CN104205622A - 具有冷却设备的光伏模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有冷却设备的光伏模块（100），至少包括：由相叠地布置的后片材（2）、光伏层系统（3）和前片材（1）组成的层压复合体（101），以及布置在后片材（2）的后侧（IV）上的结构板材（5），其中将至少一个在冷却剂入口（19）和冷却剂出口（20）之间伸展的通道（6）引入到结构板材（5）中，在结构板材（5）的表面上构造至少两个接触面（7,7’）,所述接触面通过通道（6）彼此分离并且经由所述接触面使结构板材（5）与后侧（IV）连接，并且至少部分地用液态冷却剂填充通道（6）。
Description
技术领域
本发明涉及具有冷却设备的光伏模块、其制造方法以及其应用。
背景技术
光伏模块可以将射到所述光伏模块上的太阳辐射转换成电能。已知的是，该转换的效能决定性地取决于光伏模块的温度。最优的效能典型地在大约20℃至大约50℃的温度范围中被达到。但是由于直接太阳辐照和在将辐射能量转换成电能时部分巨大的热量损耗，光伏模块在运行中可能被加热到直至100℃的温度。由此，产生电能的效能明显被降低。
光伏模块的效率的升高可以通过冷却光伏模块来实现。这样的冷却例如可以通过对光伏模块的后侧通风来实现。明显更有效的冷却可以借助于液态冷却剂来实现。
由DE 197 47 325 A1已知一种光伏模块，其被安置在用液态冷却剂填充的金属容器上。光伏模块的冷却通过将热量发出给冷却剂并且冷却剂在金属容器内流通来实现。冷却效果在此受限制，因为未设置冷却剂的主动冷却装置。这样的解决方案此外具有高的空间需求。
由US 2011/0168233 A1已知一种光伏模块，在其后侧处布置冷却设备。冷却设备包括基板和冷却板。在冷却板上安置冷却管，其中将液态冷却剂泵浦通过所述冷却管。但是，光伏模块的制造由于冷却设备的很多元件而是昂贵的。
发明内容
本发明的任务是提供具有改善的冷却设备的光伏模块，所述冷却设备可以简单地和成本低地来制造，具有小的空间需求并且能够实现光伏模块的有效冷却。
本发明的任务根据本发明通过根据独立权利要求1所述的具有冷却设备的光伏模块解决。优选的实施方案由从属权利要求中得知。
具有冷却设备的本发明光伏模块至少包括以下特征：
-由相叠地布置的后片材、光伏层系统和前片材组成的层压复合体，和
-布置在后片材的后侧上的结构板材，
其中
-将至少一个在冷却剂入口和冷却剂出口之间伸展的通道引入到结构板材中，
-在结构板材的表面上构造至少两个接触面,所述接触面通过通道彼此分离并且经由所述接触面使结构板材与后片材的后侧连接，并且
-至少部分地用液态冷却剂填充通道。
在本发明的意义上用前片材表示光伏模块的朝向光入射的片材。用后片材表示背离光入射的片材。前片材和后片材分别具有前侧和后侧。在本发明的意义上，用前侧表示朝向光入射的侧。用后侧表示背离光入射的侧。前片材的后侧和后片材的前侧彼此朝向并且经由中间层通过层压相互连接。
如果元件包含至少一种材料，则这在本发明的意义上包括以下情况下：该元件由金属组成。
结构板材根据本发明被构造有至少一个在冷却剂入口和冷却剂出口之间伸展的通道。通过该通道，在结构板材的第一表面上构成凹处并且在结构板材的相对的第二表面上构成对应的突起部。结构板材的第一表面具有至少两个接触面，所述接触面布置在共同的平坦层面中。两个接触面通过通道相互分离并且与通道邻接。结构板材经由接触面与后片材的后侧连接。通过在结构板材中的本发明通道和后片材的后侧构造用于液态冷却剂的管路。通道在冷却入口与冷却剂出口之间伸展，所述冷却剂入口和冷却剂出口是管路的开口。通过所述开口可以将通道与冷却剂始流件（Vorlauf）和冷却剂回流件（Rücklauf）连接。冷却剂因此可以通过通道引导并且所吸收的热量在光伏模块外通过适当的装置又被发出。
通道优选地通过在结构板材中的变形来构造并且在结构板材的朝向后片材的表面上构成凹处和在结构板材的背离后片材的表面上构成突起部。
