DE102008013523B4 - Solar module with optical concentrator device - Google Patents
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Abstract
Solarmodul mit optischer Konzentratoreinrichtung umfassend: – ein frontseitiges Verkapselungsflächenelement (1) mit einem umlaufenden frontseitigen Randbereich (10); – ein rückseitiges Verkapselungsflächenelement (2) mit einem umlaufenden rückseitigen Randbereich (20); – eine zumindest abschnittweise im oder benachbart zum rückseitigen Randbereich (20) und zumindest abschnittsweise im oder benachbart zum frontseitigen Randbereich (10) derart angeordnete Dichtungseinrichtung (3), dass sich ein Verkapselungsvolumen (V) ausbildet, das durch eine innere Grenzfläche der Dichtungseinrichtung (3), eine innere Grenzfläche des rückseitigen Verkapselungsflächenelements (2) und eine innere Grenzfläche des frontseitigen Verkapselungsflächenelements (1) räumlich begrenzt ist, – eine Mehrzahl im Verkapselungsvolumen (V) angeordneter und miteinander verschalteter Solarzellen (4), die jeweils eine Lichteintrittsfläche (40) aufweisen, wobei die Summe aller Lichteintrittsflächen (40) mindestens ein Viertel der inneren Grenzfläche des frontseitigen Verkapselungsflächenelements (1) beträgt und – mindestens eine im Verkapselungsvolumen (V) angeordnete optische Konzentratoreinrichtung (5) mit einer Mehrzahl separat von den Verkapselungsflächenelementen (1, 2) ausgebildeter optischer Konzentratorelemente (50),...A solar module with an optical concentrator device comprising: a front-side encapsulation surface element (1) with a circumferential front-side edge region (10); - A rear encapsulation surface element (2) with a circumferential rear edge region (20); - A sealing device (3) arranged at least in sections in or adjacent to the rear edge area (20) and at least in sections in or adjacent to the front edge area (10) in such a way that an encapsulation volume (V) is formed which is formed by an inner boundary surface of the sealing device (3 ), an inner boundary surface of the rear encapsulation surface element (2) and an inner boundary surface of the front encapsulation surface element (1) is spatially limited, - a plurality of solar cells (4) arranged in the encapsulation volume (V) and interconnected, each having a light entry surface (40) , the sum of all light entry surfaces (40) being at least a quarter of the inner boundary surface of the front encapsulation surface element (1) and - at least one optical concentrator device (5) arranged in the encapsulation volume (V) with a plurality formed separately from the encapsulation surface elements (1, 2) r optical concentrator elements (50), ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit optischer Konzentratoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a solar module with optical concentrator device according to the preamble of
Beispielsweise aus der
- – ein frontseitiges Verkapselungsflächenelement mit einem umlaufenden frontseitigen Randbereich;
- – ein rückseitiges Verkapselungsflächenelement mit einem umlaufenden rückseitigen Randbereich;
- – eine zumindest abschnittweise im oder benachbart zum rückseitigen Randbereich und zumindest abschnittsweise im oder benachbart zum frontseitigen Randbereich derart angeordnete Dichtungseinrichtung, dass sich ein Verkapselungsvolumen ausbildet, das durch eine innere Grenzfläche der Dichtungseinrichtung, eine innere Grenzfläche des rückseitigen Verkapselungsflächenelements und eine innere Grenzfläche des frontseitigen Verkapselungsflächenelements räumlich begrenzt ist,
- – eine Mehrzahl im Verkapselungsvolumen angeordneter und miteinander verschalteter Solarzellen, die jeweils eine Lichteintrittsfläche aufweisen, wobei die Summe aller Lichteintrittsflächen mindestens ein Viertel der inneren Grenzfläche des frontseitigen Verkapselungsflächenelements beträgt und
- – mindestens eine im Verkapselungsvolumen angeordnete optische Konzentratoreinrichtung mit einer Mehrzahl optischer Konzentratorelemente, wobei jedes optische Konzentratorelement jeweils mindestens einer der Solarzellen derart räumlich zugeordnet ist, dass die optischen Konzentratorelemente den Großteil des durch das frontseitige Verkapselungsflächenelement auf die optischen Konzentratorelemente einfallenden Lichts auf die Lichteintrittsfläche der zugeordneten Solarzelle lenkt.
