DE102008012286A1 - Solar module i.e. photovoltaic component, for directly generating electrical current from sunlight, has plastic carrier providing metallic electrical connecting structure for electrical connection to solar cell arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarmodul sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit einer flächig ausgebildeten Solarzellenanordnung, an dessen Rückseite eine Rückseitenkonstruktion und an dessen Vorderseite eine strahlungstransparente Frontscheibe vorgesehen sind, sowie mit einem die Rückseitenkonstruktion und die Frontscheibe verklebenden und die Solarzellenanordnung zwischen Rückseitenkonstruktion und Frontscheibe umgebenden Einbettungsmaterial.The The invention relates to a solar module and a method for Production of a solar module with a flat design Solar cell arrangement, on the back of a back construction and at the front a radiation-transparent front window are provided, as well as with a the back construction and bonding the windscreen and the solar cell assembly between Rear construction and windscreen surrounding embedding material.
Stand der TechnikState of the art
Solarmodule sind photovoltaische Bauelemente zur direkten Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht. Schlüsselfaktoren für eine kosteneffiziente Erzeugung von Solarstrom sind die Herstellkosten und die Haltbarkeit der Solarmodule.solar Panels are photovoltaic devices for direct generation of electricity from sunlight. Key factors for a cost-efficient Generation of solar power are the manufacturing costs and the durability the solar modules.
Solarmodule
bestehen üblicherweise aus einem Verbund aus einer Frontscheibe,
den verschalteten Solarzellen, die von einem Einbettmaterial umschlossen
sind, und einer Rückseitenkonstruktion. Eine verbreitete
Variante von Solarmodulen wird für die Handhabung und spätere
Halterung noch mit Aluminiumprofilen versehen, die umlaufend als
Rahmen und teilweise auch unterstützend als Verstrebungen angebracht
werden. Die einzelnen Elemente eines Solarmoduls haben dabei folgende
Funktionen zu erfüllen:
Die Frontscheibe, meist aus
Glas, etwa 3–4 mm dick, dient dem Schutz vor mechanischen
und Witterungseinflüssen und liefert einen Teil der mechanischen Stabilität
des Moduls. Sie muss hoch transparent sein, vorzugsweise aus Weißglas
mit 90–92% Transmissionsgrad im oberen Spektralbereich,
um Absorptionsverluste im optischen Spektralbereich von etwa 300
nm bis 1500 nm möglichst gering und damit den Wirkungsgrad
der üblicherweise eingesetzten Silizium-Solarzellen möglichst
hoch zu halten.Solar modules usually consist of a composite of a windshield, the interconnected solar cells, which are enclosed by an embedding material, and a rear side construction. A common variant of solar modules is still provided for handling and later mounting with aluminum profiles, which are circumferentially mounted as a frame and sometimes supportive as bracing. The individual elements of a solar module have to fulfill the following functions:
The windscreen, usually made of glass, about 3-4 mm thick, serves to protect against mechanical and weathering and provides part of the mechanical stability of the module. It must be highly transparent, preferably made of white glass with 90-92% transmittance in the upper spectral range, to minimize absorption losses in the optical spectral range of about 300 nm to 1500 nm and thus to maximize the efficiency of the silicon solar cells commonly used.
Das Einbettmaterial, häufig werden hierfür Ethylen-Vinylacetat-Folien oder kurz EVA-Folien verwendet, dient zur Einbettung der verschalteten Zellen und der Verklebung des gesamten Modulverbundes. Derartige Einbettungen sind jedoch nicht in der Lage mechanische Belastung zu übertragen, ein Aspekt, auf den im Weiteren noch eingegangen wird.The Embedding material, often for this ethylene-vinyl acetate films or short EVA films used, is used for embedding the interconnected Cells and the bonding of the entire module network. such Embeddings, however, are not capable of mechanical stress to transfer, an aspect, which will be discussed later becomes.
Auf der Modulrückseite wird zum Schutz der Solarzellen und des Einbettmaterials vor Feuchtigkeit und Sauerstoff, als mechanischer Schutz und als elektrische Isolation eine Verbundfolie, meist bestehend aus Polyvinylfluorid (PVF) und Polyethylenterephthalat (PET) oder aus PVF und Aluminium, verwendet. In einigen Fällen wird auch auf der Rückseite wie auf der Frontseite eine Glasscheibe eingesetzt.On the back of the module is used to protect the solar cells and of the embedding material from moisture and oxygen, as mechanical Protection and as electrical insulation a composite foil, mostly existing made of polyvinyl fluoride (PVF) and polyethylene terephthalate (PET) or made of PVF and aluminum. In some cases also on the back as on the front a glass pane used.
Eine verbreitete Technologie zur Einbettung stellt die Vakuumlaminierung dar, da durch das Vakuum beim Laminieren die Bildung von Luftblasen weitgehend vermieden wird. EVA schmilzt während des Laminierens bei etwa 150°C, umfließt die verschalteten Solarzellen und wird thermisch vernetzt.A Common embedment technology is vacuum lamination because of the vacuum during lamination, the formation of air bubbles is largely avoided. EVA melts during lamination at about 150 ° C, flows around the interconnected solar cells and is thermally crosslinked.