结构板材提供要简单制造的、成本低的和有效的冷却设备。此外，结构板材提供用于将光伏模块固定在使用位置处的界面并且引起光伏模块的加强或加固。如果例如在具有前片材和后片材的小厚度的光伏模块情况下希望这样的加强，则从而不需要安置附加的加强元件。这是本发明的大优点。
结构板材优选地具有0.1mm至3.0mm、特别优选地0.3mm至0.8mm的厚度。这在本发明通道到结构板材中的简单引入、结构板材的稳定性和加强作用方面是特别有利的。结构板材优选地具有恒定的厚度。在本发明的意义上，用结构板材的厚度表示材料厚度。
结构板材原则上可以由每种适当的金属或每种适当的合金制成。结构板材优选地至少包含钢和/或铝。这在成本低的制造和结构板材的稳定性方面是特别有利的。
结构板材中的本发明通道优选地具有0.5mm至20mm、特别优选地2mm至10mm的深度。这在结构板材的小空间需求和冷却效果方面是特别有利的。通道的深度在横截面上垂直于通道的扩展方向地被确定。在本发明意义上通道的深度于是是结构板材的朝向后片材的表面在通道的区域中与布置有接触面的层面的最大垂直间距。通道的深度优选地沿着通道的扩展方向是恒定的。
通道优选地具有2mm至50mm、特别优选地5mm至20mm的宽度。这在冷却效果和在结构板材和后片材之间的稳定连接方面是特别有利的。在本发明的意义上用通道的宽度表示在布置有接触面的层面中通道的宽度。
在垂直于通道的扩展方向的横截面中通道的轮廓根据本发明不局限于特定形状。通道的轮廓可以例如具有矩形、三角形、圆片段、椭圆片段或梯形的形状。随着与后片材的间距增长而变窄的轮廓、例如三角形、梯形、圆片段或椭圆片段可以是优选的，因为这些轮廓在相同的冷却剂量情况下与例如矩形轮廓相比导致冷却剂与后片材的更大接触面。
通道优选地在结构板材上方曲折形地延伸。由此，实现特别有利的冷却效果。通道在此特别优选地具有彼此平行的区段，所述区段通过环路式区段相互连接。通道的相邻的平行区段优选地彼此具有5mm至100mm的间距。因此，在冷却方面实现特别好的结果。
通道优选地完全用冷却剂填充。因此，实现特别有利的冷却效果。
冷却剂入口和冷却剂出口优选地布置在结构板材的至少一个侧边处。这在本发明结构板材的简单制造方面是特别有利的，因为冷却剂入口和冷却剂出口可以在引入通道时在无诸如钻孔的另外方法步骤情况下被提供。用于冷却液的管路于是在结构板材的至少一个侧边处具有两个开口，其中可以使所述开口与冷却剂始流件和冷却剂回流件连接。这样的侧向连接在使用位置处明显比经由结构板材的后侧的连接节省空间，因为光伏模块可以以与底座、例如建筑物顶的较小间距布置。冷却剂入口和冷却剂出口可以布置在结构板材的相同侧边处或在结构板材的两个不同的侧边处。
在本发明的有利构型中，冷却剂入口和冷却剂出口布置在结构板材的两个相对的侧边处。通道与冷却剂始流件和冷却剂回流件的连接于是是特别简单的和节省空间的，因为冷却剂始流件和冷却剂回流件可以布置在光伏模块的相对侧处。尤其是，可以使多个本发明光伏模块简单地并行地与同一冷却剂始流件和同一冷却剂回流件连接。
通道优选地通过对在初始状态中平坦的结构板材变形被引入到结构板材中，例如通过深冲或空心挤压。
在结构板材的接触面与后片材之间的连接优选地借助于粘接剂实现。粘接剂在此必须适用于提供结构板材与后片材的相对于冷却剂密封的和在化学以及机械上稳定的连接。适当的粘接剂例如是聚氨酯粘接剂。
接触面优选地被构造在扣除通道区域的、结构板材的朝向后片材的整个表面上并且完全用粘接剂覆盖。因此，有利地实现在结构板材与后片材之间的特别稳定的连接。
在一种有利的构型中，在结构板材的背离后片材的表面上布置一个或多个固定元件。借助于固定元件可以将光伏模块固定在使用位置处、例如固定在支架处。固定例如通过拧紧、夹紧、粘接固定元件和/或通过将固定元件推入到轨道中来进行。固定元件优选地布置在结构板材的边缘区域中。本发明结构板材通过固定元件有利地提供用于将光伏模块固定在使用位置处的界面。