- - A front-side encapsulation surface element with a circumferential front edge region;
- - A back encapsulating sheet with a circumferential rear edge region;
- An at least partially in or adjacent to the rear edge region and at least partially in or adjacent to the front edge region such arranged sealing means that an encapsulation volume forms, by an inner interface of the sealing means, an inner boundary surface of the back Verkapselungsflächenelements and an inner boundary surface of the front encapsulation surface element is spatially limited,
- A plurality of solar cells arranged in the encapsulation volume and connected to one another, each having a light entry surface, the sum of all light entry surfaces being at least one quarter of the inner boundary surface of the front encapsulation surface element, and
- At least one optical concentrator device arranged in the encapsulation volume with a plurality of optical concentrator elements, each optical concentrator element spatially associated with at least one of the solar cells such that the optical concentrator elements impinge the majority of the light incident on the optical concentrator elements by the front encapsulation surface element on the light entry surface of the associated photocell Solar cell steers.
Dieses Solarmodul weist den Nachteil auf, dass die Konzentratoreinrichtung einstückig mit dem frontseitigen Verkapselungsflächenelement ausgebildet ist. Die Innenseite der frontseitigen Glasscheibe weist dazu zylinderlinsenförmig gekrümmte Oberflächenbereiche auf. Diese Oberflächenbereiche fokussieren Licht, das in einem definierten Winkelbereich auf die frontseitige Glasscheibe trifft, auf Solarzellen, die beabstandet voneinander auf einem ebenfalls als Glasscheibe ausgebildeten rückseitigen Verkapselungsflächenelement angeordnet sind. Wegen der einstückigen Ausbildung von frontseitiger Glasscheibe und Konzentratoreinrichtung, ist die frontseitige Glasscheibe als spezielles Bauelement für die Verkapselung des Moduls zwingend notwendig.This solar module has the disadvantage that the concentrator device is formed integrally with the front encapsulation surface element. The inside of the front glass pane has cylindrical lens-curved surface areas. These surface areas focus light, which impinges on the front glass pane in a defined angular range, onto solar cells, which are arranged at a distance from one another on a rear encapsulation area element likewise designed as a glass pane. Because of the one-piece design of front glass pane and concentrator, the front glass is essential as a special component for the encapsulation of the module.
Aus der
Die Solarindustrie steht unter der Anforderung, die Kosten für eine erzeugte Kilowattstunde Solarstrom deutlich zu reduzieren. Ein probater Ansatz dazu besteht darin, möglichste einfache und damit preisgünstige optische Konzentratoreinrichtungen einzusetzen. Diese Konzentratoreinrichtungen weisen üblicherweise eine Lichteintrittsfläche und eine im Verhältnis dazu kleinere Lichtaustrittsfläche aus. Auf die kleinere Lichtaustrittsfläche wird das auf die Lichteintrittsfläche der Konzentratoreinrichtung einfallende Licht konzentriert. Mit steigender Lichtkonzentration steigt die Betriebstemperatur der Solarzelle, was deren Wirkungsgrad herabsetzt. Daher ist es – abhängig von den Einsatzbedingungen und dem Konzentrationsfaktor – erforderlich, zusätzliche Kühlungseinrichtungen für die Solarzellen vorzusehen. Diese Kühlungseinrichtungen erfordern jedoch zusätzlichen Montageaufwand und steigern die Gesamtkosten der Solarmodule. Daher werden für die Kostenoptimierung Konzentratoreinrichtungen bevorzugt, die das einfallende Licht um weniger als einen Faktor vier konzentrieren. bei derartigen