DE10158405A1 - Laminar photovoltaic module with good outdoor performance includes fluorinated polymer layers with bonded glass, photocells and leads - Google Patents
Laminar photovoltaic module with good outdoor performance includes fluorinated polymer layers with bonded glass, photocells and leadsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fotovoltaikmodul in Form eines Laminats, das allseitig abgeschlossen ist und folgende, miteinander verbundene Schichten aufweist: Eine Außenschicht die eine außenliegende Oberfläche hat, welche die fronseitige Außenfläche des Moduls bildet, und die eine innenliegende Oberfläche hat, eine aktive Schicht mit mindestens einer Solarzelle, an die elektrische Anschlussleitungen angeschlossen sind und eine rückseitige Schichtanordnung, die eine Rückschicht aufweist, welche eine außenseitige Oberfläche hat, die die rückseitige Oberfläche des Moduls bildet. The invention relates to a photovoltaic module in the form of a laminate, which is closed on all sides and the following, interconnected Layers: An outer layer has an outer surface which forms the front outer surface of the module, and the one internal surface has an active layer with at least one Solar cell to which electrical connection lines are connected and one back layer arrangement, which has a back layer, which a outside surface which is the back surface of the module forms.
Fotovoltaikmodule oder fotovoltaische Elemente dieser Art sind allgemein bekannt, nur beispielhaft verwiesen wird auf EP 0 969 521 A. Photovoltaic modules or photovoltaic elements of this type are general known, reference is made to EP 0 969 521 A only by way of example.
Bei den vorbekannten Modulen dieser Art wird ein guter Einschluss und damit eine gute Verkapselung der aktiven Schicht, also der mindestens einen Solarzelle erreicht. Üblicherweise hat ein Modul mehrere, in einer Ebene nebeneinanderliegende Solarzellen, die elektrisch miteinander verbunden sind. Ein Problem ist die Langzeitstabilität dieser Module. Die verwendeten Schichten, insbesondere die verwendeten Außenschichten, halten nicht über lange Zeit unter Umweltbedingungen ihre Eigenschaften ein. Es kommt zu Leistungsabfall, Trennung von Schichten, Verfärbungen, chemischen Zersetzungen usw.. With the previously known modules of this type, a good inclusion and thus a good encapsulation of the active layer, i.e. the least reached a solar cell. Usually a module has several, on one level juxtaposed solar cells that are electrically connected to each other are. One problem is the long-term stability of these modules. The used Layers, especially the outer layers used, do not last their properties under environmental conditions for a long time. It comes to Decrease in performance, separation of layers, discoloration, chemical Decompositions etc.
Die Außenschicht muss einerseits möglichst wenig empfindlich gegen Witterungseinflüsse sein, also beispielsweise Regen, Umgebungstemperatur, Staub usw.. Sie muss andererseits aber auch unempfindlich sein gegen Sonnenlicht, insbesondere sollte sie keine Photochemie zeigen. Dies gilt insbesondere für den UV-Anteil des Sonnenlichtes. Schließlich sollte die Außenschicht, wie auch die weiteren, oberhalb der Solarzelle befindlichen Schichten so lichtdurchlässig wie möglich sein, damit möglichst viel der einfallenden Sonnenstrahlung die Solarzelle erreicht. On the one hand, the outer layer must be as little sensitive to it as possible Weather influences, e.g. rain, ambient temperature, Dust, etc. On the other hand, it must also be insensitive to Sunlight, especially it should not show photochemistry. this applies especially for the UV component of sunlight. After all, that should The outer layer, as well as the other layers located above the solar cell Layers should be as translucent as possible so that as much of the incident solar radiation reaches the solar cell.
Als Außenschicht ist es bekannt, Folien aus Fluorpolymeren einzusetzen, beispielsweise THV-Fluorthermoplaste, wie sie von der Firma Dyneon u. a. unter der Produktbezeichnung THV 220A angeboten werden. Sie werden ausdrücklich als geeignet für fotovoltaische Module ausgewiesen. It is known to use films made of fluoropolymers as the outer layer, for example THV fluorothermoplastics, such as those offered by the Dyneon company under the product name THV 220 A, among others. They are expressly identified as being suitable for photovoltaic modules.
