CN204011448U - 太阳能模块以及具有太阳能模块的平顶 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及太阳能模块(1)以及具有太阳能模块的平顶，所述太阳能模块至少包括：a)载体层(2)；b)第一中间层(3)，其布置在载体层(2)之上；c)至少一个结晶太阳能电池(4)，其布置在第一中间层(3)之上；d)第二中间层(5)，其布置在结晶太阳能电池(4)之上；e)前片材(6)，其由厚度为0.85至2.8mm的玻璃构成，该前片材布置在第二中间层(5)之上，以及f)边缘加强部(7)，其中，边缘加强部(7)超出前片材(6)至少0.5mm的高度(h)并且边缘加强部(7)在太阳能模块(1)的每个角部(12)处具有至少一个排水槽(8.1)，所述排水槽将边缘加强部(7)的内侧(10)与外侧(11)连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种重量轻的太阳能模块，一种用于制造重量轻的太阳能模块的方法以及一种带有太阳能模块的平顶。
背景技术
用于直接将太阳辐射转换成电能的光伏层系统充分已知。层的材料和布置协调为使得入射辐射被一个或多个半导体层以尽可能高的辐射产量直接转换成电流。光伏的且平面伸展的层系统称作太阳能电池。
太阳能电池在所有情况下均含有半导体材料。迄今已知的大于20％的最大效率利用由单晶的、多晶的或微晶的硅或镓-砷化物构成的高功率太阳能电池来实现。目前所安装的太阳能电池功率超过80％基于结晶硅。
多个太阳能电池的电路称作光伏模块或太阳能模块。太阳能电池的电路以已知的气候稳定的结构受到持久保护而免受环境影响。通常，由低铁的钠钙玻璃构成的两个片材和增附的聚合物薄膜与太阳能电池连接成气候稳定的太阳能模块。太阳能模块可以通过接线盒互连成多个太阳能模块的电路。太阳能模块的电路通过已知的功率电子装置与公共供电电网或者自给自足的电能供给装置连接。
仓库或工业设施的平顶有大的、暴露的且未受遮挡的面。所述平顶因此特别好地适于安装光伏设备。平顶的顶部覆层通常由金属板构成并且例如由梯形板构成。平顶通常仅具有2％到17.6％的顶部坡度，并且仅具有例如75kg/m2的低承载能力。
根据现有技术的太阳能模块(其中太阳能电池层压在由钠钙玻璃构成的两个片材之间)具有例如18kg/m2的高单位面积重量。所述太阳能模块因此并不适于安装在承载能力低的平顶上。
US2010/0065116A1公开了一种具有5kg/m2到10kg/m2的单位面积重量的薄玻璃太阳能模块。薄玻璃太阳能模块包括载体层、太阳能电池和非常薄的化学硬化玻璃构成的前片材。非常薄的玻璃是柔韧的。前片材如此柔软使得冰雹 粒的击中能量在法律规定的冰雹冲击测试中通过太阳能模块的背侧上的载体层承受。
这样的结构并不适于由结晶硅构成的高功率太阳能电池。结晶硅是脆的并且会由于前片材弯曲而折断。这通常导致太阳能电池的大区域损毁，即使前片材如此柔韧使得其不受损伤。
DE10 2009 016 735A1描述了一种带有前片材和后片材的太阳能模块，其中，片材中的一个具有至少3mm的厚度而另一个具有至多2mm的厚度。
EP1 860 705A1公开了一种稳定的自承载的太阳能模块，其在其外部区域处布置在安装框架中。安装框架具有缺口，处于太阳能模块上的液体会通过该缺口流走。
JP2009141216A公开了一种太阳能模块，其布置在U形框架中。在太阳能模块与U形框架之间布置有弹性材料。U形框架和弹性材料在至少一个部位处具有凹进部，该凹进部能够实现处于太阳能模块上的液体流走。
FR2 922 363A1涉及一种用于密封太阳能模块的方法，其中，前片材和后片材具有用于容纳密封件的间隙。
US4,830,038A描述了一种太阳能模块，其通过弹性体支撑和封装。弹性体以压铸方法围绕背侧、侧面和前侧的一部分浇注。
DE10 2008 049 890A1公开了一种光伏装置，其具有透明塑料层和布置在透明塑料层的一侧上的光伏模块。光伏模块具有至少一个光伏电池，其布置在朝向透明塑料层的前侧覆盖层和背离塑料层的背侧覆盖层之间。
DE35 13 910A1描述了一种太阳能模块，其中至少一个太阳能电池嵌入塑料中。在塑料的边缘区域中，布置有至少一个用于固定太阳能模块的装置。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有结晶太阳能电池的太阳能模块，该太阳能模块重量轻并且尤其适于安装在平顶上。
