DE102010030559A1 - Method of making a thin film solar module and thin film solar module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls mit den Schritten: Bereitstellen eines ersten lichtdurchlässigen Substrats mit einem aktiven Bereich zum Wandeln von Sonnenenergie, Bereitstellen eines zweiten Substrats, Halten des ersten und zweiten Substrats parallel zueinander mit einem vorbestimmten Abstand zueinander, wobei der aktive Bereich zwischen ersten und zweiten Substrat angeordnet ist, Füllen des Zwischenraums mit einem flüssigen Material und Aushärten des flüssigen Materials wodurch der aktive Bereich verkapselt wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls mit den Schritten Bereitstellen eines ersten lichtdurchlässigen Substrats mit einem aktiven Bereich zum Wandeln von Sonnenenergie Aufbringen eines flüssigen Materials auf die Seite des lichtdurchlässigen Substrats mit dem aktiven Bereich, und Aushärten des flüssigen Materials wodurch der aktive Bereich verkapselt wird. Die Erfindung betrifft auch entsprechend hergestellte Solarmodule.The invention relates to a method for producing a thin-film solar module with the following steps: providing a first transparent substrate with an active area for converting solar energy, providing a second substrate, holding the first and second substrate parallel to one another at a predetermined distance from one another, with the active area between first and second substrate is arranged, filling the gap with a liquid material and curing the liquid material, whereby the active area is encapsulated. The invention further relates to a method for producing a thin-film solar module with the steps of providing a first transparent substrate with an active area for converting solar energy, applying a liquid material to the side of the transparent substrate with the active area, and curing the liquid material, thereby creating the active area is encapsulated. The invention also relates to correspondingly manufactured solar modules.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls und derart hergestellte Dünnschichtsolarmodule.The invention relates to a method for producing a thin-film solar module and to thin-film solar modules produced in this way.
Solche Module sind bekannt. Ein Dünnschichtsolarmodul umfasst ein erstes lichtdurchlässiges Substrat, normalerweise aus Glas. Dieses Element wird auch als Frontglas bezeichnet, da es der Sonne zugewandt ist und Licht über dieses Element in das Photovoltaik-Modul einfällt. Auf dem lichtdurchlässigen Substrat befindet sich eine transparente leitfähige Schicht. Darauf folgt mindestens eine photovoltaisch aktive Schicht. In dieser Schicht wird das einfallende Licht in Strom umgewandelt. Auf der anderen Seite der aktiven Schicht befindet sich eine zweite leitende Schicht, insbesondere eine zweite lichtdurchlässige Schicht, die beispielsweise aus dem gleichen Material wie die erste transparente leitfähige Schicht ist. Diese Schichten bilden den sogenannten aktiven Bereich. Über eine Kunststofffolie, beispielsweise aus PVB oder EVA, wird die Struktur mit einem zweiten Substrat, bevorzugt aus Glas (auch Rückglas genannt) oder TEDLA Folie, wodurch der aktive Bereich verkapselt wird, um ihn von negativen Umwelteinflüssen zu schützen.Such modules are known. A thin film solar module comprises a first translucent substrate, typically of glass. This element is also referred to as a front glass, as it faces the sun and light is incident on this element in the photovoltaic module. On the translucent substrate is a transparent conductive layer. This is followed by at least one photovoltaically active layer. In this layer, the incident light is converted into electricity. On the other side of the active layer is a second conductive layer, in particular a second transparent layer, which is for example made of the same material as the first transparent conductive layer. These layers form the so-called active area. Via a plastic film, for example made of PVB or EVA, the structure with a second substrate, preferably made of glass (also called back glass) or TEDLA film, whereby the active area is encapsulated to protect it from negative environmental influences.
