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Die
Erfindung betrifft ein Solarmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Ein solches Solarmodul umfasst ein flächiges Substrat mit einem umlaufenden
Substratrandbereich, ein das Substrat zumindest teilweise abdeckendes
flächiges
Versiegelungselement, eine Mehrzahl von Solarzellen, die zwischen
dem Substrat und dem Versiegelungsflächenelement ein einem Modulinnenraum
angeordnet ist und eine zumindest teilweise im Substratrandbereich
angeordnete Dichtungseinrichtung mit mindestens einem Dichtungselement.
Die Dichtungseinrichtung bildet dabei eine erste Versiegelungsgrenzfläche zwischen
dem Substrat und der Dichtungseinrichtung und eine zweite Versiegelungsgrenzfläche zwischen
der Dichtungseinrichtung und dem Versiegelungselement.
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Grundsätzlich ist
das Solarmodul wie folgt aufgebaut: Das Substrat oder das Versiegelungselement
weist auf seiner in den Modulinnenraum weisenden Oberfläche die
Solarzellen auf, über
denen sich der abzudichtender Modulinnenraum des Solarmoduls befindet.
Dieser Modulinnenraum ist vorzugsweise mit einem transparenten bzw.
glasklaren Kunststoff wie Ethylen-Vinylacetat (EVA) ausgefüllt. Gegenüberliegend
zum Substrat ist der abzudichtende Modulinnenraum durch das flächige Versiegelungselement
begrenzt. Dieses Versiegelungselement ist entweder als eine im Wesentlichen
verbiegesteife Platte oder als flexible Folie ausgebildet.
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Das
flächige
Substrat bzw. das Versiegelungselement ist hierbei in der Größe seiner
Fläche und
der Anzahl der darauf angeordneten Solarzellen nicht beschränkt. Die
Solarzellen erstrecken sich nicht bis direkt an den Rand des Substrates
bzw. des Versiegelungselementes heran, so dass der umlaufende Substratrandbereich
nicht mit Solarzellen bedeckt ist.
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Als
Substratrandbereich sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Bereiche
am Rand der Vorder- und der Rückseite
des flächigen
Substrates sowie auch die die Randbereiche der Vorder- und der Rückseite
verbindenden Kantenflächen
des Substrates zu verstehen.
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Bilden
sowohl das flächige
Substrat als auch das Versiegelungselement hinreichend wetterfeste und
alterungsbeständige
Feuchtigkeitsbarrieren, so besteht ausschließlich am Substratrandbereich
dieser Anordnung die Gefahr, dass Feuchtigkeit zwischen Substrat
und Versiegelungselement in den Modulinnenraum eindringt. Daher
ist am Substratrandbereich die Dichtungseinrichtung angeordnet, wobei
die Dichtungseinrichtung über
die erste Versiegelungsgrenzfläche
zwischen der Dichtungseinrichtung und dem Substrat bzw. über die
zweite Versiegelungsgrenzfläche
zwischen der Dichtungseinrichtung und dem Versiegelungselement eine
dichtende bzw. versiegelnde Verbindung zwischen dem Substrat und
dem Versiegelungselement gewährleisten soll.
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Derartige
Solarmodule dienen der photovoltaischen Umwandlung von Sonnenenergie
in elektrische Energie und werden dafür regelmäßig über mehrere Jahrzehnte in Außenbereichen
eingesetzt, in denen sie stark wechselnden klimatischen Verhältnissen
ausgesetzt sind. Insbesondere müssen
solche Solarmodule die empfindlichen Solarzellen und deren elektrische
Verschaltung über
mehrere Jahrzehnte zuverlässig
vor Feuchtigkeit schützen.
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Eine
Glasplatte wird oftmals als Substrat eingesetzt. Die Solarzellen
werden dann mit ihrer Lichteinfallsseite zum Glasplatten-Substrat
hin orientiert. Glas bietet eine hohe optische Transmission und wirkt
als zuverlässige
Feuchtigkeitsbarriere bei einer gleichzeitig sehr guten Alterungsbeständigkeit.
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Als
Versiegelungselement auf der Rückseite des
Moduls werden wegen der genannten Eigenschaften ebenfalls oft Glasplatten
eingesetzt. Glas hat jedoch ein vergleichsweise hohes Gewicht und
ist gerade bei großen
Flächen
hinsichtlich seiner Verarbeitung empfindlich. Aus diesen Gründen werden
für das
Versiegelungselement auch häufig
Folien eingesetzt. Diese Folien sind oftmals als mehrschichtige Laminate
ausgebildet. Bewährt
wetterbeständige
Polymerfolien beispielsweise aus Tedlar® (Hersteller DuPont)
umschließen
dazu eine Metallschicht, die als dauerhafte Diffusionsbarriere des
Laminats gegen Feuchtigkeit wirkt.
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Über lange
Zeiträume
betrachtet haben sich die Substratrandbereiche als Schwachstellen
der Versiegelung mit bekannten Folienlaminaten erwiesen. Entlang
der dort ausgebildeten zweiten Versiegelungsgrenzfläche zwischen
Dichtungseinrichtung und Polymerfolie kann Feuchtigkeit auf Dauer
in Richtung der Solarzellen eindringen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Solarmodul der
eingangs genannten Art zu schaffen, das im Substratrandbereich eine
verbesserte Abdichtung des Solarmoduls gegenüber Feuchtigkeit gewährleistet.
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Dieses
Problem wird durch ein Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Versiegelungselement im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche eine
Metallschicht derart aufweist, dass die Metallschicht in Kontakt
mit der Dichtungseinrichtung steht.