本发明的任务根据本发明通过根据权利要求1所述的太阳能模块来解决。优选的实施从从属权利要求中得到。
此外，本发明包括一种用于制造太阳能模块的方法。
根据本发明的太阳能模块的应用从其他权利要求中得到。
根据本发明的太阳能模块包括：
a)载体层，
b)第一中间层，其至少分段地(abschnittsweise)布置在载体层之上，
c)至少一个结晶太阳能电池，其布置在第一中间层之上，
d)第二中间层，其布置在结晶太阳能电池之上，
e)前片材，由厚度为0.85至2.8mm的玻璃构成，该前片材布置在第二中间层之上，以及
f)边缘加强部，
其中，边缘加强部(7)超出前片材(6)至少0.5mm的高度(h)并且边缘加强部在太阳能模块的每个角部处具有至少一个排水槽，所述排水槽将边缘加强部的内侧与边缘加强部的外侧连接。
在本发明的一种有利的扩展方案中，前片材包含部分预加应力的或预加应力的、优选以热的方式部分预加应力或预加应力的、或硬化的、例如以热或化学方式硬化的玻璃。
前片材优选具有0.9mm到2.6mm的厚度，特别优选0.9mm到1.5mm的厚度。
在本发明的一种有利的扩展方案中，结晶太阳能电池包括单晶或多晶太阳能电池，优选具有掺杂的半导体材料，如硅或镓砷化物。可替换地，结晶太阳能电池包括由结晶太阳能电池和另一太阳能电池(例如薄层太阳能电池、有机太阳能电池或无定形或微晶硅太阳能电池)构成的串联式电池。
在本发明的一种有利的扩展方案中，结晶太阳能电池包括所有太阳能电池，其本身和/或其载体材料是脆的并且通过略微弯曲或具有小的力的点状负荷而折断或损伤。略微弯曲在此例如表示小于1500mm的曲率半径的翘曲。具有小的力的点状负荷在此表示在冰雹冲击测试中由直径为25mm并且速度为23m/s的冰雹粒击中产生的凹陷。损伤在此表示由于半导体材料、载体材料或电线路连接的机械损伤(例如由于短路或线路中断)而导致太阳能电池光伏特性的劣化。损伤使太阳能电池的光伏特性劣化。该损伤使太阳能电池的光伏特性劣化。太阳能电池的损伤减低太阳能电池的效率，例如在击中之后立即减低例如超过3％。通常，效率进一步劣化由于在时间过程中微裂缝而发生。
第一中间层和/或第二中间层包含粘合层，优选一个或多个粘合薄膜，其特别优选由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物(lonomeren)、 热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体聚烯烃(TPO)、热塑性弹性体(TPE)或其他具有相应粘合和防湿特性的材料构成。粘合层的厚度可以宽泛地变化并且优选为0.2mm到1mm并且尤其为0.4mm。
根据本发明的太阳能模块的外部尺寸可以宽泛地变化并且优选为0.6m×0.6m到1.2m×2.4m。根据本发明的太阳能模块优选包含6到100个太阳能电池或太阳能电池阵列。单个太阳能电池的面积优选为153mm×153mm到178mm×178mm。
前片材优选包含以热的方式部分预加应力的或预加应力的玻璃，其具有30MPa到120MPa并且优选32MPa到85MPa的预应力。前片材优选包含钠钙玻璃、低铁的钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃。前片材可以具有附加的其他涂层，如抗反射层、抗粘附层或抗刮层。前片材可以是单玻璃或由一个或多个片材构成的复合玻璃。由复合玻璃构成的前片材可以包含其他层，如透明的热塑性粘合层。
根据本发明的太阳能模块的前片材必须足够稳定并且不柔软，以便保护其下的结晶太阳能电池免受损伤。损伤的可能原因是冰雹冲击、风载荷、雪载荷或在安装时的弯曲以及由人或动物的踩踏或模具掉落。同时，前片材应尽可能薄并且具有小的重量，以便适于安装在具有低承载能力的平顶上。
如本发明人的试验所表明的那样，带有由部分预加应力或预加应力的厚度为至少0.85mm的玻璃构成的前片材的根据本发明的太阳能模块满足关于抗扭曲性和稳定性的技术要求。
根据现有技术的具有柔软的前片材的结构并不适于由结晶硅构成的高功率太阳能电池。结晶硅是脆的并且会由于前片材弯曲而折断。这通常导致太阳能电池的大区域损毁，即使前片材如此柔韧使得其不受损伤。
前片材的厚度决定性地确定了太阳能模块的重量。为了提供尽可能轻重量的太阳能模块(其适于安装在具有仅小的承载能力的平顶上)，优选使用具有至多2.8mm的厚度的前片材。根据本发明的具有厚度为2.8mm的前片材的太阳能模块具有大约10kg/m2的单位面积重量。这样的太阳能模块因此适于安装在具有至少10kg/m2的低承载载荷预留的平顶上。
