DE102009022644A1 - Vorrichtung zum flexiblen Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen - Google Patents

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Abstract

Die Vorrichtung dient dem effektiven Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen. Die Vorrichtung weist dazu schindelartig überlappende und gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff undurchlässige Abdeckelemente auf, die in eine Polymerschicht eingebettet sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Materialverbund von sich schindelartig überlappenden Abdeckelementen und Polymerschichten, in denen besagte Abdeckelemente mit der Funktion eingebettet sind, Bauelemente vor Wasserdampf und Sauerstoff zu schützen. Bei den Bauelementen kann es sich im Allgemeinen um elektronische Bauelemente oder im Speziellen um Photovoltaikmodule handeln. Eine mögliche Flexibilität der Bauelemente bleibt aufgrund der Flexibilität der Erfindung erhalten. Die wasserdampf- und sauerstoffundurchlässigen Abdeckelemente können beispielsweise aus Dünnglas bestehen. Die Abmaße von Dünnglas sind herstellungsbedingt beschränkt. Durch die schindelartige Überlappung des Dünnglases können großformatige Verkapselungen realisiert werden, die ein Vielfaches der Abmaße des Dünnglases betragen. Die aufgebrachte Polymerschicht dient der mechanischen Sta bilisierung und erhöht die Bruchfestigkeit des Dünnglases, so dass die Anforderungen an die mechanische Stabilität insbesondere bei einem Hagelschlag erfüllt werden.
  • Photovoltaikmodule bestehen aus verschalteten Solarzellen, die über eine Klebeschicht mit einer ober- und unterseitig angebrachten Abdeckung versehen sind. Als oberseitiges, transparentes Deckmaterial wird üblicherweise Glas mit Dicken im Millimeterbereich verwendet. Flexible Photovoltaikmodule können damit nicht gefertigt werden.
  • Alternativ zur Verwendung von Glas als Deckmaterial können auch transparente Kunststofffolien zum Einsatz kommen. Kunststofffolien sind leichter als Glas, bruchfest und zudem flexibel. Sie weisen aber eine zu hohe Wasserdampf- und Sauerstoffdurchlässigkeit auf, wodurch die Lebenszeit der Photovoltaikmodule verkürzt wird. Durch Aufbringen von Barriereschichten lässt sich die Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff reduzieren. Kommerziell verfügbar sind Barrierefolien mit Wasserdampfdurchlässigkeiten im Bereich von 10–2 g/m2d und Sauerstoffdurchlässigkeiten im Bereich von 10–1 cm3/m2d. Damit sind langzeitstabile Photovoltaikmodule kaum zu realisieren.
  • In den nächsten Jahren ist damit zu rechnen, dass Barriereschichten mit Wasserdampfdurchlässigkeiten kleiner 10–5 g/m2d und Sauerstoffdurchlässigkeiten kleiner 10–5 cm3/m2d entwickelt werden. Alterungsstabile flexible Photovoltaikmodule könnten damit möglich sein.
  • Mit dieser Erfindung ist es bereits heute möglich, alterungsstabile und flexible Photovoltaikmodule herzustellen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein flexibles, Deckmaterial der einleitend genannten Art derart zu gestalten, dass sowohl eine ausreichende Alterungsstabilität als auch flexible Materialeigenschaften bereitgestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Wasserdampf- und sauerstoffundurchlässige Abdeckelemente in eine Polymerschicht eingebettet werden.
  • Beliebige Dimensionen des flexiblen Deckmaterials können dadurch bereitgestellt werden, dass die Abdeckelemente in bis zu zwei Dimensionen schindelartig überlappend angeordnet sind.
  • Der Diffusionsweg für Wasserdampf und Sauerstoff kann über geeignete Wahl des Überlappungsbereiches soweit verlängert werden, dass die feuchtigkeitsempfindlichen Elemente alterungsstabil geschützt werden.
  • Die Abdeckelemente können beispielsweise aus Dünnglas bestehen.