Konzentratoreinrichtungen, sind üblicherweise noch keine zusätzlichen Kühlungseinrichtungen für die Solarzellen erforderlich. Daher kann aus der gleichen Solarzellenfläche eine höhere elektrische Leistung generiert werden, die nur die Mehrkosten für Herstellung und Montage der Konzentratoreinrichtung erfordert.The solar industry is under the requirement to significantly reduce the cost of a kilowatt-hour of solar power. A proven approach to doing so is to use the simplest possible and thus inexpensive optical concentrator devices. These concentrator devices usually have a light entry surface and a relatively smaller light exit surface. The light incident on the light entry surface of the concentrator device is concentrated on the smaller light exit surface. With increasing light concentration, the operating temperature of the solar cell increases, which reduces their efficiency. Therefore, depending on the conditions of use and the concentration factor, it is necessary to provide additional cooling means for the solar cells. However, these cooling devices require additional installation effort and increase the overall cost of the solar modules. Therefore, for cost optimization, concentrator devices are preferred that concentrate the incident light by less than a factor of four. With such concentrator devices, usually no additional cooling devices for the solar cells are required. Therefore, a higher electrical power can be generated from the same solar cell surface, which only requires the additional costs for production and assembly of the concentrator device.
Solarmodul-Hersteller müssen für die Solarmodule regelmäßig Garantien über Zeiträume von 20 Jahren und mehr geben. Das heißt auch unter widrigen und stark schwankenden Wetterbedingungen müssen die Solarmodule über diese Zeiträume hinweg zuverlässig funktionieren.Solar module manufacturers must regularly provide guarantees for the solar modules over periods of 20 years and more. This means that even under adverse and strongly fluctuating weather conditions, the solar modules must function reliably over these periods.
Um diese gesammelten Anforderungen hinsichtlich der Kostenreduktion und den Gewährleistungszeiträumen erfüllen zu können, ist es erforderlich, dass möglichst simple und kostengünstige Aufbauten für Solarmodule entwickelt werden. Diese müssen gleichzeitig robust und dauerhaft sein, um die erforderliche garantierte Lebensdauer gewährleisten zu können.In order to meet these collected requirements in terms of cost reduction and warranty periods, it is necessary that as simple and cost-effective structures for solar modules are developed. These must be robust and durable at the same time to ensure the required guaranteed lifetime.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Solarmodul mit optischer Konzentratoreinrichtung zu schaffen, das sich einfacher und preisgünstiger herstellen lässt, ohne dass dadurch die Lebensdauer des Solarmoduls herabgesetzt wird.The present invention is therefore based on the object to provide a solar module with optical concentrator, which can be produced easier and cheaper, without thereby reducing the life of the solar module is reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a solar module with the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Solarzellen über ein erstes optisches Kopplungsmaterial mit der Konzentratoreinrichtung optisch und mechanisch gekoppelt sind und dadurch mit der Konzentratoreinrichtung ein hybrides Konzentrator-Solarzellen-Bauelement ausbilden.According to the invention, the solar cells are optically and mechanically coupled to the concentrator device via a first optical coupling material and thereby form a hybrid concentrator-solar cell component with the concentrator device.