前片材优选具有0.9mm到2.6mm的厚度，特别优选0.9mm到1.5mm的厚度。
根据本发明的具有至少0.85mm的厚度的前片材尤其在根据IEC61215的冰雹冲击测试中提供对在太阳能模块中所包含的结晶太阳能电池的足够保护。冰雹冲击测试包括以直径为25mm和速度为23m/s的冰雹粒轰击(Beschlag)太阳能模块的前侧。根据本发明的前片材具有足够的稳定性和不屈性，以便吸收冰雹粒击中的能量，而不损伤结晶太阳能电池。
只要冰雹击中不在边缘区域中进行，根据本发明的前片材本身通过冰雹冲击测试不受损伤。玻璃片材的边缘区域特别是当在冰雹冲击测试中冰雹粒撞击时对剥落物和贝壳状破裂特别敏感。
根据本发明的边缘加强部超出前片材一高度h。高度h为至少0.5mm、优选至少0.75mm并且特别优选1mm到5mm。通过边缘加强部超出前片材形成受保护的区域。直径例如为25mm的冰雹粒由于边缘加强部超出h而不能向前挤入前片材的特别易损伤的边缘区域中。高度h可以通过玻璃冲击测试中的简单试验来确定。
在一种可替换的扩展方案中，根据本发明的太阳能模块包括边缘加强部，其优选在至少0.2cm、优选至少0.5cm的宽度(b)上覆盖前片材的至少一个环绕的边缘区域。根据本发明的边缘加强部保护前片材的边缘区域以免在冰雹冲击测试中受损。
边缘加强部包括一个或多个层，其优选由金属、玻璃、橡胶、塑料或玻璃纤维增强的塑料构成。边缘加强部特别优选包括载体层的材料。边缘加强部优选具有与太阳能模块和前片材匹配的热膨胀系数。由此，不出现或只出现小的由于不同的热膨胀造成的机械应力。
由于边缘加强部超出前片材，所以形成边界，其包围前片材。在降雨或融雪的情况下，在前片材与边缘加强部之间过渡的区域中会积聚水，所述水由于环绕的边缘加强部不会流出。静止的水积聚促使藻类形成。此外，持久的水作用会使太阳能模块的防湿承受负荷。此外，在该区域中积聚污物、沙和灰尘，其并不能被雨水冲掉。
水和污物在前片材与边缘加强部之间的过渡处的积聚特别是涉及顶部上的太阳能模块，所述顶部仅具有小的顶部坡度，所谓的平顶。
本发明的重要方面因此包括排水槽，其被引入边缘加强部中。雨水或融化水可通过排水槽流出。流出的水能够携带污物、沙和灰尘并且能够保持太阳能 模块的前片材没有污染。
在根据本发明的太阳能模块中，边缘加强部在太阳能模块的每个角部处具有至少一个排水槽，所述排水槽将边缘加强部的内侧与边缘加强部的外侧连接。边缘加强部的外侧在此指的是边缘加强部的处于太阳能模块的外侧上的侧。边缘加强部的内侧指的是与边缘加强部的外侧对置的侧。
在根据本发明的太阳能模块的一种有利的扩展方案中，边缘加强部在太阳能模块的每个环绕的外侧处具有至少一个排水槽。
排水槽的宽度有利地选择为使得直径为25mm的冰雹粒在23m/s的速度情况下在中央碰撞到排水槽时不损伤前片材。排水槽的宽度与边缘加强部超出前片材的高度有关并且可以通过简单试验来确定。
在根据本发明的太阳能模块的一种有利的扩展方案中，排水槽(8.1、8.2)具有0.5mm到5mm、优选2.5mm到5mm的宽度(d)。
本发明的一个重要方面包括前片材和载体层的热膨胀系数的匹配：前片材和载体层的不同热膨胀系数在温度改变的情况下可能导致不同的热膨胀。前片材和载体层的不同热膨胀会导致太阳能模块弯曲并且由此导致结晶太阳能电池损伤。例如在太阳能模块层压时或在顶部上的太阳能模块发热时出现大于100℃的温度改变。
第二热膨胀系数，即前片材的热膨胀系数优选为8×10-6/K到10×10-6/K并且对于部分预加应力的钠钙玻璃而言例如为8×10-6/K到9.3×10-6/K。
根据本发明的太阳能模块的载体层的第一热膨胀系数和前片材的第二热膨胀系数之间的差为≤前片材的第二热膨胀系数的300％、优选≤200％并且特别优选≤50％。
在根据本发明的太阳能模块的一种有利的扩展方案中，载体层包含玻璃纤维增强的塑料。玻璃纤维增强的塑料例如包含多层玻璃纤维组织，其嵌入由非饱和的聚脂树脂构成的浇铸树脂模制材料中。玻璃纤维增强的塑料的玻璃含量优选为30％到75％并且特别优选为50％到75％。
在根据本发明的太阳能模块的一种有利的扩展方案中，载体层的第一热膨胀系数为7x10-6/K到35x10-6/K、优选为9x10-6/K到27x10-6/K并且特别优选为9x10-6/K到20x10-6/K。
在根据本发明的太阳能模块的另一种有利的扩展方案中，在第一热膨胀系 数与第二热膨胀系数之间的差≤第二热膨胀系数的17％、特别优选≤12％并且特别优选≤7％。