In der Tat haben derartige Außenschichten eine Reihe von Vorteilen. Sie lassen sich bei geringen Temperaturen verarbeiten, haben eine gute Flexibilität, sind chemisch widerstandsfähig, sehr wetterbeständig und praktisch nicht brennbar. Bei Langzeitbestrahlung mit Sonnenlicht zeigt es sich nun aber, dass durch UV-Einwirkung Wasserstoffatome, insbesondere endständige H - Atome, aktiviert werden, sie verbinden sich mit Fluor zu Flusssäure (HF). Diese ist eine ausgesprochen starke Säure und zerstört auf Dauer das Modul. Indeed, such skin layers have a number of advantages. she can be processed at low temperatures, have good flexibility, are chemically resistant, very weatherproof and practically not combustible. With long-term exposure to sunlight, however, that hydrogen atoms, especially terminal H - Atoms that are activated combine with fluorine to form hydrofluoric acid (HF). This is a very strong acid and destroys it in the long run Module.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Fotovoltaikmodul der eingangs genannten Art mit einer Außenschicht aus einem Fluorpolymeren so weiterzubilden, dass eine deutlich verbesserte Langzeitstabilität erreicht wird, insbesondere die photochemischen Auswirkungen des UV-Anteils im Sonnenlicht auf das Modul möglichst gering sind. This is where the invention begins. It has set itself the task of Photovoltaic module of the type mentioned with an outer layer a fluoropolymer so that a significantly improved Long-term stability is achieved, especially the photochemical The effects of the UV component in sunlight on the module are as small as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst bei dem Fotovoltaikmodul der eingangs genannten Art durch a) eine Außenschicht aus einem vollfluorierten, hochschmelzenden Fluorpolymer, die eine außenliegende Oberfläche hat, welche die frontseitige Außenfläche des Moduls bildet, und die eine innenliegende Oberfläche hat, durch b) eine dünne Glasschicht, die innig mit der innenliegenden Oberfläche der Außenschicht verbunden ist und von dieser getragen wird, durch c) eine vordere Zwischenschicht, vorzugsweise aus einem Fluorpolymer, die mit der Glasschicht verbunden ist, durch d) eine aktive Schicht mit mindestens einer Solarzelle, an die elektrische Anschlussleitungen angeschlossen sind und durch e) eine rückseitige Schichtanordnung, die eine Rückschicht aufweist, welche eine außenseitige Oberfläche hat, die die rückseitige Oberfläche des Moduls bildet. This object is achieved with the photovoltaic module of the type mentioned at the beginning Kind by a) an outer layer of a fully fluorinated, high-melting Fluoropolymer, which has an outer surface that faces the front Forms the outer surface of the module, and which has an inner surface, by b) a thin layer of glass that is intimate with the inside Surface of the outer layer is connected and supported by this, by c) a front intermediate layer, preferably made of a fluoropolymer, with the glass layer is connected by d) an active layer with at least a solar cell to which electrical connection cables are connected and by e) a back layer arrangement which has a back layer which has an outside surface that the back Surface of the module forms.
Bei diesem Fotovoltaikmodul wird als Außenschicht ein vollfluorierter, hochschmelzender Polymer, beispielsweise Polytetrafluoethylen PTFE, Ethylenchlortetrafuorethylen ECTFE, Chlortetrafluorethylen CTFE, Polychlortrifluorethylen PCTFE, MFA, PFA, FEP, ETFE, TFEP, PTFEAF usw. eingesetzt. Diese so hergestellten Außenschichten sind hochtransparent, auch im UV- Bereich. Sie vergilben nicht. Sie haben einen niedrigen Brechungsindex. Insbesondere PTFE ist kaum benetzbar und antiadhäsiv. Die perfluorierten Monomeren sind unbrennbar, ausgezeichnet wetterfest, extrem korrosions- und lösungsmittelbeständig und haben zudem gute elektrische Werte. Sie nehmen praktisch kein Wasser auf. In this photovoltaic module, a fully fluorinated, high-melting polymer, for example polytetrafluoethylene PTFE, Ethylene chlorotetrafluoroethylene ECTFE, chlorotetrafluoroethylene CTFE, Polychlorotrifluoroethylene PCTFE, MFA, PFA, FEP, ETFE, TFEP, PTFEAF etc. are used. The outer layers produced in this way are highly transparent, even in UV Area. They do not yellow. You have a low refractive index. PTFE in particular is hardly wettable and anti-adhesive. The perfluorinated Monomers are non-flammable, excellent weatherproof, extremely corrosion and solvent-resistant and also have good electrical values. she take up practically no water.
Die vollfluorierten Fluorpolymere sind somit für die Außenseite eines Moduls, also die Außenschicht, besonders geeignet. Ihr Nachteil liegt aber darin, dass sie schwierig mit anderen Schichten zu verbinden sind und ihr Schmelzpunkt ausgesprochen hoch liegt. Er liegt deutlich über 200°C und ist damit für normale Verkapselung nicht geeignet. Gerade die für die außenliegende Oberfläche so günstigen Eigenschaften dieser vollfluorierten Fluorpolymere, insbesondere die geringe Benetzbarkeit und die Eigenschaft antiadhäsiv zu sein, machen es schwierig, sie mit anderen Schichten des Moduls dauerhaft zu verbinden. The fully fluorinated fluoropolymers are therefore one for the outside Module, i.e. the outer layer, is particularly suitable. But their disadvantage lies in that they are difficult to connect with other layers and her Melting point is extremely high. It is well above 200 ° C and is therefore not suitable for normal encapsulation. Especially for them external surface so favorable properties of this fully fluorinated Fluoropolymers, especially the low wettability and the property Being antiadhesive makes it difficult to stick with other layers of the skin To connect the module permanently.
