只要该冰雹击中不在边缘区域中进行。玻璃片材的边缘区域对剥落或贝壳状破裂特别敏感。正面片材的边缘区域可以通过边缘强化装置来加以稳定化。本发明的边缘强化装置保护正面片材的边缘区域在冰雹击打测试中免遭损坏。
本发明的一个重要方面包括正面片材和载体层的热膨胀系数的匹配：正面片材和载体层的不同热膨胀系数可能在温度变化时导致不同的温度膨胀。正面片材和载体层的不同温度膨胀可能导致太阳能模块的弯曲并由此导致晶体太阳能电池单元的损坏。超过100℃的温度变化例如在太阳能模块的层压时或者在顶盖上的太阳能模块受热时出现。
第二热膨胀系数、也就是正面片材的热膨胀系数优选是8 x 10-6/K至10 x 10-6/K并且对于部分预加应力的钙钠玻璃例如是8 x 10-6/K至9.3 x 10-6/K。
在本发明太阳能模块的有利构型中，本发明太阳能模块的载体层的第一热膨胀系数与正面片材的第二热膨胀系数之间的差≤正面片材的第二热膨胀系数的300%，优选≤正面片材的第二热膨胀系数的200%并且特别优选≤正面片材的第二热膨胀系数的50%。
在本发明的太阳能模块的有利构型中，载体层包含玻璃纤维强化的塑料。玻璃纤维强化的塑料例如包含嵌入在由不饱和聚酯树脂制成的浇铸树脂成型材料中的多层玻璃纤维组织。玻璃纤维强化的塑料的玻璃含量优选是30%至75%并且特别优选是50%至75%。
在本发明太阳能模块的有利构型中，载体层具有7 x 10-6/K至35 x 10-6/K、优选9 x 10-6/K至27 x 10-6/K和特别优选9 x 10-6/K至20 x 10-6/K的第一热膨胀系数。
在本发明太阳能模块的替换构型中，第一热膨胀系数与第二热膨胀系数之间的差≤第二热膨胀系数的17%，优选≤第二热膨胀系数的12%并且特别优选≤第二热膨胀系数的7%。
在本发明太阳能模块的有利构型中，载体层包含具有7.3 x 10-6/K至10.5 x 10-6/K的第一热膨胀系数的金属薄膜。第一中间层可以包含由至少一个第一粘接层、绝缘层和第二粘接层组成的堆叠序列。绝缘层优选包含固定的、绝缘的薄膜，例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成。绝缘层具有将收集导体和太阳能电池单元的背侧与载体层的导电金属薄膜绝缘的任务。金属薄膜优选包含不锈钢，优选EN材料号为1.4016， 1.4520，1.4511，1.4017，1.4113，1.4510，1.4516，1.4513，1.4509，1.4749，1.4724或1.4762的特种钢。
本发明的另一方面包括平顶盖，其包括：
·具有1%（0.6°）至23.1%（13°）的顶盖斜度的顶盖外皮，
·布置在顶盖外皮上的至少一个本发明的太阳能模块，
其中顶盖外皮和本发明的太阳能模块通过至少一个粘接层和/或连接装置至少分段地相互连接。
在本发明的平顶盖的有利构型中，顶盖斜度是2%（1.1°）至17.6%（10°），优选5%（2.9°）至17.6%（10°）以及特别优选5%（2.9°）至8.8%（5°）。
将本发明的太阳能模块与顶盖外皮连接的粘接层优选包含丙烯酸酯粘接剂、丁基粘接剂、沥青粘接剂或硅树脂粘接剂或双侧粘接薄膜。连接装置优选包含螺旋连接、夹紧连接或铆钉连接和/或保持轨、引导轨或由塑料或金属（诸如铝、钢或特种钢）制成的索环。
在本发明平顶盖的有利构型中，顶盖外皮包含塑料，优选聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，Plexiglas®）、聚酯、沥青、聚合物改性的沥青、聚氯乙烯（PVC）或基于烯烃的热塑性弹性体（TPO），优选具有平的、箱形的或者波动的轮廓。