在根据本发明的太阳能模块的一种可替换的扩展方案中，载体层包含金属薄膜，其第一热膨胀系数为7.3x10-6/K到10.5x10-6/K。第一中间层优选包含由至少第一粘合层、绝缘层和第二粘合层构成的堆叠序列。绝缘层优选包含固态的绝缘薄膜，其例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成。绝缘层的任务是使太阳能电池的集流导体和背侧与载体层的导电金属薄膜绝缘。金属薄膜优选包含不锈钢，优选EN原料编号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的高品质钢。
在根据本发明的太阳能模块的一种有利的扩展方案中，载体层具有超出前片材至少0.3cm、优选0.5cm到5cm并且特别优选1到2cm的环绕的突出部。边缘加强层可以布置在突出部上并且例如与突出部粘接。由此，实现了边缘加强部的可靠固定以及太阳能模块的外边沿的附加保护。
本发明的另一方面包括一种平顶，其具有
a)顶部坡度为1％(0.6°)到23.1％(13°)的顶部覆层，
b)至少一个根据本发明的太阳能模块，其布置在顶部覆层上，
其中，顶部覆层和根据本发明的太阳能模块通过至少一个粘合层和/或连接装置至少按段地彼此连接。
在根据本发明的平顶的一种有利的扩展方案中，顶部坡度为2％(1.1°)到17.6％(10°)、优选5％(2.9°)到17.6％(10°)并且特别优选5％(2.9°)到8.8％(5°)。
用来将根据本发明的太阳能模块和顶部覆层连接的粘合层优选包含丙烯酸酯粘合剂、丁基粘合剂、沥青粘合剂或硅树脂粘合剂或双侧粘合薄膜。连接装置优选包含螺旋连接、夹持连接或者铆接连接和/或保持轨、导轨或扣眼，其由塑料或金属如铝、钢或高品质钢构成。
在根据本发明的平顶的一种有利的扩展方案中，顶部覆层包含塑料、优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，)、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、腔室状的或波形的轮廓。
在一种可替换的扩展方案中，顶部覆层包含金属板，优选由铜、铝、钢、 镀锌的和/或以塑料涂布的钢构成的金属板。金属板例如具有梯形轮廓并且以下称作梯形板。在顶部覆层之上或之下可以布置其他层，例如用于热绝缘的层。用于热绝缘的层优选包含塑料或塑料泡沫，其例如由聚苯乙烯或聚氨酯构成。
太阳能模块与根据本发明的平顶的顶部覆层的旋接优选在太阳能模块的边缘加强部的区域中进行并且尤其在载体层超出前片材的突出部的区域中进行。这具有特别的优点：不必将孔引入前片材中。将孔引入玻璃前片材中是费事且成本高昂的过程步骤。此外，孔使玻璃前片材变弱并且降低了太阳能模块的稳定性。
本发明的另一方面包括一种用于制造根据本发明的太阳能模块的方法，其中至少：
a)将第一中间层布置在载体层上，
b)将至少一个结晶太阳能电池布置在第一中间层上并且将结晶太阳能电池与集流导体连接，
c)将第二中间层布置在结晶太阳能电池之上并且将前片材布置在第二中间层之上，
d)将由第一中间层、载体层、结晶太阳能电池、第二中间层和前片材构成的层序列在本身已知的高压釜、真空层压器或热层压器中层压，
f)将边缘加强部布置在载体层超出前片材的突出部上，其中，边缘加强部与前片材按段地重叠。
层压例如在100℃到170℃的温度下并且在7分钟到25分钟的时间上进行。
在根据本发明的方法的一种有利的实施形式中，边缘加强部由至少一个高度补偿式第一边缘加强层和至少一个与前片材在边缘区域中按段地重叠的第二边缘加强层形成。第一边缘加强层和第二边缘加强层通过粘合层与方法步骤d)的经层压的层序列彼此连接。
在根据本发明的方法的一种有利的实施形式中，边缘加强部在方法步骤d)之前被布置并且与层序列通过在方法步骤d)中的层压过程连接。
在根据本发明的方法的一种可替换的实施形式中，具有边缘加强部的横截面的连铸坯(Strang)被挤出，该连铸坯被划分成段并且排水槽被引入这些段中。接着，将边缘加强部的这些段与方法步骤d)的经层压的层序列连接。这些段可以具有太阳能模块的单个侧的长度，使得太阳能模块的边缘加强部通过总共四 个段来形成。可替换地，段可以具有围绕太阳能模块的周长的长度并且一件式地布置在太阳能模块上。
边缘加强部的挤出通过本身已知的挤出方法来进行，其中塑料或其他粘性的、可硬化的材料以连续的方法通过特殊成型的喷嘴来挤压。形成任意长度的具有喷嘴横截面的连铸坯。塑料可以是热塑性塑料，其在挤出期间被加热。