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Im
Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche schafft der Kontakt der
Dichtungseinrichtung zur Metallschicht eine sehr dauerhaft feuchtigkeitsdichte
Verbindung zwischen dem Versiegelungselement und der Dichtungseinrichtung.
Es existiert eine Vielzahl von Materialien, die als Dichtungseinrichtung in
Kontakt mit einer Metallschicht eine gegenüber Feuchtigkeit extrem undurchlässige und
dauerhafte Grenzschicht ausbilden.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die Metallschicht in flächigem Kontakt mit der Dichtungseinrichtung
steht. Ein flächiger
Kontakt im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt vor, wenn die
Dichtungseinrichtung vom Rand des Substrats in Richtung der Solarzellen
betrachtet und/oder senkrecht zum Substrat betrachtet entlang des
Substratrandbereiches des Substrates über eine Breite von mehr als
2 Millimetern, bevorzugt mehr als 5 Millimetern und besonders bevorzugt
mehr als 10 Millimetern mit der Metallschicht in mechanischem Kontakt
steht. Je breiter die für
die Feuchtigkeitsdiffusion zu überwindende
Metallgrenzschicht ist, desto höher
ist die Wahrscheinlichkeit, dass auch nach vielen Jahren des Außeneinsatzes
immer noch die gewünschte
Abdichtung vorhanden ist. Selbstverständlich kann sich die Metallschicht über den
Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche hinaus erstrecken.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass die zweite Versiegelungsgrenzfläche auf
ihrer dem Versiegelungselement zugewandten Seite ausschließlich mit der
Metallschicht des Versiegelungselementes in Kontakt steht. Da die
gesteigerte Diffusionsdichtigkeit des Solarmoduls gegenüber Feuchtigkeit
durch den mechanischen Kontakt zwischen der Dichtungseinrichtung
und der Metallschicht gewährleistet
wird, ist es vorteilhaft, dass die zweite Versiegelungsgrenzfläche auf
Seiten des Versiegelungselementes ausschließlich mit der Metallschicht
in Kontakt steht.
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Für alle vorangehenden
Varianten des Solarmoduls ist bevorzugt vorgesehen, dass sich das
Versiegelungselement im Wesentlichen über das gesamte Substrat zwischen äußeren Randabschnitten des
umlaufenden Substratrandbereiches erstreckt. Das Versiegelungselement überdeckt
damit als einteiliges Bauelement den abzudichtenden Bereich des Modulinnenraums,
in dem die Solarzellen auf dem Substrat angeordnet sind.
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Für den einteiligen
Aufbau des Versiegelungselementes ist es von Vorteil, dass sich
die Metallschicht des Versiegelungselementes im Wesentlichen über das
gesamte Substrat zwischen den äußeren Kanten
des umlaufenden Substratrandbereiches erstreckt. Die Metallschicht
bildet somit eine einteilige Diffusionsbarriere, die den Modulinnenraum
in einer Doppelfunktion sowohl im Substratrandbereich an der zweiten
Versiegelungsgrenzfläche
als auch in der Fläche
des Versiegelungselementes gegenüber dem
Durchdringen der Folie durch Feuchtigkeit nachhaltig schützt.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des Solarmoduls mit einer der sich einteilig erstreckenden Metallschicht
ist das Versiegelungselement als Metallfolie oder als Metallplatte
ausgebildet. Der Einsatz einer Metallplatte mit einer bevorzugten Stärke von
mehr als einem Millimeter stellt eine besonders robuste Variante
der Versiegelung dar. Sie wird zum Einsatz kommen, wenn die mechanische Stabilität wichtiger
ist als das Gewicht des Moduls. Die Metallplatte kann dabei aus
einem oder mehreren Metallen oder aus Legierungen bestehen.
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Eine
Variante der ersten bevorzugten Ausführungsform des Solarmoduls,
das Versiegelungselement als Metallfolie mit einer bevorzugten Stärke von
weniger als einem Millimeter auszubilden, führt zu einem leichteren Solarmodul.
Hier gilt allerdings zu berücksichtigen,
dass eine dünne
Metallfolie allein sehr anfällig
ist, durch unkontrollierte mechanische Einwirkung penetriert zu
werden. Da die als Metallfolie ausgebildete Metallschicht als Diffusionsbarriere für das gesamte
Versiegelungselement wirken und gleichzeitig eine gewisse mechanische
Stabilität
bei der Verarbeitung aufweisen soll, ist eine gewisse Mindeststärke erforderlich.
Die bevorzugte Stärke der
Metallfolie liegt demzufolge in einem Bereich von 7 bis 500 μm, bevorzugt
im Bereich von 10 bis 20 μm.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
des Solarmoduls ist vorgesehen, dass das Versiegelungselement als
Polymerfolie oder als Polymerplatte ausgebildet ist, die auf ihrer
der Dichtungseinrichtung zugewandten Oberfläche mit einer Metallfolie derart
laminiert oder mit einer Metalldünnschicht
derart versehen ist, dass sich dadurch die Metallschicht ausbildet,
die im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche in Kontakt mit der Dichtungseinrichtung
steht. Die Metalldünnschicht
lässt sich
beispielsweise mit üblichen
Verfahren zur Abscheidung von Dünnschichten
Sputtern (PE)CVD realisieren.
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In
einer bevorzugten Variante dieser zweiten Ausführungsform erstreckt sich die
Metallschicht wiederum im Wesentlichen über das gesamte Substrat zwischen
den äußeren Kanten
des umlaufenden Substratrandbereiches. Die Kombination einer Polymerfolie
mit einer Metalldünnschicht
bzw. mit einer Metallfolie erlaubt es, die Metallschicht dünner auszubilden,
als wenn das Versiegelungselement als reine Metallfolie oder Metallplatte
vorliegt. Daher ist es möglich,
Metallfolien bzw. Dünnschichten
mit geringen Stärken
im Bereich von 10 μm
einzusetzen. Die Polymerfolie bzw. Polymerplatte ist bei gleicher
Dimensionierung deutlich leichter als die rein metallische Ausbildung.
