DE102008017621A1 - Photovoltaic solar module for use in electric energy generating device, has frame made of polyurethane, where frame preset elasticity modulus and specific thermal expansion coefficient, which are measured parallel to module edges - Google Patents

Photovoltaic solar module for use in electric energy generating device, has frame made of polyurethane, where frame preset elasticity modulus and specific thermal expansion coefficient, which are measured parallel to module edges Download PDF

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Abstract

The solar module has a frame made of polyurethane, which completely or partially surrounds the solar module. The frame has an elongation at break of 50 percentage, an elasticity modulus of 30 Newton per square millimeter and a thermal expansion coefficient of 80x 10 power-6 per Kelvin. The elasticity modulus and the thermal expansion coefficient are measured parallel to module edges. The frame comprises natural or mineral material, which are selected from the group such as mica, wollastonite, glass fiber, carbon fiber or aramid fiber. An independent claim is also included for a method for production of a photovoltaic solar module.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein photovoltaisches Solarmodul, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, welche sich eines solchen Solarmoduls bedient.The The present invention relates to a photovoltaic solar module, a method for its production and a device for generating electrical energy, which makes use of such a solar module.

Unter Solarmodulen versteht man Bauelemente zur direkten Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht. Schlüsselfaktoren für eine kosteneffiziente Erzeugung von Solarstrom sind der Wirkungsgrad der verwendeten Solarzellen, sowie die Herstellkosten und die Haltbarkeit der Solarmodule.Under Solar modules are components for the direct generation of Electricity from sunlight. Key factors for a cost-efficient generation of solar power is the efficiency the solar cells used, as well as the production costs and the durability the solar modules.

Ein Solarmodul besteht üblicherweise aus einem gerahmten Verbund aus Glas, verschalteten Solarzellen, einem Einbettmaterial und einer Rückenseitenkonstruktion. Die einzelnen Schichten des Solarmoduls haben folgende Funktionen zu erfüllen.One Solar module usually consists of a framed composite made of glass, interconnected solar cells, an embedding material and a Back side structure. The individual layers of the solar module have to perform the following functions.

Das Frontglas dient dem Schutz vor mechanischen und Witterungseinflüssen. Es muss höchste Transparenz aufweisen, um Absorptionsverluste im optischen Spektralbereich von 300 nm bis 1150 nm und damit Wirkungsgradverluste der üblicherweise zur Stromerzeugung eingesetzten Silizium-Solarzellen möglichst gering zu halten. Normalerweise wird gehärtetes, eisenarmes Weißglas (3 oder 4 mm stark) verwendet, dessen Transmissionsgrad im obigen Spektralbereich bei 90 bis 92% liegt.The Front glass protects against mechanical and weather influences. It must have the highest transparency to absorption losses in the optical spectral range from 300 nm to 1150 nm and thus efficiency losses the silicon solar cells commonly used for power generation keep as low as possible. Usually hardened, low-iron white glass (3 or 4 mm thick), its transmittance in the above spectral range is 90 to 92%.

Das Einbettmaterial (meist werden EVA(Ethyl-Vinylacetat)-Folien verwendet) dient zur Verklebung des gesamten Modulverbundes. EVA schmilzt während eines Laminiervorgangs bei etwa 150°C, fließt in die Zwischenräume der verlöteten Solarzellen und wird thermisch vernetzt. Eine Bildung von Luftblasen, die zu Reflexionsverlusten führen, wird durch eine Laminierung unter Vakuum vermieden.The Embedding material (mostly EVA (ethyl vinyl acetate) films are used) serves to bond the entire module network. EVA melts during a lamination process at about 150 ° C, flows in the spaces between the soldered solar cells and is thermally crosslinked. A formation of air bubbles that too Reflection losses will result from a lamination avoided under vacuum.

Die Modulrückseite schützt die Solarzellen und das Einbettmaterial vor Feuchtigkeit und Sauerstoff. Außerdem dient sie als mechanischer Schutz vor Verkratzung etc. beim Montieren der Solarmodule und als elektrische Isolation. Als Rückseitenkonstruktion kann eine weitere Glasscheibe oder eine Verbundfolie eingesetzt werden. Im Wesentlichen werden dabei die Varianten PVF(Polyvinylfluorid)-PET(Polyethylenterephthalat)-PVF oder PVF-Aluminium-PVF eingesetzt.The Module back protects the solar cells and the Embedding material from moisture and oxygen. Furthermore serves as a mechanical protection against scratching, etc. when mounting of the solar modules and as electrical insulation. As back construction can used another glass or a composite sheet become. In essence, the variants PVF (polyvinyl fluoride) -PET (polyethylene terephthalate) PVF are used or PVF aluminum PVF used.

Die im Solarmodulbau eingesetzten Kapselungsmaterialien müssen insbesondere gute Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf und Sauerstoff aufweisen. Durch Wasserdampf oder Sauerstoff werden die Solarzellen selbst nicht angegriffen, aber es kommt zu einer Korrosion der Metallkontakte und einer chemischen Degradation des EVA-Einbettmaterials. Ein zerstörter Solarzellenkontakt führt zu einem Komplettausfall des Moduls, da normalerweise alle Solarzellen in einem Modul elektrisch seriell verschaltet werden. Eine Degradation des EVA zeigt sich an einer Vergilbung des Moduls, verbunden mit einer entsprechenden Leistungsreduktion durch Lichtabsorption sowie einer visuellen Verschlechterung. Heute werden etwa 80% aller Module mit einer der beschriebenen Verbundfolien auf der Rückseite verkapselt, bei etwa 15% der Solarmodule wird Glas für Vorder- und Rückseite verwendet. In diesem Falle kommen als Einbettmaterial anstatt EVA teilweise hochtransparente, allerdings nur langsam (mehrere Stunden) härtende Gießharze zum Einsatz.The In encapsulation materials used in solar module construction must in particular good barrier properties against water vapor and oxygen exhibit. By water vapor or oxygen, the solar cells itself not attacked, but it comes to a corrosion of the metal contacts and a chemical degradation of the EVA embedding material. A destroyed one Solar cell contact leads to a complete failure of the module, since normally all solar cells in a module are electrically serial be interconnected. A degradation of the EVA is evident in one Yellowing of the module, combined with a corresponding reduction in performance by light absorption as well as a visual deterioration. today About 80% of all modules are equipped with one of the composite films described above encapsulated on the back, in about 15% of the solar modules Glass is used for front and back. In this case, as embedding material, in some cases highly transparent, rather than EVA, however only slowly (several hours) hardening casting resins for use.

Um trotz der relativ hohen Investitionskosten konkurrenzfähige Stromgestehungskosten von Solarstrom zu erreichen, müssen Solarmodule lange Betriebszeiten erreichen. Heutige Solarmodule sind daher auf eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren ausgelegt. Neben hoher Witterungsstabilität werden große Anforderungen an die Temperaturbelastbarkeit der Module gestellt, deren Temperatur im Betrieb zyklisch zwischen 80°C bei voller Sonneneinstrahlung und Temperaturen unterhalb des Gefrierpunks schwanken können. Dementsprechend werden Solarmodule umfangreichen Stabilitätstests unterzogen (Normtests nach IEC 61215 und IEC 61730 ), zu denen Witterungstests (UV-Bestrahlung, Damp Heat, Temperaturwechsel), aber auch Hagelschlag- und Tests des elektrischen Isolationsvermögens zählen.In order to achieve competitive electricity generation costs of solar power despite the relatively high investment costs, solar modules must achieve long operating times. Today's solar modules are therefore designed for a service life of 20 to 30 years. In addition to high weathering stability, high demands are placed on the thermal stability of the modules, whose temperature during operation can fluctuate cyclically between 80 ° C at full solar irradiation and temperatures below the freezing point. Accordingly, solar modules are subjected to extensive stability tests (standard tests according to IEC 61215 and IEC 61730 ), which include weathering tests (UV irradiation, damp heat, temperature changes), but also hailstorms and electrical insulation tests.

