DE102010016636B4

DE102010016636B4 - Solarmodul mit verbesserter Verkapselung sowie Anschlusskontaktführung und Verfahren zum Verkapseln von Solarmodulen

Info

Publication number: DE102010016636B4
Application number: DE102010016636.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mühlenbeck
Original assignee: Calyxo GmbH
Current assignee: Calyxo GmbH
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: DE102010016636A1

Abstract

Solarmodul umfassend:
– ein Rückseitenabdeckmaterial (4),
– ein Vorderseitenabdeckmaterial (6),
– zwischen Rückseitenabdeckmaterial (4) und Vorderseitenabdeckmaterial (6) angeordnete und miteinander verschaltete Solarzellen,
– eine Verbundfolie (7) zwischen Vorderseitenabdeckmaterial (6) und Rückseitenabdeckmaterial (4),
– elektrische Anschlusskontakte (5) zum Kontaktieren der verschalteten Solarzellen,
– eine im Rückseitenabdeckmaterial (4) oder im Vorderseitenabdeckmaterial (6) vorgesehene Lochbohrung zum Durchführen der elektrischen Anschlusskontakte (5) von außen an die Solarzellen und
– ein Verschluss für die Lochbohrung, wobei der Verschluss als ein bei der Einbringung festes, formpassendes Inlet (1) ausgebildet ist, welches in der Lochbohrung angeordnet ist und mittels eines Verbundmaterials wasserdicht verschließt, wobei das Inlet (1) nahezu bündig mit der Lochbohrung abschließt und zwischen Lochbohrung und Inlet (1) ein Zwischenraum (2) vorgesehen ist, der von dem Verbundmaterial wasserdicht verschlossen ist, und wobei das Verbundmaterial als die Verbundfolie (7) des Solarmoduls ausgebildet ist.