Die eingesetzten Kapselungs- bzw. Einbettungsmaterialien sollten dabei gute Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf und Sauerstoff aufweisen, zumal durch Wasserdampf oder Sauerstoff Korrosionsbedingte Schädigungen an Metallkontakten auftreten und es zur Degradation des EVA-Materials kommt. Somit sollten die Vorder- und Rückseite des Solarmoduls hohe Witterungsstabilität aufweisen und die eingebetteten Solarzellen durch Barrierewirkung z. B. gegen Wasserdampf und Sauerstoff vor Korrosion schützen.The The encapsulation or embedding materials used should be included have good barrier properties against water vapor and oxygen, especially due to water vapor or oxygen damage caused by corrosion occur on metal contacts and it comes to the degradation of the EVA material. Thus, the front and back of the solar module should be have high weathering stability and the embedded Solar cells by barrier effect z. B. against water vapor and oxygen protect against corrosion.
Grundsätzlich müssen Solarmodule für ihren Einsatz, z. B. auf Hausdächern, eine hohe mechanische Stabilität, insbesondere eine hohe Biegesteifigkeit und Biegefestigkeit, aufweisen, um die im Betrieb möglichen Lasten, z. B. Wind- und Schneelasten, schadlos ertragen zu können. Die mechanische Stabilität bekannter Solarmodule kann durch seine Rückseite, seine Vorderseite und/oder durch weitere zusätzliche Unterstützungen, z. B. in Form von Aluminiumrahmen, Aluminiumverstrebungen, eine stabile Auflagekonstruktion, die ein Durchbiegen des Moduls unter Last verhindert, gewährleistet werden.in principle need solar modules for their use, eg. B. on Rooftops, high mechanical stability, in particular a high flexural strength and bending strength, around the possible loads in operation, z. B. wind and snow loads, harmless to be able to bear. The mechanical stability known solar modules can by its back, its Front and / or other additional supports, z. B. in the form of aluminum frame, aluminum struts, a stable support structure, which allows bending of the module under Load prevented, guaranteed.
Darüber hinaus sollten Solarmodule sehr lange Betriebszeiten erreichen, um die Rentabilität zu gewährleisten. Heute übliche Anforderungen an die Lebensdauer der Solarmodule sind mindestens 25 Jahre, Tendenz steigend. Im Betrieb unterliegen die Solarmodule hohen mechanischen Belastungen, z. B. durch Wind- und Schneelasten, sowie durch zyklisch auftretende Temperaturschwankungen, die von 80°C bei voller Sonneneinstrahlung bis unterhalb des Gefrierpunkts liegen können.About that In addition, solar modules should reach very long operating times, to ensure profitability. Today usual Requirements for the lifetime of the solar modules are at least 25 Years, rising. In operation, the solar modules are subject high mechanical loads, eg. Due to wind and snow loads, as well as by cyclically occurring temperature fluctuations, that of 80 ° C in full sunlight until below freezing can lie.
Hohe Material- und Fertigungskosten, bedingt bspw. durch spezielles Frontglas, spezielle Verbundfolie für die Rückseite, Vakuumlaminierung, Aluminiumrahmen etc., die erforderlichen manuellen Arbeiten, bspw. Verlöten der elektrischen Leitungen, Montage und Kontaktierung der Anschlussdosen, und die relativ langen Prozesszeiten, z. B. für die Laminierung und Vernetzung des EVA, führen zu einem vergleichsweise hohen Anteil der Kosten für den Modulbau an den Gesamtkosten im zweistelligen Prozentbereich.Height Material and production costs, for example due to special front glass, special composite film for the back, vacuum lamination, Aluminum frames etc., the necessary manual work, eg. Soldering the electrical cables, mounting and contacting the junction boxes, and the relatively long process times, eg. B. for the lamination and crosslinking of the EVA to a comparatively high proportion of the cost of the Modular construction of the total costs in the double-digit percentage range.
Durch die relativ dicke Frontglasscheibe weisen konventionelle Solarmodule zudem ein hohes Gewicht auf, das wiederum stabile und teure Halterungskonstruktionen erforderlich macht.Due to the relatively thick front glass pane, conventional solar modules also have a high weight, in turn, stable and expensive holding rungskonstruktionen required.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Wärmeabfuhr. Bei voller Sonnenbestrahlung heizen sich die Module auf bis zu 80°C auf, was eine Verringerung des Wirkungsgrades der Solarzellen zur Folge hat.One Another important point is the heat dissipation. At full Solar irradiation heat the modules up to 80 ° C on what a reduction in the efficiency of solar cells for Episode has.