Unter dem Merkmal der optischen und mechanischen Kopplung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass das erste optische Kopplungsmaterial eine Fixierung der Solarzellen an der Konzentratoreinrichtung gewährleistet. Diese Fixierung hat zur Folge, dass sich die Konzentratoreinrichtung und die Solarzellen als Konzentrator-Solarzellen-Bauelement vorkonfektionieren lassen. Die Herstellung des hybriden Konzentrator-Solarzellen-Bauelements in einem gesonderten Herstellungsverfahren erlaubt daher dieses Herstellungsverfahren für sich technologisch und wirtschaftlich zu optimieren. Bei der vorgelagerten Herstellung des Konzentrator-Solarzellen-Bauelementes lässt sich die optimale Positionierung zwischen Solarzellen und Konzentratoreinrichtung sicherstellen. Weiterhin lassen sich die einzelnen Solarzellen auf zugeordneten Trägerelementen bereits elektronisch miteinander verschalten. Das Konzentrator-Solarzellen-Bauelement kann somit als unverkapseltes Solarmodul ausgebildet werden. Auf diese Weise wird der Einsatz besonders preisgünstiger Standard-Bauteile für die nachfolgende Verkapselung des Konzentrator-Solarzellen-Bauelementes im Solarmodul ermöglicht. Dadurch erschließt sich ein weiteres wichtiges Potential zur Einsparung von Kosten.In the context of the present invention, the feature of optical and mechanical coupling means that the first optical coupling material ensures fixing of the solar cells to the concentrator device. This fixation has the consequence that the concentrator device and the solar cells can be prefabricated as a concentrator solar cell component. The production of the hybrid concentrator solar cell component in a separate manufacturing process therefore allows this manufacturing process to be technologically and economically optimized. In the upstream production of the concentrator solar cell component, the optimal positioning between solar cells and concentrator can be ensured. Furthermore, the individual solar cells can already be interconnected electronically on assigned carrier elements. The concentrator solar cell component can thus be designed as a non-encapsulated solar module. In this way, the use of particularly inexpensive standard components for the subsequent encapsulation of the concentrator solar cell component in the solar module is made possible. This opens up another important potential for saving costs.
Das erste optische Kopplungsmaterial schafft neben der mechanischen Kopplung die optische Kopplung, die sich als ein weitgehend homogener Verlauf des Brechungsindexes zwischen der optischen Konzentratoreinrichtung und der Solarzelle darstellt. Das erste optische Kopplungsmaterial weist im sichtbaren Wellenlängenspektrum eine optische Transmission von bevorzugt mehr als 90% und einen Brechungsindex von bevorzugt mehr als 1,4 auf. Es kann in Form eines aushärtenden Klebstoffs oder als gelartiges Fluid vorliegen. Weiterhin ist es hinsichtlich seines thermischen Expansionskoeffizienten derart ausgewählt, dass es zwischen dem thermischen Expansionskoeffizienten des Materials der Solarzelle und dem thermischen Expansionskoeffizienten des kontaktierten Materials der Konzentratoreinrichtung vermittelt.The first optical coupling material provides, in addition to the mechanical coupling, the optical coupling, which represents a substantially homogeneous course of the refractive index between the optical concentrator device and the solar cell. The first optical coupling material has an optical transmission of preferably more than 90% and a refractive index of preferably more than 1.4 in the visible wavelength spectrum. It may be in the form of a thermosetting adhesive or as a gel-like fluid. Furthermore, it is selected in terms of its thermal expansion coefficient such that it mediates between the thermal expansion coefficient of the material of the solar cell and the thermal expansion coefficient of the contacted material of the concentrator.
Ferner ist eine Mehrzahl Konzentratoreinrichtungen vorgesehen, die jeweils mit mehr als zwei Solarzellen über das erste optische Kopplungsmaterial hybride Konzentrator-Solarzellen-Bauelemente ausbildet. Um die Herstellung des gesamten Solarmoduls durch Massenproduktion besonders wirtschaftlich zu machen, sind die hybriden Konzentrator-Solarzellen-Bauelemente im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die dem Verkapselungsvolumen zugewandte Grenzfläche des rückseitigen Verkapselungsflächenelementes ist im Solarmodul weitgehend mit den hybriden Konzentrator-Solarzellen-Bauelementen bestückt. Furthermore, a plurality of concentrator devices is provided, which forms hybrid concentrator solar cell components with more than two solar cells in each case via the first optical coupling material. In order to make the production of the entire solar module by mass production particularly economical, the hybrid concentrator solar cell components are designed substantially identical. The encapsulation volume facing the interface of the back encapsulation surface element is largely equipped in the solar module with the hybrid concentrator solar cell components.