固定元件例如可以具有有角度的（winkelartig）横截面，其中平坦地、平行于后片材的后侧构造的部分区域伸出光伏模块的侧边。固定元件例如可以通过熔接、焊接或粘接被安置在结构板材上。可替换地，固定元件可以与结构板材一体地构造，其中使在初始状态中平坦的结构板材的侧边或侧边的凸出的区域向固定元件弯曲。
原则上，具有足够导热性的每种适当的、对于技术人员已知的冷却液可以被用作冷却剂。冷却剂例如可以至少包含水或水-乙二醇混合物。冷却剂也可以包含添加剂、油或气体。
前片材优选地包含未预加应力的、部分预加应力的或预加应力的或硬化的、例如以热的或化学方式硬化的玻璃。前片材优选地包含钠钙玻璃、低铁的钠钙玻璃或者硼硅酸盐玻璃。这在光伏模块的稳定性、保护光伏层系统免受机械损坏和太阳光通过前片材的透射方面是特别有利的。
后片材在有利的构型中包含未预加应力的、部分预加应力的或预加应力的或硬化的、例如以热的或化学方式硬化的玻璃。后片材优选地包含钠钙玻璃、低铁的钠钙玻璃或者硼硅酸盐玻璃。但是可替换地，后片材也可以包含例如塑料、例如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物、玻璃纤维加强的塑料、金属或金属合金、例如不锈钢。
前片材和后片材优选地分别具有0.1mm至10mm、例如1.5mm至5mm的厚度。
在本发明的有利构型中，前片材和/或后片材具有非常小的厚度。前片材和/或后片材优选地具有1mm至6mm、特别优选地2mm至4mm的厚度。这样的光伏模块具有有利地小的重量。本发明冷却设备对于具有小片材厚度的光伏模块是特别有利的，因为通过本发明结构板材实现光伏模块的加强和加固，使得不必施加附加的加强元件。
前片材和后片材的面积可以是100cm2直至18m2，优选地0.5m2至3m2。前片材和后片材可以是平坦的或弯曲的。
光伏层系统引起用于将辐射能量转换成电能所需要的载流子分离。光伏层系统优选地包括至少一个在前电极层与后电极层之间的光伏活性吸收层。前电极层在此布置在吸收层的朝向光入射的侧上。后电极层布置在吸收层的背离光入射的侧上。
光伏活性吸收层根据本发明不局限于特定的类型。吸收层例如可以包含单晶、多晶、非微晶（mikromorph）或非晶硅、半导体有机聚合物或低聚物、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、硒化镉（CdSe）。
在本发明的优选构型中，吸收层包含p导电的黄铜矿半导体，诸如铜-铟-硫/硒（CIS）族化合物、例如铜-铟二硒化物（CuInSe2）或者铜-铟-镓-硫/硒（CIGS）族化合物、例如CU(InGa)(SSe)
2。具有基于CI(G)S的吸收层的光伏模块具有特别高的温度系数，也即随着温度升高特别强烈的效率减少。与功率有关的温度系数大约处于-0.35%/℃至-0.5%/℃的范围中。效率的温度相关性因此与例如在具有基于非晶硅（大约-0.18%/℃至-0.23%/℃）或碲化镉（大约-0.18%/℃至-0.25%/℃）的吸收层的光伏模块情况下相比明显更显著。在这样的光伏模块情况下，因此通过本发明冷却设备获得特别好的结果。
在本发明的可替换的优选构型中，吸收层包含多晶硅。具有这样的吸收层的光伏模块也具有大约在-0.32%/℃至-0.51%/℃的范围中的高温度系数。通过本发明冷却设备，可以特别有利地升高效率。
基于单晶硅的光伏模块也具有大约在-0.32%/℃至-0.51%/℃的范围中的高温度系数。通过本发明冷却设备，可以特别有利地升高效率。
温度系数的所说明的值从以下出版物中得出：Volker Quaschning,
Regenerative Energiesysteme, Carl Hanser出版社2009， 第190页(ISBN 978-3446421516)。
吸收层优选地具有500nm至5μm、特别优选地1μm至3μm的层厚。吸收层可以用金属、优选地钠掺杂。
光伏层系统可以被施加在后片材的前侧上（底衬配置（Substrat-Konfiguration））。光伏层系统可替换地可以被施加在前片材的后侧上（顶衬配置（Superstrat-Konfiguration））。底衬配置和顶衬配置尤其是在薄层光伏模块情况下是常见的。