Zwar
existieren verschiedene Vorschläge zu Verringerung der
Herstellungskosten der Solarmodule durch kostengünstigere
Komponenten und Herstellungsverfahren, doch sind auch diese Vorschläge nicht
richtig zielführend. Von Bedeutung für die Erfindung
sind neben möglichen weiteren das Patent
In
In
Eine weitere beschriebene Variante eines Solarmoduls ist die, bei der die Solarzellen auf einem als Modulrückseite dienenden Formteil fixiert sind, auf das dann ein transparentes Polyurethan aufgespritzt wird. Bei dieser Variante kann eine höhere Biegesteifigkeit des Solarmoduls durch Verwendung eines biegesteifen Formteils als Modulrückseite, bspw. ein mit Glasfasern verstärktes Polycarbonat, erreicht werden. Grundsätzlich gilt für Solarmodule, die über eine hohe mechanische Stabilität verfügen, dass ein Modul mit einer Fläche von etwa 1,40 m2 ohne weitere zusätzliche Unterstützungen, wie Aluminiumrahmen, Aluminiumverstrebungen, eine stabile Auflagekonstruktion, die ein Durchbiegen des Moduls unter Last verhindert, etc., also nur durch sich selbst tragend, allen in den einschlägigen Normen vorgeschriebenen mechanischen Belastungstests Stand hält.Another described variant of a solar module is that in which the solar cells are fixed on a serving as a module back molding on which then a transparent polyurethane is sprayed. In this variant, a higher flexural rigidity of the solar module can be achieved by using a flexurally rigid molded part as module rear side, for example a glass fiber reinforced polycarbonate. Basically, for solar modules that have high mechanical stability, a module with an area of about 1.40 m 2, without any additional support, such as aluminum frames, aluminum braces, a stable support structure that prevents flexing of the module under load, etc ., ie, self-supporting, withstands all mechanical stress tests specified in the relevant standards.
Um diese für ein Solarmodul mit hoher mechanischer Stabilität definierten Anforderungen zu erreichen, muss die Rückseite des Solarmoduls relativ dick ausgeführt werden, was mit einer schlechten Wärmeableitung sowie einem höheren Gewicht des Solarmoduls einher geht.Around this for a solar module with high mechanical stability To achieve defined requirements, the backside needs to be of the solar module are made relatively thick what with a poor heat dissipation and a higher Weight of the solar module goes along.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung von Solarmodulen mit hoher mechanischer Stabilität, insbesondere hoher Biegesteifigkeit und Biegefestigkeit, so dass z. B. ein Modul dieser Bauart mit einer Fläche von etwa 1,40 m2 ohne weitere zusätzliche Unterstützungen wie Aluminiumrahmen, Aluminiumverstrebungen, eine stabile Auflagekonstruktion, die ein Durchbiegen des Moduls unter Last verhindert, etc., also nur durch sich selbst, allen in den einschlägigen Normen vorgeschriebenen mechanischen Belastungstests Stand hält, auf der Basis von photoaktiven Elementen. Das Solarmodul soll insbesondere kostengünstig, robust gegen äußere Einflüsse, von langer Lebensdauer sein und eine hohen Wirkungsgrad auch bei hohen Sonnenstrahlungstemperaturen gewährleisten. Ferner gilt es ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung eines derartigen Solarmoduls anzugeben.The object of the invention is the development of solar modules with high mechanical stability, in particular high bending stiffness and bending strength, so that z. B. a module of this type with an area of about 1.40 m 2 without further additional support such as aluminum frame, aluminum struts, a stable support structure that prevents bending of the module under load, etc., so only by itself, all in the relevant mechanical stress tests, based on photoactive elements. The solar module should be particularly cost-effective, robust against external influences, long life and ensure high efficiency even at high solar radiation temperatures. Furthermore, it is a method for cost-effective production of such a solar module specify.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Ein lösungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruches 14. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The The object underlying the invention is defined by the claim 1 solved. A solution according to The method is the subject of claim 14. The idea of the invention advantageous further-forming features are the subject of the dependent claims and the further description with reference to the embodiments refer to.
Ein lösungsgemäßes Solarmodul mit einer flächig ausgebildeten Solarzellenanordnung, an deren Rückseite eine Rückseitenkonstruktion und an deren Vorderseite eine strahlungstransparente Frontscheibe vorgesehen sind, sowie mit einem die Solarzellenanordnung zwischen der Rückseitenkonstruktion und der Frontscheibe umgebenden Einbettungsmaterial, zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückseitenkonstruktion ein als separates, stabiles, leichtes Modul, mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Pressen hergestellter Kunststoffträger ist, dass die Frontscheibe mit ihrer dem Kunststoffträger zugewandten Oberfläche ganzflächig mittels einer erstarrungsfähigen und mechanische Lasten übertragbaren Vergussmasse mit dem Kunststoffträger verbunden ist, die die Solarzellenanordnung zwischen der Frontscheibe und dem Kunststoffträger umschließt.One Solvent-based solar module with a flat surface trained solar cell array, at the back a back construction and at the front one radiation-transparent windscreen are provided, and with a the solar cell assembly between the back construction and the windscreen surrounding embedding material, stands out by the fact that the rear construction as a separate, Stable, lightweight module, by injection molding, injection-compression molding or pressed plastic carrier is that the windscreen with its plastic carrier facing surface over the entire surface by means of a solidifying and mechanical loads transferable potting compound with the plastic carrier connected to the solar cell array between the windscreen and the plastic carrier encloses.