Description

Photovoltaik-Solarmodule, beispielsweise Module mit kristallinen Siliziumwafersolarzellen oder Module mit Dünnschichtsolarzellen, sind in der Regel als Verbund aufgebaut. Dies bedeutet, dass zwischen einem Abdeckmaterial auf der Vorder- und Rückseite des Solarmoduls, welche üblicherweise als Glas oder geeigneten Kunststoffplatte ausgebildet sind, die miteinander verschalteten Solarzellen eingebettet sind. Zur Verbindung der Schichten dient eine Verbundfolie, welche sich durch Druck und Temperaturerhöhung verflüssigt und anschließend wieder ausgehärtet wird, so dass anschließend ein Aufbau ähnlich einem Verbundglas entsteht.
Um elektrische Anschlusskontakte des Solarmoduls nach außen zu führen, wird in dem Vorderseitenabdeckmaterial oder im Rückseitenabdeckmaterial sowie in der Verbundfolie, eine zumeist kreisförmige Lochbohrung freigelassen. Über dieser wird anschließend die Anschlussdose des Solarmoduls montiert und flächig mit dem Vorderseiten- oder dem Rückseitenabdeckmaterial verklebt. Die Anschlussdose bildet demnach die Feuchtigkeitsbarriere und versiegelt die Halbleiterschichten gegenüber der Außenwelt. Sollte diese Barriere jedoch schadhaft sein, so können durch Eindringen von Feuchtigkeit die optischen und elektrischen Eigenschaften des Solarmoduls gemindert werden. Es gibt daher eine Reihe von Ansätzen, die Lochbohrung innerhalb des Rückseitenabdeckmaterials zu versiegeln und damit eine zusätzliche Feuchtigkeitsbarriere zu schaffen.
Eine einfache Möglichkeit besteht darin, keine oder nur eine verkleinerte Aussparung in der Verbundfolie vorzusehen, sondern nur die Kontakte zu durchstoßen. Bei der anschließenden thermischen Behandlung zur Verbundfestigung verfließt die Verbundfolie in die Lochbohrung. Beschrieben wird dies beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2008 017 522 A1 . Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das Fließverhalten der Folie nur schwer vorhersagbar ist, so dass es möglich ist, dass die verflüssigte Folie entweder unkontrolliert aus der Lochbohrung quillt oder einzelne Bereiche unbedeckt lässt. Eine anschließende Kontrolle und gegebenenfalls eine Nachbehandlung sind erforderlich.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verfüllung der Lochbohrung mit einem zähfließenden Füllmaterial, beispielsweise einem Harz. Dieses Füllmaterial wird in die Lochbohrung eingefüllt und anschließend ausgehärtet, üblicherweise mit UV Strahlung. Beschrieben ist dieses Verfahren beispielsweise in der Patentanmeldung DE 199 50 893 A1 . Nachteilig ist hier ebenfalls das schwer vorhersagbare Fließverhalten des Füllmaterials. Erschwerend kommt hinzu, dass das zur Aushärtung nötige UV Licht durch beispielsweise Glas als Verkapselungsmaterial in hohem Maße absorbiert wird, so dass eine Aushärtung in den Randbereichen nicht immer gewährleistet werden kann. Auch ist unbekannt, ob es chemische Wechselwirkungen zwischen Verfüllmaterial und dem Halbleitermaterial geben kann, besonders da bei der Aushärtung Temperaturen bis zu 80°C entstehen können.
Eine Lösung, welche diese Nachteile umgeht und eine sichere Feuchtigkeitsbarriere bei vertretbarem Aufwand im Rahmen einer Serienfertigung bietet, ist bisher nicht bekannt.
Die DE 199 10 532 A1 betrifft ein Solarmodul mit einer Außen- und einer Innenplatte und einer diese beiden Platten verbindenden Zwischenschicht, in der Solarzellen eingebettet sind. In der Innenplatte ist eine Öffnung zur Herausführung der elektrischen Anschlüsse angelegt mit einem mehrpoligen Steckverbinder. Zur Abdichtung dieses Steckverbinders ist das Korpusmaterial des Steckverbinders elastisch verformbar und/oder zwischen einer Anlageschulter des Steckverbinders und der Innenplatte ist eine umlaufende Dichtung angeordnet.
Die WO 2010/099 080 A2 offenbart eine Modulstruktur mit einem Inlet mit einer Anlageschulter, um es gegenüber einer Öffnung zu arretieren, wodurch kein im Wesentlichen bündiges Abschließen des Inlets mit dem inneren Ende der Lochbohrung besteht.
Die DE 10 2004 053 942 A1 zeigt eine Anschlusseinheit für photovoltaische Solarmodule, wobei ein Schalt- und Steuergerät extern besteht, in das ein Selbstdiagnosegerät integriert ist.