Hier schafft die Erfindung nun dadurch Abhilfe, dass die innenliegende Oberfläche der Außenschicht innig verbunden ist mit der dünnen Glasschicht. Die Außenschicht und die dünne Glasschicht bilden eine Einheit. Derartige mit einer dünnen Glasschicht versehene Folien aus vollfluorierten Polymeren sind an sich bekannt, sie werden als Aromaschutzfolie bereits eingesetzt. Die Glasschicht wird im Vakuum auf die Fluorpolymerfolie aufgebracht, insbesondere durch z. B. Sputtern, in Plasmaatmosphäre oder durch Auftrag im Elektronenstrahl. Insgesamt erhält man dadurch eine äußere Lage, die aus Außenschicht und dünner Glasschicht zusammengesetzt ist. Die außenliegende Oberfläche dieser äußeren Lage hat alle positiven Eigenschaften des Fluorpolymers. Die innenliegende Oberfläche dieser äußeren Lage wird durch die dünne Glasschicht gebildet, sodass die äußere Lage nun über diese dünne Glasschicht mit einer weiteren Schicht verbunden werden kann. Mit einer Glasoberfläche lassen sich dauerhafte Verbindungen herstellen, beispielsweise durch Silikone. Durch die dünne Glasschicht, die mit der Außenschicht innig verbunden ist, wird also die Möglichkeit gegeben, die äußere Lage dauerhaft mit der vorderen Zwischenschicht zu verbinden. Here, the invention now remedies that the inner Surface of the outer layer is intimately connected to the thin Glass layer. The outer layer and the thin glass layer form a unit. Such films made of fully fluorinated provided with a thin glass layer Polymers are known per se, they are already used as aroma protection films used. The glass layer is placed in a vacuum on the fluoropolymer film applied, in particular by e.g. B. sputtering, in a plasma atmosphere or through Application in the electron beam. Overall, you get an outer Layer, which is composed of an outer layer and a thin layer of glass. The outer surface of this outer layer has all positive Properties of the fluoropolymer. The inner surface of this outer Layer is formed by the thin layer of glass, so the outer layer is now can be connected to another layer via this thin glass layer can. Permanent connections can be made with a glass surface produce, for example by silicone. Through the thin layer of glass that with the outer layer is intimately connected, the possibility is given that to connect the outer layer permanently to the front intermediate layer.
Die dünne Glasschicht hat aber noch weitere Vorzüge. Sie sperrt Gase und bildet eine Wasserdampfsperre. Sie ist im sichtbaren Spektralbereich völlig transparent. Sie bildet eine Sperre im UV-Bereich. Sie kann dabei je nach Ausbildung des Glases so eingestellt werden, dass sie unterhalb einer gewünschten Wellenlänge im UV-Bereich sperrt, beispielsweise unterhalb 380 nm, unterhalb 360 nm usw.. Sie schützt damit die darunter liegenden Schichten vor UV-Licht und der damit verbundenen Fotochemie. UV-Licht ist zwar energiereich, es ist im Sonnenspektrum aber entsprechend der Planckschen-Strahlungskurve der Sonne nicht in erheblichem Anteil vorhanden, sodass ein Abschneiden des UV-Anteils die Energieausbeute des Fotovoltaikmoduls nicht sehr schwächt. Die Langzeitstabilität der Fotovoltaikmodule wird deutlich verbessert. Die dünne Glasschicht hat eine Dicke von typischerweise 100 bis 500 nm, zumeist liegt die Dicke bei etwa 300 nm. Die Dicke wird so gewählt, dass die dünne Glasschicht keine Eigenstabilität hat. Als Glasschicht, mit Materialien wie SiOx Glaszusammensetzungen aller Art, Al2O3, ZnO, ZrO2 usw. in Betracht. Durch die Verwendung vollfluorierter Polymere für die Außenschicht wird auch die photochemische Bildung von HF (Flusssäure) unterdrückt. The thin glass layer also has other advantages. It blocks gases and forms a water vapor barrier. It is completely transparent in the visible spectral range. It forms a barrier in the UV range. Depending on the design of the glass, it can be set so that it blocks below a desired wavelength in the UV range, for example below 380 nm, below 360 nm, etc. It thus protects the layers below from UV light and the associated layers photochemistry. Although UV light is high in energy, there is not a significant amount of it in the solar spectrum in accordance with the Planckian radiation curve of the sun, so that cutting off the UV portion does not weaken the energy yield of the photovoltaic module very much. The long-term stability of the photovoltaic modules is significantly improved. The thin glass layer has a thickness of typically 100 to 500 nm, usually the thickness is about 300 nm. The thickness is chosen so that the thin glass layer has no inherent stability. As a glass layer with materials such as SiO x glass compositions of all kinds, Al 2 O 3 , ZnO, ZrO 2 , etc. into consideration. The use of fully fluorinated polymers for the outer layer also suppresses the photochemical formation of HF (hydrofluoric acid).