Auf die Modulendfertigung entfällt mit 30% der Gesamtkosten ein relativ hoher Anteil der Gesamtkosten für Photovoltaikmodule. Dieser große Anteil der Modulfertigung ist durch hohe Materialkosten (unter anderem Einbettmaterial, Rahmen, Rückseitenmehrschichtfolie) und durch lange Prozesszeiten, d. h. geringe Produktivität bedingt. Noch immer werden häufig die oben beschriebenen Einzelschichten des Modulverbunds in Handarbeit zusammengestellt und ausgerichtet. Zusätzlich führen das relativ langsame Aufschmelzen des EVA-Schmelzklebers und die Lamination des Modulverbunds bei ca. 150°C und unter Vakuum zu Zykluszeiten von etwa 20 bis 30 Minuten pro Modul.On Modular production accounts for 30% of the total costs a relatively high proportion of the total costs for photovoltaic modules. This large proportion of module production is due to high material costs (including embedding material, frame, backside multilayer film) and by long process times, d. H. low productivity conditionally. Still are often the ones described above Individual layers of the module composite assembled by hand and aligned. In addition, the relative lead slow melting of the EVA hot melt adhesive and lamination of the module assembly at about 150 ° C and under vacuum at cycle times of about 20 to 30 minutes per module.

Durch die relativ dicke Frontglassscheibe weisen konventionelle Solarmodule zudem ein hohes Gewicht auf, das wiederum stabile und teure Haltekonstruktionen nötig macht. Auch ist die Wärmeabfuhr bei heutigen Solarmodulen nur unbefriedigend gelöst. Bei voller Sonnenbestrahlung heizen sich die Module auf bis zu 80°C, was zu einer temperaturbedingten Verschlechterung des Solarzellenwirkungsgrads und damit letztlich zu einer Verteuerung des Solarstroms führt.Due to the relatively thick front glass pane, conventional solar modules also have a high Ge weight, which in turn makes stable and expensive holding structures necessary. The heat dissipation is solved unsatisfactory in today's solar modules. At full solar irradiation, the modules heat up to 80 ° C, which leads to a temperature-related deterioration of the solar cell efficiency and thus ultimately to an increase in the cost of solar power.

Im Stand der Technik werden Solarmodule hauptsächlich mit einem Rahmen aus Aluminium verwendet. Obwohl es sich dabei um ein Leichtmetall handelt, leistet doch dessen Gewicht einen nicht zu vernachlässigenden Beitrag zum Gesamtgewicht. Dies ist gerade bei größeren Modulen ein Nachteil, der aufwändige Halte- und Befestigungskonstruktionen erfordert.in the The state of the art solar modules are mainly with used a frame made of aluminum. Although this is a Light metal acts, but makes its weight not one negligible contribution to the total weight. This is especially with larger modules a disadvantage that requires elaborate holding and fastening structures.

Um den Eintritt von Wasser und Sauerstoff zu verhindern, weisen besagte Aluminiumrahmen auf ihrer dem Solarmodul zuweisenden Innenseite eine zusätzliche Dichtung auf. Darüber hinaus kommt nachteilig hinzu, dass Aluminiumrahmen aus Rechteckprofilen hergestellt werden und man daher hinsichtlich ihrer Formgebung stark eingeschränkt ist.Around to prevent the entry of water and oxygen, said Aluminum frame on its inside facing the solar module an additional seal on. Furthermore is disadvantageous that aluminum frame made of rectangular profiles be prepared and therefore strong in terms of their shape is restricted.

Zur Verringerung des Solarmodulgewichtes, zur Vermeidung eines zusätzlichen Dichtungsmaterials und zur Erhöhung der Designfreiheit beschreiben US 4,830,038 und US 5,008,062 die Anbringung eines Kunststoffrahmens um das betreffende Solarmodul, der durch das RIM-Verfahren (Reaction Injection Molding) erhalten wird.To reduce the solar module weight, to avoid an additional sealing material and to increase the design freedom describe US 4,830,038 and US 5,008,062 the attachment of a plastic frame around the respective solar module, which is obtained by the RIM method (Reaction Injection Molding).

Bevorzugt handelt es sich bei dem verwendeten polymeren Material um ein elastomeres Polyurethan. Das besagte Polyurethan soll bevorzugt einen E-Modul in einem Bereich von 200 bis 10000 p. s. i. (entsprechend ca. 1,4 bis 69,0 N/mm2) besitzen.Preferably, the polymeric material used is an elastomeric polyurethane. The said polyurethane should preferably have an E modulus in a range of 200 to 10,000 psi (corresponding to about 1.4 to 69.0 N / mm 2 ).

Zur Verstärkung des Rahmens werden in diesen beiden Patentschriften verschiedene Möglichkeiten beschrieben. So können Verstärkungsbauteile aus zum Beispiel einem polymeren Material, Stahl oder Aluminium bei der Ausbildung des Rahmens mit in diesen integriert werden. Auch können Füllstoffe mit in das Rahmenmaterial eingebracht werden. Bei diesen kann es sich zum Beispiel um plättchenförmige Füllstoffe wie das Mineral Wollastonit oder nadelartige/faserförmige Füllstoffe wie Glasfasern handeln.to Reinforcement of the frame are described in these two patents various possibilities described. So can Reinforcement members of, for example, a polymeric material, Steel or aluminum in the formation of the frame with in these to get integrated. Also, fillers can be used be introduced into the frame material. These may be for example, platelet-shaped fillers like the mineral wollastonite or needle-like / fibrous Fillers such as glass fibers act.

In ähnlicher Weise beschreibt DE 37 37 183 A1 ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffrahmens eines Solarmoduls, wobei die Shore-Härte des verwendeten Materials bevorzugt so eingestellt wird, dass eine ausreichende Steifigkeit des Rahmens und eine elastische Aufnahme des Solargenerators sichergestellt ist.Similarly describes DE 37 37 183 A1 also a method for producing the plastic frame of a solar module, wherein the Shore hardness of the material used is preferably adjusted so that a sufficient rigidity of the frame and an elastic receptacle of the solar generator is ensured.

DE 10 2005 032 716 A1 beschreibt flexible Solarmodule, bei denen der Rahmen eine dauerelastisch-biegsame Konsistenz hat. Hierbei ist es nötig, die Steifigkeit des Kunststoffmaterials gering einzustellen und auf Füllstoffe weitgehend zu verzichten, so dass der Rahmen selbst biegbar bleibt. DE 10 2005 032 716 A1 describes flexible solar modules in which the frame has a permanently elastic-flexible consistency. In this case, it is necessary to set the rigidity of the plastic material low and to largely dispense with fillers, so that the frame itself remains bendable.

Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Polyurethan beziehungsweise Glas und der signifikanten Schwindung der Polyurethansysteme traten in der Vergangenheit immer wieder Delaminationen und ein Eindringen von Feuchtigkeit in den inneren Bereich des Solarmoduls auf, die letztendlich zur Zerstörung des Moduls führten.by virtue of the different coefficients of thermal expansion of Polyurethane or glass and the significant shrinkage The polyurethane systems have been recurrent in the past Delaminations and penetration of moisture in the inner Area of the solar module, which ultimately destroyed of the module.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solarmodul bereitzustellen, welches diese Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Das Solarmodul sollte insbesondere eine ausreichende Verbund-Langzeitstabilität ausweisen, die verhindert, dass Delaminationen und/oder Feuchtigkeitseintritt auftreten. Weiterhin ist es eine Aufgabe, das Solarmodul so zu gestalten, dass es sich problemlos handhaben läßt. Es muss dazu eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, darf aber wiederum nicht eine zu geringe Bruchdehnung besitzen, damit es bei einer geringen Stoßbeanspruchung nicht direkt zerstört wird (zum Beispiel durch Kantenabplatzer bei der Montage auf einer Baustelle).It is therefore an object of the present invention, a solar module to provide these disadvantages of the prior art avoids. The solar module should in particular a sufficient Identify composite long-term stability that prevents Delaminations and / or moisture ingress occur. Farther It is a task to design the solar module so that it is easy to handle. It must have a sufficient Have stiffness, but may again not too low Have elongation at break, so it with a low impact stress not directly destroyed (for example, by Kantenabplatzer when mounting on a construction site).

In einer ersten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein photovoltaisches Solarmodul mit einem ganz oder teilweise umlaufenden Rahmen aus Polyurethan, wobei der Rahmen dadurch gekennzeichnet ist, dass er
eine Bruchdehnung von mindestens 50%,
einen E-Modul von mindestens 30 N/mm2 und
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von bis zu α = 80·10 – 6/K
aufweist, wobei der E-Modul und der thermische Ausdehnungskoeffizient jeweils parallel zu den Modulkanten gemessen werden.
In a first embodiment, the object underlying the invention is achieved by a photovoltaic solar module with a completely or partially encircling frame made of polyurethane, wherein the frame is characterized in that it
an elongation at break of at least 50%,
an E-modulus of at least 30 N / mm 2 and
a thermal expansion coefficient of up to α = 80 · 10 -6 / K
wherein the modulus of elasticity and the thermal expansion coefficient are respectively measured parallel to the module edges.