Diese Module werden in einem Laminierverfahren hergestellt wobei ein Vakuum Laminator oder ein Autoklav zum Einsatz kommt. Dies ist zeitaufwendig und kann nur im Batch-Verfahren durchgeführt werden.These modules are produced in a lamination process using a vacuum laminator or autoclave. This is time consuming and can only be done in batch mode.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung das Herstellungsverfahren zu vereinfachen, um ein Durchlaufverfahren bereitstellen zu können.It is therefore an object of the invention to simplify the production process in order to be able to provide a continuous process.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte: a) Bereitstellen eines ersten lichtdurchlässigen Substrats mit einem aktiven Bereich zum Wandeln von Sonnenenergie, b) Bereitstellen eines zweiten Substrats, c) Halten des ersten und zweiten Substrats parallel zueinander mit einem vorbestimmten Abstand zueinander, wobei der aktive Bereich zwischen ersten und zweiten Substrat angeordnet ist, d) Füllen des Zwischenraums mit einem flüssigen Material und e) Aushärten des flüssigen Materials wodurch der aktive Bereich verkapselt wird. Mit diesem Verfahren kann man auf den Einsatz des Autoklaven verzichten und das Verfahren kann in einem Durchlaufverfahren durchgeführt werden. Hierdurch vereinfacht sich der Herstellungsprozess.This object is achieved with the method for producing a thin-film solar module according to
Die Aufgabe wird ferner mit dem Verfahren zum Herstellen eines Dünnschichtsolarmoduls nach Anspruch 2 gelöst. Dieses umfasst die Schritte: f) Bereitstellen eines ersten lichtdurchlässigen Substrats mit einem aktiven Bereich zum Wandeln von Sonnenenergie, g) Aufbringen eines flüssigen Materials auf die Seite des lichtdurchlässigen Substrats mit dem aktiven Bereich, und h) Aushärten des flüssigen Materials wodurch der aktive Bereich verkapselt wird. Auch gemäß diesem Verfahren kann man auf den Einsatz eines Autoklaven verzichten und das Verfahren im Durchlaufverfahren durchführen. Zusätzlich kann man in diesem Verfahren noch auf den Einsatz des zweiten Substrats, das üblicherweise aus Glas und somit recht schwer ist verzichten. Die Module werden leichter und der Aufbau einfacher.The object is further achieved with the method for producing a thin-film solar module according to claim 2. This comprises the steps of: f) providing a first translucent substrate having an active region for converting solar energy, g) applying a liquid material to the side of the translucent substrate with the active region, and h) curing the liquid material thereby encapsulating the active region becomes. Also according to this method, one can dispense with the use of an autoclave and perform the process in a continuous process. In addition, it is still possible to dispense with the use of the second substrate, which is usually made of glass and therefore quite heavy in this process. The modules become lighter and the construction easier.
Bevorzugt kann vor Schritt h) ein oder mehrere Befestigungselemente zum Anbringen des Dünnschichtsolarmoduls an einer Unterkonstruktion und/oder ein oder mehrere elektrische Anschlussvorrichtungen und/oder ein oder mehrere Verstärkungselemente über der Seite des lichtdurchlässigen Substrats mit dem aktiven Bereich bereitgestellt werden und nach Schritt h) mit dem ausgehärteten Material integriert, insbesondre formschlüssig verbunden, werden. Somit können in einem Prozessschritt die weiteren für den Einsatz eines Moduls benötigten Elemente integriert werden. Zusätzliche Klebeschritte sind somit nicht mehr nötig. Die Anschlussvorrichtungen können so ausgelegt sein, dass auch Mittel zur Zugentlastung der Anschlusskabel des aktiven Bereichs gleichzeitig mit der Verkapselung eingegossen werden können.Preferably, prior to step h), one or more fasteners may be provided for attaching the thin film solar module to a substructure and / or one or more electrical connection devices and / or one or more reinforcing elements over the side of the translucent substrate having the active region and after step h) the hardened material integrated, in particular positively connected, be. Thus, in one process step, the further elements required for the use of a module can be integrated. Additional glue steps are therefore no longer necessary. The connection devices can be designed so that means for strain relief of the connection cable of the active area can be poured simultaneously with the encapsulation.
Bevorzugt kann im Schritt g) eine Form bereitgestellt werden in die das flüssige Material gefüllt wird. Mit Hilfe der Form können somit beliebige geometrische Strukturen für die Verkapselung erzielt werden.Preferably, in step g), a mold can be provided in which the liquid material is filled. With the help of the mold thus any geometric structures for the encapsulation can be achieved.
Gemäß einer weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung die Schritte g) und h) mehrmals durchgeführt werden, um mehrere Schichten auszubilden. Bevorzugt können für die mehreren Schichten unterschiedliche Formen eingesetzt werden. Damit kann man an vorbestimmten Stellen gezielt mehr Material anordnen.According to a further preferred embodiment of the invention, the steps g) and h) are performed several times to form a plurality of layers. Preferably, different shapes can be used for the multiple layers. So you can selectively arrange more material at predetermined locations.