Das Solarmodul besteht in einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus einem mittels Spritzguss, Spritzprägen oder Pressen hergestellten leichten, mechanisch stabilen Kunststoffträger auf der Rückseite, einer transparenten Frontscheibe, z. B. aus Glas, Glaskeramik oder einem transparenten Kunststoff, z. B. auf Basis von PMMA, auf der Frontseite, den verschalteten und kontaktierten Solarzellen im Zwischenraum zwischen Frontscheibe und Kunststoffträger sowie einer den Kunststoffträger und die Frontscheibe verklebenden, den Zwischenraum zwischen Kunststoffträger und Frontscheibe blasenfrei ausfüllenden Klebeschicht, die dabei zugleich die Solarzellen und das Kontaktsystem verkapselt.The solar module consists in a particularly preferred embodiment of a produced by injection molding, injection compression or compression lightweight, mechanically stable plastic carrier on the back, a transparent windshield, z. Example of glass, glass ceramic or a transparent plastic, for. B. on the basis of PMMA, on the front, the interconnected and contacted solar cells in the space between windscreen and plastic carrier and a plastic carrier and the front glass bonding, the gap between the plastic carrier and front glass bubble-free filling adhesive layer, which at the same time the Solar cells and the contact system encapsulated.
Betrachtet man ein Solarmodul mechanisch als Platte, so nimmt die Biegesteifigkeit mit der dritten Potenz der Plattendicke zu. Die Dicke des Solarmoduls summiert sich aus der Dicke des Kunststoffträgers, der Dicke der Frontscheibe und der Dicke der Klebeschicht zwischen Frontscheibe und Kunststoffträger. Der Kunststoffträger liefert einen Teil der mechanischen Stabilität des Solarmoduls. Die Frontscheibe besteht aus einem Material mit einer signifikanten Biegesteifigkeit. So besitzt z. B. PMMA bei gleicher Dicke und etwa gleicher Dichte eine um etwa den Faktor 10 höhere Biegesteifigkeit als transparentes Polyurethan. Durch die ganzflächige Verklebung von Frontscheibe und Kunststoffträger durch die Klebeschicht trägt auch die biegesteife Frontscheibe mit zur mechanischen Stabilität des Solarmoduls bei. Dies hat zur Folge dass der Kunststoffträger auf der Rückseite deutlich dünner ausgeführt werden kann als wenn die Frontseite (wie im Falle von Polyurethan) nicht mit zur Stabilität beitragen würde, was wiederum erhebliche Vorteile in der Wärmeableitung und im Gewicht – die Dichte von Polyurethan und PMMA sind etwa gleich – zur Folge hat.considered If you use a solar module mechanically as a plate, so does the flexural rigidity with the cube of the plate thickness too. The thickness of the solar module adds up from the thickness of the plastic carrier, the Thickness of the windscreen and the thickness of the adhesive layer between windscreen and plastic carrier. The plastic carrier supplies a part of the mechanical stability of the solar module. The windscreen is made of a material with a significant Flexural strength. So z. B. PMMA at the same thickness and about same density by about a factor of 10 higher bending stiffness as a transparent polyurethane. Through the full-surface bonding of Windscreen and plastic carrier through the adhesive layer also carries the rigid windscreen with the mechanical Stability of the solar module at. This has the consequence that the plastic backing on the back clearly can be made thinner than if the front (as in the case of polyurethane) not to stability which in turn would bring significant benefits in the Heat dissipation and in weight - the density of Polyurethane and PMMA are about the same - as a result.
Ein weiterer Vorteil der direkten Verklebung von Frontscheibe und Kunststoffträger besteht darin, dass durch die Verklebung die die Solarzellen enthaltende Klebeschicht zwischen Frontscheibe und Kunststoffträger näher an die neutrale Biegelinie bzw. neutrale Faser heranrückt, was zu geringeren mechanischen Spannungen in der Klebeschicht und damit auch in den Solarzellen führt und auf Grund des niedrigeren Lastniveaus eine deutlich höhere Lebensdauer erwarten lässt.One Another advantage of the direct bonding of windscreen and plastic carrier is that by gluing the solar cells containing Adhesive layer between windscreen and plastic carrier closer to the neutral bending line or neutral fiber, resulting in lower mechanical stresses in the adhesive layer and thus also in the solar cells leads and due to the lower Load levels can expect a much longer life.
Als weiterer Vorteil sei genannt, dass durch die geringeren mechanischen Spannungen in der neutralen Biegelinie nicht nur elastische Verklebungen, sondern auch strukturelle Verklebungen mit weniger weichen, nicht-elastomerartigen Klebstoffen eingesetzt werden können, was wiederum zu deutlich höheren Biegesteifigkeiten und Biegefestigkeiten führt.When Another advantage may be mentioned that due to the lower mechanical Tensions in the neutral bending line not only elastic bonds, but also structural bonds with less soft, non-elastomeric Adhesives can be used, which in turn is too obvious higher bending stiffness and bending strength leads.