Die vorgenannten Messwerte für den E-Modul und den Ausdehnungskoeffizienten werden dabei in Faserrichtung gemessen, sofern anisotrope Füllstoffe teilweise oder vollständig verwendet werden. Bei der Füllung der Rahmenform mit dem noch flüssigen Polyurethan richten sich anisotrope Füllstoffe (zum Beispiel Fasern) entsprechend der Fliessrichtung parallel zu den Modulkanten aus. Quer zur Faserrichtung (und zu den Kanten) ist der Ausdehnungskoeffizient größer und der E-Modul kleiner, was aber im Sinne der vorliegenden Erfindung ohne Relevanz ist.The the aforementioned measured values for the modulus of elasticity and the expansion coefficient are measured in the fiber direction, provided that anisotropic fillers partially or completely used. At the filling the frame shape with the still liquid polyurethane Anisotropic fillers (for example, fibers) accordingly the flow direction parallel to the module edges. Transverse to the fiber direction (and to the edges) the coefficient of expansion is greater and the modulus of elasticity is smaller, but within the meaning of the present invention is irrelevant.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein photovoltaisches Solarmodul mit einem solchen Rahmen durch die Kombination dieser drei makroskopischen Eigenschaften (Bruchdehnung, E-Modul, thermischer Ausdehnungskoeffizient) die gewünschten Eigenschaften in sich vereinigt:
Ein solcher Rahmen weist bedingt durch seinen hinreichend hohen E-Modul eine ausreichend hohe Stabilität beziehungsweise Steifigkeit auf. Es ist daher bevorzugt, wenn der Rahmen einen E-Modul von mindestens 40, besonders bevorzugt von mindestens 60 N/mm2, ganz besonders bevorzugt von mindestens 70 N/mm2, jeweils gemessen parallel zur Modulkante, aufweist.
It has surprisingly been found that a photovoltaic solar module with such a framework by the combination of these three macroscopic properties (elongation at break, Young's modulus, thermal expansion coefficient) combines the desired properties:
Due to its sufficiently high modulus of elasticity, such a frame has a sufficiently high stability or rigidity. It is therefore preferred if the frame has an E-modulus of at least 40, particularly preferably of at least 60 N / mm 2 , very particularly preferably of at least 70 N / mm 2 , measured in each case parallel to the module edge.

Durch eine ausreichend hohe Steifigkeit ist der Rahmen und damit das erfindungsgemäße Solarmodul im Wesentlichen nicht flexibel, ist also insbesondere nicht aufrollbar, wie es in DE 10 2005 032 716 A1 beschrieben ist. Es ist dadurch leicht handhabbar und biegt auch nach längerer Zeit nicht durch (zum Beispiel bei einer beabstandeten Anbringung an nicht senkrechte Flächen).By a sufficiently high rigidity of the frame and thus the solar module according to the invention is essentially not flexible, so in particular is not rollable, as in DE 10 2005 032 716 A1 is described. It is thus easy to handle and does not bend even after a long time (for example, with a spaced attachment to non-vertical surfaces).

Der E-Modul allein ist aber nicht ausreichend zur hinreichenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Polyurethan-umfassenden Rahmens. So weisen zum Beispiel viele Polyurethan-Materialien ebenfalls einen E-Modul von mindestens 30 N/mm2, gemessen parallel zur Modulkante, auf, sind aber für die vorliegende Erfindung insofern ungeeignet, als sie zu spröde, das heißt unelastisch sind. In diesen Fällen würde sich eine auf das Solarmodul einwirkende Stoßbeanspruchung nämlich ungehindert auf das eigentliche Solarmodul im Inneren des Rahmens übertragen, was sehr leicht zu dessen Beschädigung (Bruch, Riss o. ä.) führen kann.However, the modulus of elasticity alone is not sufficient for a sufficient description of the polyurethane-comprehensive framework according to the invention. For example, many polyurethane materials also have an E-modulus of at least 30 N / mm 2 , measured parallel to the module edge, but are unsuitable for the present invention in that they are too brittle, that is, inelastic. In these cases, an impact stress acting on the solar module would namely transfer unhindered to the actual solar module inside the frame, which can very easily lead to its damage (breakage, crack or the like).

Ein weiterer wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Kantenschutz. Spröde Materialien mit geringen Bruchdehnungen brechen oder splittern. Elastische Materialien mit höherer Bruchdehnung sind daher für die Montage im robusten Umfeld einer Baustelle besser geeignet. Aus diesem Grunde soll sich der erfindungsgemäße Rahmen durch eine möglichst hohe Bruchdehnung auszeichnen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Bruchdehnung von mindestens 80%, ganz besonders bevorzugt ist eine Bruchdehnung von mindestens 100%.One Another important aspect of the present invention is the edge protection. Break brittle materials with low elongation at break or splinter. Elastic materials with higher elongation at break are therefore suitable for mounting in the robust environment of a construction site more suitable. For this reason, the inventive Frame characterized by a high elongation at break. Particularly preferred is an elongation at break of at least 80%, very particular preference is given to an elongation at break of at least 100%.

Selbst mit diesen beiden makroskopischen Größen wäre das erfindungsgemäße Solarmodul beziehungsweise dessen Rahmen noch nicht hinreichend beschrieben. Wichtig ist darüber hinaus, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Rahmens einen bestimmten Maximalwert nicht überschreitet beziehungsweise sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Rahmens so wenig wie möglich vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zur Abdeckung der Solarzellen verwendeten Materials unterscheidet (in der Regel eine oder mehrere Scheiben aus Glas); da letzterer bevorzugt sehr gering ist, ergibt sich daraus eine maximale Obergrenze für den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Rahmens. Es ist daher besonders bevorzugt, wenn dieser Werte nur bis zu α = 50·10–6/K aufweist, gemessen parallel zur Modulkante.Even with these two macroscopic quantities, the solar module according to the invention or its frame would not yet be adequately described. It is also important that the thermal expansion coefficient of the frame does not exceed a certain maximum value or the coefficient of thermal expansion of the frame differs as little as possible from the thermal expansion coefficient of the material used to cover the solar cells (usually one or more glass panes); since the latter is preferably very low, this results in a maximum upper limit for the thermal expansion coefficient of the frame. It is therefore particularly preferred if these values have only up to α = 50 × 10 -6 / K, measured parallel to the module edge.

Bei Verwendung eines anisotropen, faserförmigen Verstärkungsstoffes liegt ein niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient nur in Faserrichtung vor. Bei einem umlaufenden Rahmen findet man den niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten durch die Faserorientierung parallel zur Glaskante.at Use of an anisotropic, fibrous reinforcing material is a low thermal expansion coefficient only in the fiber direction in front. With a surrounding frame one finds the low thermal Expansion coefficients through the fiber orientation parallel to Glass edge.

Quer dazu entspricht der Ausdehnungskoeffizient dem des unverstärkten Materials von etwa 150·10–6/K.Transversely, the expansion coefficient corresponds to that of the unreinforced material of about 150 · 10 -6 / K.

Durch die besonderen Eigenschaften, insbesondere der Elastizität, des Polyurethan-umfassenden Rahmens benötigt das Solarmodul keine zusätzliche Dichtung zwischen Rahmen und dem von ihm eingeschlossenen Solarmodul (wenngleich eine zusätzliche Dichtung für extreme Wetterbedingungen natürlich vorgesehen sein kann). Zur verbesserten Haftung kann ein Haftprimer auf das Glas bzw. die Rückseitenkonstruktion oder die Rückseitenfolie aufgebracht werden.By the special properties, in particular the elasticity, of the polyurethane-comprehensive frame requires the solar module no additional gasket between frame and that of enclosed solar module (although an additional Seal for extreme weather conditions of course can be provided). For improved adhesion, an adhesion primer on the glass or the back construction or the backsheet be applied.

Das erfindungsgemäße Solarmodul zeigt ausreichende Beständigkeit gegen Delamination und Feuchtigkeitseintritt. Dies wird durch Kombination eines bestimmte makroskopische Größen einhaltenden Rahmenmaterials im Sinne der vorliegenden Erfindung sichergestellt.The Solar module according to the invention shows sufficient Resistance to delamination and moisture ingress. This is done by combining a certain macroscopic sizes compliant frame material in the context of the present invention ensured.