Vorteilhafterweise kann nach Schritt h) das ausgehärtete Material unterschiedliche Dicken, insbesondere in der Form von Verstärkungsrippen, aufweisen. Beim Einsatz von Verstärkungsbereichen kann die nötige Stabilität durch das Verkapselungsmaterial gesichert werden und somit der Einsatz von Stahl-, Aluminium- oder Edelstahlelementen, wie in den bekannten Modulen noch üblich erheblich reduziert werden. Dank der Bereiche mit unterschiedlichen Dicken kann das Modul lastoptimiert werden, Spannungen können ausgleichen werden und/oder Spannungsspitzen aufgenommen werden.Advantageously, after step h), the hardened material may have different thicknesses, in particular in the form of reinforcing ribs. When using reinforcement areas, the necessary stability can be ensured by the encapsulation material and thus the use of steel, aluminum or stainless steel elements, as is still common in the known modules, can be considerably reduced. Thanks to the areas with different thicknesses, the module can be load-optimized, voltages can be compensated and / or voltage peaks can be recorded.
Bevorzugt können die ein oder mehrere Befestigungselemente und/oder die ein oder mehrere Anschlussvorrichtungen und/oder die ein oder mehrere Verstärkungselemente so angeordnet werden, dass sie sich nach Schritt h) in dickeren Bereichen des ausgehärteten Materials befinden. Hierdurch wird der Materialeinsatz weiter verbessert.Preferably, the one or more fasteners and / or the one or more Connecting devices and / or the one or more reinforcing elements are arranged so that they are after step h) in thicker areas of the cured material. As a result, the use of materials is further improved.
Vorteilhafterweise können die Verstärkungsrippen zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet sein. Bei solchen Geometrien kann bei Optimierung des Materialeinsatzes trotzdem eine gleichmäßige Belastungsaufnahme am Modul ermöglicht werden, da die dickeren Bereiche entlang Bereichen höherer Spannungen verlaufen können.Advantageously, the reinforcing ribs may be at least partially arcuate. In such geometries can be made possible with optimization of the material use nevertheless a uniform load on the module, since the thicker areas can extend along areas of higher voltages.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das flüssige Material so bereitgestellt werden, dass nach Schritt h) das ausgehärtete Material zumindest abschnittsweise über den Rand des Substrats lateral übersteht und/oder den Rand des Substrates umschließt. Damit wird in einem Prozessschritt auch noch ein Schutzbereich bereitgestellt, um Schäden am lichtdurchlässigen Substrat zu verhindern.According to a preferred embodiment, the liquid material can be provided so that after step h) the cured material protrudes laterally at least in sections over the edge of the substrate and / or surrounds the edge of the substrate. This also provides a protection area in a process step in order to prevent damage to the light-transmitting substrate.
Weiter vorteilhaft kann das ausgehärtete Material reflektierende Eigenschaften, insbesondere eine weiße Farbe, und/oder schützende oder stabilisierende Eigenschaften aufweisen. Dadurch kann auf zusätzliche reflektierende Schichten verzichtet werden und der Aufbau des Moduls weiter vereinfacht werden. Mit schützenden oder stabilisierenden Eigenschaften lässt sich die Lebensdauer verlängern Bevorzugt kann das flüssige Material ein Polymer-Werkstoff, insbesondere ein Polyurethan Kunststoff sein. Polymer-Werkstoffe sind leicht und können in beliebige Formen gegossen werden. Somit können leichtere Module bereitgestellt werden, die trotzdem die Anforderungen an eine langlebige Verkapselung gewährleisten.Further advantageously, the cured material may have reflective properties, in particular a white color, and / or protective or stabilizing properties. This eliminates the need for additional reflective layers and the structure of the module can be further simplified. With protective or stabilizing properties, the lifetime can be extended. Preferably, the liquid material may be a polymer material, in particular a polyurethane plastic. Polymer materials are lightweight and can be cast in any shape. Thus, lighter modules can be provided, which nevertheless ensure the requirements for a long-lasting encapsulation.
Weiter bevorzugt können ferner Füllmaterialien, insbesondere Faserverstärkungen und/oder Füllstoffe zur Beeinflussung von thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften, im Schritt d) oder g) zugegeben werden. Hierdurch kann der Aufbau des Moduls weiter optimiert werden und gegebenenfalls an unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst werden.Further preferably, fillers, in particular fiber reinforcements and / or fillers for influencing thermal and / or electrical properties, may be added in step d) or g). As a result, the structure of the module can be further optimized and optionally adapted to different purposes.