Außerdem
bietet das Polymermaterial einen wirksamen Schutz der Metallschicht
vor unerwünschter
Beschädigung.
Hinsichtlich der Stärken
für die
zum Einsatz kommende Metallfolie bzw. Metalldünnschicht gelten die vorangehend
gemachten Ausführungen
entsprechend.
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Bei
der Variante einer Polymerplatte ist diese beispielsweise als PET-Platte
ausgebildet. In der Ausführung
als Polymerfolie ist das Versiegelungselement beispielsweise aus
Tedlar® oder
PET gefertigt. Wenn die Solarzellen derart positioniert sind, dass
das einfallende Licht durch das Substrat einfällt, ist es unerheblich, dass
das Versiegelungselement bei der Variante einer über die gesamte Fläche durchgängigen Metallschicht
im Wesentlichen lichtundurchlässig
ist.
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Wenn
die Solarzellen jedoch so orientiert sind, dass der Lichteinfall
durch das Versiegelungselement erfolgen soll, so darf die Metallschicht
lediglich im Substratrandbereich angeordnet sein. Dabei muss die
zum Einsatz kommende Polymerfolie bzw. Polymerplatte gegenüber Feuchtigkeit
eine ähnliche Diffusionsbarriere
bilden wie Glas und ähnlich
gute Transmissionseigenschaften für das einfallende Licht aufweisen.
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
des Solarmoduls sieht vor, dass das gemäß der zweiten Ausführungsform
ausgebildete Versiegelungselement auf der dem Substrat zugewandten
Seite zusätzlich
eine weitere Polymerfolie oder eine weitere Polymerplatte aufweist,
wobei die weitere Polymerfolie oder die weitere Polymerplatte derart
geringere Ausmaße
aufweist, dass ein Abschnitt der Metallschicht als umlaufender Randabschnitt
des Versiegelungselementes zumindest abschnittsweise die zweiten
Versiegelungsgrenzfläche
zur Dichtungseinrichtung bildet. Ein derartiger Aufbau gewährleistet
eine noch höhere
mechanische Stabilität
des Versiegelungselementes, auch sinkt die Gefahr einer Beschädigung der
Metallschicht bei der Verarbeitung. Auch die weitere Polymerplatte
ist beispielsweise als PET-Platte ausgebildet. Die Ausführung als
Folie verwendet wiederum beispielsweise Tedlar® oder
PET.
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Für alle vorangehend
genannten Ausführungsformen
und deren Varianten ist es vorteilhaft, dass die Dichtungseinrichtung
ein erstes Dichtungselement aufweist, das sich zwischen dem Substrat und
dem Versiegelungselement durchgängig
umlaufend entlang des Substratrandbereiches erstreckt. Dieses erste
Dichtungselement wirkt als Primärdichtung
zwischen den beiden den Solarzelleninnenraum abschließenden flächigen Elementen,
dem Substrat und dem Versiegelungselement. Dies bedeutet, dass der
Modulinnenraum zwischen den genannten Elementen vollständig von
dem ersten Dichtungselement umschlossen ist.
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Als
Weiterbildung des vorangehend beschriebenen Solarmoduls mit einem
ersten, primären Dichtungselement
ist es vorteilhaft, dass die Dichtungseinrichtung ein zweites Dichtungselement
aufweist, das den Substratrandbereich durchgängig umlaufend u-förmig umgreift.
Dieses zweite Dichtungselement umgreift im Substratrandbereich des
Solarmoduls sowohl das Substrat als auch das Versiegelungselement
und wirkt somit als Sekundärdichtung. Diese
Sekundärdichtung
kann ebenfalls mit dem Versiegelungselement eine dauerhaft hochwirksame
Diffusionsbarriere gegen Feuchtigkeit ausbilden. Dafür ist es
erforderlich, dass die dem zweiten Dichtungselement zugeordnete
zweite Versiegelungsgrenzfläche
auf Seiten des Versiegelungselementes mit einer Metallschicht versehen
ist.
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Als
Abwandlung der vorangehend genannten Ausführungen mit einem primären und
einem sekundären
Dichtungselement ist denkbar, das primäre Dichtungselement zwischen
Versiegelungselement und Substrat als Abstandshalter aus Metall
oder Kunststoff ohne wesentliche Dichtungsfunktion auszubilden.
Bei dieser Abwandlung ist dann ausschließlich das sekundäre Dichtungselement
vorgesehen, das Substrat und Versiegelungselement im Substratrandbereich
von außen
umgreift. Ebenso wäre
denkbar, dass das außen
vorgesehene Dichtungselement lediglich auf die Kantenflächen von Substrat
und Versiegelungselement drückt.
Für beide Abwandlungen
ist es jedoch erforderlich, dass die Metallschicht am Versiegelungselement
im Bereich seiner zum Dichtungselement ausgebildeten zweiten Versiegelungsgrenzfläche vorgesehen
ist.
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Eine
Gruppe vorteilhafter Ausführungsformen
des Solarmoduls sieht vor, dass die Dichtungseinrichtung ausschließlich ein
erstes Dichtungselement aufweist, das den Substratrandbereich durchgängig umlaufend
u-förmig
umgreift. Die Dichtungseinrichtung ist dadurch einstückig aufgebaut.