Für die vordere Zwischenschicht kann ein niedrig schmelzender Thermoplast verwendet werden. Geeignet sind Fluorpolymere, die einen ausreichend geringen Schmelzpunkt haben. Aufgrund des geringen Schmelzpunktes von z. B. 100-160°C können sie mit den Solarzellen im Schmelzverfahren verbunden werden, ohne das dadurch die Solarzellen zu heiß gemacht werden müssen. Als Alternative für die vordere Zwischenschicht kommt Silikonkautschuk, insbesondere zweikomponentiger Silikonkautschuk, in Betracht. Er bleibt elastisch nach dem Aushärten. Er wird im flüssigen bzw. weichen Zustand aufgebracht und geht durch seine hohe Klebkraft eine enge Verbindung mit der Glasschicht sowie den Solarzellen ein. Es werden glasklare Silikonkautschuke eingesetzt. A low-melting thermoplastic can be used for the front intermediate layer be used. Fluoropolymers that are sufficient are suitable have a low melting point. Due to the low melting point of z. B. 100-160 ° C with the solar cells in the melting process be connected without making the solar cells too hot have to. An alternative to the front intermediate layer is coming Silicone rubber, in particular two-component silicone rubber, into consideration. He remains elastic after curing. It becomes liquid or soft Condition applied and is a tight due to its high adhesive strength Connection with the glass layer as well as the solar cells. It will be crystal clear Silicone rubbers used.
Das erfindungsgemäße Fotovoltaikmodul ist günstig zu recyceln. Anders als Module nach dem Stand der Technik, bei denen die eingesetzten Kunststoffe vernetzen (siehe z. B. EP 0 325 369), ist eine Trennung möglich. The photovoltaic module according to the invention is inexpensive to recycle. Different to State-of-the-art modules in which the plastics used network (see e.g. EP 0 325 369), separation is possible.
Die Außenschicht bleibt steht thermoplastisch, auch unter schwierigsten Umweltbedingungen, beispielsweise in der Wüste. Dadurch bleibt die Außenschicht intakt, beispielsweise auch bei tiefen Temperaturen, es werden keine Spannungen auf die Solarzellen übertragen. The outer layer remains thermoplastic, even under the most difficult Environmental conditions, for example in the desert. This leaves the Outer layer intact, for example, even at low temperatures no voltages are transferred to the solar cells.
Die vordere Zwischenschicht dient der Verbindung zwischen Solarzelle und Außenschicht und ist so elastisch, dass sie Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischen Ausdehnungen abbauen kann. Sie ist entsprechend dick ausgeführt, damit die thermischen Ausdehnungsdifferenzen nicht zu einem Trennen der Schichtanordnung führen. Typischerweise hat die vordere Zwischenschicht eine Dicke von 0,2-3 mm, bevorzugt ist der Bereich 0,5-0,8 mm. The front intermediate layer serves as the connection between the solar cell and Outer layer and is so elastic that it is due to tension different thermal expansions. she is accordingly thick, so that the thermal expansion differences do not lead to a separation of the layer arrangement. Typically has the front intermediate layer has a thickness of 0.2-3 mm, the preferred is Range 0.5-0.8 mm.
Vorzugsweise ist die aktive Schicht eingebettet zwischen der vorderen Zwischenschicht und einer hinteren Zwischenschicht, die möglichst aus dem gleichen Material und auch in möglichst gleicher Dicke wie die vordere Zwischenschicht gefertigt ist. Dadurch wird eine homogene Einbindung erzielt. Die Solarzellen werden weitgehend von thermisch bedingten mechanischen Spannungen freigehalten. The active layer is preferably embedded between the front Intermediate layer and a rear intermediate layer, which if possible from the same material and as thick as possible as the front one Intermediate layer is made. This ensures a homogeneous integration. The solar cells are largely made of thermal mechanical ones Tensions kept clear.
