CN1893121B - 挠性非玻璃太阳能组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非玻璃的挠性太阳能组件及其制造方法，其中所述组件安置有具有集成的穿透配线和插座部件的环形挠性框架，这些部件正面形成在框架中，通过插入式连接器进行组件互连。所述太阳能组件在其背面是彻底完全密封的，并且具有全表面的光滑纹理，这些纹理是通过将优选由塑料制成的挠性薄面板与层压体一起插入到用于通过RIM(反应注模)制造框架的模板中而形成的。将所述组件安装在建筑物上，在实际操作中，优选结合/胶接到任何随机的屋顶材料以及弯曲的表面上，并且没有向后的电缆引线。
Description
技术领域本发明涉及挠性非玻璃太阳能组件及其制造方法。背景技术目前制造的太阳能组件中超过90％是由“太阳能电池”组成的，所述的太阳能电池的一面覆盖有玻璃窗，另一面被特殊的合成箔或另一玻璃窗覆盖。这样的太阳能电池的嵌入体通称为“层压体”。在框架通常是由与后面电连接的铝轮廊组成的情况下，所述层压体被转化成可商用的最终产品，“太阳能组件”。可以理解，这样的组件不是挠性的，因而不太适合通过胶接法用于建筑整合。
术语“箔组件”是指在两个合成箔之间，以及如果需要在正面半透明箔和背面的挠性金属(铝或高质量钢)片之间的太阳能电池的嵌入体。这样的箔组件在挠性上受到限制。它们被优选用于野营应用，由于对雹暴缺乏安全性，它们也不能用于建筑整合用途。
DE 103 56 690提出了一种使用晶体硅电池并且防雹暴的挠性箔组件。在该专利中，设想了一种“穿透配线(through-wiring)”，但是却被插进层压体中。出版的专利说明书DE 100 48 034同样设想了一种用于通过胶接法用于屋顶整合的挠性组件(“BIPV组件”＝建筑整合光电组件)中的穿透配线。但是，在两个专利中，均没有提及构架和将穿透配线整合到框架中。
箔层压体
是世界上唯一的，其包含在两个合成箔之间的电池的嵌入体，所述的电池由无定形硅薄层制成，气相沉积于高质量金属薄钢板上。其次，它们均是挠性的且对雹暴安全，并且特别制造以用于与光滑屋顶材料如金属钢板、钛锌金属板等的胶接过程。
这样的用于制造“BIPV装置”的
层压体已经被THYSSEN-HOESCH使用了若干年，并且以“
”的商品名正在销售。此时没有进行层压体的构架；而且，通常长达数米的“太阳能卷式商品(solar rolled mechandise)”是在工厂中胶接到屋顶带上的，并且具有相对操作密集效果，在每个层压体的至少一个位置上安置有背面电缆联接，这意味着不可避免地需要穿透屋面。
将层压体胶接到最长达8米的屋顶带上在其原理上是不利的，因为每个屋顶带必须在制造商的工厂中与屋顶材料相匹配地(长度和颜色等)制造。不仅胶接技术(使用130℃加热台和EVA-熔化粘合)的结果，而且首先，不能以专业标准如此在建筑上进行背面电连接构造。
因此，现有的BIPV技术，例如HOESCH和RHEINZINK通过获得挠性UNIsolar
层压体而实现的，显示出一些严重的缺点：胶接和电缆联接是在工厂中而非在建筑工地上进行的，因此，除了涉及长达8m的金属薄板外形的运输问题外，还存在生产整个“定制”屋顶而不是大规模销售标准商品的问题。即，通常屋顶材料是作为成卷商品提供的，并且在建筑工地直接制造外形(例如RHEINZINK的“Profilomat”技术)。再有的缺点是：建筑的大量连接点的点互连是相当操作密集的。此外，在运输和屋顶带安装(例如采用Rheinzink的“Falzomat”技术)的过程中存在较大的损坏敏感的太阳能技术设备的风险。
专利申请DE 100 48 034已经或多或少地解决了上述问题的一部分。如果在此之外使用层压体的挠性构架代替非构架的自粘合技术的话，则将提供决定性的改进：
a)防分层和防湿气进入的“边缘保护”，即，防止电池退化；
b)有电部件的额外的绝缘(II级保护构造)；
c)简单的组件插入式连接器整合；
d)持久胶接和密封地面下底基的预防措施
e)在框架处通过粘合使用正面保护箔
f)专业设计；还可以在不自粘合的情况下使用组件。
两个申请US 4 830 038和US 5 008 062似乎预先考虑了提供具有框架的挠性太阳能层压体的想法，所述框架是通过RIM(反应注模)由合成材料制造的。但是，实际上，存在实质性的区别：