Die DE 102 51 728 A1 betrifft eine Anschlussvorrichtung für ein mehrschichtiges, mit elektrischen Funktionselementen bestücktes Flächenelement, wobei das Funktionselement eine Dünnschicht-Solarzelle sein kann. Dabei ist ein Einsatzteil vorgesehen, das einen radialen Vorsprung aufweist, der es in einer Ausnehmung formschlüssig verankert.
Die DE 100 52 529 A1 beschreibt ein Solarmodul mit einem Anschlusselement, wobei dieses Anschlusselement eine radial eine Öffnung hintergreifende Anlageschulter aufweist, die durch Zähne gebildet wird.
Die DE 102 25 140 A1 offenbart ein Solarmodul, bei dem in einem Glassubstrat eine Lochbohrung besteht, in die ein Einsatz eingeklebt oder eingepresst ist. Der Einsatz ist leitend und bewerkstelligt insgesamt die Kontaktdurchführung für einen Solarmodulleiter.
Die DE 10 2010 010 871 A1 beschreibt ein Anschlusselement zur Anordnung auf Solarmodulen, bei dem entweder ein Anschlusselement aus Glas eingesetzt wird oder eine Glasabdeckung aufgebracht wird. Bei der Glasabdeckung kann eine geeignete Vergussmasse für das nach der Kontaktierung im Anschlusselement verbleibende Volumen vorgesehen sein.
Die DE 10 2010 001 016 A1 offenbart eine Anschlusseinheit für photovoltaische Module, bei dem in eine Lochbohrung einer Glasscheibe Körper zum Leiten der elektrischen Energie durch die Glasscheibe oder zum Durchführen eines elektrischen Leiters durch die Glasscheibe eingeschmolzen sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Solarmodul bereit zu stellen, das einfacher in der Herstellung ist und doch eine bessere Wetterbeständigkeit aufweist als die aus dem Stand der Technik bekannten Solarmodule. Außerdem besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Verkapseln von Solarmodulen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verschluss als ein bei der Einbringung festes, formpassendes Inlet ausgebildet ist, welches in der Lochbohrung angeordnet ist und mittels eines geeigneten Verbundmaterials wasserdicht verschließt.
Der Vorteil eines Verschlusses in Form eines Festkörpers besteht in der exakteren Möglichkeit zur Positionierung. Zudem muss der Verschluss nicht anschließend ausgehärtet werden, was zusätzliche Prozessschritte unnötig macht und mögliche Beeinflussung der Solarzellen bei der Aushärtung eines viskos eingebrachten Verschlussmaterials ausschließt.
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbundmaterial als die Verbundfolie des Solarmoduls ausgebildet ist.
Diese Verbundfolie wird ganzflächig auf die Solarzellen aufgebracht, anschließend durch das Rückseitenabdeckmaterial abgedeckt und mittels Temperatur und Druck verflüssigt, so dass ein fester Verbund entsteht. Durch ein Einsetzen des Verschlusses vor diesem Prozess kann die Fixierung des Verschlusses darin integriert werden.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Inlet nahezu bündig mit der Lochbohrung abschließt und zwischen Lochbohrung und Inlet ein Zwischenraum vorgesehen ist. Dieser Zwischenraum weist bevorzugt eine maximale Breite im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm auf.
Dieser Zwischenraum ist zum einen gewählt, um den Verschluss passgenau einsetzen zu können, ohne ihn wie beispielsweise einen Korken hineinpressen zu müssen. Zum anderen wird durch diesen Zwischenraum das Fließen des Verbundmaterials gesteuert, welches von unten in den Zwischenraum quillt und ihn so vollkommen verschließt.
Eine besonders bevorzugte technische Realisierung sieht vor, dass das Inlet mit der Oberfläche des Vorderseitenabdeckmaterials oder des Rückseitenabdeckmaterials plan abschließt.
Neben ästhetischen Gesichtspunkten wird somit wird die Bildung von Kanten vermieden, welche Angriffspunkte für mechanische Beschädigungen und Korrosion bieten.
Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Inlet mindestens eine Öffnung zur Durchführung sowie zur exakten Positionierung der Anschlusskontakte besitzt.
Im Gegensatz zur Verfüllung der Lochbohrung mit Harz ist es durch diese Durchführungen möglich, die abschließende Position der Anschlusskontakte exakt zu bestimmen und zu standardisieren, so dass der Montageaufwand des Solarmoduls reduziert wird.
Eine mögliche technische Realisierung sieht vor, dass das Inlet aus Glas, aus gehärtetem Glas oder aus einem geeigneten Kunststoff gebildet ist.
Eine besonders bevorzugte technische Ausführungsform sieht vor, dass das Inlet zusätzlich mindestens eine der folgenden Implementierungen enthält:

– Messtechnik zur Überwachung von Kennzahlen des Solarmoduls
– Temperatursensorik
– GPS Empfänger

Durch die Verwendung des Inlets als standardisiertes Normteil mit fester Positionierung ist die Einbringung solcher zusätzlichen Funktionen leicht realisierbar. Die Einbringung von GPS Empfängern bietet beispielsweise die Möglichkeit, einen Diebstahlschutz für die Solarmodule zu realisieren.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Verkapseln von Solarmodulen umfassend die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Rückseitenabdeckmaterials und Bereitstellen eines Vorderseitenabdeckmaterials, wobei eines der beiden Abdeckmaterialien mit einer Lochbohrung versehen ist,
– Bereitstellen miteinander verschalteter Solarzellen, die zwischen Rückseitenabdeckmaterial und Vorderseitenabdeckmaterial angeordnet sind,
– Bereitstellen einer Verbundfolie, die zwischen Rückseitenabdeckmaterial und Vorderseitenabdeckmaterial angeordnet ist,
– Herausführen elektrischer Anschlusskontakte zur Kontaktierung der verschalteten Solarzellen durch die Lochbohrung,
– Positionieren eines aus einem Festkörper gebildeten Inlets in der Lochbohrung, wobei das Inlet nahezu bündig mit der Lochbohrung abschließt und zwischen Lochbohrung und Inlet ein Zwischenraum vorgesehen ist, und Durchführen der elektrischen Anschlusskontakte durch Öffnungen des Inlets und
– Verkapseln von Inlet, Rückseitenabdeckmaterial, Vorderseitenabdeckmaterial und Solarzellen mittels Temperatur und Druck, wobei die Verbundfolie aufschmilzt und das Inlet gegenüber dem Abdeckmaterial dichtet, wobei der Zwischenraum von einem Verbundmaterial wasserdicht verschlossen ist, wobei das Verbundmaterial als die Verbundfolie des Solarmoduls ausgebildet ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform in den Figuren verdeutlicht. Es zeigen:
1 die – nicht maßstabsgetreue – Draufsicht auf einen Abschnitt der Rückseite eines Solarmoduls 4 mit bereits eingesetztem Inlet 1 und
2 einen nicht maßstabsgetreuen Querschnitt durch den in 1 gezeigten Abschnitt der Rückseite des Solarmoduls entlang der Linien II-II wobei die Rückseite des Moduls nach oben liegt.
1 zeigt einen Abschnitt der Rückseite eines Solarmoduls mit Blick auf die der Sonne abgewandte Rückseite. In der dargestellten rechten oberen Ecke des Solarmoduls ist eine kreisförmige Lochbohrung im Rückseitenabdeckmaterial 4 vorgesehen, in welche das passgenaue Inlet 1 eingesetzt ist. Dabei schließt das Inlet 1 jedoch nicht bündig mit der Lochbohrung ab, sondern lässt einen gleichmäßigen Zwischenraum 2 zwischen Inlet 1 und Rückseitenabdeckmaterial 4.
Zudem sind innerhalb des Inlets 1 zwei rechteckige Aussparungen vorgesehen, welche als Durchführungsöffnungen 3 für elektrische Anschlusskontakte 5 des Solarmoduls dienen, welche sich innerhalb der Aussparungen befinden und durch diese exakt positioniert werden. Dabei schließen jedoch die Anschlusskontakte 5 und die Durchführungsöffnungen 3 ebenfalls nicht bündig ab sondern lassen einen Zwischenraum, welcher letztlich mit Verbundmaterial gefüllt ist.
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Solarmoduls aus 1 entlang der in 1 gezeigten strichpunktierten Linie II-II. Die Basis bildet das dem Licht zugewandte Vorderseitenabdeckmaterial 6 des Solarmoduls. Auf diese werden neben diversen Beschichtungen auch die aktive Solarzellenschicht aufgebracht, welche jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet worden ist. Über dem Vorderseitenabdeckmaterial verlaufen die elektrischen Anschlusskontakte 5 für die nicht dargestellten verschalteten Solarzellen, welche jeweils von links und rechts zu der Lochbohrung verlaufen und dann aus dieser herausgeführt sind. Dieser Aufbau wird flächig abgedeckt von dem als Verbundfolie ausgebildeten Verbundmaterial 7 des Solarmoduls, welches lediglich von den Anschlusskontakten 5 durchstoßen wird. Auf die Verbundfolie 7 ist das Rückseitenabdeckmaterial 4 aufgesetzt, welches in diesem Ausschnitt Jedoch nur im Randbereich rechts und links sichtbar ist.
Der Freiraum dazwischen bildet die Lochbohrung, welche durch das Inlet 1 ausgefüllt wird. Jedoch verfüllt das Inlet 1 nicht vollständig die Lochbohrungen, sondern lässt einen Zwischenraum 2 zum Rückseitenabdeckmaterial 4. Ebenso sind innerhalb des Inlets 1 zwei Zwischenräume für die nach oben herausgeführten Anschlusskontakte 5 freigelassen, welche zwischen Anschlusskontakt 5 und Inlet 1 noch jeweils eine Durchführungsöffnung 3 freilassen.
Der Zwischenraum 2 und die Durchführungsöffnungen 3 werden im Verlauf der Fertigung durch die Verbundfolie 7 wasserdicht verfüllt.
Bezugszeichenliste