Als sehr vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die innenliegende Oberfläche der Außenschicht durch sehr feine Strukturen, deren Größe z. B. im Bereich 400-1000 nm liegt, zu strukturieren. Günstig sind prismenförmige Strukturen. Durch derartige holographische Strukturen wird verhindert, dass von den Solarzellen reflektiertes Licht wieder nach außen treten kann, vielmehr wird es zurück geworfen. Die mikroskopischen Einprägungen können auch in anderer Form vorliegen. Als geeignet haben sich Dendritenstrukturen erwiesen. The inner surface has proven to be very advantageous the outer layer through very fine structures, the size of z. B. in the area 400-1000 nm is to be structured. Prismatic ones are favorable Structures. Such holographic structures prevent reflected light from the solar cells can emerge again, rather it is thrown back. The microscopic impressions can also in another form. Dendrite structures have proven suitable proved.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen: Further advantages and features of the invention result from the others Claims and from the following description of not restrictive embodiments of the invention, which are explained in more detail with reference to the drawing. In this Show drawing:
Fig. 1 ein Schnittbild durch ein Teilstück eines Fotovoltaikmoduls, links als Montagebild, rechts als Laminat, mit Schnittebene quer zu der Fläche der Solarzellen, Fig. 1 is a sectional view through a portion of a photovoltaic module as an assembly to the left image, right, as a laminate, with sectional plane transverse to the surface of the solar cell,
Fig. 2 ein Schnittbild in Form eines Montagebildes wie Fig. 1 durch eine zweite Ausbildung des Fotovoltaikmoduls, Fig. 2 is a sectional view in the form of an assembly of the image as shown in FIG. 1 by a second embodiment of the photovoltaic module,
Fig. 3 ein Schnittbild in Form eines Montagebildes wie Fig. 1 durch eine dritte Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls, Fig. 3 is a sectional view in the form of an assembly of the image as shown in FIG. 1 by a third embodiment of a photovoltaic module,
Fig. 4 ein Schnittbild in Form eines Montagebildes wie Fig. 1 durch eine vierte Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls und Fig. 4 is a sectional view in the form of an assembly picture as Fig. 1 by a fourth embodiment of a photovoltaic module and
Fig. 5 ein Schnittbild in Form eines Montagebildes wie Fig. 1 durch eine fünfte Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls. Fig. 5 is a sectional view in the form of an assembly picture as Fig. 1 by a fifth embodiment of a photovoltaic module.
Das Fotovoltaikmodul besteht aus einer Schichtanordnung mehrerer Schichten, die dauerhaft miteinander verbunden sind, insbesondere im Vakuum und bevorzugt durch Wärmebehandlung im Vakuum. Aufgrund des Vakuums werden Lufteinschlüsse verhindert. Die Schichtanordnung kann in einem Arbeitsschritt, sie kann aber auch in mehreren Arbeitsschritten erstellt werden. The photovoltaic module consists of several layers Layers that are permanently connected to each other, especially in the Vacuum and preferably by heat treatment in a vacuum. Because of the Vacuum prevents air pockets. The layer arrangement can be in one work step, but it can also be done in several work steps to be created.
Zunächst wird das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besprochen. Eine Außenschicht 20 ist aus einem hochschmelzenden Fluorpolymeren PTFE mit einer Kristallin-Schmelztemperatur von 327°C hergestellt, sie hat eine Dicke etwa 0,25 mm. Typischerweise schwankt die Dicke im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 mm. Sie hat eine außenliegende Oberfläche 22, auf die Licht, das durch einen Pfeil angedeutet ist, fällt. Sie hat weiterhin eine innenliegende Oberfläche 24, an dieser ist sie innig mit einer dünnen Glasschicht 26 verbunden. Diese ist beispielsweise aus Siliziumoxid oder einem anderen Glasmaterial hergestellt. Als Glasschicht werden auch Metalloxidschichten verstanden. Die Glasschicht 26 ist im Vakuum durch geeignete elektrische, thermische oder elektrothermische Verfahren aufgebracht. Die Glasschicht 26 wird von der Außenschicht 20 getragen. Die Glasschicht 26 hat eine Dicke im Bereich 300 nm. Sie ist so ausreichend dick gewählt, dass sie eine Sperre für UV-Licht unterhalb 375 nm bildet, weiterhin Wasserdampf sperrt. Sie ist so dünn gewählt, dass sie keine eigenen Stabilität hat, vielmehr mechanisch eine Einheit bildet mit der Außenschicht 20. Die Glasschicht 26 bildet zusammen mit der Außenschicht 20 eine äußere Lage, diese äußere Lage ist ein Vorprodukt. Sie wird mit den weiteren Schichten, die nachfolgend beschrieben werden, verbunden. First, the embodiment of FIG. 1 is discussed. An outer layer 20 is made of a high-melting fluoropolymer PTFE with a crystalline melting temperature of 327 ° C, it has a thickness of about 0.25 mm. Typically, the thickness varies in the range between 0.3 and 0.5 mm. It has an external surface 22 onto which light, which is indicated by an arrow, falls. It also has an inner surface 24 , on which it is intimately connected with a thin glass layer 26 . This is made, for example, of silicon oxide or another glass material. Metal oxide layers are also understood as a glass layer. The glass layer 26 is applied in a vacuum by suitable electrical, thermal or electrothermal processes. The glass layer 26 is carried by the outer layer 20 . The glass layer 26 has a thickness in the range of 300 nm. It is selected to be sufficiently thick that it forms a barrier for UV light below 375 nm, and still blocks water vapor. It is chosen so thin that it does not have its own stability, but rather mechanically forms a unit with the outer layer 20 . The glass layer 26 forms an outer layer together with the outer layer 20 , this outer layer is a preliminary product. It is connected to the other layers, which are described below.