Darüber hinaus wirken die hybriden Konzentrator-Solarzellen-Bauelemente als Abstandhalter zwischen dem frontseitigen Verkapselungsflächenelement und dem rückseitigen Verkapselungsflächenelement. Auf diese Weise lassen sich bei der Verkapselung von Solarmodulen oftmals erforderliche Abstandshalter und damit verbundene Kosten einsparen.In addition, the hybrid concentrator solar cell devices act as spacers between the front encapsulation sheet and the back encapsulation sheet. In this way, often required spacers and associated costs can be saved in the encapsulation of solar modules.
Zudem ist es von Vorteil, dass die Konzentratorelemente mit ihren dem frontseitigen Verkapselungsflächenelement zugewandten Oberflächen über ein zweites optisches Kopplungsmaterial optisch und/oder mechanisch mit der inneren Grenzfläche des frontseitigen Verkapselungsflächenelementes gekoppelt sind. Dadurch lassen sich an optischen Grenzflächen auftretende Reflexionsverluste weiter reduzieren. Eine rein optische Kopplung liegt vor, wenn das zweite optische Kopplungsmaterial keine signifikante mechanische Fixierung der Konzentratorelemente am frontseitigen Verkapselungsflächenelement gewährleistet. Eine signifikante mechanische Fixierung liegt vor, wenn die durch das zweite optische Kopplungsmaterial ausgeübte Haftkraft zumindest die Gewichtskraft des hybriden Konzentrator-Solarzellen-Bauelements übersteigt. Im Hinblick auf die physikalischen Parameter des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des Brechungsindex gelten die zum ersten optischen Kopplungsmaterial vorangehend gemachten Ausführungen entsprechend.In addition, it is advantageous that the concentrator elements with their surfaces facing the front-side encapsulation surface element are optically and / or mechanically coupled to the inner boundary surface of the front-side encapsulation surface element via a second optical coupling material. As a result, reflection losses occurring at optical interfaces can be further reduced. A purely optical coupling is present if the second optical coupling material does not ensure any significant mechanical fixation of the concentrator elements on the front encapsulation surface element. A significant mechanical fixation is present when the adhesive force exerted by the second optical coupling material exceeds at least the weight of the hybrid concentrator solar cell component. With regard to the physical parameters of the coefficient of thermal expansion and the refractive index, the explanations given above for the first optical coupling material apply correspondingly.
Bevorzugt ist die vorangehend beschriebene Variante des Solarmoduls derart weitergebildet, dass das erste optische Kopplungsmaterial und das zweite optische Kopplungsmaterial aus dem gleichen Werkstoff ausgebildet sind. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung bei der Modulherstellung. Außerdem kann das optische Kopplungsmaterial sowohl zwischen der Konzentratoreinrichtung und der Solarzelle als auch zwischen der Konzentratoreinrichtung und dem frontseitigen Verkapselungsflächenelement thermisch induzierte mechanische Spannungen kompensieren.Preferably, the variant of the solar module described above is developed such that the first optical coupling material and the second optical coupling material are formed from the same material. This leads to a further simplification in module production. In addition, the optical coupling material can compensate for thermally induced mechanical stress both between the concentrator device and the solar cell and between the concentrator device and the front encapsulant surface element.