排水槽优选通过切割或铣削被引入所述段的表面中。排水槽可以在挤出期间例如通过运动的成型模具被引入这些段的表面中。可替换地，排水槽也可以在挤出之后且在与经层压的层序列粘接之前被引入。在另一替换方案中，排水槽可以在与经层压的层序列粘接之后被引入。
被挤出的边缘加强部优选包含聚氯乙烯(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)、丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯丁二烯(SB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PUR)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在根据本发明的方法的一种可替换的实施形式中，边缘加强部通过反应注射模塑(RIM)或通过压铸方法来制造。
在本身已知的反应注射模塑(RIM)的方法中，两种组分(并且可能其他添加剂)在混合器中被强化地混合并且直接紧接着作为反应物质喷射至成型模具中。硬化在成型模具中进行。排水槽已可以通过成型模具预给定或者在硬化之后被引入边缘加强部的坯件中。
对于通过反应注射模塑制造边缘加强部特别适合的是塑料，如聚氨酯(PUR)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚脲和聚异氰脲酯(PIR)。
在本身已知的压铸方法中，优选将热塑性塑料的熔融物挤压到成型模具中。排水槽已可以通过成型预给定或者在硬化之后被引入边缘加强部的坯件中。
边缘加强部不仅可以在反应注射模塑(RIM)中而且在压铸方法中直接围绕方法步骤d)中的经层压的层序列来成型并且与其连接。可替换地，边缘加强部可以被成型并且在第二步骤中与方法步骤d)中的经层压的层序列连接。
本发明的另一方面包括根据本发明的太阳能模块在平顶上的应用，优选在建筑物的金属平顶或用于在水上、陆地上或者在空中前进的车辆的金属平顶上的应用。对于根据本发明的太阳能模块的安装特别合适的是仓库、工业设施和 车库或如车棚的掩蔽所的平顶，其具有大的、暴露的并且不受遮挡的面和具有小的顶部坡度。
本发明的另一方面包括根据本发明的太阳能模块在平顶上的应用，该平顶的顶部坡度为1％(0.6°)到23.1％(13°)、优选2％(1.1°)到17.6％(10°)、特别优选5％(2.9°)到17.6％(10°)并且完全特别优选5％(2.9°)到8.8％(5°)。
附图说明
以下根据附图和例子更为详细地阐述本发明。附图并不完全合乎比例。本发明不以任何方式受附图限制。
其中：
图1A示出了根据本发明的太阳能模块的一种实施例的示意图，
图1B示出了沿着图1A中的剖切线A-A'的横截面图，
图1C示出了沿着图1A中的剖切线B-B'的横截面图，
图2A示出了根据本发明的太阳能模块沿着图1A中的剖切线A-A'的一种实施例的横截面图，
图2B示出了有冰雹冲击测试中的冰雹粒的图2A的片段，
图3示出了根据本发明的太阳能模块的一种可替换的实施例的层结构的横截面，
图4A示出了根据本发明的平顶的横截面图，
图4B示出了根据本发明的平顶的一种可替换的扩展方案的横截面图，
图4C示出了根据本发明的平顶的另一种可替换的扩展方案的横截面图，
图5示出了根据本发明的方法的详细流程图。
具体实施方式
在图1A中图解了总体上用附图标记1表示的根据本发明的太阳能模块。图1A示出了太阳能模块的前侧的俯视图，也就是说，朝向太阳的侧的俯视图。太阳能模块1的背侧在本发明的意义下是背离前侧的侧。以下将环绕前侧和背侧的侧称作太阳能模块1的外侧I、II、III、IV。
太阳能模块1包括多个串联接线的太阳能电池4，其中在图1A中示出了六个太阳能电池。太阳能电池4在该例子中为单晶硅太阳能电池。每个太阳能电池都具有例如0.65V的标称电压，使得太阳能模块1具有3.8的总标称电压。电压通过两个集流导体21引出至太阳能模块1的边缘区域中的两个连接壳体20。 在连接壳体20中，进行至电网或其他太阳能模块的电连接，所述其他太阳能模块在该视图中未示出。
