DE102010000657B4

DE102010000657B4 - Solarmodul mit einer Schmelzfolie und einer Vergussmasse aus Polyurethan sowie Herstellverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102010000657B4
Application number: DE102010000657.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2030-03-06
Also published as: DE102010000657A1

Abstract

Solarmodul (1) mit: – einer Deckschicht (2) aus Glas; – einer an der Deckschicht (2) anschließenden transparenten Schmelzfolie (3); – an der Schmelzfolie (3) anschließenden Solarzellen (4); und – einer Vergussmasse (5) aus Polyurethan, in der die Solarzellen (4) eingebettet sind, wobei ein seitlicher Abschlussrahmen (7) des Solarmoduls (1) mit der Vergussmasse (5) vergossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einer Schmelzfolie und einer Vergussmasse aus Polyurethan und ein Herstellverfahren für ein derartiges Solarmodul.
Solarmodule, auch Photovoltaikmodule oder im Folgenden kurz „Module” genannt, dienen zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Herkömmliche Solarmodule weisen hierbei folgenden Schichtaufbau auf, beginnend mit der der Sonne zugewandten Seite: eine Deckschicht aus Glas, eine Schmelzfolie, Solarzellen, eine weitere Schmelzfolie, eine Rückseitenfolie.
Nachteil an diesen Modulen ist, dass diese zurzeit nur bis ca. 85–90°C temperaturbeständig sind. Viele Module fallen nach wenigen Jahren aus, bzw. die Leistung verringert sich durch Degradation. Darüber hinaus nimmt die Leistung des Modules im „Sonnenbetrieb” ab, da die Module erhitzen und die Solarzellen weniger Leistung erzeugen. Dieser Effekt kann beispielsweise durch eine Kühlung der Module begrenzt werden. Die momentan in den Modulen eingesetzten Folien sind jedoch stark wärmeisolierend. Die Wirksamkeit der Kühlung wird dadurch stark begrenzt.
DE 101 01 770 A1 beschreibt ein Solarmodul mit einer Verbundfolie als Deckschicht, mit an die Verbundfolie anschließenden Solarzellen und einer Vergussmasse aus Polyurethan, in der die Solarzellen eingebettet sind. Zur Herstellung eines derartigen Solarmoduls schlägt DE 101 01 770 A1 ein Verfahren vor, in dem zunächst ein Stapel aus Verbundfolie und Solarzellen erzeugt wird und anschließend ein Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse erfolgt.
US 2009/0 151 774 A1 beschreibt ein Solarmodul, dessen Solarzellen durch eine wasserresistente Deckschicht, eine daran anschließende Schicht eines Trägermaterials sowie eine dem Trägermaterial folgende Klebeschicht und einer der Klebeschicht folgenden Schmelzfolie bedeckt sind.
WO 2010/139 435 A1 ist ein nachveröffentlichtes Dokument und betrifft ein Fassadenelement mit integriertem Solarmodul. Das Solarmodul besitzt eine Deckschicht aus Glas, eine Schmelzfolie sowie Solarzellen. Dieses Laminat aus Glas, Schmelzfolie und Solarzellen wird seitlich und rückseitig mit Polyurethan umspritzt.
DE 10 2008 049 890 A1 beschreibt ein weiteres Solarmodul mit Deckschichten und eingebetteten Solarzellen. DE 10 2007 027 159 A1 offenbart ein Solarzellenmodul mit einem seitlichen Abschlussrahmen.
DE 10 2008 027 000 A1 beschreibt ein Solarmodul mit einer witterungsbeständigen Deckschicht und einer weiteren lichtdurchlässigen Schicht, die sich an diese anschließt. Die Solarzellen sind rückseitig in eine wärmeableitende Schicht eingebracht. Diese wärmeleitende Schicht kann ein Polyurethanharz sein, welches zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit mit Additiven ausgerüstet wurde.