Besonders bevorzugt können die Zugaben so gestaltet werden, dass sich inhomogene Verteilungen im ausgehärteten Material ergeben. Die inhomogenen Verteilungen können dabei lateral als auch in Richtung der Schichtdicke ausgebildet sein. Beispielsweise können die Schichten die durch Wiederholung der Schritten g) und h) bereitgestellt werden, untereinander unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, um solche inhomogene Verteilungen zu erzielen. Beispielsweise kann eine Schicht elektrisch leitfähig ausgebildet werden, während eine andere Schicht besonders verstärkt wird. Insgesamt können durch die inhomogene Zugabe somit die Eigenschaften des Moduls weiter verbessert werden.Particularly preferably, the additions can be designed so that inhomogeneous distributions result in the cured material. The inhomogeneous distributions can be formed laterally as well as in the direction of the layer thickness. For example, the layers provided by repeating steps g) and h) may have different properties from each other to achieve such inhomogeneous distributions. For example, one layer can be made electrically conductive, while another layer is particularly reinforced. Overall, the properties of the module can be further improved by the inhomogeneous addition.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch das Solarmodul nach Anspruch 14 gelöst. Diese Modul kann insbesondere ein Dünnschichtsolarmodul sein und umfasst ein erstes lichtdurchlässiges Substrat mit einem aktiven Bereich zum Wandeln von Sonnenenergie, ein zweites Substrat und eine das lichtdurchlässige Substrat und das zweite Substrat verbindenden Schicht, wobei der aktive Bereich zwischen ersten und zweiten Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die verbindende Schicht aus einem ausgehärteten Polymer-Werkstoff ist. Dadurch wird ein Solarmodul bereitgestellt, dass sich leichter herstellen lässt als die konventionellen Module mit Kunststofffolie.The object of the invention is also achieved by the solar module according to claim 14. This module may in particular be a thin-film solar module and comprises a first transparent substrate having an active region for converting solar energy, a second substrate and a layer connecting the transparent substrate and the second substrate, wherein the active region is arranged between the first and second substrates characterized in that the connecting layer is made of a cured polymer material. This provides a solar module that is easier to manufacture than conventional plastic-film modules.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls mit einem Solarmodul nach Anspruch 15 gelöst. Diese kann insbesondere ein Dünnschichtsolarmodul betreffen und umfasst ein erstes lichtdurchlässiges Substrat mit einem aktiven Bereich zum Wandeln von Sonnenenergie, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Bereich durch eine Verkapselungseinheit aus einem ausgehärteten Polymer-Werkstoff bedeckt wird, das auch die Rückkonstruktion des Solarmoduls bildet. Dadurch kann ein leichteres Modul bereitgestellt werden im Vergleich zu den bekannten Glas-Glas Dünnschichtsolarmodulen.The object of the invention is likewise achieved with a solar module according to
Bevorzugt kann der Polymer-Werkstoff Füllmaterialien zur Beeinflussung von thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften aufweisen. Hierdurch kann der Aufbau des Moduls weiter optimiert werden und gegebenenfalls an unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst werden.The polymer material may preferably have filling materials for influencing thermal and / or electrical properties. As a result, the structure of the module can be further optimized and optionally adapted to different purposes.
Vorteilhafterweise kann die Verkapselungseinheit mehrere Schichten, insbesondere mit unterschiedlichen thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften, aufweisen. Die Verkapselungseinheit kann somit neben der Verkapselung mehrere Aufgaben erfüllen: Bereitstellung von elektrisch leitenden Bereichen beispielsweise zur Vereinfachung der Anordnung der Schnittstellen, Steifigkeit des Moduls, etc.Advantageously, the encapsulation unit can have a plurality of layers, in particular with different thermal and / or electrical properties. The encapsulation unit can thus fulfill a number of tasks in addition to the encapsulation: provision of electrically conductive regions, for example to simplify the arrangement of the interfaces, rigidity of the module, etc.
Bevorzugt kann die Verkapselungseinheit zumindest abschnittsweise über den Rand des Substrats lateral übersteht und/oder den Rand des Substrats umschließt. Hierdurch kann das Substrat gegen Bruch geschützt werden. Insbesondere wird die Montage erleichtert.Preferably, the encapsulation unit projects laterally beyond the edge of the substrate at least in sections and / or surrounds the edge of the substrate. This allows the substrate to be protected against breakage. In particular, the assembly is facilitated.
Vorteilhafterweise kann die Verkapselungseinheit unterschiedliche Dicken aufweisen. Somit können beispielsweise in dickere Bereiche weitere Elemente eines Moduls eingefügt werden, oder aber die Struktur des Moduls versteift werden.Advantageously, the encapsulation unit can have different thicknesses. Thus, for example, in thicker areas, further elements of a module can be inserted, or else the structure of the module can be stiffened.