Für alle Ausführungsformen des Solarmoduls sind die Solarzellen mit Vorteil in Form schmaler entlang einer Erstreckungsrichtung verlaufender Streifen einer monolithischen Wafersolarzelle ausgebildet und mit ihren Lichteintrittsflächen im Wesentlichen parallel oder gleichmäßig angewinkelt zu den Verkapselungsflächenelementen angeordnet. Kommerziell erhältlicher Wafersolarzellen mit im Wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Grundform lassen sich auf einfache Weise in Streifen zerteilen, deren Länge der ursprünglichen Kantenlänge der Wafersolarzelle entspricht. Dadurch ist ein Zerschneiden oder Brechen in nur einer Raumrichtung erforderlich. Schmale Streifen im Sinne der vorliegenden Erfindung liegen vor, wenn das Verhältnis von Länge zu Breite größer als 5, bevorzugt größer als 10 beträgt.For all embodiments of the solar module, the solar cells are advantageously designed in the form of narrow strips along a direction of extension of a monolithic wafer solar cell and arranged with their light entry surfaces substantially parallel or evenly angled to the encapsulation surface elements. Commercially available wafer solar cells having a substantially square or rectangular basic shape can be easily cut into strips whose length corresponds to the original edge length of the wafer solar cell. This requires cutting or breaking in only one spatial direction. Narrow strips in the sense of the present invention are present when the ratio of length to width is greater than 5, preferably greater than 10.
Entsprechend der vorangehend beschriebenen schmalen streifenförmigen Solarzellen sind die Konzentratorelemente bevorzugt als entlang der Erstreckungsrichtung der Solarzellen verlaufende, rippenförmige Elemente mit einem trapezförmigen oder einem gekrümmt verjüngenden Querschnitt ausgebildet. Bei einem im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt entsprechen die beiden parallel zueinander ausgerichteten Kanten des Trapezes der Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche des Konzentratorelements. Das Verhältnis dieser beiden Flächen zueinander stellt in erster Näherung den Faktor der optischen Konzentration dar. Die aufeinander zu laufenden Flanken des trapezförmigen Konzentratorelement-Querschnitts sind üblicherweise von Luft umgeben und bilden eine optische Grenzschicht. Aufgrund des geringeren Brechungsindex der Luft im Vergleich zum Brechungsindex des Konzentratormoduls wird Licht, das unterhalb eines Grenzwinkels auf die Grenzfläche trifft total reflektiert. Durch eine Anpassung der geometrischen Ausgestaltung des Konzentratorelement-Querschnitts kann die Konzentratoreinrichtung für verschiedene Beleuchtungsszenarien des Solarmoduls optimiert werden.In accordance with the narrow strip-type solar cells described above, the concentrator elements are preferably designed as rib-shaped elements running along the direction of extent of the solar cells and having a trapezoidal or a curved, tapering cross-section. In the case of a substantially trapezoidal cross-section, the two edges of the trapezoid aligned parallel to one another correspond to the light entry and light exit surfaces of the concentrator element. The ratio of these two surfaces to each other represents, in a first approximation, the factor of the optical concentration. The convergent flanks of the trapezoidal concentrator element cross section are usually surrounded by air and form an optical boundary layer. Due to the lower refractive index of the air compared to the refractive index of the concentrator module, light which strikes the interface below a critical angle is totally reflected. By adapting the geometric configuration of the concentrator element cross-section, the concentrator device can be optimized for different lighting scenarios of the solar module.
Mit Vorteil sind die Konzentratoreinrichtungen mit den Konzentratorelementen monolithisch aus einem optischen Polymer gefertigt. Dies eröffnet den Vorteil einer weiteren Kostenreduktion, da die Konzentratoreinrichtungen beispielsweise aus Polymethylmethacrylat und Polycarbonat im Spritzgussverfahren herstellbar sind.The concentrator devices with the concentrator elements are advantageously made monolithically from an optical polymer. This opens up the advantage of a further cost reduction, since the concentrator devices can be produced, for example, from polymethyl methacrylate and polycarbonate by injection molding.
Für einen einfachen Aufbau des Solarmodul ist es bevorzugt, dass die Dichtungseinrichtung ein das Verkapselungsvolumen seitlich umlaufendes Dichtungselement aufweist. Die Dichtungseinrichtung besteht dabei bevorzugt aus einem einzigen seitlich umlaufenden Dichtungselement. Seitlich umlaufend ist so definiert, dass sich das Dichtungselement im Wesentlichen im oder benachbart zum rückseitigen bzw. frontseitigen Randbereich des rückseitigen bzw. frontseitigen Verkapselungsflächenelementes befindet.For a simple construction of the solar module, it is preferred that the sealing device has a sealing element that laterally encircles the encapsulation volume. The sealing device preferably consists of a single laterally encircling sealing element. Circumferentially around the circumference is defined such that the sealing element substantially in or adjacent to the rear or front edge region of the located on the rear or front encapsulation surface element.