在替换的构型中，顶盖外皮包含金属板，优选由铜、铝、钢、镀锌和/或用塑料涂层的钢制成的金属板。金属板优选具有梯形轮廓并且下面称为梯形板。在顶盖外皮的上方或下方可以布置另外的层，例如用于热隔离的层。用于热隔离的层优选包含塑料或塑料泡沫，例如由聚苯乙烯或聚氨酯制成的。
将太阳能模块与本发明顶盖平面的顶盖外皮进行螺旋接合优选在太阳能模块的边缘强化装置的区域中并且尤其是在载体层超过正面片材的突出部的区域中进行。这具有以下特殊优点：不必将孔引入到正面片材中。要引入到玻璃正面片材中的孔是耗费的和成本高的工艺步骤。此外，正面片材的稳定性由于该孔而被降低。
本发明的另一个方面包括用于制造本发明太阳能模块的方法，其中在边缘强化装置超过正面片材的突出部与载体层超过正面片材的突出部之间的空隙中至少填满密封剂。
用于制造本发明太阳能模块的方法的有利实施方式至少包括：
·载体层和在载体层上相叠布置的第一中间层、至少一个太阳能电池单元、第二中间层和正面片材被层压，其中布置具有超过正面片材的环绕的突出部的载体层，
·边缘强化装置以超过正面片材的突出部布置在正面片材上方，以及
·通过密封剂填满在边缘强化装置超过正面片材的突出部与载体层超过正面片材的突出部之间的空隙。
在本发明的含义下，层压包括所有本身公知的、用于连接太阳能电池单元的层结构的方法，优选通过热和/或压力的作用，例如通过压煮器浸出工艺、砑光方法或真空袋方法。
在本发明方法的有利实施方式中，将边缘强化装置分段地布置在正面片材的环绕的边缘区域上并且与正面片材粘接，例如通过丁基、丙烯醛基或硅树脂粘接剂或双侧粘接带。这具有特殊优点：即构造出可以在第二方法步骤中通过密封剂填充的稳定的空隙。
在本发明方法的替换实施方式中，边缘强化装置例如通过框架压制或保持在正面片材上。在第二方法步骤中通过密封剂满足所产生的空隙。密封剂在此将边缘强化装置与其余的太阳能模块粘接，使得边缘强化装置固定地与太阳能模块连接。
作为密封剂原则上所有UV稳定和耐天气的并且具有足够的水和水蒸汽不可透过的特性的塑料都合适。
在本发明方法的优选实施方式中，密封剂包含1成分、2成分或多成分的塑料。同样，在液态的热状态下被引入到空隙中并在那里硬化的热塑性弹性体适合作为密封剂。
密封剂优选以液态形式或糊状形式、通过手或者利用机械设备被引入到空隙中并且在那里硬化。
密封剂优选包含利用空气湿气硬化为持续弹性的弹性体的1成分聚氨酯密封料，例如Sika德国有限公司的Sikkaflex 222。
本发明的另一方面包括本发明太阳能模块在建筑物或用以在水中、陆地上或空中前进的运输工具的平顶盖上、优选在金属平顶盖上的应用。仓库、工业设施和车库或诸如停车场的风雨棚的平顶盖特别适合于安装本发明的太阳能模块，所述平顶盖的顶盖具有大的、暴露的并且未遮蔽的面并且具有小的顶盖斜度。
本发明的另一方面包括本发明太阳能模块在顶盖斜度为1%(0.6°)至23.1%（13°）、优选2%(1.1°)至17.6%（10°）、特别优选5%(2.9°)至17.6%（10°）并且完全特别优选5%(2.9°)至8.8%（5°）的平顶盖上的应用。
附图说明
下面借助附图和示例更详细阐述本发明。附图不是完全按比例的。本发明决不受到附图的限制。
图1A示出本发明太阳能模块的实施例的示意图，
图1B示出参照图1A的截面A的横截面图，
图2示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块的替换实施例的横截面图，
图3示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块的替换实施例的横截面图，
图4示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块的替换实施例的横截面图，