Das einzige Dichtungselement kann als vorgefertigtes u-förmiges Profil
mit den Kantenmaßen
des Substrates verbaut werden. Hierfür ist es erforderlich, wenn die
Metallschicht auf der Seite des Versiegelungselementes, die von
dem Solarmodul weg gewandt ist, und/oder an den Kantenflächen des
Versiegelungselementes angeordnet ist.
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Für alle vorangehend
genannten Ausführungsformen
und deren Varianten ist es von Vorteil, dass Anpressmittel vorgesehen
sind, die gewährleisten,
dass die Dichtungseinrichtung dauerhaft mit einem gewissen Anpressdruck
gegen die erste Versiegelungsgrenzfläche und/oder gegen die zweite
Versiegelungsgrenzfläche
drückt.
Diese Anpressmittel sind so ausgelegt, dass während der Lebensdauer des Solarmoduls
die Aufrechterhaltung der Diffusionsbarriere durch den erforderlichen
mechanischen Kontakt gewährleistet
ist.
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Bevorzugt
ist dazu die Dichtungseinrichtung elastisch ausgebildet und die
Anpressmittel weisen einen Klebstoff auf, der die Dichtungseinrichtung
in einem zusammengepressten Zustand fixiert. Durch diese Anordnung übt die Dichtungseinrichtung
eine ständige
Expansionskraft aus. Somit wird die Dichtungseinrichtung im Bereich
der ersten und zweiten Versiegelungsgrenzflächen an das Substrat bzw. das Versiegelungselement
gepresst. Ein hinreichender Anpressdruck bleibt auch nach einer
längeren
Betriebsdauer erhalten und toleriert etwaiges Schrumpfen der Materialien
auf Grund von Alterungsprozessen.
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In
einer ersten Variante der angepressten Dichtungseinrichtung ist
vorgesehen, dass die Anpressmittel zwischen Substrat und Versiegelungselement
angeordnet sind und die Dichtungseinrichtung relativ zum Substrat
und zum Versiegelungselement fixieren. Diese Anordnung zeichnet
sich durch eine besonders Platz sparende und entsprechend flache Ausbildung
des Solarmoduls aus.
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Eine
zweite Variante der Anpressmittel sieht mit Vorteil vor, dass die
Anpressmittel eine Rahmeneinrichtung aufweisen, die den Substratrandbereich des
Substrates umfasst. Eine derartige mechanische Klammer stellt neben
ihrer Anpressfunktion einen wirksamen mechanischen Schutz der Dichtungseinrichtung
dar.
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Für alle vorangehenden
Ausführungsformen und
ihre Varianten ist bevorzugt, dass die Solarzellen als Wafersolarzellen
oder als monolithisch auf dem Substrat oder dem Versiegelungselement
abgeschiedene Dünnschichtsolarzellen
ausgebildet sind.
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Weiterhin
ist bei allen vorangehenden Ausführungsformen
und Varianten vorgesehen, dass das Substrat als Glasscheibe ausgebildet
ist und die Dichtungseinrichtung mindestens ein Dichtungselement
aus Butylkautschuk aufweist. Butylkautschuk hat die Eigenschaft,
in mechanischem Kontakt zu Glas bzw. zu Metall die für Solarmodule
erforderlichen Eigenschaften einer dauerhaften und sehr hohen Diffusionsbarriere
gegenüber
Feuchtigkeit auszubilden.
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Mit
Blick auf die Verwendung von Butylkautschuk in der Dichtungseinrichtung
ist anzumerken, dass es sich dabei um Isobutylen bzw. Polyisobutylen handelt.
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Hierfür sind unter
anderem Materialien folgender Handelsmarken geeignet: Naftotherm
BU-S oder GD 115 der Firma Kämmerling
Chemische Fabrik GmbH oder Evo-Stik 2900 der Firma Bostik Findley
Ltd.
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Wenn
zwei oder mehr Dichtungselemente vorgesehen sind, kann das zweite
Dichtungselement, ebenfalls aus Butylkautschuk gefertigt sein. Als Beispiel
sei hier zusätzlich
zu den vorangehenden Dichtungsmaterialien Naftotherm HM96 der Firma Kämmerling
Chemische Fabrik GmbH genannt. Vorzugsweise wird an dieser Stelle
jedoch ein Zweikomponenten-Polysulfid-Kautschuk verwendet, wie zum Beispiel
Naftotherm M82 oder GD 116 der Firma Kämmerling Chemische Fabrik GmbH
oder Evo-Stik 2850 der Firma Bostik Findley Ltd. Aber auch andere Werkstoffe
wie Zweikomponenten-Polyurethan, Ein- und Zweikomponentensilikon
können
zum Einsatz kommen. Beispiele hierfür sind Naftotherm PUR 50, GD677,
GD 823 N oder GD920 der Firma Kämmerling
Chemische Fabrik GmbH.
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Als
Substrat für
das Solarmodul wird zwar bevorzugt Glas verwendet, jedoch können bei
vergleichbarer Wetterfestigkeit und vergleichbarem Schutz gegen
Feuchtigkeitsdiffusion auch geeignete Kunststoffe zum Einsatz kommen.