In einer ersten Variante ist das Dichtungselement ausschließlich in den einander gegenüberliegenden Randbereichen der Verkapselungsflächenelemente angeordnet und befindet sich somit ausschließlich zwischen den beiden Verkapselungsflächenelementen. In einer zweiten Variante ist das Dichtungselement ausschließlich in den voneinander abgewandten Randbereichen der Verkapselungsflächenelemente angeordnet; d. h. das Dichtungselement umgreift die Randbereiche der Verkapselungsgrenzflächen u-förmig. In einer dritten Variante ist das Dichtungselement ausschließlich benachbart zu den Randbereichen angeordnet ist und liegt somit von außen an den Kantenflächen der Verkapselungsflächenelemente an. Weiterhin ist eine Vielzahl von Kombinationen der vorangehend genannten Varianten denkbar, bei denen ein einziges Dichtungselement oder aber eine Mehrzahl von Dichtungselementen vorgesehen ist. Wichtig für einen einfachen, kostengünstigen und langlebigen Aufbau des Solarmoduls ist, dass die zwischen der Dichtungseinrichtung und den Versiegelungsflächenelementen ausgebildeten Grenzschichten eine hinreichend große und dauerhaft wirksame Diffusionsbarriere gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit in das Verkapselungsvolumen darstellt.In a first variant, the sealing element is arranged exclusively in the mutually opposite edge regions of the encapsulation surface elements and is thus located exclusively between the two encapsulation surface elements. In a second variant, the sealing element is arranged exclusively in the mutually remote edge regions of the encapsulation surface elements; d. H. the sealing element surrounds the edge regions of the encapsulation boundary in a U-shape. In a third variant, the sealing element is arranged exclusively adjacent to the edge regions and thus abuts against the edge surfaces of the encapsulation surface elements from the outside. Furthermore, a plurality of combinations of the aforementioned variants is conceivable in which a single sealing element or a plurality of sealing elements is provided. It is important for a simple, inexpensive and durable construction of the solar module that the boundary layers formed between the sealing device and the sealing surface elements represent a sufficiently large and permanently effective diffusion barrier to the penetration of moisture into the encapsulation volume.
Um eine dauerhaft wirksame Diffusionsbarriere zwischen Verkapselungsflächenelement und Dichtungseinrichtung zu gewährleisten, besteht eine vorteilhafte Variante darin, das frontseitige Verkapselungsflächenelement als Glasscheibe auszubilden. Insbesondere wenn die Dichtungseinrichtung eine oder mehrere Dichtungselemente aus Isobutylen oder Polyisobutylen aufweist, so sind die Grenzschichten zwischen diesen Materialien und Glas dauerhafte hinreichend hohe Diffusionsbarrieren gegenüber Feuchtigkeit.In order to ensure a permanently effective diffusion barrier between encapsulation surface element and sealing device, an advantageous variant is to form the front-side encapsulation surface element as a glass pane. In particular, when the sealing device comprises one or more sealing elements made of isobutylene or polyisobutylene, the boundary layers between these materials and glass are permanent sufficiently high diffusion barriers to moisture.