a)根据这些美国专利密封的太阳能层压体是玻璃面板，因此不能得到挠性组件，并且这也不是这些专利的发明目的。而且，此处涉及的是明确的相反方面，即分别加强和保护玻璃面板(防止破裂)。
b)这些美国专利实际上不想拥有一个构架，而是通过RIM完全密封玻璃型层压体，这是明确地包含背面合成材料涂层的一个事实。
c)根据这些美国专利，太阳能电池和组件连接之间的连接线被埋在合成材料中。但是，没有只言片语提及用于与相邻组件互连的穿透配线。
d)用于RIM方法的合成材料在玻璃上具有无可非议的附着力，并且由玻璃制成的层压体也不可能与RIM外壳一起偏斜。为此，本发明的发明目的是基于一种完全不同的性质。
此外，从EP 1 225 642已知有这样一种方法，其中具有框架和由弹性体聚氨酯组成的背面的太阳能组件配备有背面的和周围的泡沫。在这里优选采用反应注模方法(RIM)。但是，所述的出版物没有描述太阳能组件具有根据本发明的为挠性的特征。此外还明确提到，可以将“固定部件”整合到框架中。但是，没有提及穿透配线的整合。
组件框架中的穿透配线的整合对于标准组件也是不明显的，因为它们不是胶接在背面上和/或它们不是必须位于任何底基的整个表面上。而且通常，采用的是背面连接盒和连接到相邻组件的电缆连接。
根据EP 1 225 642还设想，与框架一起，层压体背面还同时覆盖有合成材料层。但是，没有提及这样的事实，即层压体的背面覆盖可以用在将层压物放入之前构件已经拥有其的方式更加有利地进行。与同时构架和背面起泡(foaming)不同的是，后者还可以由框架材料外的其它材料组成。
根据EP 1 225 642中描述的方法构架商品名“UNIsolar
”的挠性层压体的试验由于两个原因而不成功：
(1)通常将Teflon
箔用于挠性太阳能组件的正面以获得防尘性。这实际上不可避免地导致在正面发生框架不粘附的情形，即，由于Teflon
和例如聚氨酯的材料的差附着力，不能获得持久的防湿密封性。
(2)作为周围的例如聚氨酯的发泡作用的结果，挠性层压体的背面覆盖物还不可避免地导致层压体的偏斜(deflection)。其原因在于，背面的合成材料在RIM过程中收缩并且热膨胀反应与太阳能层压体不同。在背面注入后的层压体的冷却过程中，出现成品组件的不希望有的偏斜。
商品名“
”的挠性层压体。在将优选由扁平铜带组成的穿透配线首先在正面应用到
箔上，并且通过铆接和/或合适且特殊的胶接方法持久地结合到层压体上情况下，已经提到的正面不粘附和偏斜的缺点实际上得以避免。
框架部件安全地粘在铜带上，从而不出现在没有穿透配线情况下观察到的不利的框架与层压体的不粘附。
此外，层压体的背面在制造例如具有发泡或紧密合成面板之前提供有覆盖物。该面板在构架过程中不收缩或者变热，因而没有层压体的不利偏斜，这种偏斜是在具有框架材料的背面的周围发泡过程中出现的。此时，在RIL过程中框架和与框架相邻的背面面板之间形成了紧密的粘附，因此，一方面确保了背面面板的充分的机械支撑，另一方面在背面还确保了可靠的防湿密封。
以这种方式，即使在面板和层压体背面的粘附不存在或者不充分的情况下背面的密封仍保持完整。同样，在正面粘附的情况下，与一些层压体的背面(例如层压体的背面，由于它们的
背面)的胶接造成困难。
代替由发泡或紧密合成材料组成的背面面板，还可以采用层型结构构造，使得成品组件在持久弹性基础上自粘合。为此，并且如在其它地方(DE100 48 034)已经提出的，封闭多孔泡沫层是合适的，该封闭多孔泡沫层涂布在粘合箔底面并且用可除去(可剥离)保护箔(例如硅纸)覆盖。如果将与所述层结构构造一起的层压体放入用于通过RIM技术形成框架的模板中，同样形成框架和背面泡沫材料覆盖物切割边缘的紧密结合。此时，建议泡沫层的尺寸厚于框架的下侧，以便在屋顶的胶接过程中组件不是位于框架上，而可以使泡沫材料的补偿功能有效。
发明内容因此，本发明的目的首先是修改EP 1 225 642提出的用于挠性层压体的构架方法。在这种情况下，可以将合成材料的刚性设置在一个低水平，并且尽可能地省去填充材料，以便框架本身保持挠性。后者不是显而易见的，因为更倾向于对于玻璃层压体将填充材料含量设置在一个高水平以适应热膨胀系数并且避免弯曲应力，而且所产生的框架的刚性被认为是一个优点。