Dabei können in die Verkapselungseinheit bevorzugt ein oder mehrere Befestigungselemente zum Anbringen des Dünnschichtsolarmoduls an einer Unterkonstruktion und/oder ein oder mehrere elektrische Anschlussvorrichtungen und/oder ein oder mehrere Verstärkungselemente über der Seite des lichtdurchlässigen Substrats mit dem aktiven Bereich integriert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine formschlüssige Verbindung. Dadurch kann auf aufwendige Befestigungsschritte wie Kleben oder Verschrauben verzichtet werden. In this case, one or more fastening elements for attaching the thin-film solar module to a substructure and / or one or more electrical connection devices and / or one or more reinforcement elements can be integrated into the encapsulation unit over the side of the light-transmissive substrate with the active region. Particularly advantageous is a positive connection. This eliminates the need for expensive attachment steps such as gluing or screwing.
Nachfolgend werden, unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren, erfindungsgemäße Ausführungsformen im Detail beschrieben und erläutert. Es zeigenHereinafter, with reference to the following figures, embodiments of the present invention will be described and explained in detail. Show it
Die
Gemäß den Schritten a), b) und c) des Anspruchs 1 werden in
In dieser Ausführungsform ist das erste lichtdurchlässige Substrat
Der aktive Bereich
Eventuell kann auf der freien Oberfläche
Entsprechend Schritt d) wird dann, wie in
Entsprechend Schritt e) des Anspruchs 1 wird das flüssige Material dann ausgehärtet wodurch der aktive Bereich
Mit diesem Verfahren kann auf den Einsatz einer Kunststofffolie verzichtet werden und somit auch auf den aufwendigeren Laminierprozess unter Einsatz eines Autoklavs.With this method can be dispensed with the use of a plastic film and thus on the more complex lamination process using an autoclave.
Besonders bevorzugt ist das flüssige Material dabei so gewählt, dass es reflektierende Eigenschaften aufweist, wodurch auch eine zusätzliche Reflektorschicht vermeidbar ist. Dies wird beispielsweise durch eine geeignete Farbwahl erzielt. Eventuell können auch Füllmaterialien in das flüssige Material gegeben werden um schützende oder stabilisierende Eigenschaften zu erzielen. Dies kann beispielsweise die Festigkeit, die thermische Ausdehnung oder die elektrischen Eigenschaften betreffen.Particularly preferably, the liquid material is chosen so that it has reflective properties, whereby an additional Reflector layer is avoidable. This is achieved for example by a suitable color choice. Optionally, fillers may also be added to the liquid material to provide protective or stabilizing properties. This can for example affect the strength, the thermal expansion or the electrical properties.
Die
Gemäß Schritt f) des zweiten Anspruchs wird ein erstes lichtdurchlässigen Substrat
Nach Einfüllen des flüssigen Materials
Zusätzlich zu den Vorteilen der ersten Ausführungsform kann man gemäß der zweiten Ausführungsform ein Solarmodul herstellen, dass durch die Verwendung einer Verkapselungseinheit
Durch den Einsatz der Form
Durch Wiederholen der Schritte, die in
In einer weiteren Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform kann auch eine Form
Erfindungsgemäß können natürlich auch mehr oder weniger Rippen zum Einsatz kommen. Diese können auch geradlinig verlaufen.Naturally, more or less ribs can also be used according to the invention. These can also be straight.
In dieser Ausführungsform sind zusätzlich die elektrischen Anschlussbereiche
Die Anordnung der Anschlussbereiche in den Rippen ist hier nur als eine Variante zu sehen. Natürlich könnten die Anschlussbereiche auch außerhalb der Rippen
Die einzelnen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. Bezüglich der ersten und zweiten Ausführungsform und der verschiedenen Varianten der sich ergebenden Module ist die Erfindung nicht nur auf Dünnschichtsolarmodule beschränkt. Vielmehr ist sie auch auf kristalline Module anwendbar.The individual features of the different embodiments can be combined with each other as desired. With respect to the first and second embodiments and the various variants of the resulting modules, the invention is not limited only to thin-film solar modules. Rather, it is also applicable to crystalline modules.
Mit den erfindungsgemäßen Modulen wird einerseits das Herstellungsverfahren vereinfacht und andrerseits kann bei Nutzung der Verkapselungseinheit ein Gewichtsreduzierung erzielt werden. Dank der integrierten Verstärkungselementen sowie der integrierbaren Befestigungselementen und Anschlussvorrichtungen kann der Aufbau der Module und deren Herstellung weiter vereinfacht werdenWith the modules according to the invention, on the one hand, the production process is simplified and, on the other hand, a weight reduction can be achieved when using the encapsulation unit. Thanks to the integrated reinforcement elements as well as the integrable fastening elements and connecting devices, the structure of the modules and their manufacture can be further simplified
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