Durch die Formgebung des Kunststoffträgers durch Spritzguss, Spritzprägen oder Pressen erfolgt dessen Herstellung mit den für diese Technologien üblichen niedrigen Taktzeiten im Bereich zwischen wenigen Minuten bis unter einer Minute. Geeignete Materialien für den Kunststoffträger sind z. B. PBT, PET, PA, PMMA, PC, PP oder Biopolymere wie PLA oder PLA-Copolymere, vorzugsweise mit Verstärkungsfasern, z. B. Glasfasern oder Carbonfasern oder anderen Verstärkungsfasern oder Füllstoffen oder Gemischen aus vorgenannten, zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Steifigkeit und Festigkeit. Die Einarbeitung der vorgenannten Fasern erfolgt mit dem Fachmann bekannten Compoundier-Technologien, entweder in einem der Formgebung vorgelagerten separaten Prozessschritt oder inline im gleichen Prozessschritt wie die Formgebung mit der Spritzgieß-Compoundier-Technologie.By the shaping of the plastic carrier by injection molding, Injection molding or pressing takes place with its production the usual low for these technologies Cycle times ranging from a few minutes to less than a minute. Suitable materials for the plastic carrier are z. PBT, PET, PA, PMMA, PC, PP or biopolymers such as PLA or PLA copolymers, preferably with reinforcing fibers, e.g. As glass fibers or carbon fibers or other reinforcing fibers or fillers or mixtures of the above, for improvement the mechanical properties, in particular the rigidity and Strength. The incorporation of the aforementioned fibers is carried out with known in the art compounding technologies, either in one the shaping upstream separate process step or inline in the same process step as the molding with the injection molding compounding technology.
Der Kunststoff für den Träger kann zusätzlich mit einem Füllstoff ausgerüstet werden, der die Wärmeleitfähigkeit erhöht, z. B. metallische Fasern oder pulverförmiges Kupfer. Des Weiteren kann er mit einem Füllstoff zur Reduzierung der Wärmeausdehnung des ungefüllten Polymers wie Kreide, Glasplättchen oder Silikaten ausgerüstet werden. Die Einarbeitung der vorgenannten Füllstoffe erfolgt mit dem Fachmann bekannten Compoundier-Technologien, entweder in einem der Formgebung vorgelagerten separaten Prozessschritt oder inline im gleichen Prozessschritt wie die Formgebung mit der Spritzgieß-Compoundier-Technologie.Of the Plastic for the wearer can be additionally with be equipped with a filler, the thermal conductivity increased, z. As metallic fibers or powdered Copper. Furthermore, he can use a filler for reduction the thermal expansion of the unfilled polymer such as Chalk, glass slides or silicates equipped become. The incorporation of the aforementioned fillers takes place with compounding technologies known to those skilled in the art, either in one of the shaping upstream separate process step or inline in the same process step as the molding with the injection molding compounding technology.
In einer vorteilhaften Ausführung können in den Kunststoffträger im Prozess der Formgebung mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Pressen die elektrischen Zuleitungen von den Kontakten für die elektrische Kontaktierung der Solrazellen zur Anschlussdose für die externen Anschlüsse integriert werden, z. B. durch Einbringen der metallischen Leiter in die Kavität für den Kunststoffträger vor dem Einspritzvorgang oder durch einen 3D-MID-Prozess (MID = Molded Interconnected Devices). Die für die Integration der Leitbahnen in spritzgegossene Kunststoffteile geeigneten Technologien sind in der Kunststoffverarbeitung bekannt.In an advantageous embodiment can in the plastic carrier in the process of molding by injection molding, injection-compression molding or pressing the electrical leads from the contacts for the electrical contacting of the solra cells to the junction box be integrated for the external connections, z. B. by introducing the metallic conductors in the cavity for the plastic carrier before the injection process or by a 3D MID process (MID = Molded Interconnected Devices). The injection-molded for the integration of the interconnects Plastic parts suitable technologies are in plastics processing known.
Im Prozess der Formgebung für den Kunststoffträger kann auch die Anschlussdose mit ausgeformt werden, z. B. aus dem gleichen Kunststoff der Träger, oder unter Einsatz des Mehrkomponentenspritzgusses aus einem anderen Kunststoff. Die für die Ausformung der Anschlussdose und die Abdichtung des Kabels von den Solarzellen zur Anschlussdose erforderlichen Werkzeug- und Spritzgießtechnologien sind in der Kunststoffverarbeitung bekannt.in the Process of molding for the plastic carrier can also be formed with the junction box, z. B. from the same plastic the carrier, or using the Multi-component injection molding from another plastic. The for the Forming the junction box and sealing the cable from the Solar cells for junction box required mold and injection molding technologies are known in plastics processing.