图1B示出了沿图1A的剖切线A-A'的横截面图。从图1B中可看出根据本发明的太阳能模块1的层结构。太阳能模块1包含载体层2，其例如由玻璃纤维增强的塑料构成。玻璃纤维增强的塑料例如包含多层玻璃纤维组织，其嵌入由非饱和的聚脂树脂构成的浇铸树脂模制材料中。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之上布置第一中间层3。第一中间层3例如包含由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)构成的厚度为0.4mm的粘合薄膜。
在第一中间层3之上布置多个结晶太阳能电池4，其中在图1B中示出了三个太阳能电池。结晶太阳能电池4例如由大小为156mm×156mm的单晶硅太阳能电池构成。根据本发明的太阳能模块1的所有太阳能电池4通过集流导体并且根据使用目的以串联电路或者并联电路彼此导电连接。
在太阳能电池4之上布置第二中间层5，其例如包含厚度为0.4mm的由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)构成的粘合薄膜。
在第二中间层5之上布置前片材6。前片材6例如包含低铁的钠钙玻璃，其厚度为0.85mm到2.8mm并且例如为1mm。钠钙玻璃利用例如35MPa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通过更为缓慢的冷却过程来区分。更为缓慢的冷却过程导致玻璃的核心与表面之间的更小的应力差。部分预加应力的玻璃的抗弯强度在未预加应力的玻璃与预加应力的玻璃之间。部分预加应力的玻璃在断裂情况下具有高剩余承载能力并且因此特别适于在建筑物处或在顶部区域中的防坠落的玻璃化部。
载体层2具有例如27×10-6/K的第一热膨胀系数。前片材6具有例如9×10-6/K的第二热膨胀系数。第一热膨胀系数与第二热膨胀系数的差为18×10-6/K并且由此为第二热膨胀系数的200％。
载体层2在该实施例中具有超出前片材6的环绕的突出部13。突出部的宽度a优选为0.5cm到10cm并且例如为2cm。边缘加强部7布置在载体层2的突出部13之上并且布置在前片材6的边缘区域9之上。边缘区域9的宽度b优选为0.5cm到10cm并且例如为1cm。边缘加强部7包含高度补偿式第一边缘加强层7.1。第一边缘加强层7.1通过粘合层14并且例如通过双侧的粘合带与载体层 2连接。第一边缘加强层7.1的厚度选择为使得第一边缘加强层7.1的上侧和前片材6的上侧形成齐平的并且平的面。第一边缘加强层7.1也可以包含由多个覆层并且例如由两个覆层构成的层序列。第一边缘加强层7.1也可以仅包含粘合料，例如双侧的粘合带，其中，粘合带的厚度补偿载体层2与前片材6之间的高度差异。
与前片材6按段地重叠的第二边缘加强层7.2按段地布置在第一边缘加强层7.1之上和前片材6的边缘区域9之上。第二边缘加强层7.2通过粘合层15与第一边缘加强层7.1和前片材6的边缘区域9连接。重叠的边缘加强层7.2保护前片材6的敏感的外边缘区域9以免受损例如以免冰雹冲击。边缘加强部7高出前片材6例如1mm的高度h。
边缘加强部7例如包含玻璃纤维增强的塑料并且例如相同的玻璃纤维增强的塑料，载体层2由所述玻璃纤维增强的塑料构成。
具有第一边缘加强层7.1和第二边缘加强层7.2的边缘加强部7同样可以由一块制成，例如由诸如聚氨酯(PU)的塑料构成。边缘加强部7例如可以通过挤出、压铸方法或反应注射模塑(RIM)来制造。
在根据本发明的太阳能模块的一种可替换的扩展方案中，载体层2和前片材6重合地且无突出部地相叠地布置。边缘加强部7于是仅包括重叠的第二边缘加强层7.2而不包括高度补偿式第一边缘加强层7.1。
图1C示出了沿着图1A中的剖切线B-B'的横截面图。在第二边缘加强层7.2中布置凹进部形式的多个排水槽8.1、8.2。排水槽8.1、8.2将第二边缘加强层7.2的内边缘10与第二边缘加强层7.2的外边缘11连接。排水槽8.1、8.2的宽度d优选为1mm到5mm并且例如为3mm。排水槽8.1、8.2的宽度d和第二边缘加强层7.2的厚度选择为使得直径为25mm的冰雹粒在冰雹冲击测试中不损伤前片材。这在简单试验的范围中能够被确定。
在图1A-C中所示的根据本发明的太阳能模块1的实施例中，在太阳能模块1的每个角部12中各布置一个排水槽8.1。排水槽8.1例如相对于太阳能模块1的外侧I、II、III、IV以45°的角度布置。此外，太阳能模块1的每个长外侧II、IV具有五个排水槽8.2并且太阳能模块1的每个短外侧I、III具有三个排水槽8.2。在太阳能模块1的外侧I、II、III、IV处的排水槽例如相对于太阳能模块1的外侧I、II、III、IV成直角地布置。
根据本发明的具有厚度为1mm的由玻璃构成的前片材6的太阳能模块1具有大约6kg/m2的单位面积重量。