Entsprechend lässt sich mit Vorteil das rückseitige Verkapselungsflächenelement als Glasscheibe ausbilden. Im Hinblick auf beständigen Schutz gegen Feuchtigkeitsdiffusion sind Grenzflächen von Isobutylen und Polyisobutylen gegenüber Metallschichten von ähnlicher Qualität. Daher lässt sich das rückseitige Verkapselungsflächenelement mit Vorteil auch als Metallplatte oder als Verkapselungsfolie ausbilden. Diese Verkapselungsfolie weist zumindest im Bereich der Dichtungseinrichtung eine mit der Dichtungseinrichtung in Kontakt stehende Metallschicht auf.Accordingly, the rear encapsulation surface element can advantageously be formed as a glass pane. With regard to consistent protection against moisture diffusion, interfaces of isobutylene and polyisobutylene are of similar quality to metal layers. Therefore, the back-side encapsulation surface element can advantageously also be embodied as a metal plate or as an encapsulation film. At least in the region of the sealing device, this encapsulation film has a metal layer in contact with the sealing device.
Um die Dichtungseigenschaften des Solarmoduls dauerhaft zu sichern ist bevorzugt vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung Druckmittel aufweist, die die Verkapselungsflächenelemente und die Dichtungseinrichtung zusammenpressen.In order to permanently secure the sealing properties of the solar module, it is preferably provided that the sealing device has pressure means which compress the encapsulation surface elements and the sealing device.
Die Druckmittel sind in einer Variante mit Vorteil als eine benachbart zur Dichtungseinrichtung angeordnete, sich zwischen den Verkapselungsflächenelementen erstreckende Klebeschicht ausgebildet. Dabei ist die Dichtungseinrichtung bevorzugt als ein einziges, benachbart zur Klebeschicht angeordnetes Dichtungselement ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich ein schlankes, rahmenloses Solarmodul realisieren.In a variant, the pressure means are advantageously designed as an adhesive layer arranged adjacent to the sealing device and extending between the encapsulation surface elements. In this case, the sealing device is preferably designed as a single, adjacent to the adhesive layer arranged sealing element. In this way, a slim, frameless solar module can be realized.
Eine weitere Variante zur Ausbildung der Druckmittel sieht vor, dass die Druckmittel als Rahmenelemente ausgebildet sind, die die Randbereiche der Verkapselungsflächenelemente zumindest im Bereich der Dichtungseinrichtung umgreifen. Dadurch lässt sich die Funktion des Druckmittels mit der Struktur eines Modulrahmens koppeln.A further variant for the formation of the pressure means provides that the pressure means are designed as frame elements, which surround the edge regions of the encapsulation surface elements at least in the region of the sealing device. As a result, the function of the pressure medium can be coupled with the structure of a module frame.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele nachfolgend erläutert.Further advantages and characteristics of the invention will be explained in connection with the description of specific embodiments below.
Es zeigt:It shows:
Auf jedem Trägerelement
Die frontseitige Glasscheibe
Mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen sind benachbart zu den Außenkanten der Verkapselungsflächenelemente
Für die Verkapselung des Solarmoduls ist es wesentlich, dass die Dichtungseinrichtung
Bei der in
Eine weitere Alternative für die Ausbildung des rückseitigen Verkapselungsflächenelementes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- frontseitiges VerkapselungsflächenelementFront-side encapsulation surface element
- 1010
- frontseitiger RandbereichFront edge area
- 22
- rückseitiges Verkapselungsflächenelementback encapsulation sheet
- 2020
- rückseitiger Randbereichback edge area
- 200200
- Metallschichtmetal layer
- 33
- Dichtungseinrichtungseal means
- 3030
- Dichtungselementsealing element
- 3131
- Druckmittellever
- 310310
- Klebeschichtadhesive layer
- 311311
- Rahmenelementeframe elements
- 44
- Solarzellesolar cell
- 4040
- Lichteintrittsfläche einer SolarzelleLight entry surface of a solar cell
- 55
- Konzentratoreinrichtungconcentrator
- 5050
- Konzentratorelementconcentrator
- 5151
- erstes optisches Kopplungsmaterialfirst optical coupling material
- 5252
- zweites optisches Kopplungsmaterialsecond optical coupling material
- 66
- Abstandselementespacers
- 77
- Trägerelementsupport element
- 88th
- Solarzellen-KeilSolar cells Wedge
- VV
- Verkapselungsvolumenencapsulating volume
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