Auf die der Frontseite zugewandten Seite des Kunststoffträgers können weitere Schichten aufgetragen werden, z. B. eine IR-reflektierende Kunststoffschicht zur besseren Nutzung des eingestrahlten Lichtes zur Erhöhung des Wirkungsgrades oder als Barriereschichten. Die Schichten können auf den Träger entweder nach der Formgebung oder im Prozess der Formgebung im Werkzeug mit in der Kunststoffverarbeitung bekannten Technologien aufgebracht werden, z. B. dem Inmold-Coating oder einem Sprühauftrag oder dem Überfluten mit einem Reaktivpolymer im Werkzeug oder durch das Einlegen und Hinterspritzen von Folien im Werkzeug vor dem Einspritzen des Kunststoffes für den Träger.On the front side facing the plastic carrier Additional layers can be applied, for. Legs IR-reflecting plastic layer for better use of the incident light for increasing the efficiency or as barrier layers. The layers may be on the support either after shaping or in the process of molding in the tool with in the plastic processing known technologies are applied z. As the in-mold coating or a spray application or flooding with a reactive polymer in the tool or by inserting and injecting of foils in the mold before injecting the plastic for the carrier.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kunststoffträger Befestigungselemente zur späteren Montage, die als Einlegeteile (Inserts) in die Werkzeug-Kavität eingebracht und auf diese Weise bei der Formgebung kraftschlüssig in den Träger integriert werden können. Die Befestigungselemente werden dabei vor dem Umspritzen in einer dem Fachmann geläufigen Weise im Werkzeug an den entsprechenden Stellen positioniert. Die für Inserts erforderlichen Technologien sind in der Kunststoffverarbeitung bekannt.In a preferred embodiment ent holds the plastic support fasteners for later assembly, which can be inserted as inserts (inserts) in the mold cavity and in this way can be integrated into the carrier non-positively in the shaping. The fasteners are positioned in a mold in the tool at the appropriate locations prior to encapsulation in a manner familiar to those skilled in the art. The technologies required for inserts are well known in plastics processing.
Nach der Herstellung des Kunststoffträgers werden die Solarzellen auf den Träger aufgelegt und deren Anschlüsse mit den Kontaktstellen der in dem Träger integrierten Zuleitungen zur Anschlussdose verbunden. Die Solarzellen können vor dem Aufbringen auf den Träger unverschaltet oder bereits teilweise verschaltet sein, z. B. bei waferbasierten Zellen in Form von Strings, oder vollständig verschaltet, z. B. als verschalteter Dünnschichtmodul oder bei waferbasierten Zellen als vorkonfektionierte Folie mit den darauf aufgebrachten, kontaktierten Solarzellen, die die Leitbahnen für die Verschaltung der einzelnen Zellen untereinander enthält.To The production of the plastic carrier, the solar cells placed on the carrier and their connections with the contact points of the integrated in the carrier leads connected to the junction box. The solar cells can before unbound or already applied to the carrier be partially interconnected, z. B. in wafer-based cells in the form of strings, or fully interconnected, e.g. B. as interconnected Thin-film module or wafer-based cells as prefabricated Film with the contacted, contacted solar cells, the Channels for the interconnection of the individual cells with each other contains.
In einer vorteilhaften Ausführung enthält der Kunststoffträger an den Stellen, an die die Zellen platziert werden, eine Berandung für jede Zelle, die eine Fixierung der Zellen ermöglicht. Dabei kann es sich entweder um eine Vertiefung handeln, in die die Zellen eingelegt werden, oder um eine kleine Erhöhung an den Rändern jeder Zelle. Außerdem ist die Oberfläche des Trägers an den Stellen, an denen die Zellen auf dem Träger aufliegen, so strukturiert, dass die Zellen nicht flächig am Träger anliegen, um so beim späteren Einbringen des Klebstoffs in den Zwischenraum zwischen Scheibe und Träger für deren Verklebung das vollständige Umfließen der Zellen sicher zu stellen.In an advantageous embodiment of the plastic carrier a border at the places where the cells are placed for each cell that allows for fixation of the cells. It can either be a depression into which the cells be inserted, or a small increase at the edges every cell. In addition, the surface of the carrier at the points where the cells rest on the support, structured so that the cells are not flat on the carrier so as to later during the introduction of the adhesive in the space between disc and carrier for their bonding the complete flow around the To ensure cells.
Die Verbindung der elektrischen Anschlüsse der Solarzellenanordnung mit den Kontakten auf dem Kunststoffträger sowie den Zuleitungen zur Anschlussdose für die externen Anschlüsse erfolgt durch dem Fachmann bekannte Verbindungstechniken wie Löten, Drahtbonden oder anderen üblichen Technologien.The Connection of the electrical connections of the solar cell array with the contacts on the plastic carrier and the supply lines to the junction box for the external connections is carried out by joining techniques known to the person skilled in the art, such as soldering, Wire bonding or other common technologies.