集流导体21例如包含由镀锡的铜构成的宽度为5mm且厚度为0.2mm的金属薄膜。集流导体21可以在其伸出于前片材(6)的区域中具有附加的绝缘部，例如聚酰亚胺薄膜、聚氨酯(PU)或丁基橡胶。
图2A示出了根据本发明的太阳能模块沿图1A的剖切线A-A'的一种可替换的扩展方案的横截面图。该扩展方案与图1B的例子不同在于，第二边缘加强部7.2与前片材6不重叠。第二缘加强部7.2超出前片材6一高度h。高度h例如为1mm。
图2B示出了图2A的太阳能模块1的边缘的片段。前片材6的外部区域特别易受玻璃的剥落物和贝壳状破裂影响，例如在冰雹冲击测试中冰雹粒40撞击的情况下。通过第二边缘加强层7.2将前片材6超出h形成受保护的区域41。直径例如为25mm的冰雹粒40由于第二边缘加强层7.2超出h而不能向前挤入前片材6的特别易损伤的区域41中。高度h可以通过玻璃冲击测试中的简单试验来确定。
图3示出了根据本发明的太阳能模块1的一种可替换的实施例的层结构的横截面图。层结构包括载体层2、第一中间层3、结晶太阳能电池4、第二中间层5和前片材6。载体层2在该实施例中包含金属薄膜，例如由原料编号1.4016的不锈高品质钢(诸如Nirosta)构成的厚度为0.3mm的薄膜。
在根据本发明的太阳能模块1的一种有利的扩展方案中，第一中间层3包含由第一粘合层3.1、绝缘层3.2和第二粘合层3.3构成的堆叠序列。第一粘合层3.1和第二粘合层3.3例如包含由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)构成的厚度为0.4mm的粘合薄膜。绝缘层3.2包含厚度为50μm的固态的绝缘薄膜，其例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成。绝缘层3.2的任务是使太阳能电池4的集流导体21和背侧与载体层2的导电金属薄膜绝缘。通过附加绝缘层3.2的电绝缘特别重要，因为尤其太阳能电池4和集流导体21的不平部和焊接部位可能在层压过程中穿透薄的并且比较软的由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)构成的中间层。这可能导致太阳能模块1中的短路和泄漏电流。
图4A示出了带有根据本发明的太阳能模块1的根据本发明的平顶30的横截面图。太阳能模块1在沿图1A中的剖切线B-B'的剖面中示出。根据本发明 的平顶30的顶部覆层31例如包含由沥青、聚合物改性的沥青、基于烯烃的热塑性弹性体(TPO)或聚氯乙烯(PVC)构成的隔膜。太阳能模块1分别通过粘合层32与顶部覆层31粘接。粘合层32例如包含丁基、丙烯酸、沥青、硅树脂或其他气候稳定的粘合剂。平顶30的顶部覆层31例如具有3°的坡度。
在下雨或雪熔化的情况下，在前片材上积累的水可以通过排水槽8.1和8.2流出。
图4B示出了根据本发明的平顶30的一种可替换的扩展方案的横截面图。太阳能模块1在沿图1A中的剖切线B-B'的剖面中示出。多个U形保持轨35牢固地与平顶30的顶部覆层31连接。保持轨35例如包含塑料或如铝的金属。根据本发明的太阳能模块1在两个对置的外侧I、III或II、IV中被插入U形的保持轨35中并且通过其来保持。
图4C示出了根据本发明的平顶30的另一种可替换的扩展方案的横截面图。太阳能模块1在沿图1A中的剖切线B-B'的剖面中示出。顶部覆层31包含具有高部位(所谓的接片)和位于其间的凹处(所谓压槽)的梯形板34。压槽中心与下一个压槽中心的间距为例如207mm。轮廓深度，也就是说在接片与压槽之间的高度差异例如为35mm。梯形板具有例如0.75mm的厚度并且由镀锌的钢板构成。太阳能模块1在边缘加强部7的区域中并且尤其在载体层2超出前片材6的突出部的区域中与梯形板34旋接。
图5示出了根据本发明的方法的详细流程图。
示出：
1 太阳能模块
2 载体层
3 第一中间层
3.1 第一粘合层
3.2 绝缘层
3.3 第二粘合层
4 结晶太阳能电池、硅太阳能电池
5 第二中间层
6 前片材
7 边缘加强部
7.1 第一边缘加强层
7.2 第二边缘加强层
8.1,8.2 排水槽
9 前片材6的边缘区域
10 边缘加强部7的内侧
11 边缘加强部7的外侧
12 太阳能模块1的角部
13 载体层2超出前片材6的突出部
14 粘合层
15 粘合层
20 连接壳体
21 集流导体
30 平顶
31 顶部覆层
32 粘合层
34 梯形板
35 保持轨、U形轨
36 旋接