Bei einem solchen Aufbau weist das Kunststoffsubstrat im Bereich
der ersten Versiegelungsgrenzfläche
eine Substrat-Metallschicht derart auf, dass die Substrat-Metallschicht in
Kontakt mit der Dichtungseinrichtung steht.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand
der Figuren verschiedener Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Solarmoduls im schematischen, nicht maßstabsgerechten Querschnitt;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Solarmoduls im schematischen, nicht maßstabsgerechten Querschnitt;
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3a eine
vergrößerte Detaildarstellung des
in den 1 und 2 mit IIIa bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer ersten Variante des Versiegelungselementes;
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3b eine
Detaildarstellung des in den 1 und 2 mit
IIIb bezeichneten Ausschnitts des Solarmoduls mit einer zweiten
Variante des Versiegelungselementes;
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3c eine
Detaildarstellung des in den 1 und 2 mit
IIIc bezeichneten Ausschnitts des Solarmoduls mit einer dritten
Variante des Versiegelungselementes;
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines Solarmoduls im schematischen, nicht maßstabsgerechten Querschnitt;
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5a eine
Detaildarstellung des in 4 mit Va bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer ersten Variante des Versiegelungselementes;
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5b eine
Detaildarstellung des in 4 mit Vb bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer zweiten Variante des Versiegelungselementes;
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5c eine
Detaildarstellung des in 4 mit Vc bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer dritten Variante des Versiegelungselementes;
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel
eines Solarmoduls im schematischen, nicht maßstabsgerechten Querschnitt;
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7a eine
Detaildarstellung des in 6 mit VIIa bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer ersten Variante des Versiegelungselementes;
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7b eine
Detaildarstellung des in 6 mit VIIb bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer zweiten Variante des Versiegelungselementes;
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7c eine
Detaildarstellung des in 6 mit VIIc bezeichneten Ausschnitts
des Solarmoduls mit einer dritten Variante des Versiegelungselementes;
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8 eine
schematische, nicht maßstabsgerechte
Aufsicht auf das Versiegelungselement allein aus Richtung des Substrates;
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9a eine
Schnittansicht einer ersten Variante des Versiegelungselementes
entlang der in 8 gezeigten Linie IXa-IXa und
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9b eine
Schnittansicht einer zweiten Variante des Versiegelungselementes
entlang der in 8 gezeigten Linie IXb-IXb.
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Gleiche
Bauelemente sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Solarmoduls im schematischen, nicht maßstabsgerechten Querschnitt
in seinem Randbereich. Den Randbereich des Solarmoduls bildet dabei
ein Schichtenaufbau, der eine erste äußere Schicht, eine innere Schicht
und eine zweite äußere Schicht
umfasst. Die erste äußere Schicht
wird dabei durch ein plattenförmiges
flächiges
Substrat 1 gebildet, die innere Schicht umfasst einen Modulinnenraum 6,
und die zweite äußere Schicht
wird durch ein plattenförmiges,
ebenfalls flächiges
Versiegelungselement 3 gebildet. Das Substrat 1 und
das Versiegelungselement 3 sind dabei im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet und durch eine entlang der Substratkanten
angeordnet Dichtungseinrichtung 2 mit einem einzigen Dichtungselement 201 beabstandet.
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Das
Substrat 1 trägt
auf seiner dem Modulinnenraum 6 zugewandten Oberfläche mehrere
Solarzellen 4, die hier als Wafersolarzellen ausgebildet sind.
Die Solarzellen 4 bedecken dabei nahezu vollständig die
Oberfläche
des Substrates 1, lediglich kleine Abstandsspalten zwischen
den einzelnen Solarzellen 4 sowie ein das Substrat umlaufender
Substratrandbereich 10 bleiben frei.
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Der
Modulinnenraum 6 mit den Solarzellen 4 wird von
dem Versiegelungselement 3 derart abgedeckt, dass die Außenkanten
des Versiegelungselementes 3 in einer Flucht über den
Außenkanten
des Substrats 1 liegen. Auf dem Substratrandbereich 10 und
mit der Substrataußenkante
abschließend
ist die Dichtungseinrichtung 2 in Form des Dichtungselementes 201 angeordnet.
Das Dichtungselement 201 erstreckt sich umlaufend entlang
der Substratkante im Substratrandbereich 10. Auf seiner
vom Substrat abgewandten Seite liegt das Dichtungselement 201 an
der dem Modulinnenraum 6 zugewandten Oberfläche des
Versiegelungselementes 3 an. Das Dichtungselement 201 begrenzt
den Modulinnenraum 6 in horizontaler Richtung. Die Bezeichnung
horizontal bezieht sich hier auf die Ebene senkrecht zur Schnittebene.
Dabei legt die vertikale Ausdehnung des ersten Dichtungselementes 201 die
Höhe des
Modulinnenraumes 6 fest. Dieser kann mit einem transparenten
Kunststoff, beispielsweise EVA, ausgefüllt sein.
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Zwischen
dem Substratrandbereich 10 und dem Dichtungselement 201 bildet
sich eine erste Versiegelungsgrenzfläche 20 aus. Eine zweite
Versiegelungsgrenzfläche 21 entsteht
zwischen dem Dichtungselement 201 und dem Versiegelungselement 3.
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Der
Randbereich dieser ersten Ausführungsform
des Solarmoduls, der in seiner horizontalen Ausdehnung in etwa dem
Substratrandbereich 10 entspricht ist von einem Anpressmittel 5 u-förmig umgriffen.
Das Anpressmittel 5 ist bei dieser ersten Ausführungsform
des Solarmoduls als eine u-förmige Rahmeneinrichtung 50 und
ein die Rahmeneinrichtung 50 mit dem Randbereich des Solarmoduls
verbindenden Klebstoff 51 ausgebildet. Der Klebstoff 51 füllt dabei den
Zwischenraum zwischen der Rahmeneinrichtung 50 und dem
Randbereich des Solarmoduls aus.
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2 stellt
eine zweite Ausführungsform des
Solarmoduls dar, die im Wesentlichen identisch mit der in 1 gezeigten
Ausführungsform
ist. Die Ausführungsform
der 2 weist jedoch im Unterschied zu der 1 gezeigten
keine einzelnen Wafersolarzellen 4 auf, sondern zeigt monolithisch
auf dem Substrat 1 abgeschiedene und miteinander verschaltete
Dünnschichtsolarzellen 4.