DE 10 2007 053 225 A1 beschreibt einen Temperierkörper für Solarmodule, der rückseitig an die Solarzellen angebracht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein langzeitstabiles und insbesondere temperaturstabiles Solarmodul anzubieten. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Herstellverfahren für ein derartiges Solarmodul anzugeben.
Diese Aufgabe wird für das Solarmodul durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für das Herstellverfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Solarmoduls bzw. des Herstellverfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im Weiteren wird die während des Betriebs der Sonne zugewandte Seite des Solarmoduls auch als „Vorderseite” bzw. „vorderseitig” und die der Sonne abgewandte Seite des Solarmoduls als „Rückseite” bzw. „rückseitig” bezeichnet.
Erfindungsgemäß besitzt das Solarmodul eine Deckschicht aus Glas, eine an der Deckschicht anschließende transparente Schmelzfolie, an der Schmelzfolie anschließende Solarzellen und eine Vergussmasse aus Polyurethan (Abk.: PU), in der die Solarzellen eingebettet sind. Durch das Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse aus Polyurethan kann auf die herkömmlich rückseitig von den Solarzellen angeordnete Schmelzfolie und die Rückseitenfolie verzichtet werden. Dadurch wird die Temperaturempfindlichkeit des Solarmoduls verringert. Die maximale Einsatztemperatur steigt entsprechend.
Darüberhinaus erhöht die Vergussmasse die Stabilität des Solarmoduls. Dadurch kann die Dicke der Deckschicht entsprechend reduziert werden. Eine Reduktion der Deckschicht wiederum erhöht die solare Ausbeute des Moduls. Insbesondere kann die herkömmliche Dicke der Deckschicht auf etwa 50% reduziert werden. Damit erhöht sich die Ausbeute um ca. 5% gegenüber herkömmlichen Modulen. Insbesondere kann die herkömmliche Glasstärke von 4–5 mm auf etwa 2 mm verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist rückseitig an der Vergussmasse eine Metallfolie, insbesondere eine Stahlfolie, angeordnet. Diese Metallfolie bildet eine gut wärmeleitende Beschichtung der Vergussmasse. Damit kann die Kühlung des Solarmoduls verbessert werden. Auf diese Weise kann die Temperaturbeständigkeit des Solarmoduls auf über 100°C werden. Folglich ist ein langjähriger, störungsfreier Betrieb auch in heißen Gegenden (Italien, Afrika usw.) möglich.
Die Kühlung kann des Weiteren durch Anlegen einer Metallplatte, ggf. mit Kühlkörpern, an die Metallfolie oder einer Integration von passiven und/oder aktiven Kühlelementen in die Metallfolie verbessert werden. Durch die Kühlung wird das Modul um durchschnittlich 20°C niedriger betrieben, d. h. es werden auch ca. 10% mehr kWh erzeugt. Beispiel:
180 Watt Modul bei 1000 Sonnenstunden erzeugt = 180 kWh;
180 Watt Modul, mit Kühlung erzeugt bei 1.000 Sonnenstunden = 198 kWh.
Erfindungsgemäß wird ein seitlicher Abschlussrahmen des Solarmoduls mit der Vergussmasse vergossen. Ein derartiger Abschlussrahmen bildet einen bevorzugten seitlichen Abschluss des Solarmoduls, ohne herkömmliche Probleme mit Klebeband und Aluminiumrahmen. Dadurch kann eine erhöhte Betriebssicherheit und ein langlebigeres Modul erzielt werden. Ferner können ein Eingießen einer Rückseiten-Box und/oder die Integration der Dioden direkt in die Vergussmasse erfolgen. Dadurch wird die Degradation verringert und die Lebensdauer des Moduls erhöht.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren für ein Solarmodul umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Erzeugen eines Stapels aus der Deckschicht, der Schmelzfolie und den Solarzellen;
(b) Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse.