40 冰雹粒
41 前片材6的区域
a 载体层2超出前片材6的突出部13的宽度，
b 边缘区域9的宽度
d 排水槽8.1、8.2的宽度
h 边缘加强部7超出前片材6的高度
A-A' 剖切线
B-B' 剖切线
I、II、III、IV 太阳能模块1的侧、外侧。
Claims (18)
1.太阳能模块(1)，包括：
a)载体层(2)，
b)第一中间层(3)，其布置在载体层(2)之上，
c)至少一个结晶太阳能电池(4)，其布置在第一中间层(3)之上，
d)第二中间层(5)，其布置在结晶太阳能电池(4)之上，
e)前片材(6)，其由厚度为0.85mm至2.8mm的玻璃构成，该前片材布置在第二中间层(5)之上，以及
f)边缘加强部(7)，
其中，边缘加强部(7)超出前片材(6)至少0.5mm的高度(h)并且边缘加强部(7)在太阳能模块(1)的每个角部(12)处具有至少一个排水槽(8.1)，所述排水槽将边缘加强部(7)的内侧(10)与外侧(11)连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块，其中边缘加强部(7)在太阳能模块的每个外侧(I、II、III、IV)处具有至少一个排水槽(8.2)。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中排水槽(8.1、8.2)具有0.5mm到5mm的宽度(d)。
4.根据权利要求3所述的太阳能模块，其中所述宽度(d)是2.5mm到5mm。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中边缘加强部(7)覆盖至少0.2cm的、前片材(6)的至少一个环绕的边缘区域(9)。
6.根据权利要求5所述的太阳能模块，其中所述至少一个环绕的边缘区域为至少0.5cm。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中载体层(2)具有超过前片材(6)的至少0.3cm的环绕的突出部(a)并且边缘加强部(7)至少部分布置在突出部(13)之上。
8.根据权利要求7所述的太阳能模块，其中所述超过前片材(6)的环绕的突出部(a)为0.5cm至5cm。
9.根据权利要求7所述的太阳能模块，其中所述超过前片材(6)的环绕的突出部(a)为1cm至2cm。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中结晶太阳能电池是单晶或 多晶太阳能电池并且包含掺杂的半导体材料或者具有结晶太阳能电池的串联式电池。
11.根据权利要求10所述的太阳能模块，其中所述掺杂的半导体材料由硅或镓砷化物构成。
12.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中载体层的第一热膨胀系数与前片材的第二热膨胀系数之间的差为≤第二热膨胀系数的300％。
13.根据权利要求12所述的太阳能模块，其中载体层的第一热膨胀系数与前片材的第二热膨胀系数之间的差为≤第二热膨胀系数的17％。
14.根据权利要求12所述的太阳能模块，其中载体层的第一热膨胀系数与前片材的第二热膨胀系数之间的差为≤第二热膨胀系数的7％。
15.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中载体层包含具有7.3×10-6/K到35×10-6/K的第一热膨胀系数的玻璃纤维增强的塑料。
16.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中载体层(2)包含具有7.3×10-6/K到10.5×10-6/K的第一热膨胀系数的金属薄膜，并且
第一中间层(3)包含由至少第一粘合层(3.1)、绝缘层(3.2)和第二粘合层(3.3)构成的堆叠序列。
17.具有根据权利要求1至16之一所述的太阳能模块(1)的平顶(30)，包括：
a)顶部覆层(31)，其具有1％到23.1％的顶部坡度，
b)至少一个太阳能模块(1)，其布置在顶部覆层(31)上，其中，顶部覆层(31)和太阳能模块(1)通过至少一个粘合层(32)和/或连接装置(35)至少按段地彼此连接。
18.根据权利要求17所述的平顶，其中太阳能模块(1)在边缘加强部(7)的区域中与顶部覆层(31)旋接和/或通过至少一个保持轨(35)固定。
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