图5示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块的替换实施例的横截面图，以及
图6示出本发明方法的详细流程图。
具体实施方式
在图1A中图解总的用附图标记1表示的本发明太阳能模块。图1A示出在太阳能模块1的正侧、也就是朝向太阳的侧的透视视图。太阳能模块1的背侧在本发明的含义下是背向正侧的侧。包围正侧和背侧的外边缘的侧下面称为太阳能模块1的外侧I，II，III，IV。在太阳能模块1的外侧I，II，III，IV上存在所谓的进入边缘，其中湿气和水蒸汽可以在进入边缘处特别轻易地侵入太阳能模块1中。
太阳能模块1包括多个串联接线的太阳能电池单元4，在图1A中示出其中的8个太阳能电池单元。太阳能电池单元4在该示例中是单晶硅太阳能电池单元。每个太阳能电池单元具有例如0.63V的标称电压，使得太阳能模块1具有例如5V的总标称电压。该电压经由收集导体21引出到在太阳能模块1的侧III的边缘区域中的两个连接外壳20。在连接外壳20中进行至连接线路的电线路连接，在图中出于一目了然的原因未示出所述连接线路。所述连接线路与电网或另外的太阳能模块连接。
收集导体21与太阳能电池单元4导电连接。收集导体21通常包含金属带，例如厚度为0.03mm至0.3mm和宽度为2mm至16mm的镀锡的铜带。铜被证明适合用于这样的收集导体，因为铜具有良好的导电性以及成为薄膜的良好的可处理性。同时材料成本是低的。也可以使用可以被处理为薄膜的其它导电的材料。对此的示例是铝、金、银或锡及其合金。
图1B示出参照图1A的截面A的横截面图。本发明的太阳能模块1包括由载体层2、第一中间层3、太阳能电池单元4、第二中间层5和正面片材6组成的层结构。载体层2具有例如0.5cm的超过正面片材6的环绕的突出部13。本发明的太阳能模块1具有边缘强化装置7。边缘强化装置7在区域9中在例如5mm的宽度b上布置在正面片材6上方。边缘强化装置7在区域14中超出正面片材6例如0.5cm的长度c。
载体层2的超过正面片材6的突出部13与边缘强化装置7的超过正面片材6的突出部14之间的空隙51被用密封剂50填充。密封剂50优选布置在太阳能模块1的侧I，II，III和IV处的整个环绕的空隙中。密封剂50例如包含由聚氨酯（例如Sika德国有限公司的Sikaflex 222）制成的密封料。密封剂50在由载体层2、第一中间层3和第二中间层5和正面片材6组成的复合体内部可靠地对太阳能电池单元4密封以防湿气。
边缘强化装置7与正面片材6粘接。该粘接对边缘强化装置7与正面片材6之间的面进行密封并且在引入密封剂50期间使空隙51稳定。
太阳能模块1的载体层2例如包含玻璃纤维强化的塑料。玻璃纤维强化的塑料例如包含多层玻璃纤维组织，该玻璃纤维组织嵌入在由不饱和聚酯树脂制成的浇铸树脂成型材料中。载体层2例如具有54%的玻璃含量、1.65kg/mm2的单位面积重量和1mm的厚度。
在载体层2上方布置第一中间层3。第一中间层3例如包含由醋酸乙烯酯（EVA）制成的、厚度为0.4mm的粘接薄膜。
在第一中间层3上方布置多个晶体太阳能电池单元4，在图1B中部分地示出其中的一个。晶体太阳能电池单元4例如由大小为156mm x 156mm的单晶硅太阳能电池单元组成。本发明的太阳能模块1的所有太阳能电池单元4经由收集导体和根据应用目的以串联或并联的方式相互导电连接。此外，截止或旁路二极管可以集成到太阳能模块1中。
在太阳能电池单元4上方布置第二中间层5，该第二中间层5例如包含由醋酸乙烯酯（EVA）制成的、厚度为0.4mm的粘接薄膜。