Diese bedecken entsprechend die Oberfläche des Substrats 1 vollständig bis
auf den Substratrandbereich 10. Im Übrigen gelten die vorangehend
gemachten Ausführungen
entsprechend.
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Die 3a bis 3c zeigen
Detaildarstellung des in den 1 und 2 jeweils
mit IIIa, IIIb und IIIc bezeichneten Ausschnitts des Solarmoduls. Dieser
Ausschnitt zeigt jeweils den Übergang
vom Dichtungselement 201 zum Versiegelungselement 3 im
Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 für drei unterschiedliche
Varianten des Versiegelungselementes 3.
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In 3a ist
das Versiegelungselement 3 in einer ersten Variante als
Metallplatte bzw. als Metallfolie ausgebildet und weist demzufolge
an seiner gesamten Oberfläche
eine Metallschicht 30 auf. Diese Metallschicht 30 befindet
sich entsprechend auch im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21,
an der die Dichtungseinrichtung 2 in Form des Dichtungselementes 201 anliegt.
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Die 3b zeigt
eine zweite Variante des Versiegelungselements 3, das eine
Polymerfolie 31 umfasst, die an ihrer dem Modulinnenraum 6 zugewandten
Oberfläche
vollständig
mit einer Metallschicht 30 versehen ist. Anstelle einer
Polymerfolie kann in allen hier beschriebenen Varianten ebenso eine
Polymerplatte je nach Verwendungszweck eingesetzt werden. Die Metallschicht 30 kann
dabei entweder als Folie auflaminiert oder als Dünnschicht auf die Polymerfolie
aufgedampft werden.
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Da
die dem Modulinnenraum 6 zugewandte Oberfläche des
Versiegelungselementes 3 vollständig mit einer Metallschicht 30 überzogen
ist, befindet sich diese zwangsläufig
auch im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21, an der die
Dichtungseinrichtung 2 in Form des ersten Dichtungselementes 201 anliegt.
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Die
in der 3c dargestellte dritte Variante des
Versiegelungselements 3 weist grundsätzlich den gleichen Aufbau
wie das in 3b gezeigte Versiegelungselement
auf. Zusätzlich
ist auf der dem Modulinnenraum 6 zugewandten Oberfläche des Versiegelungselements 3 eine
weitere Polymerfolie 32 angeordnet. Alternativ kann dieses
Bauelement auch als Polymerplatte ausgebildet sein. Diese überdeckt
jedoch die Metallschicht 30 nicht vollständig sondern
lediglich im Bereich des Modulinnenraums 6 und grenzt mit
ihrem umlaufenden Rand vom Modulinnenraum 6 her an das
Dichtungselement 201. Im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 liegt
daher die Metallschicht 30 wie bei der vorangehend beschriebenen
zweiten Variante auf dem ersten Dichtungselement 201 auf.
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Allen
drei vorangehend gezeigten Varianten für das Versiegelungselement 3 ist
gemeinsam, dass das Versiegelungselement 3 jeweils eine
Metallschicht 30 aufweist, die im Bereich der zweiten Verkapselungsgrenzfläche 2 zu
liegen kommt. Dem Fachmann bekannte Materialien für das Dichtungselement 201,
das mit dem Versiegelungselement 3 die zweite Verkapselungsgrenzfläche ausbildet,
bilden mit Metallschichten bessere und dauerhaftere Diffusionsbarrieren
gegenüber
Feuchtigkeit, als wenn die zweite Verkapselungsgrenzfläche 21 durch
eine Polymer-Polymer-Grenzschicht gebildet ist. Die gleichen Materialien
des Dichtungselementes 201 bilden vergleichbar gute Diffusionsbarrieren
gegenüber Feuchtigkeit
mit Glas. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Substrat 1 als
Glasscheibe ausgebildet ist. Alternativ wäre eine Polymerplatte oder
eine Polymerfolie als Substrat 1 denkbar, dies setzt jedoch
voraus, dass das Substrat 1 im Bereich der ersten Versiegelungsgrenzfläche 20 ebenfalls
eine Metallschicht aufweist, die mit dem Dichtungselement 201 in
Kontakt steht.
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Die 4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Solarmoduls,
das weitgehend dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel
entspricht. Anders als in 2 ist hier der
Klebstoff 51 der Anpressmittel 5 durch ein zweites
Dichtungselement 202 ersetzt. Die Anpressmittel 5 umfassen
daher in diesem Ausführungsbeispiel
lediglich die Rahmeneinrichtung 50.
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Die
Dichtungseinrichtung 2 umfasst in diesem dritten Ausführungsbeispiel
das erste Dichtungselement 201 sowie das zweite Dichtungselement 202.
Da die erste Verkapselungsgrenzfläche 20 und die zweite
Verkapselungsgrenzfläche 21 bildet sich
im Sinne der vorliegenden Erfindung im Grenzbereich zwischen der
Dichtungseinrichtung 2 und dem Substrat 1 bzw.
dem Versiegelungselement 3 aus. Da die Dichtungseinrichtung 2 zwei
Dichtungselemente 201, 202 umfasst, bilden auch
die entsprechenden Grenzbereiche beider Dichtungselemente 201, 202 die
erste Versiegelungsgrenzfläche 20 und die
zweite Versiegelungsgrenzfläche 21.
Anders als bei den ersten beiden Ausführungsformen des Solarmoduls
umgreifen die erste Versiegelungsgrenzfläche 20 und die zweite
Versiegelungsgrenzfläche 21 sowohl
das Substrat 1 als auch das Versiegelungselement 3 u-förmig.