  • Da die mechanische Stabilität von Dünnglas z. B. bei einem Hagelschlag nicht ausreichend ist, wird es durch eine Polymerschicht geschützt.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
  • 1 ein Querschnitt durch eine Vorrichtung zum flexiblen Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen
  • 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Solarzellen vor Umwelteinflüssen geschützt werden
  • Gemäß der Ausführungsform in 1 sind wasserdampf- und sauerstoffundurchlässige Abdeckelemente (2) in eine Polymerschicht eingebettet (1). Die Abdeckelemente (2) sind schindelartig überlappend in bis zu zwei Dimensionen angeordnet. Die Abdeckelemente (2) können aus Glas insbesondere Dünnglas bestehen. Die Polymerschicht kann aus unterschiedlichen Polymerschichten (1a, 1b) aufgebaut sein. Das Einbettungsmaterial (1a) kann beispielsweise aus einer Heißklebefolie bestehen. Die Heißklebefolie (1a) kann beispielsweise aus einer EVA-, TPU-, PVB-, Silikon- oder Ionomerfolie bestehen. Die abdeckende Polymerschicht (1b) kann beispielsweise eine uv-stabile Fluopolymerfolie sein. Zur Realisierung einer vergrößerten Bruchfestigkeit kann die Dicke der Polymerschicht (1) so gewählt werden, dass eine ausreichende Bruchfestigkeit ermöglicht wird.
  • Gemäß der Ausführungsform in 2 ist ein wasserdampfundurchlässiges Rückseitenmaterial (5), das flexible Eigenschaften aufweist, über eine Polymerschicht (1) mit Bauelementen (4) verbunden. Als Rückseitenmaterial kann beispielsweise eine Verbundfolie aus Tedlar, Aluminium und Polyester verwendet werden. Bei den Bauelementen kann es sich um CIS-Solarzellen (Kupfer-Indium-DiSelenid) handeln. Die Polymerschicht (1a) kann aus EVA (Ethylenvenylacetat) ausgebildet sein. Die Bauelemente (4) sind mit einem erfindungsgemäßen flexiblen Deckmaterial versehen. In dem flexiblen Deckmaterial sind einander teilweise schindelartig überlappende Abdeckelemente (2) angeordnet. Der Überlappungsbereich (3) der Abdeckelemente (2) kann so gewählt werden, dass sich der Diffusionsweg für Wasserdampf und Sauerstoff dahingehend verlängert, dass die Bauelemente (4) effektiv geschützt sind. Die Abdeckelemente (2) können aus Glas, insbesondere aus Dünnglas, bestehen. Die Abdeckelemente (2) sind in einer Polymerschicht (1a) eingebettet. Die Polymerschicht (1a) kann aus EVA bestehen. Oberflächlich kann das Laminat durch eine witterungsstabile Fluorpolymerfolie wie z. B. ETFE abgeschlossen werden.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum flexiblen Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen dadurch gekennzeichnet, dass wasserdampf- und sauerstoffundurchlässige Abdeckelemente (2) in eine Polymerschicht (1) eingebettet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (2) überlappend in bis zu zwei Dimensionen (Länge und Breite) angeordnet sind, so dass der flexible Materialverbund (5) bei begrenzter Größe der Abdeckelemente beliebig groß sein kann.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Überlappungsbereich (3) so gewählt ist, dass der Diffusionsweg für Wasserdampf und Sauerstoff dahingehend verlängert wird, dass die empfindlichen Bauelemente effektiv geschützt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (2) aus Glas ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Abdeckelementen (2) aus Glas um Dünnglas handelt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (2) Dicken aufweisen, die die Ausbildung eines flexiblen Materialverbunds ermöglicht.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Polymerschicht (1) so gewählt wird, dass die Abdeckelemente (2) mechanischen Belastungen wie z. B. Hagelschlägen standhalten.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (1) aus unterschiedlichen Polymerschichten (1a, 1b) aufgebaut ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die einbettende Poly merschicht (1a) eine Heißklebefolie oder eine Vergußmasse ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Heißklebefolie beispielsweise um eine EVA-, TPU-, PVB-, Silikon- oder Ionomerfolie handelt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vergußmasse beispielsweise um Silikon, PU, Acrylat oder Epoxidharz handelt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckende Polymerfolie (1b) eine witterungs- und uv-stabile Fluorpolymerfolie wie z. B. ETFE ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschichten (1a, 1b) und die Abdeckelemente (2) transparent sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Elemente vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass photovoltaische Elemente vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
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