Alternativ kann die elektrische Verbindung der elektrischen Anschlüsse der Solarzellen mit den Kontakten auf dem Kunststoffträger durch leitfähige Klebstoffe hergestellt werden. In diesem Fall bildet der Klebstoff, der zunächst auf die Kontakte auf dem Kunststoffträger aufgetragen wird und nach der Kontaktierung mit den elektrischen Anschlüssen der photoaktiven Elemente aushärtet, das Lot. Mit leitfähigen Klebstoffen können waferbasierte, unverschaltete rückseitenkontaktierte Solarzellen ohne weitere Verdrahtung direkt mit den Kontakten auf dem Träger kontaktiert werden, so dass die einzelnen Solarzellen durch das Fehlen weiterer Verdrahtung dichter nebeneinander angeordnet werden und so die Ausbeute pro Fläche erhöht werden kann.alternative can the electrical connection of the electrical connections the solar cells with the contacts on the plastic carrier be prepared by conductive adhesives. In this Case forms the glue, which initially on the contacts is applied to the plastic carrier and after the Contacting with the electrical connections of the photoactive Elements hardens, the solder. With conductive adhesives can be wafer-based, unlocked back-contact Solar cells without further wiring directly to the contacts be contacted to the carrier, so that the individual solar cells through the absence of further wiring is arranged closer together and so the yield per area can be increased can.
Auf der Frontseite des Solarmoduls befindet sich die Frontscheibe. Die Dicke der Frontscheibe liegt im Bereich zwischen einigen Zehntel Millimetern und einigen Millimetern. Die Frontscheibe besteht vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoff, z. B. auf der Basis von PMMA.On the front of the solar module is the windscreen. The Thickness of the windscreen is in the range between a few tenths Millimeters and a few millimeters. The windscreen is preferably from a transparent plastic, z. B. based on PMMA.
Bei Dünnschichtzellen, die in der Regel bereits auf eine Scheibe, z. B. aus Glas, Kunststoff, Glaskeramik oder Keramik, abgeschieden werden, ist diese Scheibe die Frontscheibe des Moduls.at Thin-film cells, usually already on a disk, z. Example of glass, plastic, glass ceramic or ceramic, deposited This disc is the windscreen of the module.
In einer vorteilhaften Ausführung können zur Verringerung des reflektierten Anteils des einstrahlenden Lichtes dem Fachmann bekannte Antireflexionsschichten oder Texturierungen auf die dem einstrahlenden Licht zugewandte Oberfäche der Scheibe aufgebracht werden.In An advantageous embodiment can reduce the reflected portion of the incident light to those skilled in the art known antireflection layers or texturing on the irradiated light facing surface of the disc applied become.
In einer vorteilhaften Ausführung kann die Frontscheibe zur Erhöhung der Photonenausbeute auch mit Füllstoffen versehen werden, die die Wellenlänge des einstrahlenden Lichts konvertieren und auf diese Weise die Quantenausbeute in dem Wellenlängenbereich erhöhen, in dem die photoaktiven Zellen ihren größten Wirkungsgrad haben.In an advantageous embodiment, the windscreen for Increasing the photon yield even with fillers be provided that the wavelength of the radiating Convert light and in this way the quantum efficiency in the Increase wavelength range in which the photoactive cells have their greatest efficiency.
Der Zwischenraum zwischen Scheibe und Träger wird blasenfrei mit einem Polymer ausgefüllt, das zum einen die Frontscheibe mit dem Träger verklebt und zum anderen die im Zwischenraum zwischen Träger und Frontscheibe befindlichen photoaktiven Zellen und das Kontakt- und Leitbahnsystem vor Medieneinfluss schützt. Im Falle waferbasierter Zellen handelt es sich vorzugsweise um ein hoch transparentes, elastisches Polymer. Die Dicke des Zwischenraums liegt im Bereich einiger Zehntel Millimeter bis einiger Millimeter.Of the The space between the disc and the carrier becomes bubble-free filled with a polymer, on the one hand the windscreen glued to the carrier and the other in the space between carrier and windscreen located photoactive Protects cells and the contact and interconnect system from media influence. In the case of wafer-based cells, it is preferably a highly transparent, elastic polymer. The thickness of the gap is in the range of a few tenths of a millimeter to a few millimeters.
Für die Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Solarmodule sind die durch wechselnde Temperaturen und unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien bedingten thermischen Spannungen von besonderer Bedeutung. Diese Spannungen können zu Defekten in den Solarzellen oder am Kontakt- und Leitbahnsystem, zu einer Delaminierung zwischen Kunststoffträger und Klebeschicht oder Klebeschicht und Frontscheibe und zur Zerstörung des Modulverbunds führen. Durch den Einsatz eines elastischen Polymers der Klebeschicht werden temperaturbedingte mechanische Spannungen im Bereich zwischen Frontscheibe und Träger weitgehend reduziert.For the long-term stability of the invention Solar modules are due to changing temperatures and different Expansion coefficients of the materials used thermal Tensions of particular importance. These voltages can to defects in the solar cells or on the contact and track system, Delamination between the plastic carrier and the adhesive layer or adhesive layer and windscreen and destroying the Lead module composite. By using an elastic Polymers of the adhesive layer become temperature-induced mechanical Tensions in the area between windscreen and carrier largely reduced.
Durch die Verwendung einer mit niedrigen Viskositäten, z. B. bei Raumtemperatur im Bereich weniger 1000 mPas und darunter, verarbeitbaren Kunststoffkapselung, z. B. als Reaktivsystem oder als Dispersion, können dünnste Spalte von wenigen Mikrometern porenfrei gefüllt werden.By using one with low viscosities, e.g. B. at room temperature in the range less than 1000 mPas and below, processable plastic encapsulation, e.g. B. as a reactive system or as a dispersion, thinnest column of a few microns can be filled pore-free.