其次，通过穿透配线以“偶合剂方式”实现了在层压体正面的框架的曾经有问题的粘附。将穿透配线在正面的边缘环形布置，使得其在该位置处承担导电体和“偶合剂”的双重功能，而不是在层压体内部(参阅DE 10356 690，图6)或者在层压体背面上(参阅DE 100 48 034，图2)，这无庸置疑是一个发明步骤。
当层压体背面必须在整个表面被覆盖并且必须防护湿气时，则根据EP1 225 642、US 5 008 062和US 4 830 038，随着框架和背面的同时保护，将再次发生偏斜，这是不可接收的，在此出现第三个创造性的发明想法。该发明想法是形成背面覆盖物作为额外的和抛光的部件(面板或泡沫材料层)，并且将其在放入用于RIM在层压体背面周围发泡的模板之前固定位置。
当然，可以在形成框架之后插入这种背面覆盖物。但是，这意味着额外的加工步骤，其中面板和框架之间的粘附和密封问题造成某些技术困难，这甚至仅仅是因为挠性太阳能组件所不可避免的尺寸误差。
如上所述，采用如下的自粘合结构构造可以容易地提供具有背面合成面板的挠性组件。为此并且优选地，首先在框架底面上通过丁基橡胶在组件和底基之间环形地施加持久的弹性密封件，这是在工厂中已经做完的。其次，通过在建筑工人侧涂覆合适的水泥，例如可以作为筒装商品一起供应的MS-聚合物-水泥，实现可靠的胶接。因此，在建筑工地，首先除去丁基橡胶上的保护箔，然后将水泥涂覆在合成面板上的4～6个位置，最后将组件压在表面下，例如还压在混凝土或沥青屋顶边程上。这种密封和粘合技术(2体系)同样适合于已经存在的或者困难的表面下材料。
如果所涉及的材料是新的，即如果使用的是清洁的、干燥的和无油脂的表面下材料，例如由钛锌金属片(RHEINZINK的产品)或者彩漆的铝(ALCAN的)制成的屋顶带，使用由封闭多孔泡沫材料组成的涂布有丙烯酸粘合剂箔的背面层，也可以获得充分可靠的和密封的胶接。于是，可以节约背面和挠性合成面板的费用，其中在其位置处，将具有软泡沫材料的自粘合结构定位在层压体的背面，并且与层压体一起放入模板中，用于形成框架。但是，为了利用弹性并且随后确保在屋顶材料上的无阻碍的粘附，自粘合泡沫材料应当具有大于框架底面厚度的厚度。
附图说明图1示意性地显示了根据本发明的BIPV组件的俯视图。图2显示了通过没有预防屋顶胶接的BIPV组件的框架的横截面。图3显示了具有合成构架(1)的挠性层压体(2)，其中正面粘附再次通过铜带(3a)实现，所述铜带(3a)通过合适的水泥层(3b)与层压体结合。图4显示的是类似于图2的根据本发明的挠性组件，但是具有用于胶接在旧的或有障碍的表面下部分上的附加的预防措施。具体实施方式下面基于主附图(图1)和三个实施方案实例(图2～4)更详细地解释本发明。
图1示意性地显示了根据本发明的BIPV组件的俯视图。挠性层压体(2)被挠性合成框架(1)围绕；周围的穿透配线(3a)通过发泡(foamed)进入其中，并且不与电池的电连接配线(9a，9b)混淆。因此，示出了用于组件连接的2个插座(10a，10b)和用于穿透配线(10c)的插入式连接器的4个插座。在组件框架的角上，有4个通过穿透配线(3a)扁平带的定位孔(8)，但是，在每种情况下均通过在发泡过程之前插入的合成插座(未示出)防止电接触。
图2显示了通过没有预防屋顶胶接的BIPV组件的框架的横截面。挠性层压体(2)被挠性合成构架(1)围绕，其中框架的正面粘附是通过穿透配线(3a)的铜带实现的，穿透配线(3a)被铆钉(7)通过正向锁定而固定在层压体(2)上并且用粘合带(3b)另外定位。潜在的进水点(4)的位置位于紧邻铜带处(约1mm间隙)，因此，持久密封。挠性层压体(2)宽度的任何可能的尺寸公差均在区域(11)中抵消，因此框架与铜带的间隙不会受此影响。
在背面，挠性层压体(2)配备有可弯曲的PVC硬泡沫面板(6)。当面板(6)和层压体一起放入模板用于(通过RIM)形成框架时，在位置(5)处确保框架(1)和面板(6)的紧密连接。