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In
gleicher Weise bildet das zweite Dichtungselement 202 mit
den Kantenflächen
des Versiegelungselementes 3 und mit dem umlaufenden Randbereich
der Versiegelungselementoberfläche, die
von dem Modulinnenraum 6 weg weist, die zweite Versiegelungsgrenzfläche 21 aus.
Die zweite Versiegelungsgrenzfläche 21 liegt
somit ebenfalls u-förmig um
die Kantenflächen
des Versiegelungselementes 3 herum an dem Versiegelungselement 3 an.
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Denkbar
ist auch eine hier nicht dargestellte Ausführungsform, in der die Dichtungseinrichtung 2 lediglich
das zweite Dichtungselement 202 umfasst, welches den Randbereich
des Solarmoduls wie in den 2 und 4 dargestellt
u-förmig
umgreift. Entsprechend werden die ersten und zweiten Versiegelungsgrenzflächen 20, 21 nur
an den Kantenflächen
und auf den voneinander wegweisenden Oberflächen des Substrates 1 und
des Versiegelungselementes 3 ausgebildet und weisen somit
eine L-Form auf. Bei dieser nicht dargestellten Ausführungsform könnte ein ähnlich zum
ersten Dichtungselement 201 geformtes und angeordnetes
Abstandselement vorgesehen sein, das Substrat 1 und Versiegelungselement 3 voneinander
beabstandet.
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Die 5a bis 5c zeigen
vergrößerte Detaildarstellungen
des in 4 mit Va, Vb und Vc bezeichneten Ausschnitts des
Solarmoduls mit jeweils unterschiedlichen Varianten des Versiegelungselementes 3.
Dieser Ausschnitt zeigt jeweils den Übergang vom ersten Dichtungselement 201 zum
Versiegelungselement 3 im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 für die unterschiedlichen
Varianten des Versiegelungselementes 3.
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In 5a ist
das Versiegelungselement 3 analog der in 3a gezeigten
Variante wiederum als Metallplatte 30 ausgebildet und entsprechend
an seiner Oberfläche
vollständig
mit einer Metallschicht 30 versehen. Dementsprechend liegt
die Dichtungseinrichtung 2 zum einen in Form des ersten
Dichtungselementes 201 an der dem Modulinnenraum 6 zugewandten
Seite des Versiegelungselements 3 und zum anderen in Form
des zweiten Dichtungselementes 202 an der von dem Modulinnenraum 6 weg gewandten
Seite der Versiegelungseinrichtung 3 unter Ausbildung der
u-förmigen
zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 an.
Das Versiegelungselement 3 ist im gesamten Bereich der
zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 als
Metallschicht 30 ausgebildet.
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Die
Variante des Versiegelungselements 3 in 5b zeigt
analog zur Darstellung in 3b eine Polymerplatte
oder Polymerfolie 31, die an ihrer dem Modulinnenraum 6 zugewandten
Seite mit einer Metallschicht 30 versehen ist. Im Unterschied
zu der Ausführungsform
der 3b überdeckt
die Polymerplatte 31 nur in etwa den Bereich, der der Grenzfläche zum
Modulinnenraum 6 entspricht. Das heißt, dass die Metallschicht 30 in
ihrem umlaufenden Randbereich auf ihrer von dem Modulinnenraum 6 abgewandten
Seite nicht von der Polymerplatte 31 überdeckt ist. Stattdessen liegt
das zweite Dichtungselement 202 unter Ausbildung eines
Teils der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 an der von dem
Modulinnenraum 6 abgewandten Seite des Versiegelungselementes 3 an.
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Betreffend
die Anordnung des ersten Dichtungselementes 201 gelten
die zur 3b gemachten Ausführungen.
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Die
in der 5c dargestellte Variante des Versiegelungselementes 3 weist
grundsätzlich
den gleichen Aufbau wie das in 5b gezeigte
Versiegelungselement 3 auf. Zusätzlich dazu wurde analog der
Ausführungsform
der 3c eine weitere Polymerplatte 32 an die
dem Modulinnenraum 6 zugewandte Seite des Versiegelungselementes 3 angefügt.
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6 zeigt
eine vierte Ausführungsform
des Solarmoduls. Der Schichtenaufbau des im Querschnitt gezeigten
Randbereichs entspricht weitgehend dem des Solarmoduls der 1.
Anders als in 1 ist die Dichtungseinrichtung 2 in
Form eines einzigen Dichtungselementes 201 zwar im Substratrandbereich 10 des
Substrates 1 angeordnet, schließt jedoch nicht zusammen mit
dessen Außenkante
ab. Da auch hier die Außenkanten
des Versiegelungselementes 3 in einer Flucht über den
Außenkanten
des Substrats 1 liegen, bildet das Versiegelungselement 3 einen Überstand
gegenüber
dem Dichtungselement 201 in Richtung seiner Außenkante
aus. Der so entstandene Zwischenraum zwischen dem Substrat 1 und
dem Versiegelungselement 3, der benachbart zum Dichtungselement 201 am äußeren Solarmodulrand
angeordnet ist, wird durch ein Anpressmittel 5 in Form
eines Klebstoffes 51 ausgefüllt. Der Klebstoff 51 stellt
sicher, dass das Substrat 1 mit der ersten Versiegelungsgrenzfläche 20 und das
Versiegelungselement 3 mit der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 dauerhaft
gegen das Dichtungselement 201 gepresst werden. Außerdem bietet dieser
Aufbau ein besonders schmales, rahmenloses Solarzellenmodul, da
hier die die Anpressfunktion der Rahmeneinrichtung 50 durch
den Klebstoff 51 ersetzt ist.