Das Polymer der Kunststoffkapselung kann entweder zuerst auf den Träger mit den elektrisch kontaktierten Solarzellen aufgetragen und danach die Frontscheibe aufgelegt werden. Für den Auftrag des Polymers der Kunststoffkapselung auf den Träger eignet sich z. B. ein druckloses Gießverfahren. Die entsprechenden Technologien sind dem Fachmann bekannt.The Polymer of the plastic encapsulation can either be first on the carrier applied with the electrically contacted solar cells and then the Windscreen are placed. For the order of the polymer the plastic encapsulation on the carrier is suitable for. B. a pressureless casting process. The appropriate technologies are known in the art.
Mittels Fixierungshilfen, z. B. eines Werkzeugs, kann aber auch zunächst die Frontscheibe in ihrer Endposition über dem Träger fixiert und danach das Polymer der Kunststoffkapselung in den Zwischenraum zwischen Frontscheibe und Träger eingebracht werden. Hierfür können sowohl Hochdruck- als auch Niederdruckverfahren eingesetzt werden. Die entsprechenden Technologien sind dem Fachmann bekannt.through Fixation aids, z. B. a tool, but can also first the windscreen in its final position above the carrier fixed and then the polymer of the plastic encapsulation in the gap be introduced between the windscreen and the carrier. Therefor can handle both high pressure and low pressure processes be used. The corresponding technologies are the specialist known.
Als Polymere der Kunststoffkapselung eignen sich transparente Polyurethansysteme, beispielsweise aus aliphatischen Polyisocyanaten, native Polyures-Systeme, Gieß-Silikone, native Epoxide, Plastisole.When Polymers of the plastic encapsulation are transparent polyurethane systems, for example, aliphatic polyisocyanates, native polyurea systems, Casting silicones, native epoxides, plastisols.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The Invention will hereinafter be understood without limitation of the general Erfindungsgedankenens with reference to embodiments below Reference to the drawings described by way of example. Show it:
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays of carrying out the invention, commercial usability
In
den
In
Im
Fertigungsschritt gemäß
Im
Fertigungsschritt gemäß
Das
lösungsgemäß ausgebildete Solarmodul
weist somit folgende Vorteile auf:
Durch den Aufbau des Solarmoduls
aus einem separaten Träger und einer separaten Frontscheibe,
die durch ein Einbettmaterial flächig miteinander verklebt werden,
tragen beide zur Biegesteifigkeit bei.The solar module designed in accordance with the solution thus has the following advantages:
By the construction of the solar module from a separate carrier and a separate front glass, which are glued together by an embedding material with each other, both contribute to the flexural rigidity.
Für den Kunststoffträger können spritzgießbare thermoplastische Kunststoffe verwendet und dieser mit einer hohen Biegesteifigkeit und Biegefestigkeit ausgebildet werden.For The plastic carrier can be injection-molded used thermoplastics and this with a high Flexural strength and flexural strength are formed.
Die Frontscheibe wird aus einem strahlungstransparenten Material hergestellt, vorzugsweise aus Kunststoff auf Basis von PMMA, das nachgewiesener Weise eine hohe Langzeit-UV-Stabilität, eine niedrige Dichte und eine hohe Biegesteifigkeit besitzt.The Windscreen is made of a radiation-transparent material, preferably made of plastic based on PMMA, the proven Way high long-term UV stability, low density and has a high flexural rigidity.
Die Frontscheibe sowie der Kunststoffträger mit der dazwischen liegenden Solarzellenanordnung werden im Wege eines spannungsarmen Gießprozesses miteinander verklebt, so dass eine hohe Langzeitbeständigkeit selbst unter wechselnden Einsatzbedingungen im Bezug auf Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen garantiert wird.The windscreen and the plastic carrier with the solar cell assembly therebetween are glued together by means of a low-stress casting process, so that a high long-term resistance even under changing A conditions with regard to temperature fluctuations and mechanical loads.
Die Fertigungszeit der Herstellung des lösungsgemäßen Solarmoduls kann durch entsprechende Entkoppelung der Fertigung von Front- und Kunststoffträgerseite erheblich verkürzt werden.The Production time of the production of the solution according to Solar module can by appropriate decoupling of the production Significantly shortened from front and plastic carrier side become.
- 11
- KunststoffträgerPlastic carrier
- 1'1'
- Rippenzügerib lines
- 22
- Elektrische Anschlussstrukturelectrical terminal structure
- 2'2 '
- Anschlussdosejunction box
- 33
- Solarzellensolar cells
- 44
- Rahmenelementeframe elements
- 55
- Elektrische Verbindungsstrukturelectrical connecting structure
- 66
- Frontscheibewindscreen
- 77
- Vergussmassepotting compound
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 000000325369 A2 [0013] - EP 000000325369 A2 [0013]
- - DE 10101770 A1 [0013, 0015] - DE 10101770 A1 [0013, 0015]
- - EP 325369 A2 [0014] - EP 325369 A2 [0014]
Claims (18)
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