在第二中间层5上方布置正面片材6。正面片材6例如包含厚度为0.9mm至2.8mm并且尤其是1mm的低铁钙钠玻璃。钙钠玻璃利用例如40MPa的预应力以热的方式被部分预加应力。部分预加应力的玻璃与预加应力的玻璃的区别在于更缓慢的冷却过程。更缓慢的冷却过程导致玻璃的核与表面之间的更小的应力差异。部分预加应力的玻璃的抗弯强度处于未预加应力的玻璃和预加应力的玻璃的抗弯强度之间。部分预加应力的玻璃在破裂情况下具有高的剩余承载能力并且因此特别适于在建筑物处或在顶盖区域中的防坠落的玻璃化部。
由乙烯-四氟乙烯（ETFE）、聚碳酸酯或另外的塑料制成的同样的薄膜或片材适合作为正面片材6，所述薄膜或片材是足够透明、耐天气和UV稳定的并且具有防湿气的足够高的密封性。
载体层2具有例如27 x 10-6/K的第一热膨胀系数。正面片材6具有例如9 x 10-6/K的第二热膨胀系数。第一和第二热膨胀系数的差为18 x 10-6/K，并由此是第二热膨胀系数的200%。
载体层2可以同样地包含金属薄膜，例如由诸如Nirosta、材料号为1.4016的不锈特种钢制成的薄膜，具有厚度为0.3mm。
载体层2在该实施例中具有超过正面片材6的环绕的突出部13。突出部的宽度a优选是0.5cm至10cm并且例如是2cm。边缘强化装置7布置在载体层2的突出部13上方以及正面片材6的边缘区域9上方。边缘区域9的宽度b优选是0.5cm至10cm并且例如是1cm。边缘强化装置7在边缘区域9中优选与正面片材粘接，例如利用双侧的粘接带。
两个收集导体21在第一中间层3与第二中间层5之间在太阳能模块1的外侧III处的空隙51的区域中被引出。收集导体21在端部处与太阳能电池单元4连接。收集导体21布置在空隙51内以及边缘强化装置7的开口17中。在边缘强化装置7的开口17上方布置连接外壳20，在该连接外壳中有收集导体21与外部连接线路之间的电线路连接，这在该图中未示出。
在边缘强化装置7中布置凹陷形式的多个水排出槽8。水排出槽8将边缘强化装置7的内边缘10与边缘强化装置7的外边缘11连接。水排出槽8的宽度是1mm至5mm并且例如是3mm。水排出槽8的宽度和边缘强化装置7的厚度被选择为，使得直径为25mm的雹块在冰雹击打测试中不损坏正面片材。这可以在简单试验的范围中求得。
在下雨或雪融化的情况下，落在正面片材6上的水可以经由水排出槽8流出。
在图1A所示的本发明太阳能模块1的实施例中，在太阳能模块1的每个角12中分别布置水排出槽8。水排出槽8例如以相对于太阳能模块1的外侧I，II，III，IV为45°的角度布置。此外，外侧I，II，III和IV的每一个可以具有一个或多个另外的水排出槽8，这在图1A中未示出。在太阳能模块1的外侧I，II，III，IV处的水排出槽8例如可以相对于太阳能模块1的外侧I，II，III，IV直角地布置。
本发明的太阳能模块1具有大约5.6kg/m2的单位面积重量。
在图2中示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块1的替换实施例的横截面图。在该实施例中，在空隙51中布置两个附加的边缘强化装置15.1,15.2。附加的边缘强化装置15.1,15.2在太阳能模块1的外侧III处包含凹陷，在这些凹陷中布置收集导体21并且引向边缘强化装置7中的开口17。附加的边缘强化装置15.1,15.2使边缘强化装置7与载体层2之间的空隙51的间距稳定。
图3示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块1的替换实施例的横截面图。在该实施例中，收集导体21围绕正面片材6被引导。开口17在区域9中布置在正面片材6上方，收集导体21穿过所述开口17被引导到连接外壳20中。该布置具有特殊优点，即太阳能模块1的外边缘区域可以被用于将太阳能模块1例如固定在U形引导轨中。边缘强化装置7在区域9中与正面片材6粘接，例如通过弹性的双侧粘接带，这在该图中未示出。粘接带一方面是柔韧的，从而收集导体21可以被布置在该粘接带下方或者上方。另一方面粘接带用于密封以防水和湿气。