Unterhalb der Glasschicht 26 befindet sich eine vordere Zwischenschicht, sie hat eine Dicke von etwa 0,5 mm und ist aus einem Fluorthermoplasten THV 220 mit einem Schmelzbereich von etwa 120°C hergestellt. Die vordere Zwischenschicht 28 bleibt dauerelastisch. Sie gleicht thermische Spannungen zwischen den benachbarten Schichten aus. Sie ist hochtransparent. Aufgrund ihrer Schmelztemperatur lässt sie sich gut mit den benachbarten Schichten verbinden und fließt in Hohlräume. Below the glass layer 26 is a front intermediate layer, it has a thickness of approximately 0.5 mm and is made from a fluorothermoplastic THV 220 with a melting range of approximately 120 ° C. The front intermediate layer 28 remains permanently elastic. It balances thermal stresses between the neighboring layers. It is highly transparent. Due to its melting temperature, it can be easily connected to the neighboring layers and flows into cavities.
Unterhalb dieser vorderen Zwischenschicht 28 befindet sich eine aktive Schicht 30 mit mehreren, in einer Ebene nebeneinander angeordneten Solarzellen 32. Hier werden handelsübliche Solarzellen eingesetzt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Below this front intermediate layer 28 there is an active layer 30 with a plurality of solar cells 32 arranged next to one another in one plane. Commercial solar cells, as are known from the prior art, are used here.
Unterhalb dieser aktiven Schicht 30 befindet sich eine rückseitige Zwischenschicht 34. Sie ist baugleich mit der vorderen Zwischenschicht 28. Durch die beiden Zwischenschichten 28, 34 wird die aktive Schicht 30 gekapselt, also vollständig umhüllt. Diese Umhüllung wird nach außen hin durch die äußere Lage 20, 26 geschützt. Wie das rechte Teilbild von Fig. 1 zeigt, umfließen die Zwischenschichten 28, 34 beim Zusammenbacken der einzelnen Schichten im Vakuumofen die Solarzellen 32, so das diese umschlossen sind. A rear intermediate layer 34 is located below this active layer 30 . It is structurally identical to the front intermediate layer 28 . The active layer 30 is encapsulated by the two intermediate layers 28 , 34 , that is to say completely enveloped. This envelope is protected from the outside by the outer layer 20 , 26 . As the right partial image of FIG. 1 shows, the intermediate layers 28 , 34 flow around the solar cells 32 when the individual layers are caked together in the vacuum oven, so that they are enclosed.
Die rückseitige Zwischenschicht 34 ist Teil einer rückseitigen Schichtanordnung. Diese ist im Gegensatz zur Vorderseite nicht unmittelbar der Lichteinstrahlung, wohl aber den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Sie braucht daher nicht transparent zu sein, sie muss auch nicht auf UV-Verträglichkeit ausgelegt sein. Sie hat allerdings die Aufgabe, der gesamten Anordnung eine gewisse mechanische Festigkeit zugeben. Dies wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erreicht durch eine Glasplatte 36, die mit der rückseitigen Zwischenschicht 34 die rückseitige Schichtanordnung bildet. Die Glasplatte 36 im Ausführungsbeispiel 1 ist die hinterste Schicht, also die Rückenschicht. Sie hat eine außenseitige Oberfläche, die zugleich die außenseitige Oberfläche des Moduls ist. The rear intermediate layer 34 is part of a rear layer arrangement. In contrast to the front, this is not directly exposed to light, but is, however, exposed to environmental influences. It therefore does not have to be transparent, nor does it have to be designed for UV compatibility. However, it has the task of adding a certain mechanical strength to the entire arrangement. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, this is achieved by a glass plate 36 , which forms the rear layer arrangement with the rear intermediate layer 34 . The glass plate 36 in exemplary embodiment 1 is the rearmost layer, that is to say the back layer. It has an outside surface, which is also the outside surface of the module.
Beim Zusammenfügen der äußeren Lage und der Schichten in einem Vakuumofen geht die vordere Zwischenschicht 28 eine feste Verbindung mit der Glasschicht 26 ein. Um die Verbindung an dieser Stelle zu verbessern, kann man einen Haftvermittler einsetzten, beispielsweise eine dünne Schicht eines Silans. When the outer layer and the layers are joined together in a vacuum oven, the front intermediate layer 28 forms a firm connection with the glass layer 26 . In order to improve the connection at this point, an adhesion promoter can be used, for example a thin layer of a silane.
Zwischen die rückseitige Zwischenschicht 34 und die Glasplatte 36 ist in der Ausführung nach Fig. 1 ein Haftfilm 40 aus Fluorpolymerlacken mit Haftvermittler zwischengefügt. Eine derartige Schicht ist nicht unbedingt notwendig, aber vorteilhaft für den Zusammenhalt. In the embodiment according to FIG. 1, an adhesive film 40 made of fluoropolymer lacquers with an adhesion promoter is interposed between the rear intermediate layer 34 and the glass plate 36 . Such a layer is not absolutely necessary, but is advantageous for cohesion.