但是，光伏层系统可替换地也可以布置在中间层的第一和第二薄膜之间，如这尤其是在具有结晶吸收层的光伏模块情况下是常见的。光伏层系统于是在本发明的意义上布置在中间层中。
在优选的构型中，本发明光伏模块具有底衬配置。在此，光伏结构的特别有效的冷却可以通过后片材的后侧上的本发明结构板材实现。
后电极层例如可以包含至少一种金属，优选钼、钛、钨、镍、钛、铬和/或钽。后电极层优选地具有300nm至600nm的层厚。后电极层可以包括不同单层的层堆叠。优选地，层堆叠包含例如由氮化硅组成的扩散阻止层，以便防止例如钠从衬底扩散到光伏活性吸收层中。
前电极层在以下光谱范围中是透明的，在所述光谱范围中吸收层是敏感的。前电极层例如可以包含n导电的半导体，优选地掺杂铝的氧化锌或者铟-锡氧化物。前电极层优选地具有500nm至2μm的层厚。
电极层也可以包含银、金、铜、镍、铬、钨、氧化锡、二氧化硅、氮化硅和/或其组合以及混合物。
光伏层系统优选地具有5mm至20mm、特别优选10mm至15mm的与光伏模块的外边的环绕的间距，以便被保护免受湿气进入或由在边缘处的固定元件引起的遮阴。
前片材的后侧经由至少一个中间层与后片材的前侧连接。在前片材和后片材之间的连接大面积地经由光伏层系统实现。中间层优选地包含热塑性塑料，诸如聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和/或乙烯醋酸乙烯酯（EVA）或其多个层，其优选地具有0.3mm至0.9mm的厚度。中间层也可以包含聚氨酯（PU）、聚丙烯（PP）、聚丙烯酸脂、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙酸酯树脂（Polyacetatharz）、浇铸树脂、丙烯酸酯、氟化乙丙烯、聚氟乙烯、乙烯四氟乙烯、其共聚物和/或混合物。
前电极层和后电极层通过本身已知的元件电接触，例如借助于集流导体（汇流排（bus bar））和薄膜导体。薄膜导体例如可以侧向地在中间层的区域中或者通过后片材中的至少一个孔在结构板材的接触面的区域中从光伏模块引导出。
前片材和/或后片材可以具有本身已知的涂层，例如抗反射层、抗附着层、抗刮层和/或扩散阻挡层。光伏模块可以包括其他本身已知的元件，诸如固定装置、框架和/或配件。
本发明光伏模块优选地在装置内运行。用于对光伏模块进行冷却的本发明装置至少包括以下特征：
-至少一个本发明光伏模块，
-冷却剂始流件，其与光伏模块的结构板材的冷却剂入口连接，
-冷却剂回流件，其与光伏模块的结构板材的冷却剂出口连接，
-具有至少一个冷却剂入口和至少一个冷却剂出口的冷却剂冷却装置，其中冷却剂冷却装置的冷却剂入口与冷却剂回流件连接并且冷却剂冷却装置的冷却剂出口与冷却剂始流件连接，和
-结构板材的通道、冷却剂始流件、冷却剂回流件和冷却剂冷却装置中的液态冷却剂。
通过在结构板材的通道中以及后片材的后侧构成的管路、冷却剂始流件、冷却剂冷却装置和冷却剂回流件构成闭合的冷却剂回路。在光伏模块的区域中加热的冷却剂经由冷却剂回流件被输送给冷却剂冷却装置，其中冷却剂发出热量并且在此被冷却到较小的温度。经冷却的冷却剂经由冷却剂始流件又被引入到结构板材的通道中。通过冷却剂冷却装置对于光伏模块实现特别有效的冷却效果。
冷却剂始流件和冷却剂回流件例如可以被构成为管和/或软管管道。在结构板材的通道和冷却剂始流件或冷却剂回流件之间的连接例如可以经由诸如连接管的连接件实现，所述连接件密封地与结构板材粘接、旋紧、熔接或焊接。为了密封在通道与冷却剂始流件或冷却剂回流件之间的连接也可以使用适当的密封剂。
在优选的构型中，用于对光伏模块进行冷却的装置此外包括泵，所述泵适用于将冷却剂泵浦通过闭合的冷却剂回路。冷却剂在冷却剂回路中的环绕主动地借助于泵实现，这导致特别有利的冷却效果。但是冷却剂的环绕可替换地也可以在适当地对冷却剂始流件、冷却剂回流件、冷却剂冷却装置和光伏模块定位情况下通过由被加热的冷却剂引起的对流实现。