Vor dem Verfahrensschritt (b) wird ein seitlicher Abschlussrahmen des Solarmoduls positioniert, sodass in Verfahrensschritt (b) ein Vergießen des Abschlussrahmens erfolgt und der Abschlussrahmen zugleich als Form für die Vergussmasse aus Polyurethan dient.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt vor dem Verfahrensschritt (b) ein Laminieren, insbesondere bei einer Laminiertemperatur von 170°C bis 190°C, bevorzugt mit 180°C, des aus der Deckschicht, der Schmelzfolie und den Solarzellen bestehenden Stapels.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Vergussmasse zumindest teilweise auf die Metallfolie aufgebracht und anschließend, insbesondere nach einer Antrockenphase der Vergussmasse auf der Metallfolie, erfolgt durch ein Anpressen oder Andrücken der mit Vergussmasse beschichteten Metallfolie an die Solarzellen ein Einbetten der Solarzellen in die Vergussmasse.
In vorteilhafter Weise werden die Komponenten des Solarmoduls nach dem Verfahrensschritt (b) durch ein Laminierverfahren, insbesondere ein sogenanntes Inverslaminierverfahren, miteinander verbunden.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine erste Ausführungsform des Herstellverfahrens für ein Solarmodul sowie ein auf diese Weise hergestelltes Solarmodul;
2 eine zweite Ausführungsform des Herstellverfahrens für ein Solarmodul;
1 zeigt eine erste Ausführungsform des Herstellverfahrens für eine Solarmodul 1 sowie ein auf diese Weise hergestelltes Solarmodul 1. Das Solarmodul 1 weist eine Deckschicht 2, eine Schmelzfolie 3, Solarzellen 4, eine Vergussmasse 5 sowie einen Abschlussrahmen 7 auf.
Zunächst wird ein Stapel bestehend aus einer Deckschicht 2, einer Schmelzfolie 3 und einer Schicht Solarzellen 4 aufgebaut (vgl. Schritt 1 in 1). Als Schmelzfolie 3 können insbesondere Folien aus EVA (Ethylenvinylacetat) oder TPT eingesetzt werden. In bevorzugter Weise ist die Schmelzfolie 3 hochtemperaturbeständig. Anschließend kann eine Seitenverlötung ausgeführt werden, so dass das Modul funktionsfähig ist. In einem weiteren Verfahrensschritt (vgl. Schritt 2 in 1) wird das Solarmodul 1 nun in einem Laminator aufgeschmolzen, allerdings bei einer höheren Temperatur (bisher üblich ca. 145 Grad, jetzt ca. 180 Grad). Danach kann das Modul „getrimmt” werden, d. h. die überstehende Folie wird abgeschnitten.
Nach dem Laminieren wird ein Abschlussrahmen 7 angebracht, der den seitlichen Abschluss des Solarmoduls 1 bildet. Dieser Abschlussrahmen 7 dient zugleich als Form für die Vergussmasse 5 aus Polyurethan, die in den Abschlussrahmen 7 eingegossen wird, sodass die Solarzellen 4 in die Vergussmasse 5 eingebettet sind (vgl. Schritt 3 in 1).
Eine Metallfolie 6 (nur in 2 dargestellt) kann rückseitig an der Vergussmasse 5 anliegen. Auch kann die Metallfolie 6 Kühlkörper aufweisen. Die Verlegung der Metallfolie 6 erfolgt in bevorzugter Weise im noch feuchten Zustand der Vergussmasse 5. Ferner können auch eine sogenannte Anschlussdose (Anschlusselement der Solarzelle) in die Vergussmasse 5 eingebettet werden und/oder Dioden sowie Kabel in das Solarmodul 1 integriert werden. Die Kühlkörper können passiv sein, d. h. über Konvektion gekühlt werden oder über eine Kühlflüssigkeit (ähnlich Kollektoren) aktiv gekühlt werden. Durch die aktive Kühlung kann das Modul nochmals um ca. 10% mehr Leistung bringen. Diese Leistung kann auch zur Kühlung von Gebäuden verwendet werden.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Herstellverfahrens für ein Solarmodul 1. Zunächst wird das Solarmodul 1 ähnlich wie bereits oben beschrieben aufgebaut. D. h. auf eine Deckschicht 2 aus Glas wird eine, insbesondere hochtemperaturbeständige, Schmelzfolie 3 aufgebracht. An die Schmelzfolie 3 schließen sich die Solarzellen 4 an. Anschließend kann eine Seitenverlötung erfolgen. Schritt 1 in 2 zeigt den aus Deckschicht 2, Schmelzfolie 3 und Solarzellen 4 bestehenden Stapel.
In einem weiteren Verfahrensschritt (vgl. Schritt 2 in 2) wird die Metallfolie 6 mit der Vergussmasse 5 beschichtet. In bevorzugter Weise wird die Oberseite der Metallfolie 6 beschichtet. Anschließend erfolgt ein leichtes Antrocknen der Vergussmasse 5 auf der Metallfolie 6. Danach wird die Metallfolie 6 – insbesondere durch Drehung der Metallfolie 6 um 180° – mit der beschichteten Seite auf die Solarzellen 4 gelegt und angedrückt (vgl. Schritt 3 der 2).
Dieses Laminat wird anschließend in einem Laminator im Inverse-Laminierverfahren aufgeschmolzen (vgl. Schritt 4 in 2).
Die Vorteile des vorgestellten Solarmoduls bzw. des vorgestellten Herstellverfahrens für ein Solarmodul sind unter anderem:

– Dünneres Glas, bei gleicher Hagelfestigkeit
– Dünneres Glas mit höherer Sonnen-Lichtausbeute
– Nur eine Schmelzfolie wird benötigt
– Keine Rückseitenfolie
– Höherer Ertrag durch passive und aktive Kühlung möglich.

Claims

Solarmodul (1) mit: – einer Deckschicht (2) aus Glas; – einer an der Deckschicht (2) anschließenden transparenten Schmelzfolie (3); – an der Schmelzfolie (3) anschließenden Solarzellen (4); und – einer Vergussmasse (5) aus Polyurethan, in der die Solarzellen (4) eingebettet sind, wobei ein seitlicher Abschlussrahmen (7) des Solarmoduls (1) mit der Vergussmasse (5) vergossen ist.
Solarmodul (1) nach Anspruch 1, wobei rückseitig an der Vergussmasse (5) eine Metallfolie (6) angeordnet ist.
Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (2) eine Dicke von kleiner 3 mm, insbesondere im Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm, besitzt.
Herstellverfahren für ein Solarmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten: (a) Erzeugen eines Stapels aus der Deckschicht (2), der Schmelzfolie (3) und den Solarzellen (4); (b) Einbetten der Solarzellen (4) in die Vergussmasse (5), wobei vor dem Verfahrensschritt (b) ein seitlicher Abschlussrahmen (7) des Solarmoduls (1) positioniert wird, sodass in Verfahrensschritt (b) ein Vergießen des Abschlussrahmens (7) erfolgt und wobei der Abschlussrahmen (7) zugleich als Form für die Vergussmasse (5) aus Polyurethan dient.
Herstellverfahren nach Anspruch 4, wobei vor dem Verfahrensschritt (b) ein Laminieren, insbesondere bei einer Laminiertemperatur von 170°C bis 190°C, des aus der Deckschicht (2), der Schmelzfolie (3) und den Solarzellen (4) bestehenden Stapels erfolgt.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Vergussmasse (5) zumindest teilweise auf die Metallfolie (6) aufgebracht wird und anschließend, insbesondere nach einer Antrockenphase der Vergussmasse (5) auf der Metallfolie (6), durch ein Anpressen der mit Vergussmasse (5) beschichteten Metallfolie (6) an die Solarzellen (4) ein Einbetten der Solarzellen (4) in die Vergussmasse (5) erfolgt.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Komponenten des Solarmoduls (1) nach Verfahrensschritt (b) durch ein Laminierverfahren, insbesondere ein Inverslaminierverfahren, miteinander verbunden werden.