在图4中示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块1的替换实施例的横截面图。在该实施例中，正面片材6具有开口16，在该开口16内布置收集导体21。在正面片材6的开口16上方有边缘强化装置7的开口17以及连接外壳20。通过开口16削弱了正面片材6。该削弱通过粘接到正面片材6上的边缘强化装置7补偿。由于收集导体21直接从太阳能模块1的内部穿过开口16和17被引导到连接外壳20中，所以实现对收集导体21的输出部位的特别良好的密封。
图5示出参照图1A的截面A的本发明太阳能模块1的替换实施例的横截面图。在该实施例中，载体层具有开口18，在该开口18内布置收集导体21。在载体层2的开口18下方布置连接外壳20。由于连接外壳20和由此还有外部连接线路位于太阳能模块1的背侧上，所以连接外壳20和连接线路被保护免遭外部的影响并尤其是免遭对太阳能模块1的正侧的影响。
图6示出本发明方法的详细流程图。
本发明的太阳能模块1具有相对于根据现有技术的太阳能模块的一系列优点。本发明的边缘强化装置7保护正面片材6的对破裂敏感的外边缘免遭在运输和安装时的损坏。同时，本发明的边缘强化装置7允许在下雨或雪融化时水几乎不受阻挡地流出。本发明的密封剂50对太阳能模块1的内部密封以防湿气和水蒸汽。此外，可以特别简单和成本低地执行本发明的用于制造太阳能模块1的方法。同时，在那里太阳能模块1是特别轻量级的，其中单位面积重量小于12kg/m2，并且适于在仅具有小的顶盖斜度的平顶盖上应用。
该结果对于专业人员是未预料到的和令人吃惊的。
示出
1太阳能模块
2载体层
3第一中间层
4太阳能电池单元
5第二中间层
6正面片材
7边缘强化装置
8水排出槽
9正面片材6的边缘区域
10边缘强化装置7的内侧
11边缘强化装置7的外侧
12太阳能模块1的角
13载体层2超过正面片材6的突出部
14边缘强化装置7超过正面片材6的突出部
15.1,15.2边缘强化装置
16正面片材6中的开口
17边缘强化层7.2中的开口
18载体层2中的开口
20连接外壳
21,21.1,21.2收集导体
50密封剂
51在载体层2超过正面片材6的突出部13与边缘强化装置7超过正面片材6的突出部14之间的空隙
a载体层2超过正面片材6的突出部13的宽度
b边缘区域9的宽度
c边缘强化装置7超过正面片材6的突出部14的宽度
A截面
I，II，III，IV太阳能模块1的侧，外侧。

Claims (15)

1.太阳能模块（1），包括：
·载体层（2）和在该载体层上相叠地布置的第一中间层（3）、至少一个太阳能电池单元（4）、第二中间层（5）和正面片材（6），
·布置在正面片材（6）上方的环绕的边缘强化装置（7），
·通过载体层（2）超过正面片材（6）的环绕的突出部（13）与所述边缘强化装置（7）超过正面片材（6）的环绕的突出部（14）形成的空隙（51），
其中该空隙（51）具有密封剂（50）。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块（1），其中所述载体层（2）具有至少0.3cm、优选0.3cm至5cm，并且特别优选0.3cm至1cm的超过正面片材（6）的环绕的突出部（13）和/或所述边缘强化装置（7）具有至少0.3cm、优选0.3cm至5cm，并且特别优选0.3cm至1cm的超过正面片材（6）的环绕的突出部（14）。