Der Rahmen des Solarmoduls dient in der Regel nicht nur der Abdichtung des Solarmoduls nach außen und der Erhöhung seiner Stabilität. Vielmehr erfolgt über den Rahmen auch die Befestigung des Solarmoduls an den jeweiligen Untergrund (zum Beispiel Hausdächer oder -wände). Das Solarmodul kann daher zum Beispiel Befestigungsmittel, Ausnehmungen und/oder Löcher aufweisen, über welche eine Anbringung an den jeweiligen Untergrund erfolgen kann. Ferner kann der Rahmen die elektrischen Verbindungselemente aufnehmen. Eine nachträgliche Anbringung einer Anschlussdose entfällt in diesem Fall.Of the Frame of the solar module is usually not only the seal of the solar module to the outside and the increase of his Stability. Rather, it is done via the frame as well the attachment of the solar module to the respective substrate (for Example, house roofs or walls). The solar module Therefore, for example, fasteners, recesses and / or Have holes over which an attachment can take place on the respective underground. Furthermore, the frame pick up the electrical connectors. An afterthought Attachment of a junction box is omitted in this case.

Weiterhin weist der Rahmen des Solarmoduls bevorzugt eine Dichte von mindestens 800, insbesondere von mindestens 1000 kg/m3 auf. Durch solche als bevorzugt angegebenen Dichten wird zum Ausdruck gebracht, dass es sich bei dem Rahmen bevorzugt nicht um einen Schaumstoff, sondern bevorzugt um ein massives Material handelt, welches keine beziehungsweise wenn überhaupt nur äußerst wenige Gaseinschlüsse aufweist. Dies ist nicht nur für die Stabilität des Rahmens sondern für dessen Dichtigkeit günstig.Furthermore, the frame of the solar module preferably has a density of at least 800, in particular of at least 1000 kg / m 3 . By means of such densities given as being preferred, it is stated that the frame is preferably not a foam, but preferably a solid material which has no or, if at all, only extremely few gas inclusions. This is not only favorable for the stability of the frame but for its tightness.

Weiterhin ist es möglich, dass der Rahmen des Solarmoduls isotrope und/oder anisotrope Füllstoffe enthält, wobei anisotrope und insbesondere nadelartige und/oder faserförmige Füllstoffe besonders bevorzugt sind.Farther it is possible that the frame of the solar module is isotropic and / or anisotropic fillers, wherein anisotropic and in particular needle-like and / or fibrous Fillers are particularly preferred.

Der Vorteil anisotroper Füllstoffe liegt in der Orientierung und den dadurch bedingten besonders niedrigen Wärmeausdehungs- und Schwindungswerten. Gute Eigenschaften im Sinne der Erfindung werden erzielt, wenn:

  • 1) die Fasern parallel zur Belastungsrichtung (z. B. parallel zu den Kanten) ausgerichtet sind
  • 2) ein großes Länge/Durchmesser-Verhältnis der Fasern vorliegt (je anisotroper desto besser die Verstärkung in Faserrichtung)
  • 3) eine Schlichte den Kontakt Faser-Matrix dauerhaft sicherstellt.
The advantage of anisotropic fillers lies in the orientation and the resulting low thermal expansion and shrinkage values. Good properties in the context of the invention are achieved if:
  • 1) the fibers are aligned parallel to the loading direction (eg parallel to the edges)
  • 2) there is a large length / diameter ratio of the fibers (the more anisotropic the better the reinforcement in the fiber direction)
  • 3) A sizing durably ensures the contact fiber matrix.

Die Menge der im Rahmen enthaltenen Füllstoffe liegt bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyurethans. Innerhalb dieser Bereiche nehmen die oben für wichtig befundenen makroskopischen Größen besonders günstige Werte an.The Amount of fillers included in the scope is preferred in a range of 10 to 30% by weight, more preferably in one Range of 15 to 25 wt .-%, based on the weight of the polyurethane. Within these areas, those deemed important above macroscopic sizes particularly favorable Values.

Hohe Verstärkungsgehalte bei gefüllten Polyurethanen lassen sich neben dem R-RIM-Verfahren beispielsweise mit einem Fasersprühverfahren oder dem sogenannten S-RIM-Verfahren (S = Structual) herstellen. Beim Fasersprühen wird ein Faser-Polyurethan-Gemisch an die gewünschte Stelle ins Werkzeug gesprüht. Anschließend schließt das Werkzeug und das PUR-System reagiert aus. Beim S-RIM-Verfahren wird eine vorgeformte (Endlos-)Faserstruktur in das (Rahmen-)Werkzeug eingelegt und dann in das noch offene oder bereits geschlossene Werkzeug das PUR-Reaktionsgemisch eingespritzt. Auch so lassen sich hohe E-Moduli bzw. niedrigere Wärmeausdehnungswerte erzielen.Height Reinforcement contents of filled polyurethanes can be in addition to the R-RIM process, for example, with a Fasersprühverfahren or the so-called S-RIM method (S = Structual). In fiber spraying, a fiber-polyurethane mixture is applied the desired location sprayed into the tool. Subsequently closes the tool and the PUR system reacts. The S-RIM process becomes a preformed (continuous) fiber structure inserted in the (frame) tool and then in the still open or already closed tool injected the PUR reaction mixture. This also allows high moduli of elasticity and lower thermal expansion values achieve.

Ferner ist die Herstellung eines Rahmen mit hohen Fasergehalten nach dem RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) möglich, bei dem wiederum eine in ein Werkzeug eingelegte Faserstruktur mit Vakuum unterstützt durchtränkt wird.Further is the production of a frame with high fiber content after the RTM method (Resin Transfer Molding) possible, in which again a fiber structure inserted into a tool with vacuum is impregnated.

Bei niedrigeren Füllstoffgehalten besteht nach jetzigen Kenntnisstand die Gefahr, dass die erfindungsgemäßen makroskopischen Eigenschaften des Rahmens nicht erreicht werden.at Lower filler contents according to current knowledge the danger that the macroscopic invention Properties of the frame can not be achieved.

Bevorzugt handelt es sich bei den Füllstoffen um synthetische oder natürliche, insbesondere mineralische Füllstoffe. Ganz besonders bevorzugt sind die Füllstoffe aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Mica, plättchen- und/oder faserförmiges Wollastonit, Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern oder deren Gemische. Faserförmiges Wollastonit ist unter diesen Füllstoffen bevorzugt, da es preiswert und gut verfügbar ist.Prefers If the fillers are synthetic or natural, especially mineral fillers. Most preferably, the fillers are the following Group selected: Mica, platelet and / or fibrous Wollastonite, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or mixtures thereof. fibrous Wollastonite is preferred among these fillers since It is cheap and well available.

Bevorzugt weisen die Füllstoffe darüber hinaus eine Beschichtung, insbesondere eine Aminosilan-basierte Beschichtung auf. In diesem Falle verstärkt sich die Wechselwirkung zwischen den Füllstoffen und der Polymermatrix. Dies hat bessere Gebrauchseigenschaften zur Folge, da die Beschichtung dauerhaft Faser und Polyurethan-Matrix koppelt.Prefers the fillers also have a coating, in particular an aminosilane-based coating. In this Trap reinforces the interaction between the fillers and the polymer matrix. This has better usage properties Result, since the coating permanently fiber and polyurethane matrix coupled.

In einer zweiten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit einem Rahmen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rahmen durch RIM, R-RIM, S-RIM, RTM, Sprühen oder Gießen gebildet wird.In A second embodiment is the basis of the invention underlying task solved by a method for manufacturing a solar module according to the invention with a Frame, which is characterized in that the frame by RIM, R-RIM, S-RIM, RTM, spraying or casting formed becomes.

Bedingt durch das angewendete Herstellungsverfahren kann es sich unter Umständen ergeben, dass die oben diskutierten makroskopischen Größen über den Rahmen hinweg nicht notwendigerweise konstant sind (so könnte sich an einer Stelle zum Beispiel eine höhere Dichte ergeben als an anderen). Die hier diskutierten Ober- beziehungsweise Untergrenzen sind in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass diese dann im Mittel über den gesamten Rahmen hinweg nicht über- beziehungsweise unterschritten werden.Due to the manufacturing process used, it may be found that the macroscopic sizes discussed above are not necessarily constant over the frame (for example, one site might have a higher density than others). The upper or lower limits discussed here should be understood in this context as meaning that they are then not exceeded or undershot on average over the entire framework.