冷却剂冷却装置在有利的构型中被构造为空气冷却装置。这在装置的简单的、节省空间的和成本低的制造以及装置的小维护强度方面是特别有利的。在此，冷却剂冷却装置优选地包括至少一个管，所述管在冷却剂始流件和冷却剂回流件之间伸展。该管优选地具有高的导热性并且例如至少包含铜、铝、钢或其他适当的材料。该管可以直地或例如环路式或曲折形地从冷却剂回流件伸展至冷却剂始流件。多个管也可以并行地与冷却剂始流件和冷却剂回流件连接。
但是，冷却剂冷却装置也可以例如通过具有二次（sekundär）冷却剂回路的热交换器实现。
在有利的构型中，多个光伏模块、例如2至40个光伏模块与冷却剂始流件和冷却剂回流件连接。多个光伏模块的冷却装置在此有利地通过同一冷却剂回路实现。如果多个光伏模块并行地与冷却剂始流件和冷却剂回流件连接，则实现特别有利的冷却。但是多个光伏模块原则上也可以串行地与冷却剂始流件和冷却剂回流件连接。
冷却剂回路可以包含其他对于技术人员看起来适当的元件，诸如闭塞栓、阀、例如排气阀或者用于注入和用于交换冷却剂的可关闭的开口。
本发明的任务此外通过用于制造本发明光伏模块的方法，其中至少：
（a）将至少一个在冷却剂入口和冷却剂出口之间伸展的通道引入到结构板材中，
（b）将结构板材经由至少两个接触面与后片材的后侧连接，其中所述至少两个接触面通过通道相互分离，和
（c）至少部分地用液态冷却剂填充通道。
该通道优选地通过在初始状态中平坦的结构板材中的变形、例如通过深冲或空心挤压构造。
为了提供由相叠地布置的后片材、光伏层系统和前片材组成的层压复合体，将光伏层系统施加到后片材的前侧上或者前片材的后侧上或者放入到中间层中。然后，将后片材的前侧与前片材的后侧经由中间层在热、真空和/或压力的作用下连接，例如通过高压釜方法、真空袋方法、真空环方法、砑光机方法、真空层压机或通过其组合连接。
如果光伏模块是薄层光伏模块，则光伏层系统的各个层优选地通过阴极溅射、蒸镀或化学气相沉积（chemical vapour deposition, CVD）施加。将光伏层系统放入到中间层中包括在中间层的第一和第二层之间布置光伏层系统。
可以以每种任意的时间顺序来提供由相叠地布置的后片材、光伏层系统和前片材组成的层压复合体和将通道引入到结构板材中。在时间上在提供了由相叠地布置的后片材、光伏层系统和前片材组成的层压复合体之后将结构板材与后片材连接。
优选地通过粘接将结构板材与后片材连接。
优选地，在施加光伏层系统之后和在将前片材和后片材连接之前将后电极层和/或前电极层与例如薄膜导体导电连接用于电接触。例如通过熔接、接合、焊接、夹紧或利用导电粘合剂粘接进行导电连接。
也可以通过集流导体将薄膜导体与后电极层和/或前电极层连接。
该方法可以包括其他本身已知的步骤，例如将光伏层系统通过切割成层系统的各个层或各个层组来划分成各个光伏活性区域（所谓的太阳能电池）或者产生无涂层的边缘区域。
在优选的实施方案中，在时间上在方法步骤（b）和（c）之间将冷却剂始流件和结构板材的冷却剂入口连接以及将冷却剂回流件与将结构板材的冷却剂出口连接。此外，将冷却剂始流件与冷却剂冷却装置的冷却剂出口连接并且将冷却剂回流件与冷却剂冷却装置的冷却剂入口连接。然后至少部分地用液态冷却剂填充通道、冷却剂始流件、冷却剂回流件和冷却剂冷却装置，例如经由可关闭的开口填充。
本发明的另一方面包括具有冷却设备的本发明光伏模块在建筑物的或用于在水上、路上或空中前进的运输工具的顶上、在建筑物正面或空地上的应用。
本发明此外包括本发明结构板材在光伏模块的后片材的后侧上的应用，用于冷却光伏层系统，优选地冷却到20℃至50℃的温度。
附图说明
根据附图和实施例更详细地阐述本发明。附图是示意图并且不是按比例的。附图不以任何方式限制本发明。其中：
图1示出具有冷却设备的本发明光伏模块的背离光入射的侧的俯视图，
图2示出根据图1的光伏模块的沿着A-A’的截面，
图2a示出图2的区段Z的放大图示，
图3示出根据图1的光伏模块的沿着B-B’的截面，
图4示出用于对光伏模块进行冷却的本发明装置的示意图，和
图5根据流程图示出本发明方法的实施例。
具体实施方式