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Die 7a bis 7c stellen
Detaildarstellungen des mit VIIa, VIIb und VIIc bezeichneten Ausschnittes
des Solarmoduls der 6 mit unterschiedlichen Varianten
des Versiegelungselementes 3 dar. Dieser Ausschnitt zeigt
jeweils den Übergang vom
Dichtungselement 201 zum Versiegelungselement 3 im
Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 für drei unterschiedliche
Varianten des Versiegelungselementes 3.
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Die
in 7a gezeigte Variante stellt wiederum das Versiegelungselement 3 als
Metallplatte mit einer die Oberfläche vollständig bedeckenden Metallschicht 30 dar.
Diese Ausführung
entspricht denen der 3a und 5a. Es
ist jedoch deutlich zu sehen, dass das Versiegelungselement 3 nicht
mit dem äußeren Rand
des Dichtungselementes 201 abschließt, sondern darüber hinausgeht
und einen Überstand
ausbildet. An diesem und an der nach außen gewandten Stirnfläche des
Dichtungselementes 201 liegt das Anpressmittel 5 in
Form des Klebstoffes 51 wie oben erläutert an.
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7b zeigt
eine prinzipiell gleiche Anordnung, jedoch nicht ausschließlich mit
einer Metallplatte als Versiegelungselement 3, sondern
in Kombination mit der bereits aus 3b bekannten
Polymerplatte 31, die mit einer Metallschicht 30 auf
ihrer dem Modulinnenraum 6 zugewandten Seite versehen ist.
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Die
in der 7c dargestellte Variante des Versiegelungselementes 3 weist
zusätzlich
zu der in 3b beschriebenen Ausbildung
eine weitere Polymerplatte 32 auf, die an der dem Modulinnenraum 6 zugewandten
Seite des Versiegelungselementes 3 angeordnet ist und die
gleichen äußeren Abmaße wie die
Polymerplatte 31 und die Metallschicht 30 aufweist.
Im dem Bereich, in dem das Dichtungselement 201 an dem
Versiegelungselement 3 anliegt, also in dem Bereich, in
dem die zweite Versiegelungsgrenzfläche 21 ausgebildet
wird, weist die weitere Polymerplatte 32 eine Unterbrechung
auf, so dass das Dichtungselement 201 in Kontakt mit der
Metallschicht 30 des Versiegelungselementes 3 kommen kann.
Auf Grund des Überstandes,
der sich wie oben erläutert
aus der Anordnung des Dichtungselementes 201 ergibt, grenzt
der Klebstoff 51 an die weitere Polymerplatte 32 und
an die nach außen
gewandte Stirnfläche
des ersten Dichtungselementes 201 an.
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8 zeigt
eine Aufsicht auf das flächige Versiegelungselementes 3 vom
Modulinnenraum 6 bzw. vom Substrat 1 aus gesehen.
Das Versiegelungselement 3 weist eine rechteckige Grundform auf.
Auf der sichtbaren Oberfläche
weist das Versiegelungselement 3 an seinem Randbereich
umlaufend eine Metallschicht 30 auf, die zur Anlage an
der Dichtungseinrichtung 2 im Bereich der zweiten Versiegelungsgrenzfläche 21 vorgesehen
ist.
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Die
Schnittdarstellung der 9a entlang der in 8 mit
IXa-IXa bezeichneten Linie zeigt ein Ausführungsbeispiel des Versiegelungselements 3, das
eine Metallplatte oder -folie mit einer Metallschicht 30 aufweist.
Auf diese Metallplatte 30 ist eine weitere Polymerplatte
oder Polymerfolie 32 aufgesetzt, welche den bezüglich 8 beschriebenen Randbereich
nicht überdeckt,
so dass die Metallschicht 30 hier frei zugänglich ist.
In dem zusammengebauten Solarmodul ragt die weitere Polymerplatte oder
Polymerfolie 32 in den Modulinnenraum 6 und bedeckt
diesen vollständig.
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Die
Schnittdarstellung der 9b entlang der in 8 mit
IXb-IXb bezeichneten Linie entspricht der aus 9a,
wobei zusätzlich
eine erste Polymerplatte oder Polymerfolie 31 vorhanden
ist, die die Metallschicht 30 auf der der weiteren Polymerplatte
oder weiteren Polymerfolie 32 gegenüberliegenden Seite vollständig abdeckt.
Die Metallschicht 30 kann in diesem Fall als Platte, Folie
oder Beschichtung ausgebildet sein. In dem zusammengebauten Solarmodul
schließt
die Polymerplatte oder Polymerfolie 31 das Solarmodul nach
außen
hin ab.
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Anders
als bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen
ist es auch denkbar, dass das Versiegelungselement 3 auf
seiner dem Modulinnenraum 6 zugewandten Oberfläche mit
Wafersolarzellen 4 versehen ist. Ebenso könnten auf
dem Versiegelungselement 3 monolithisch abgeschiedene Dünschichtsolarzellen 4 vorgesehen
sein. Für
den Fachmann ist klar, dass die verbesserte Abdichtung im Substratrandbereich
unabhängig
von der Anordnung und Orientierung der Solarzellen 4 im
Modulinnenraum ist.
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- 1
- Substrat
- 10
- Substratrandbereich
- 2
- Dichtungseinrichtung
- 20
- erste
Versiegelungsgrenzfläche
- 21
- zweite
Versiegelungsgrenzfläche
- 201
- erstes
Dichtungselement
- 202
- zweites
Dichtungselement
- 3
- Versiegelungselement
- 30
- Metallschicht
- 31
- Polymerfolie,
Polymerplatte
- 32
- weitere
Polymerfolie, Polymerplatte
- 4
- Solarzellen
- 5
- Anpressmittel
- 50
- Rahmeneinrichtung
- 51
- Klebstoff
- 6
- Modulinnenraum