Auch gerade bei der Verwendung faserförmiger Füllstoffe hat sich im Zuge der Herstellung des Rahmens über das R-RIM-Verfahren gezeigt, dass die makroskopischen Größen nicht über den Rahmen hinweg konstant sind, da sich verfahrensbedingt eine bestimmte Vorzugsrichtung der Fasern beim Einströmen in die Form einstellt und die makroskopischen Größen von der Orientierung der faserförmigen Füllstoffe in der Polymermatrix abhängen.Also especially when using fibrous fillers has come up with the R-RIM process as part of the production of the framework shown that the macroscopic sizes do not exceed the frame are constant, as a result of a process certain preferred direction of the fibers when flowing in the shape sets and the macroscopic sizes from the orientation of the fibrous fillers depend in the polymer matrix.

Bei der Herstellung der Solarmodulrahmen aus Polyurethan werden Polyisocyanate eingesetzt. Bei den verwendeten Polyisocyanaten handelt es sich um (cyclo)aliphatische oder aromatische Polyisocyanate. Bevorzugt handelt es sich um Toluylendiisocyanat, Di- und/oder Polyisocyanate der Diphenylmethanreihe, welche einen NCO-Gehalt von 28 bis 50 Gew.-% aufweisen. Hierzu gehören bei Raumtemperatur flüssige und gegebenenfalls entsprechend modifizierte Gemische von 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan mit 2,4'- und in geringem Umfang gegebenenfalls 2,2'-Diisocyanatodiphenylmethan. Gut geeignet sind auch bei Raumtemperatur flüssige Polyisocyanatgemische der Diphenylmethanreihe, die neben den genannten Isomeren deren höhere Homologe enthalten, und die in an sich bekannter Weise durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensaten zugänglich sind. Auch Urethan- bzw. Carbodiimidgruppen und/oder Allophanat- bzw. Biuretgruppen aufweisende Modifizierungsprodukte dieser Di- und Polyisocyanate sind geeignet. Ebenfalls geeignet sind NCO-Prepolymere mit einem NCO-Gehalt von 10 bis 48 Gew.-%. Sie werden aus den vorgenannten Polyisocyanaten und Polyetherpolyolen mit einer Hydroxylzahl von 6 bis 112, Polyoxyalkylendiolen mit einer Hydroxylzahl von 113 bis 1100 oder Alkylendiolen mit einer Hydroxylzahl von 645 bis 1850 oder Gemischen daraus hergestellt.at The production of polyurethane solar module frames are polyisocyanates used. The polyisocyanates used are to (cyclo) aliphatic or aromatic polyisocyanates. Prefers it is tolylene diisocyanate, di- and / or polyisocyanates of the diphenylmethane series, which have an NCO content of 28 to 50% by weight exhibit. These include liquid at room temperature and optionally modified mixtures of 4,4'-diisocyanatodiphenylmethane with 2,4'- and, to a lesser extent, optionally 2,2'-diisocyanatodiphenylmethane. Also suitable at room temperature are liquid polyisocyanate mixtures the Diphenylmethanreihe, in addition to the isomers mentioned their contain higher homologs, and those known in the art Obtained by phosgenation of aniline / formaldehyde condensates are. Also urethane or carbodiimide groups and / or allophanate or biuret-modified modification products of these di- and polyisocyanates are suitable. Also suitable are NCO prepolymers with an NCO content of 10 to 48 wt .-%. They will be from the aforementioned Polyisocyanates and polyether polyols having a hydroxyl number of 6 to 112, polyoxyalkylene diols having a hydroxyl number of 113 to 1100 or alkylenediols having a hydroxyl number of 645 to 1850 or mixtures thereof.

Zur Bildung des Polyurethans werden bevorzugt aromatische Isocyanat-Komponenten auf Basis von MDI (Diphenylmethan-Diisocyanat), besonders bevorzugt NCO-Prepolymere eingesetzt.to Formation of the polyurethane are preferably aromatic isocyanate components based on MDI (diphenylmethane diisocyanate), particularly preferred NCO prepolymers used.

Bei der Herstellung der Solarmodulrahmen aus Polyurethan werden außerdem Polyolformulierungen eingesetzt. Diese enthalten neben wenigstens einer Polyhydroxyverbindung auch noch Kettenverlängerungsmittel, Katalysatoren, Füllstoffe, Hilfs- und Zusatzstoffe.at The production of the solar module frame made of polyurethane will also Polyol formulations used. These contain besides at least a polyhydroxy compound also chain extenders, Catalysts, fillers, auxiliaries and additives.

Bei den Polyhydroxyverbindungen handelt es sich bevorzugt um Polyhydroxypolyether, welche auf an sich bekannte Weise durch Polyaddition von Alkylenoxiden an polyfunktionelle Starterverbindungen in Gegenwart von Katalysatoren hergestellt werden können. Bevorzugt werden die Polyhydroxypolyether aus einer Starterverbindung mit durchschnittlich 2 bis 8 aktiven Wasserstoffatomen und einem oder mehreren Alkylenoxiden hergestellt. Bevorzugte Starterverbindungen sind Moleküle mit zwei bis acht Hydroxylgruppen pro Molekül wie Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol, Tripropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Triethanolamin, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit und Saccharose. Die Starterverbindungen können allein oder im Gemisch verwendet werden. Die Polyole werden aus einem oder mehreren Alkylenoxiden hergestellt. Bevorzugt verwendete Alkylenoxide sind Oxiran, Methyloxiran und Ethyloxiran. Diese können allein oder im Gemisch verwendet werden. Bei Verwendung im Gemisch ist es möglich, die Alkylenoxide statistisch und/oder blockweise umzusetzen. Ebenfalls geeignet sind solche höhermolekularen Polyhydroxypolyether, in denen hochmolekulare Polyaddukte bzw. Polykondensate oder Polymerisate in feindisperser, gelöster oder aufgepropfter Form vorliegen. Derartige modifizierte Polyhydroxylverbindungen werden z. B. erhalten, wenn man Polyadditionsreaktionen (z. B. Umsetzungen zwischen Polyisocyanaten und aminofunktionellen Verbindungen) bzw. Polykondensationsreaktionen (z. B. zwischen Formaldehyd und Phenolen und/oder Aminen) in situ in den Hydroxylgruppen aufweisenden Verbindungen ablaufen lässt (wie beispielsweise in DE-AS 1 168 075 beschrieben). Auch durch Vinylpolymerisate modifizierte Polyhydroxylverbindungen, wie sie z. B. durch Polymerisation von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart von Polyethern (z. B. gemäß US-PS 3 383 351 ) erhalten werden, sind für das erfindungsgemäße Verfahren als Polyolhydroxypolyolkomponente geeignet. Vertreter der genannten Polyolkomponente sind z. B. im Kunststoff-Handbuch, Band VII „Polyurethane”, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München/Wien, 1993, Seiten 57–67 bzw. Seiten 88–90 beschrieben. Bevorzugt werden als Polyhydroxypolyolkomponente ein oder mehrere Polyhydroxypolyether eingesetzt, die eine Hydroxylzahl von 6 bis 112, vorzugsweise von 21 bis 56, und eine Funktionalität von 1,8 bis 8, vorzugsweise von 1,8 bis 6, aufweisen.The polyhydroxy compounds are preferably polyhydroxypolyethers which can be prepared in a manner known per se by polyaddition of alkylene oxides onto polyfunctional starter compounds in the presence of catalysts. The polyhydroxy polyethers are preferably prepared from a starter compound having on average 2 to 8 active hydrogen atoms and one or more alkylene oxides. Preferred starter compounds are molecules having two to eight hydroxyl groups per molecule such as water, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, triethanolamine, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol and sucrose. The starter compounds may be used alone or in admixture. The polyols are prepared from one or more alkylene oxides. Preferred alkylene oxides are oxirane, methyloxirane and ethyloxirane. These can be used alone or in a mixture. When used in admixture, it is possible to react the alkylene oxides randomly and / or in blocks. Also suitable are those relatively high molecular weight polyhydroxypolyethers in which high molecular weight polyadducts or polycondensates or polymers in finely dispersed, dissolved or grafted form are present. Such modified polyhydroxyl compounds are z. B. obtained when polyaddition reactions (eg., Reactions between polyisocyanates and amino-functional compounds) or polycondensation reactions (eg., Between formaldehyde and phenols and / or amines) run in situ in the hydroxyl-containing compounds (such as in DE-AS 1 168 075 described). Also by vinyl polymers modified polyhydroxyl compounds, as described, for. By polymerization of styrene and acrylonitrile in the presence of polyethers (e.g. U.S. Patent 3,383,351 ) are suitable for the process according to the invention as Polyolhydroxypolyolkomponente. Representatives of said polyol are z. In the Plastics Handbook, Volume VII "Polyurethane", 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienna, 1993, pages 57-67 and pages 88-90 described. The polyhydroxypolyol component used is preferably one or more polyhydroxypolyethers which have a hydroxyl number of 6 to 112, preferably of 21 to 56, and a functionality of 1.8 to 8, preferably of 1.8 to 6.