图1、图2、图2a和图3各示出具有冷却设备的本发明光伏模块100的细节。光伏模块100包括具有前侧（I）和后侧（II）的前片材1和具有前侧（III）和后侧（V）的后片材2。前片材1的前侧（I）朝向光入射。光伏层系统3被施加到后片材2的前侧（III）上。后侧（II）和前侧（III）大面积地经由光伏层系统3借助于中间层4相互连接。前片材1、后片材2、光伏层系统3和中间层4构成层压的复合体101。前片材1对于太阳光是透明的并且由具有少的铁含量的硬化超白玻璃组成。后片材2由钠钙玻璃组成。前片材1和后片材2具有2.85mm的厚度。光伏模块100具有1.6m x 0.7m的大小。中间层4包含聚乙烯醇缩丁醛（PVB）并且具有0.76mm的层厚。
光伏模块100在底衬配置中是CIS薄层光伏模块。光伏层系统3包括布置在后片材2的前侧（III）上的后电极层10，其包含钼并且具有大约300nm的层厚。光伏层系统3此外包含光伏活性吸收层11，其包含掺杂钠的Cu(InGa)(SSe)2并且具有大约2μm的层厚。光伏层系统3此外包含前电极层2，其包含掺杂铝的氧化锌（AZO）并且具有大约1μm的层厚。在前电极层12与吸收层11之间布置缓冲层13，其包含单覆层硫化镉（CdS）和单覆层本证氧化锌（i-ZnO）。缓冲层引起在吸收层11和前电极层12之间的电子匹配。光伏层系统3利用用于制造薄层光伏模块的本身已知的方法被划分成各个光伏活性区域，所谓的太阳能电池，其经由后电极层10的区域彼此串联。光伏层系统3在具有15mm宽度的后片材2的边缘区域中以机械方式磨蚀地去除涂层。前电极层12和后电极层10经由未示出的薄膜导体以本身已知的方式电接触。
在后片材2的后侧（IV）上布置结构板材5。结构板材5由钢组成并且具有0.8mm的厚度。通过深冲将通道6引入到结构板材5中。在结构板材5的两个相对的侧边处通过通道6构造冷却剂入口19和冷却剂出口20。通道6曲折形地在冷却剂入口19和冷却剂出口20之间伸展。通道6具有直的、彼此平行布置的区段，其中相邻的直区段通过环路式区段相互连接。通道6的宽度b为了更好地图解非常大地示出。在实际构型中，通道6例如具有20mm的宽度b和相应地具有明显更大数量的曲折形回旋。通道6的相邻的直区段例如彼此具有20mm的间距。
在结构板材5的朝向后片材2的表面上构造两个接触面7、7’，其通过通道6彼此分离。接触面7、7’布置在平坦的层面中。结构板材5经由接触面7、7’与后片材2的后侧（IV）借助于粘接剂18连接。通过通道6和后侧（IV）构成冷却剂管路（L），所述冷却剂管路用在附图中未示出的液态冷却剂填充。通过粘接剂18提供在结构板材5和后片材2之间的持久稳定的和相对于冷却剂密封的连接，所述粘接剂是聚氨酯粘接剂。冷却剂入口19和冷却剂出口20提供管路（L）的开口，所述开口被设置用于在冷却回路内连接冷却剂始流件和冷却剂回流件。
通道6在垂直于其扩展方向的横截面中具有梯形的形状。仅在侧边的区域中，横截面被构成为圆形的，以便能够更简单地与冷却剂始流件或冷却剂回流件连接。通道6具有5mm的深度t。
在结构板材5的背离后片材2的表面的边缘区域中熔接固定元件8。固定元件8由钢组成并且具有有角度的轮廓，其中每个固定元件8的区域凸出光伏模块100的侧边。经由固定元件8的凸出的区域，光伏模块100可以被固定在支架上，例如通过旋紧或推入到载体轨道中。
通过本发明结构板材5，提供用于液态冷却剂的要简单和成本低地制造的和节省空间的管路（L）。通过对光伏模块100进行冷却可以在运行中将光伏层系统3的温度保持在大约20℃至50℃的范围中。由此，将辐射能量转换成电能的效率明显被提高。这样的冷却尤其是在CIS薄层光伏模块情况下由于其高温度系数是特别有利的。通过结构板材5构造的管路的侧开口允许在光伏模块100的侧边的区域中连接冷却剂始流件和冷却剂回流件。这样的侧向连接在使用位置处比经由结构板材5的后侧的连接明显更节省空间，因为光伏模块100可以以与底座、例如建筑物顶的较小间距布置。结构板材5此外导致光伏模块100的加强和加固，这由于前片材1和后片材2的小厚度是有利的。不需要附加的加强元件。此外，结构板材5通过固定元件8是用于将光伏模块100固定在使用位置处的界面。这是本发明的大的优点。