1: Inlet
2: Zwischenraum des Inlets
3: Durchführungsöffnung im Inlet für die Anschlusskontakte
4: Rückseitenabdeckmaterial des Solarmoduls
5: elektrische Anschlusskontakte des Solarmoduls
6: Vorderseitenabdeckmaterial des Solarmoduls
7: Verbundmaterial

Claims

Solarmodul umfassend: – ein Rückseitenabdeckmaterial (4), – ein Vorderseitenabdeckmaterial (6), – zwischen Rückseitenabdeckmaterial (4) und Vorderseitenabdeckmaterial (6) angeordnete und miteinander verschaltete Solarzellen, – eine Verbundfolie (7) zwischen Vorderseitenabdeckmaterial (6) und Rückseitenabdeckmaterial (4), – elektrische Anschlusskontakte (5) zum Kontaktieren der verschalteten Solarzellen, – eine im Rückseitenabdeckmaterial (4) oder im Vorderseitenabdeckmaterial (6) vorgesehene Lochbohrung zum Durchführen der elektrischen Anschlusskontakte (5) von außen an die Solarzellen und – ein Verschluss für die Lochbohrung, wobei der Verschluss als ein bei der Einbringung festes, formpassendes Inlet (1) ausgebildet ist, welches in der Lochbohrung angeordnet ist und mittels eines Verbundmaterials wasserdicht verschließt, wobei das Inlet (1) nahezu bündig mit der Lochbohrung abschließt und zwischen Lochbohrung und Inlet (1) ein Zwischenraum (2) vorgesehen ist, der von dem Verbundmaterial wasserdicht verschlossen ist, und wobei das Verbundmaterial als die Verbundfolie (7) des Solarmoduls ausgebildet ist.
Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (2) mit einer maximalen Breite im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm ausgebildet ist.
Solarmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlet (1) mit der Oberfläche des Vorderseitenabdeckmaterials (6) oder des Rückseitenabdeckmaterials (4) plan abschließt.
Solarmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlet (1) mindestens eine Öffnung (3) zur Durchführung sowie zur exakten Positionierung der Anschlusskontakte (5) besitzt.
Solarmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlet (1) aus Glas, aus gehärtetem Glas oder aus einem Kunststoff gebildet ist.
Solarmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlet (1) zusätzlich mindestens eine der folgenden Implementierungen enthält: – Messtechnik zur Überwachung von Kennzahlen des Solarmoduls – Temperatursensorik – GPS Empfänger
Verfahren zum Verkapseln von Solarmodulen, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Rückseitenabdeckmaterials (4) und Bereitstellen eines Vorderseitenabdeckmaterials (6), wobei eines der beiden Abdeckmaterialien mit einer Lochbohrung versehen ist, – Bereitstellen miteinander verschalteter Solarzellen, die zwischen Rückseitenabdeckmaterial (4) und Vorderseitenabdeckmaterial (6) angeordnet sind, – Bereitstellen einer Verbundfolie (7), die zwischen Rückseitenabdeckmaterial (4) und Vorderseitenabdeckmaterial (6) angeordnet ist, – Herausführen elektrischer Anschlusskontakte (5) zur Kontaktierung der verschalteten Solarzellen durch die Lochbohrung, – Positionieren eines aus einem Festkörper gebildeten Inlets (1) in der Lochbohrung, wobei das Inlet (1) nahezu bündig mit der Lochbohrung abschließt und zwischen Lochbohrung und Inlet (1) ein Zwischenraum (2) vorgesehen ist, und Durchführen der elektrischen Anschlusskontakte (5) durch Öffnungen des Inlets (1) und – Verkapseln von Inlet (1), Rückseitenabdeckmaterial (4), Vorderseitenabdeckmaterial (6) und Solarzellen mittels Temperatur und Druck, wobei die Verbundfolie (7) aufschmilzt und das Inlet (1) gegenüber dem Abdeckmaterial dichtet, wobei der Zwischenraum (2) von einem Verbundmaterial wasserdicht verschlossen ist, wobei das Verbundmaterial als die Verbundfolie (7) des Solarmoduls ausgebildet ist.