Als Kettenverlängerungsmittel in der erfindungsgemäßen Polyolformulierung eignen sich solche, deren mittlere Hydroxyl- oder Aminzahl bei 245 bis 1850 und deren Funktionalität bei 1,8 bis 8, bevorzugt bei 1,8 bis 4, liegt. Beispielhaft zu nennen sind hier Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Triethanolamin, Glycerin, Trimethylolpropan und kurzkettige Alkoxylierungsprodukte. Ethylenglykol und 1,4-Butandiol werden besonders bevorzugt eingesetzt.Suitable chain extenders in the polyol formulation according to the invention are those whose average hydroxyl or amine number is from 245 to 1850 and whose functionality is from 1.8 to 8, preferably 1.8 to 4, lies. Examples are ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, triethanolamine, glycerol, trimethylolpropane and short-chain alkoxylation products. Ethylene glycol and 1,4-butanediol are particularly preferably used.

Die an sich langsam ablaufende Reaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxylgruppen kann durch Zusatz von einem oder mehreren Katalysatoren beschleunigt werden. Dabei kommen insbesondere tertiäre Amine der an sich bekannten Art in Frage, z. B. Triethylamin, Tributylamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, N-Cocomorpholin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan, N-Methyl-N'-dimethylaminoethylpiperazin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,3-butandiamin, N,N-Dimethylimidazol-β-phenylethylamin, 1,2-Dimethylimidazol, Bis(2-dimethylaminoethyl)-ether oder 2-Methylimidazol. Auch organische Metallkatalysatoren, wie organische Wismutkatalysatoren, z. B. Wismut-(III)-neodecanoat oder organische Zinnkatalysatoren, z. B. Zinn-(II)-salze von Carbonsäuren, wie Zinn-(II)-acetat, Zinn-(II)-octoat, Zinn-(II)-ethylhexoat und Zinn-(II)-laurat und die Dialkylzinnsalze von Carbonsäuren, z. B. Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnmaleat oder Dioctylzinndiacetat können allein oder in Kombination mit den tertiären Aminen verwendet werden. Die Katalysatoren können allein oder in Kombination verwendet werden. Weitere Vertreter von Katalysatoren sowie Einzelheiten über die Wirkungsweise der Katalysatoren sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII „Polyurethane”, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München/Wien, 1993 auf den Seiten 104–110 beschrieben.The intrinsically slow reaction between isocyanate and hydroxyl groups can be accelerated by the addition of one or more catalysts. In particular, tertiary amines of the known type are suitable, for. Triethylamine, tributylamine, N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, N-cocomorpholine, N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, N-methyl-N'-dimethylaminoethylpiperazine , N, N-dimethylcyclohexylamine, N, N, N ', N'-tetramethyl-1,3-butanediamine, N, N-dimethylimidazole-β-phenylethylamine, 1,2-dimethylimidazole, bis (2-dimethylaminoethyl) ether or 2-methylimidazole. Also, organic metal catalysts such as organic bismuth catalysts, eg. B. bismuth (III) neodecanoate or organic tin catalysts, eg. Tin (II) salts of carboxylic acids such as stannous acetate, stannous octoate, stannous (II) ethylhexanoate and stannous laurate, and the dialkyltin salts of carboxylic acids, z. As dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin maleate or Dioctylzinndiacetat can be used alone or in combination with the tertiary amines. The catalysts may be used alone or in combination. Other representatives of catalysts as well as details of the mode of action of the catalysts are in Plastics Handbook, Volume VII "Polyurethane", 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienna, 1993 on pages 104-110 described.

Gegebenenfalls mitzuverwendende Füllstoffe können sowohl anorganische als auch organische Füllstoffe sein. Als anorganische Füllstoffe seien beispielhaft genannt: plättchen- und/oder faserförmige Wollastonite, silikatische Mineralien, wie Schichtsilikate (z. B. Mica), Metalloxide wie Eisenoxide, pyrogen hergestellte Metalloxide wie Aerosile, Metallsalze wie Schwerspat, anorganische Pigmente wie Cadmiumsulfid, Zinksulfid sowie Glas, Glasfasern, Mikroglaskugeln, Mikroglashohlkugeln, u. a. Als organische Füllstoffe seien beispielhaft genannt: organische Fasern (wie z. B. Kohle- und/oder Aramidfasern), kristalline Paraffine oder Fette, Pulver auf Basis von Polystyrol, Polyvinylchlorid, Harnstoff-Formaldehyd-Massen und/oder Polyhydrazodicarbonamiden (z. B. aus Hydrazin und Toluylendiisocyanat). Es können auch Mikrohohlkugeln organischer Herkunft oder Kork eingesetzt werden. Die organischen bzw. anorganischen Füllstoffe können einzeln oder als Gemische verwendet werden.Possibly co-used fillers can be both inorganic as well as organic fillers. As inorganic fillers may be mentioned as examples: platelet and / or fibrous Wollastonites, silicate minerals, such as phyllosilicates (eg. Mica), metal oxides such as iron oxides, pyrogenic metal oxides like aerosils, metal salts like barite, inorganic pigments such as cadmium sulfide, zinc sulfide and glass, glass fibers, glass microspheres, Microglass hollow spheres, u. a. As organic fillers exemplified: organic fibers (such as coal and / or Aramid fibers), crystalline paraffins or fats, powder based of polystyrene, polyvinyl chloride, urea-formaldehyde compounds and / or Polyhydrazodicarbonamides (eg from hydrazine and tolylene diisocyanate). It can also be hollow microspheres of organic origin or Cork can be used. The organic or inorganic fillers can be used singly or as mixtures.

Zu den Hilfs- und Zusatzstoffen, die gegebenenfalls in der erfindungsgemäßen Polyolformulierung mitverwendet werden können, gehören beispielsweise Treibmittel, Stabilisatoren, färbende Agenzien, Flammschutzmittel, Weichmacher und/oder einwertige Alkohole.To the auxiliaries and additives which may be present in the inventive Polyol formulation can be used, belong for example, blowing agents, stabilizers, coloring agents, Flame retardants, plasticizers and / or monohydric alcohols.

Als Treibmittel sind sowohl physikalische Treibmittel als auch Wasser einsetzbar. Physikalische Treibmittel sind zum Beispiel 1,1,1,3,3- Pentafluorpropan, n-Pentan und/oder i-Hexan. Bevorzugt wird Wasser eingesetzt. Die Treibmittel können allein oder in Kombination eingesetzt werden.When Propellants are both physical blowing agents and water used. Physical blowing agents are, for example, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, n-pentane and / or i-hexane. Preferably, water is used. The Propellants can be used alone or in combination become.

Als Stabilisatoren werden insbesondere oberflächenaktive Substanzen, d. h. Verbindungen eingesetzt, welche zur Unterstützung der Homogenisierung der Ausgangsstoffe dienen und gegebenenfalls auch geeignet sind, die Zellstruktur der Kunststoffe zu regulieren. Genannt seien beispielsweise Emulgatoren, wie die Natriumsalze der Rizinusölsulfate oder Fettsäuren sowie Salze von Fettsäuren mit Aminen, Schaumstabilisatoren, wie Siloxanoxalkyiengemischpolymerisate, und Zellregulatoren, wie Paraffine. Als Stabilisatoren kommen vorwiegend Organopolysiloxane zur Anwendung, welche wasserlöslich sind. Dabei handelt es sich um Polydimethylsiloxanreste, an denen eine Polyetherkette aus Ethylenoxid und Propylenoxid angepfropft ist.When Stabilizers are especially surface-active substances, d. H. Connections used to assist serve the homogenization of the starting materials and optionally are also suitable to regulate the cell structure of the plastics. Mentioned are, for example, emulsifiers, such as the sodium salts of Castor oil sulfates or fatty acids and salts of Fatty acids with amines, foam stabilizers, such as siloxane-polyalkylene mixed polymers, and cell regulators, such as paraffins. As stabilizers come predominantly Organopolysiloxanes for use, which are water-soluble are. These are Polydimethylsiloxanreste, where grafted a polyether chain of ethylene oxide and propylene oxide is.