3.根据权利要求之一1或2所述的太阳能模块（1），其中所述边缘强化装置（7）覆盖正面片材（6）的至少0.2cm、优选0.5cm至5cm并且特别优选1cm至2cm的至少一个环绕的边缘区域（9）。
4.根据权利要求1至3之一所述的太阳能模块（1），其中所述边缘强化装置（7）在太阳能模块（1）的每个角（12）处和/或在每个外侧（I，II，III，IV）处都具有至少一个将边缘强化装置（7）的内侧（10）与外侧（11）连接的水排出槽（8）。
5.根据权利要求4所述的太阳能模块（1），其中水排出槽（8）具有0.3mm至5mm、优选为2mm至4mm的宽度。
6.根据权利要求1至5之一所述的太阳能模块（1），其中至少一个收集导体（21）布置在正面片材（6）的开口（16）、边缘强化装置（7）的开口（17）和/或载体层（2）的开口（18）中。
7.根据权利要求1至6之一所述的太阳能模块（1），其中密封剂（50）包含聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）、苯乙烯（SB）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、热塑性弹性体或基于丁基、丙烯醛基、沥青或硅树脂的粘接材料和/或它们的混合物。
8.根据权利要求1至7之一所述的太阳能模块（1），其中太阳能电池单元（4）包含优选由硅或砷化镓制成的单晶或者多晶的、掺杂的半导体材料，优选由非晶、微非晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜-铟-（镓）-硒硫化物（Cu(In,Ga)(S,Se)2）、铜-锌-锡-硫硒化物（CZTS）制成的薄层太阳能电池单元，有机半导体或串联电池单元。
9.根据权利要求1至8之一所述的太阳能模块，其中正面片材（6）包含玻璃，优选板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、太阳能玻璃、钙钠玻璃，或聚合物，优选聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或混合物，或者氟化聚合物，优选乙烯-四氟乙烯（ETFE）、聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙烯丙烯二烃单体（FEP）或全氟烷氧基烷烃（PFA）和/或其混合物。
10.根据权利要求9所述的太阳能模块，其中正面片材（6）包含厚度为0.9mm至2.8mm的热部分预加应力或预加应力的玻璃。
11.根据权利要求1至10之一所述的太阳能模块，其中载体层（2）具有第一热膨胀系数和正面片材（6）具有第二热膨胀系数，并且第一热膨胀系数与正面片材（6）的第二热膨胀系数之间的差≤第二热膨胀系数的300%，并且优选≤第二热膨胀系数的17%。
12.根据权利要求1至11之一所述的太阳能模块，其中载体层（2）包含具有7.3 x 10-6/K至35 x 10-6/K的第一热膨胀系数的玻璃纤维强化的塑料。
13.用于制造根据权利要求1至12之一所述的太阳能模块（1）的方法，其中对在边缘强化装置（7）超过正面片材（6）的突出部（14）与载体层（2）超过正面片材（6）的突出部（13）之间的空隙（51）至少通过密封剂（50）填满。
14.根据权利要求1至12之一所述的太阳能模块（1）在建筑物或在水上、陆地上或空中前进的运输工具的平顶盖（30）上、优选在金属平顶盖上的应用。
15.根据权利要求14所述的太阳能模块（1）在顶盖斜度为1%至23.1%、优选2%至17.6%并且特别优选5%至8.8%的平顶盖上的应用。
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