图3显示了具有合成构架(1)的挠性层压体(2)，其中正面粘附再次通过铜带(3a)实现，所述铜带(3a)通过合适的水泥层(3b)与层压体结合。在背面，挠性层压体(2)在放入模板(form)用于形成框架之前提供有持久弹性泡沫材料层(6a)，并且用粘合箔(6b)定位于层压体上，其中软泡沫材料层(6a)在其底面具有用于与比较新的屋顶材料结合的合适的粘合层(6c)，还具有普通的可除去(可剥离)的保护箔(6d)。此处，泡沫材料层(6a)的厚度大于框架(2)底面的厚度。
图4显示的是类似于图2的根据本发明的挠性组件，但是具有用于胶接在旧的或有障碍的表面下部分上的附加的预防措施。向框架(1)内形成圆周凹槽(12c)，并且在工厂周构架之后，将由持久粘合剂丁基橡胶制成的密封绳(12a)定位于该凹槽中。在胶接组件前除去建筑物侧的覆盖箔(12b)，同样在建筑物侧涂覆单独的粘合点(13)。
穿透配线(3a)与层压体(2)通过铆钉(7)的固定连接，如从图2已知的，由垫圈(7a)(例如由铝制成)的表面下插入件支撑，通过该垫圈(7a)，层压体表面下部分上的聚氨酯框架依靠垫圈的胶接效果获得了额外的锚定点。
与可商购的BIPV(例如THYSSEN的)相比，根据本发明的产品的优点在于，无论随机的建筑结构的光滑以及弯曲表面，例如在屋面材料或正面砌石面上，
(1)将组件应用于建筑物侧，即，同样应用于已经存在的“旧的”建筑物表面；
(2)在几乎所有表面下部分上，例如在混凝土或沥青屋顶边程(roofcourse)上，组件均可持久地胶接；
(3)组件的电连接包含在它们的框架内和/或依靠屋顶上部的插入式连接建立的，因此只在很少的位置上需要穿透屋顶表层；
(4)不需要在制造商处对象相关地定制太阳能屋面材料，包括其可观的运输费用；
(5)组件经过了实质性的质量升级(例如，在退化，分层，通地漏泄等方面)，因为通过构架，获得了边缘保护和背面密封与使用底材料的胶接的“去偶联”；
(6)组件可以装备有正面保护箔；由于保护箔与层压体的Teflon正面没有附着力，保护箔直至目前也没有被使用，和/或DE 100 48034的权利要求7在没有框架的情况下不能实现。
各种具体改进简述于以下各项：
项2，即挠性非玻璃太阳能组件，其具有密封挠性层压体边缘的由合成材料制成的圆周框架，其中合成材料框架具有持久弹性和挠性，并且在该框架中形成扁平带型穿透配线，所述穿透配线在层压体正面上紧邻框架内边缘处成环形地延伸并且与层压体稳固结合，其中将插入式插座应用在穿透配线的末端并且形成到框架中：仅涉及穿透配线的插入式插座。如果需要，据信从US 5 008 062的图6和7的60和62部分可以预料到组件连接的两个插入式插座。
项3，即用于制造根据项2的挠性非玻璃太阳能组件的方法，其中，根据反应注模法制造框架，其中将挠性层压体放入用于形成框架的模板中，而后将扁平带型穿透配线在层压体正面上成环形地且稳固地结合，并且在末端提供插入式插座：含有由PVC硬泡沫组成的背面面板的用法，具有这样的优点：该材料非常轻，切割边缘具有在RIM过程中支持与框架紧密连接的结构，并且这种面板材料可以作为便宜的标准产品从市场上获得。
项14，即上面所述的挠性非玻璃太阳能组件，其中在框架中的下侧上形成中空的圆周通道以容纳所述圆周密封件：位于角上并且完全穿过带型穿透配线的附加固定孔的布置的优点在于，在该位置和以及在铜带的重叠处，框架具有特别稳定的机械刚性，并且通过这样的孔可以减小电源引线的线横截面。
附图标记录
1＝合成构架
2＝挠性太阳能层压体
3a＝穿透配线(铜带)
3b＝特殊胶接
4＝潜在的进水点
5＝连接框架背面
6＝硬泡沫面板
6a＝泡沫材料层
6b＝粘合层A
6c＝粘合层B
6d＝保护箔(在建筑物侧可除去)
7＝铆钉连接
8＝合成插座
9a＝连接配线，正
9b＝连接配线，负
10a＝插入式插座，正
10b＝插入式插座，负
10c＝插入式插座，穿透配线
11＝公差＝区域
12a＝Butylon-圆绳
12b＝保护箔(在建筑物侧可除去)
12c＝空心管道，环形的
13＝粘合剂(筒装商品，用于建筑物侧)。
Claims (16)
1.挠性非玻璃太阳能组件，其具有密封挠性层压体边缘的由合成材料制成的圆周框架，其中，
合成材料框架具有持久弹性和挠性，并且在该框架中形成扁平带型穿透配线，所述穿透配线在层压体正面上紧邻框架内边缘处成环形地延伸并且与层压体稳固结合。
2.根据权利要求1的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