Als färbende Agenzien können für die Einfärbung von Polyurethanen an sich bekannte Farbstoffe und/oder Farbpigmente auf organischer und/oder anorganischer Basis, beispielsweise Eisenoxid- und/oder Chromoxidpigmente und Pigmente auf Phthalocyanin- und/oder Monoazo-Basis eingesetzt werden.When coloring agents may be used for coloring Polyurethanes per se known dyes and / or color pigments on an organic and / or inorganic basis, for example iron oxide and / or chromium oxide pigments and pigments on phthalocyanine and / or Monoazo base can be used.

Geeignete, gegebenenfalls mitzuverwendende Flammschutzmittel sind beispielsweise Trikresylphosphat, Tris-2-chlorethylphosphat, Tris-chlorpropylphosphat und Tris-2,3-dibrompropylphosphat. Außer den bereits genannten halogensubstituierten Phosphaten können auch anorganische Flammschutzmittel, wie Aluminiumoxidhydrat, Ammoniumpolyphosphat, Calciumsulfat, Natriumpolymetaphosphat oder Aminphosphate, z. B. Melaminphosphate, verwendet werden.suitable optionally used flame retardants are, for example Tricresyl phosphate, tris-2-chloroethyl phosphate, tris-chloropropyl phosphate and tris-2,3-dibromopropyl phosphate. Except the already mentioned halogen-substituted phosphates can also be inorganic Flame retardants, such as alumina hydrate, ammonium polyphosphate, Calcium sulfate, sodium polymetaphosphate or amine phosphates, e.g. B. Melamine phosphates are used.

Als Weichmacher seien beispielsweise Ester von mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen Carbonsäuren mit einwertigen Alkoholen genannt. Die Säurekomponente solcher Ester kann sich z. B. herleiten von Bernsteinsäure, Isophthalsäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetra- und/oder Hexahydrophthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure und/oder dimeren und/oder trimeren Fettsäuren, gegebenenfalls in Mischung mit monomeren Fettsäuren. Die Alkoholkomponente solcher Ester kann sich z. B. herleiten von verzweigten und/oder unverzweigten aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 20 C-Atomen, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, n-Butanol, sek.-Butanol, tert.-Butanol, den verschiedenen Isomeren des Pentylalkohols, Hexylalkohols, Octylalkohols (z. B. 2-Ethyl-Hexanol), Nonylalkohols, Decylalkohols, Laurylalkohols, Myristylalkohols, Cetylalkohols, Stearylalkohols und/oder von natürlich vorkommenden oder durch Hydrierung natürlich vorkommender Carbonsäuren erhältlichen Fett- und Wachsalkoholen. Als Alkoholkomponente kommen auch cycloaliphatische und/oder aromatische Hydroxyverbindungen infrage, beispielsweise Cyclohexanol und dessen Homologe Phenol, Kresol, Thymol, Carvacrol, Benzylalkohol und/oder Phenylethanol. Als Weichmacher kommen außerdem Ester der obengenannten Alkohole mit Phosphorsäure in Frage. Gegebenenfalls können auch Phosphorsäureester aus halogenierten Alkoholen, wie z. B. Trichlorethylphosphat, eingesetzt werden. Im letzteren Fall kann gleichzeitig mit dem Weichmacher-Effekt ein flammhemmender Effekt erzielt werden. Selbstverständlich können auch gemischte Ester der obengenannten Alkohole und Carbonsäuren eingesetzt werden. Bei den Weichmachern kann es sich auch um sogenannte polymere Weichmacher handeln, z. B. um Polyester der Adipin-, Sebacin- und/oder Phthalsäure. Weiter sind auch Alkylsulfonsäureester des Phenols, z. B. Paraffinsulfonsäurephenylester, als Weichmacher verwendbar.Examples of plasticizers are esters of polybasic, preferably dibasic, carboxylic acids with monohydric alcohols. The acid component of such esters may be, for. Deriving succinic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, phthalic anhydride, tetra- and / or hexahydrophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, fumar acid and / or dimeric and / or trimeric fatty acids, optionally in admixture with monomeric fatty acids. The alcohol component of such esters may be, for. B. deriving branched and / or unbranched aliphatic alcohols having 1 to 20 C-atoms, such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, tert-butanol, the various isomers of pentyl alcohol, hexyl alcohol, Octyl alcohol (e.g., 2-ethylhexanol), nonyl alcohol, decyl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, stearyl alcohol, and / or fatty and wax alcohols available from naturally occurring or hydrogenated naturally occurring carboxylic acids. Also suitable as the alcohol component are cycloaliphatic and / or aromatic hydroxy compounds, for example cyclohexanol and its homologs phenol, cresol, thymol, carvacrol, benzyl alcohol and / or phenylethanol. Also suitable as plasticizers are esters of the abovementioned alcohols with phosphoric acid. Optionally, phosphoric acid esters of halogenated alcohols, such as. B. trichloroethyl, are used. In the latter case, a flame retardant effect can be achieved simultaneously with the plasticizer effect. Of course, mixed esters of the above-mentioned alcohols and carboxylic acids can be used. The plasticizers may also be so-called polymeric plasticizers, for. B. polyester of adipic, sebacic and / or phthalic acid. Next are also alkyl sulfonic acid esters of phenol, z. B. Paraffinsulfonsäurephenylester, usable as a plasticizer.

Weitere, gegebenenfalls mitzuverwendende Hilfs- und/oder Zusatzstoffe sind einwertige Alkohole wie Butanol, 2-Ethylhexanol, Octanol, Dodecanol oder Cyclohexanol, die gegebenenfalls zwecks Herbeiführung eines gewünschten Kettenabbruchs mit verwendet werden können. Nähere Angaben über die üblichen Hilfs- und Zusatzstoffe sind der Fachliteratur, beispielsweise dem Kunststoff-Handbuch, Band VII „Polyurethane”, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München/Wien, 1993, Seite 104 ff. zu entnehmen.Further, optionally used auxiliaries and / or additives are monohydric alcohols such as butanol, 2-ethylhexanol, octanol, dodecanol or cyclohexanol, which may optionally be used to bring about a desired chain termination with. Further details of the customary auxiliaries and additives are the specialist literature, such as Plastics Handbook, Volume VII "Polyurethane", 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienna, 1993, page 104 et seq. refer to.

In einer dritten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie umfassend das erfindungsgemäße photovoltaische Solarmodul mit den oben definierten physikalischen Eigenschaften des Rahmens.In A third embodiment is the basis of the invention underlying task solved by a device for generating electrical energy comprising the inventive Photovoltaic solar module with the above-defined physical Properties of the frame.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Herstellung verschieden zusammengesetzter Rahmenmaterialien und ihren Vergleich untereinander.The The following examples illustrate the production of different composite Frame materials and their comparison with each other.

Erfindungsgemäßes Beispiel:Inventive example:

Mit dem R-RIM-Verfahren wurden plattenförmige Bayflex® Formkörper auf einer Laborkolbendosiermaschine hergestellt.With the R-RIM process, plate-shaped Bayflex ® moldings were produced on a Laborkolbendosiermaschine.

Eingesetzt wurde das Bayflex®-System Bayflex® VP.PU 51BD11/Desmodur® VP.PU 18IF18 mit 20 Gewichts-% (bezogen auf das fertige Polyurethanelastomer) eines faserförmigen Wollastonit-Verstärkungsmaterials vom Typ Tremin 939.955 der Firma Quarzwerke, Frechen.The Bayflex ® system Bayflex ® VP.PU 51BD11 was used / Desmodur ® VP.PU 18IF18% to 20 wt (based on the finished polyurethane elastomer) of a fibrous reinforcement material wollastonite-type Tremin 939 955 Quarzwerke Frechen.