Anstelle einer Glasplatte 36 kann ein anderes Trägermaterial, beispielsweise ein Blech, eine Kunststoffplatte usw. eingesetzt werden. 41 ist eine elektrische Anschlußleitung. Instead of a glass plate 36 , another carrier material, for example a metal sheet, a plastic plate, etc., can be used. 41 is an electrical connection line.
Das Modul nach Fig. 1 zeigt höchste Transparenz im Bereich der vor der aktiven Schicht 30 liegenden Schichten, höchste Schmutzabweisung, keine Wasseraufnahme, keine Vergilbung. The module according to FIG. 1 shows maximum transparency in the area of the layers lying in front of the active layer 30 , maximum dirt repellency, no water absorption, no yellowing.
In der Ausführung nach Fig. 2 wird eine Außenschicht 20 eingesetzt, die nunmehr an ihrer innenliegenden Oberfläche 24 eine Mikrostruktur 42 aufweist, in Fig. 2 ist dies kenntlich gemacht durch eine Zick-Zack-Linie. Auf diese Mikrostruktur 42 ist die Glasschicht 26 aufgebracht. Die Mikrostruktur 42 hat Abmessungen im Bereich der Lichtwellenlänge. Durch die Mikrostruktur wird vermieden, dass an den Solarzellen 32 reflektiertes Licht aus der Schichtanordnung wieder austreten kann, jedenfalls wird diese Rückreflektion verringert. In the embodiment according to FIG. 2, an outer layer 20 is used, which now has a microstructure 42 on its inner surface 24 ; in FIG. 2, this is indicated by a zigzag line. The glass layer 26 is applied to this microstructure 42 . The microstructure 42 has dimensions in the range of the light wavelength. The microstructure prevents light reflected from the solar cells 32 from emerging again from the layer arrangement; in any case, this back reflection is reduced.
Für die vordere Zwischenschicht 28 und die rückseitige Zwischenschicht 34 wird nun ein niedrig schmelzendes, thermoplastisches Fluorpolymer PVDF eingesetzt. Ein Aktivieren der H-Atome der vorderen Zwischenschicht 28 wird durch die UV-Sperre, die die Glasschicht 26 bildet, verhindert. A low-melting, thermoplastic fluoropolymer PVDF is now used for the front intermediate layer 28 and the rear intermediate layer 34 . Activation of the H atoms of the front intermediate layer 28 is prevented by the UV barrier which forms the glass layer 26 .
Die rückseitige Schichtanordnung wird durch eine Metallplatte 44 vervollständigt, die über einen Haftvermittler 40 mit der rückseitigen Zwischenschicht 34 verbunden ist. Der Schmelzpunkt der beiden Zwischenschichten 28, 34 liegt bei 140°C. The rear layer arrangement is completed by a metal plate 44 which is connected to the rear intermediate layer 34 via an adhesion promoter 40 . The melting point of the two intermediate layers 28 , 34 is 140 ° C.
In der Ausführung nach Fig. 3 wird wieder eine dünne Außenschicht 20 aus einem hochtransparenten, thermoplastischen Fluorpolymer, der hochschmelzend ist, benutzt. Eingesetzt wird MFA. Auf der innenliegenden Oberfläche 24 befindet sich eine Oxidschicht, hier konkret ZnO. Dieses Material ist hoch transparent und sperrt unterhalb etwa 380 nm. Die vordere Zwischenschicht 28 und die rückseitige Zwischenschicht 34 sind aus einem hochtransparenten Silikonkautschuk hergestellt. Er wird im Streichverfahren aufgebracht. Dadurch ist ein Ofen, insbesondere ein Vakuumofen, für die Ausbildung der Schichtanordnung des Moduls nicht notwendig. In Fig. 3 sind die beiden Zwischenschichten 28, 34 nur der besseren Übersichtlichkeit der Darstellung wegen separat gezeichnet, tatsächlich existieren sie in dieser separaten Form nicht. Vielmehr wird auf eine äußere Lage, die mit ihrer außenliegenden Oberfläche 22 nach unten auf eine Unterlage gelegt wird, im Zieh-Gießverfahren eine dünne Schicht ans transparentem Silikonkautschuk aufgebracht, es werden die Solarzellen 32 aufgelegt, und es wird eine weitere Schicht, die die rückseitige Zwischenschicht 34 bildet, aufgebracht. Silikonkautschuk geht eine ausgezeichnete Verbindung mit der Glasschicht 26 ein. Ganz oben auf die so gebildete Schichtanordnung wird nun eine hintere Lage 46 aufgelegt, die mit der äußeren Lage aus Außenschicht 20 und Glasschicht 26 baugleich. Dadurch ist auch der rückseitige Abschluss von gleicher Qualität wie der Abschluss auf der Vorderseite. Zugleich wird ein relativ dünnes Modul erreicht. In der Ausführung nach Fig. 3 wird auch ein besonders dünne Solarzelle 32 eingesetzt. Insgesamt wird ein weitgehend biegsames Modul erhalten. In the embodiment according to FIG. 3, a thin outer layer 20 made of a highly transparent, thermoplastic fluoropolymer that is high-melting is used again. MFA is used. There is an oxide layer on the inside surface 24 , specifically ZnO here. This material is highly