图4示出用于对光伏模块进行冷却的本发明装置的示意图。该装置示例性地包括三个本发明光伏模块100。每个光伏模块100的结构板材5的通道6经由冷却剂入口19与冷却剂始流件14连接。每个光伏模块100的结构板材5的通道6经由冷却剂出口20与冷却剂回流件15连接。光伏模块100并行地与冷却剂始流件14和冷却剂回流件15连接，使得在冷却剂始流件14和冷却剂回流件15之间的冷却剂分别仅经过光伏模块100。冷却剂始流件14和冷却剂回流件15被构造为由钢组成的管。在通道6与冷却剂入口19或冷却剂出口20之间的连接分别经由连接件9实现。每个连接件9包括两个短金属管和布置在金属管之间的和夹到金属管上的软管。一个金属管在冷却剂入口19（或冷却剂出口20）的区域中与结构板材5熔接，另一金属管与冷却剂始流件14（或冷却剂回流件15）连接，例如借助于螺纹旋紧。该装置此外包括泵16，所述泵布置在冷却剂始流件14的两个区段之间。
冷却剂始流件14和冷却剂回流件15在离开光伏模块100的地方（abseits）经由冷却剂冷却装置17相互连接。冷却剂冷却装置17是空气冷却装置并且包括四个由钢组成的管23，所述管平行地在冷却剂始流件14和冷却剂回流件15之间伸展。冷却剂冷却装置17的每个管23具有冷却剂入口21和冷却剂出口22，其中冷却剂入口21与冷却剂回流件15连接并且冷却剂出口22与冷却剂始流件14连接，例如借助于螺纹旋紧。
通过结构板材5的通道6和后片材2构造的管路（L）、具有泵16的冷却剂始流件14、冷却剂回流件15、连接件9和冷却剂冷却装置17提供闭合的冷却剂回路。冷却剂回路例如用水作为冷却剂填充。冷却剂通过泵16被泵浦通过冷却剂回路。在光伏模块100的区域中，冷却剂从光伏模块100吸收热量并且由此导致光伏层系统3的温度降低。被加热的冷却剂将热量通过冷却剂冷却装置17发出给环境空气。光伏层系统3的温度因此可以持久地被保持在20℃至50℃的范围中。
图5示例性地示出用于制造具有冷却设备的光伏模块的本发明方法。
对于技术人员未预期的和吃惊的是，通过本发明结构板材可以以简单的、节省空间的和成本低的方式实现光伏模块的光伏层系统的有效冷却。对于技术人员进一步未预期的和吃惊的是，通过本发明结构板材同时可以提供光伏模块的加强和加固和用于固定光伏模块的界面。
附图标记列表：
（1）前片材
（2）后片材
（3）光伏层系统
（4）中间层
（5）结构板材
（6）通道
（7）结构板材5的接触面
（7’）结构板材5的接触面
（8）固定元件
（9）连接件
（10）后电极层
（11）吸收层
（12）前电极层
（13）缓冲层
（14）冷却剂始流件
（15）冷却剂回流件
（16）泵
（17）冷却剂冷却装置
（18）粘接剂
（19）结构板材5的冷却剂入口
（20）结构板材5的冷却剂出口
（21）冷却剂冷却装置17的冷却剂入口
（22）冷却剂冷却装置17的冷却剂出口
（23）管
（100）光伏模块
（101）由前片材1、光伏层系统3和后片材2组成的层压复合体
（L）冷却剂管路
b 通道6的宽度
t 通道6的深度
I前片材1的前侧
II前片材1的后侧
III后片材2的前侧
IV后片材2的后侧
A-A’截线
B-B’截线
Z 光伏模块100的区段。
Claims (16)
1.具有冷却设备的光伏模块（100），至少包括：
-由相叠地布置的后片材（2）、光伏层系统（3）和前片材（1）组成的层压复合体（101），和
-布置在后片材（2）的后侧（IV）上的结构板材（5），
其中
-将至少一个在冷却剂入口（19）和冷却剂出口（20）之间伸展的通道（6）引入到结构板材（5）中，
-在结构板材（5）的表面上构造至少两个接触面（7,7’）,所述接触面通过通道（6）彼此分离并且经由所述接触面使结构板材（5）与后侧（IV）连接，和
-至少部分地用液态冷却剂填充通道（6）。