Die Platten hatten die Abmaße 200 × 300 × 3 mm3. Aus diesen Platten wurden Normprüfköper entsprechend der jeweiligen Prüfnormen heraus gestanzt. Es wurden die folgenden Materialeigenschaften ermittelt.: Dichte: 1,25 g/cm3 DIN EN ISO 845 Zug-E-Modul: (in Faserrichtung*) 64 N/mm2 DIN EN ISO 37 Zug-E-Modul: (quer zur Faserrichtung**) 44 N/mm2 DIN EN ISO 37 Bruchdehnung: (in Faserrichtung*) 320% DIN EN ISO 37 Bruchdehnung: (quer zur Faserrichtung**) 350% DIN EN ISO 37 Schwindung: (in Faserrichtung*) 0,4% (gemessen in Anlehnung an ISO 294-4) Schwindung: (quer zur Faserrichtung**) 1,0% (gemessen in Anlehnung an ISO 294-4 ) thermischer Ausdehnungskoeffizient: (in Faserrichtung*) 40 × 10–6/K DIN 53752 thermischer Ausdehnungskoeffizient: (quer zur Faserrichtung**) 160 × 10–6/K DIN 53752

  • *-parallel zur Kante des Moduls
  • **-senkrecht zur Kante des Moduls
The plates had the dimensions 200 × 300 × 3 mm 3 . From these plates standard test pieces were punched out according to the respective test standards. The following material properties were determined: Density: 1.25 g / cm 3 DIN EN ISO 845 Tensile E modulus: (in the fiber direction *) 64 N / mm 2 DIN EN ISO 37 Tensile modulus of elasticity (transverse to the fiber direction **) 44 N / mm 2 DIN EN ISO 37 Elongation at break: (in the fiber direction *) 320% DIN EN ISO 37 Elongation at break: (transverse to grain direction **) 350% DIN EN ISO 37 Shrinkage: (in the fiber direction *) 0.4% (measured in accordance with ISO 294-4) Shrinkage: (across the grain **) 1.0% (measured in accordance with ISO 294-4 ) Thermal expansion coefficient: (in the fiber direction *) 40 × 10 -6 / K DIN 53752 coefficient of thermal expansion: (transverse to fiber direction **) 160 × 10 -6 / K DIN 53752
  • * -parallel to the edge of the module
  • ** - perpendicular to the edge of the module

Vergleichsbeispiele:Comparative Examples:

a) Massives, ungefülltes Elastomer Bayflex® VP.PU 81BD03/Desmodur® 0822 der BMS AG Dichte: 1,13 g/cm3 DIN EN ISO 845 Zug-E-Modul: 21 N/mm2 DIN EN ISO 37 Bruchdehnung: 200% DIN EN ISO 37 Schwindung: 1,7% (gemessen in Anlehnung an ISO 294-4 ) thermischer Ausdehnungskoeffizient: 190 × 10–6/K DIN 53752 a) Solid, unfilled elastomer Bayflex® ® VP.PU 81BD03 / Desmodur ® 0822 BMS AG Density: 1.13 g / cm 3 DIN EN ISO 845 Train modulus: 21 N / mm 2 DIN EN ISO 37 Elongation at break: 200% DIN EN ISO 37 Shrinkage: 1.7% (measured in accordance with ISO 294-4 ) thermal expansion coefficient: 190 × 10 -6 / K DIN 53752

Vergleichsbeispiel a) ist nicht als Rahmenmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung geeignet, da das Polyurethan insbesondere einen zu hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. b) Mikrozellularer, harter RIM-Werkstoff Baydur® 110 (Baydur® VP.PU 1498 Desmodur® VP.PU 26Ik01, verarbeitet ohne Füll/Verstärkungsstoff) der Bayer MaterialScience AG. Dichte: 1,10 g/cm3 DIN 53479 Zug-E-Modul: 1700 N/mm2 DIN 53455 Bruchdehnung: 14% DIN 53455 Schwindung: 0,5–0,8% (gemessen in Anlehnung an ISO 294-4) thermischer Ausdehnungskoeffizient: 90 × 10–6/K DIN 53752 Comparative Example a) is not suitable as a frame material in the context of the present invention, since the polyurethane has in particular a too high thermal expansion coefficient. b) Microcellular, hard RIM material Baydur ® 110 (Baydur ® VP.PU 1498 Desmodur ® VP.PU 26Ik01, without filler / reinforcing agent) of Bayer Material Science AG. Density: 1.10 g / cm 3 DIN 53479 Train modulus: 1700 N / mm 2 DIN 53455 Elongation at break: 14% DIN 53455 Shrinkage: 0.5-0.8% (measured in accordance with ISO 294-4) thermal expansion coefficient: 90 × 10 -6 / K DIN 53752

Vergleichsbeispiel b) ist nicht als Rahmenmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung geeignet, da das Polyurethan insbesondere eine zu geringe Bruchdehnung aufweist.Comparative example b) is not as a frame material in the context of the present invention suitable because the polyurethane in particular a too low elongation at break having.

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Claims (13)

Photovoltaisches Solarmodul mit einem ganz oder teilweise umlaufenden Rahmen, aus Polyurethan, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen eine Bruchdehnung von mindestens 50%, ein E-Modul von mindestens 30 N/mm2 und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von bis zu α = 80·10–6/K aufweist, wobei der E-Modul und der thermische Ausdehnungskoeffizient parallel zu den Modulkanten gemessen werden.Photovoltaic solar module with a completely or partially encircling frame, made of polyurethane, characterized in that the frame has an elongation at break of at least 50%, an modulus of elasticity of at least 30 N / mm 2 and a thermal expansion coefficient of up to α = 80 · 10 - 6 / K, wherein the modulus of elasticity and the thermal expansion coefficient are measured parallel to the module edges. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen eine Bruchdehnung von mindestens 80, insbesondere mindestens 100% aufweist.Solar module according to claim 1, characterized that the frame has an elongation at break of at least 80, in particular at least 100%. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen einen E-Modul von mindestens 40, insbesondere mindestens 60 N/mm2, ganz besonders mindestens 70 N/mm2, jeweils parallel zu den Modulkanten gemessen, aufweist.Solar module according to one of claims 1 or 2, characterized in that the frame has an E-modulus of at least 40, in particular at least 60 N / mm 2 , especially at least 70 N / mm 2 , in each case measured parallel to the module edges. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von bis zu α = 50·10–6/K, jeweils parallel zu den Modulkanten gemessen, aufweist.Solar module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the frame has a thermal expansion coefficient of up to α = 50 · 10 -6 / K, in each case measured parallel to the module edges. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen eine Dichte von mindestens 800, insbesondere von mindestens 1000 kg/m3 aufweist.Solar module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the frame has a density of at least 800, in particular of at least 1000 kg / m 3 . Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen isotrope und/oder anisotrope Füllstoffe umfasst.Solar module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frame is isotropic and / or anisotropic Includes fillers. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen Füllstoffe in einer Menge von 10 bis 30, insbesondere von 15 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polyurethan-Elastomeren, enthält.Solar module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the frame fillers in one Amount of 10 to 30, in particular from 15 to 25 wt .-%, based on the weight of the polyurethane elastomer. Solarmodul nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen synthetische oder natürliche, insbesondere mineralische Füllstoffe umfasst.Solar module according to one of claims 6 or 7, characterized in that the frame is synthetic or natural, especially mineral fillers. Solarmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe, die Mica, plättchen- und/oder faserförmiges Wollastonit, Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern oder deren Gemische umfasst.Solar module according to one of claims 6 to 8, characterized in that the fillers are selected from the group, the mica, platelet and / or fibrous Wollastonite, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or mixtures thereof includes. Solarmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe eine Beschichtung, insbesondere eine Aminosilan-basierte Beschichtung aufweisen.Solar module according to one of claims 6 to 9, characterized in that the fillers are a coating, in particular have an aminosilane-based coating. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen durch RIM, R-RIM, S-RIM, RTM, Sprühen oder Gießen gebildet wird.Process for producing a solar module according to one of claims 1 to 10, characterized in that the frame by RIM, R-RIM, S-RIM, RTM, spraying or pouring is formed. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aromatische Isocyanat-Komponente zur Bildung des Polyurethans einsetzt.Method according to claim 11, characterized in that that is an aromatic isocyanate component to form the polyurethane starts. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie umfassend das photovoltaische Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Device for generating electrical energy comprising the photovoltaic solar module according to any one of claims 1 to 10.
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