transparent and blocks below approximately 380 nm. The front intermediate layer 28 and the rear intermediate layer 34 are made from a highly transparent silicone rubber. It is applied by brushing. As a result, an oven, in particular a vacuum oven, is not necessary for the formation of the layer arrangement of the module. In Fig. 3 the two intermediate layers 28 , 34 are drawn separately only for the sake of clarity of illustration, in fact they do not exist in this separate form. Rather, a thin layer is applied to the transparent silicone rubber on the outer layer 22 , which is placed with its outer surface 22 facing downward, on the transparent silicone rubber, the solar cells 32 are placed on top, and there is a further layer that covers the back Intermediate layer 34 forms, applied. Silicone rubber forms an excellent bond with the glass layer 26 . At the very top of the layer arrangement formed in this way, a rear layer 46 is now placed, which is structurally identical to the outer layer made of outer layer 20 and glass layer 26 . As a result, the back finish is of the same quality as the finish on the front. At the same time, a relatively thin module is achieved. In the embodiment of FIG. 3, a very thin solar cell 32 is used. Overall, a largely flexible module is obtained.
In der Ausführung nach Fig. 4 wird wieder eine äußere Lage wie in Fig. 1 aus einer Außenschicht 20 und einer Glasschicht 26 eingesetzt. Für die Zwischenschichten 28, 34 wird nun je eine Ionomerfolie benutzt. Sie hat eine der Zwischenschicht aus den vorherigen Ausführungsbeispielen entsprechende Dicke. Ionomerfolien werden unter den Handelsnamen Lucalen I, Aclyn, Surlyn A und Sur-Flex angeboten. Sie bilden ausgezeichnete Haftvermittler. Sie sind zäh und glasklar. Es handelt sich um Copolymerisate von Ethylen mit Acrylsäure. In the embodiment according to FIG. 4, an outer layer of an outer layer 20 and a glass layer 26 is again used as in FIG. 1. An ionomer film is now used for each of the intermediate layers 28 , 34 . It has a thickness corresponding to the intermediate layer from the previous exemplary embodiments. Ionomer films are offered under the trade names Lucalen I, Aclyn, Surlyn A and Sur-Flex. They form excellent adhesion promoters. They are tough and crystal clear. They are copolymers of ethylene with acrylic acid.
Die rückseitige Schichtanordnung wird nun durch eine Lage 48 aus einem Glasfasergewebe und eine abschließende Folie 50 vervollständigt. The rear layer arrangement is now completed by a layer 48 made of a glass fiber fabric and a final film 50 .
In der Ausführung nach Fig. 5 wird der Aufbau ähnlich wie Fig. 1 eingesetzt, jedoch sind nunmehr die Zwischenschichten 28, 34 aus EVA mit eingebautem Haftvermittler. Dadurch wird ein preiswertes Verkapslungsmaterial. das an sich für Solarzellen bekannt ist und vielseitig eingesetzt wird, verwendet. Es wird nun aber durch die äußere Lage aus Außenschicht 20 und Glasschicht 26 so geschützt, dass die negativen Eigenschaften von EVA, wie sie im Eingang angesprochen wurden, unterdrückt werden. Es wird in der Ausführung nach Fig. 5 eine preisgünstige Verkapselung erreicht. In the embodiment according to FIG. 5, the structure is used similarly to FIG. 1, but now the intermediate layers 28 , 34 are made of EVA with a built-in adhesion promoter. This makes it an inexpensive encapsulation material. which is known for solar cells and is used in a variety of ways. However, it is now protected by the outer layer of outer layer 20 and glass layer 26 in such a way that the negative properties of EVA, as they were addressed in the entrance, are suppressed. In the embodiment according to FIG. 5, an inexpensive encapsulation is achieved.
Vorzugweise sind die beiden Zwischenschichten baugleich. The two intermediate layers are preferably identical in construction.
Claims (10)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008109325A1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-12 | Dow Global Technologies Inc. | Fluorinated polymer system |
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| DE102008049890A1 (en) * | 2008-10-02 | 2010-04-22 | Webasto Ag | Surface component for e.g. sliding roof, of passenger car, has solar cell arrangement provided with cover layer on external side of vehicle, and supporting layers produced in lightweight composite construction |
| CN104038142A (en) * | 2014-06-17 | 2014-09-10 | 信阳师范学院 | Universal easily-installed photovoltaic component and photovoltaic mounting structure using the same |
-
2001
- 2001-11-29 DE DE10158405A patent/DE10158405A1/en not_active Withdrawn
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