将插入式插座应用在穿透配线的末端并且形成到框架中。
3.根据权利要求1的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
将由合成材料或金属制成的挠性面板用作层压体的背面覆盖物。
4.根据权利要求3的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
权利要求3中所述的面板由PVC硬泡沫组成。
5.根据权利要求1挠性非玻璃太阳能组件，其中，
将由不受气候影响的、封闭多孔的、柔软且持久弹性的泡沫材料组成的层用于层压体的背面覆盖物。
6.根据权利要求5的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
该泡沫材料层的厚度大于其下面上框架的厚度。
7.根据权利要求5的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
在泡沫材料的背面完全或者部分地提供自粘合层，并且在自粘合的那些位置提供可除去的保护箔。
8.根据权利要求1的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
将由持久弹性密封材料组成的圆周密封件应用在框架的背面上。
9.根据权利要求8的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
在框架中的下侧上形成中空的圆周通道以容纳所述圆周密封件。
10.根据权利要求1的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
框架具有固定孔，这些固定孔位于框架的角上与带型穿透配线重叠的位置处，其完全穿过框架和穿透配线，并且用合成插座加以保护，以防护天气条件以及无意的与固定螺钉的电接触。
11.用于制造根据权利要求10的挠性非玻璃太阳能组件的方法，其中，
在将层压体包含在模板中用于通过RIM形成框架之前，特地使用于固定目的的孔穿过层压体以及穿透配线的重叠处，并且将由绝缘合成材料组成的插座安置在固定孔中。
12.根据权利要求1的挠性非玻璃太阳能组件，其中，
将面对光线的正面覆盖保护箔，覆盖方式是这样的：保护箔超出层压体，部分覆盖框架，并且使用框架作为所述挠性太阳能组件的粘性底表面。
13.用于制造根据权利要求2的挠性非玻璃太阳能组件的方法，其中，
根据反应注模法制造框架，其中将挠性层压体放入用于形成框架的模板中，而后将扁平带型穿透配线在层压体正面上成环形地且稳固地结合，并且在末端提供插入式插座。
14.根据权利要求13的制造挠性非玻璃太阳能组件的方法，其中，
在层压体处的带型穿透配线的稳定连接是依靠铆接和/或胶接进行的，其中可以将金属垫圈加到铆钉下以另外锚定背面框架。
15.制造根据权利要求3的挠性非玻璃太阳能组件的方法，其中，
在将层压体放入模板用反应注模法形成框架之前，将背面覆盖物定位在层压体的背面上。
16.用于制造根据权利要求5的挠性非玻璃太阳能组件的方法，其中，
在将层压体放入模板中用反应注模法形成框架之前，将泡沫材料层胶接于层压体的背面。
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Germany Leverkusen Patentee after: BAYER MATERIALSCIENCE AG Address before: Germany Leverkusen Patentee before: BAYER MATERIALSCIENCE AG |
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| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: WD Ref document number: 1095211 Country of ref document: HK |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100922 Termination date: 20130705 |