2.根据权利要求1所述的光伏模块（100），其中通道（6）通过在结构板材（5）中的变形构造并且在结构板材（5）的朝向后片材（2）的表面上构成凹处和在结构板材（5）的背离后片材（2）的表面上构成突起部。
3.根据权利要求1或2所述的光伏模块（100），其中通过通道（6）和后侧（IV）构成冷却剂管路（L）。
4.根据权利要求1至3之一所述的光伏模块（100），其中冷却剂入口（19）和冷却剂出口（20）布置在结构板材（5）的至少一个侧边处，优选地布置在两个相对的侧边处，并且其中通道（6）优选曲折形地伸展。
5.根据权利要求1至4之一所述的光伏模块（100），其中结构板材（5）至少包含钢和/或铝。
6.根据权利要求1至5之一所述的光伏模块（100），其中结构板材（5）具有0.1mm至3.0mm、优选地0.3mm至0.8mm的厚度，并且其中结构板材（5）的厚度优选地是恒定的。
7.根据权利要求1至6之一所述的光伏模块（100），其中通道（6）具有0.5mm至20mm、优选地2mm至10mm的深度t并且优选地具有2mm至50mm、特别优选地5mm至20mm的宽度b。
8.根据权利要求1至7之一所述的光伏模块（100），其中结构板材（5）经由粘接剂（18）、优选地聚氨酯粘接剂与后片材（2）连接。
9.根据权利要求1至8之一所述的光伏模块（100），其中在结构板材（5）的背离后片材（2）的表面上布置至少一个固定元件（8）。
10.根据权利要求1至9之一所述的光伏模块（100），其中光伏层系统（3）包括至少一个在前电极层（12）与后电极层（10）之间的光伏活性吸收层（11），并且其中光伏活性吸收层（11）至少包含多晶硅或铜-铟（镓）-硫/硒（CI(G)S）并且其中光伏层系统优选地布置在后片材（2）的前侧（III）上。
11.用于对光伏模块进行冷却的装置，至少包括：
-至少一个根据权利要求1至10之一所述的光伏模块（100），
-冷却剂始流件（14），其与冷却剂入口（19）连接，
-冷却剂回流件（15），其与冷却剂出口（20）连接，
-具有至少一个冷却剂入口（21）和还少一个冷却剂出口（22）的冷却剂冷却装置（17），其中冷却剂入口（21）与冷却剂回流件（15）连接并且冷却剂出口（22）与冷却剂始流件（14）连接，和
-在通道（6）、冷却剂始流件（14）、冷却剂回流件（15）和冷却剂冷却装置（17）中的液态冷却剂。
12.根据权利要求11所述的装置，所述装置包括泵（16），所述泵适用于将冷却剂泵浦通过通道（6）、冷却剂始流件（14）、冷却剂回流件（15）和冷却剂冷却装置（17）。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中冷却剂冷却装置（17）包括至少一个在冷却剂始流件（14）和冷却剂回流件（15）之间伸展的管（23）。
14.用于制造根据权利要求1至10之一所述的光伏模块（100）的方法，其中至少：
（a）将至少一个在冷却剂入口（19）和冷却剂出口（20）之间伸展的通道（6）引入到结构板材（5）中，
（b）将结构板材（5）经由接触面（7,7’）与后片材（2）的后侧（IV）连接，和
（c）至少部分地用液态冷却剂填充通道（6）。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在方法步骤（b）和方法步骤（c）之间
-将冷却剂始流件（14）与冷却剂入口（19）连接，
-冷却剂回流件（15）与冷却剂出口（20）连接，
-将冷却剂始流件（14）与冷却剂冷却装置（17）的冷却剂出口（22）连接，和
-将冷却剂回流件（15）与冷却剂冷却装置（17）的冷却剂入口（21）连接，
并且其中在方法步骤（c）中至少部分地用液态冷却剂填充通道（6）、冷却剂始流件（14）、冷却剂回流件（15）和冷却剂冷却装置（17）。
16.结构板材（5）在根据权利要求1至10之一所述的光伏模块（100）的后片材（2）的后侧（IV）上的应用，用于将光伏层系统（3）冷却到20℃至50℃的温度。
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