DE102011001206A1

DE102011001206A1 - Encapsulated solar module and method for its production

Info

Publication number: DE102011001206A1
Application number: DE102011001206A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Freese Stephan; Dirk Albrecht
Original assignee: Q MO SOLAR AG; Q-MO SOLAR AG; SITEC SOLAR GmbH
Current assignee: RETURNOFTHESUN UG (HAFTUNGSBESCHRAENKT), DE; SITEC SOLAR GMBH, DE
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13
Also published as: WO2012119600A2; WO2012119600A3

Abstract

Bei einem verkapselten Solarmodul für elektrische Kleingeräte, das eine Mehrzahl von auf einem Trägerkörper angebrachten und über Solarzellenkontakte, Kontaktbahnen und Leiterbahnen miteinander verschalteten Solarzellen umfasst, besteht die Verkapselung aus einer auf der oberen Seite des Solarmoduls ausgebildeten Kaltlaminatschicht (13') und einer mit dieser verklebten, kratzfesten Abdeckplatte (12) sowie einer mit der Kaltlaminatschicht verbundenen und in den Raum zwischen den Solarzellen (2) und dem Trägerkörper (5) durch einen an den Bohrungen (11) im Trägerkörper erzeugten Unterdruck eingesaugten Kaltlaminatfüllung (13''). Die so ausgebildete Verkapselung gewährleistet einen perfekten Schutz des Solarmoduls vor mechanischen Einwirkungen sowie flüssigen, gas- oder dampfförmigen Medien und UV-Strahlen. Zudem ist die Oberseite des verkapselten Solarmoduls völlig eben und mit geraden Außenkanten ausgebildet und kann bedruckt und/oder eingefärbt werden. Die Herstellung der so ausgebildeten Solarmodule ist einfach und kostengünstig.In the case of an encapsulated solar module for small electrical appliances, which comprises a plurality of solar cells attached to a carrier body and interconnected via solar cell contacts, contact tracks and conductor tracks, the encapsulation consists of a cold laminate layer (13 ') formed on the upper side of the solar module and one that is glued to it , scratch-resistant cover plate (12) and a cold laminate filling (13 ″) connected to the cold laminate layer and sucked into the space between the solar cells (2) and the carrier body (5) by a negative pressure generated at the bores (11) in the carrier body. The encapsulation designed in this way ensures perfect protection of the solar module against mechanical influences as well as liquid, gaseous or vaporous media and UV rays. In addition, the top of the encapsulated solar module is completely flat and designed with straight outer edges and can be printed and / or colored. The production of the solar modules designed in this way is simple and inexpensive.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul für elektrische Kleingeräte, das eine Mehrzahl von auf einem Trägerkörper angebrachten und über Solarzellenkontakte, Kontaktbahnen und Leiterbahnen miteinander verschalteten Solarzellen und eine Verkapselung zum Schutz vor äußeren Einflüssen aufweist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines verkapselten Solarmoduls.The invention relates to a solar module for small electrical appliances, which has a plurality of mounted on a support body and solar cell contacts, contact tracks and interconnects interconnected solar cells and an encapsulation for protection against external influences. The invention further relates to a method for producing an encapsulated solar module.

Es ist bekannt, die für elektrische Kleingeräte vorgesehenen Solarmodule durch einen Verguss mit aushärtbaren Harzen oder durch ein Heißlaminationsverfahren nach außen zu verkapseln und dadurch vor mechanischen Einwirkungen oder Umwelteinflüssen wie Strahlung, Feuchtigkeit, aggressiven Medien und dergleichen zu schützen. In den meisten Fällen werden Solarmodule zum äußeren Schutz in einem Polyurethan-Kunststoff oder in einem Epoxid-Kunstharz vergossen. Dieses kostengünstige und zudem einfache Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als die eingesetzten Kunststoffe höchsten Anforderungen an die Kratzfestigkeit und den Schutz des Solarmoduls vor Umwelteinflüssen nicht gerecht werden. Nachteilig ist zudem die durch Rundungen gekennzeichnete und für die Unterbringung in einem Gehäuse nicht optimale äußere Form des durch eine Vergussmasse geschützten Solarmoduls. Vorteilhafter bezüglich des äußeren Schutzes und der äußeren Gestalt ist eine durch ein Heißlaminationsverfahren erzeugte Verkapselung, die jedoch aufgrund des hohen Kostenaufwandes für die Laminationsanlagen nur bei großen Solarmodulen wirtschaftlich angewendet werden kann. Zudem ist auch bei einer nach diesem Verfahren erzeugten Verkapselung ein vollständiger Feuchteschutz nicht gewährleistet.It is known to encapsulate the intended for small electrical appliances solar modules by casting with curable resins or by a Heißlaminationsverfahren to the outside and thereby protect against mechanical effects or environmental influences such as radiation, moisture, aggressive media and the like. In most cases, solar modules are encapsulated for external protection in a polyurethane plastic or in an epoxy resin. However, this inexpensive and also simple method is disadvantageous in that the plastics used do not meet the highest requirements for scratch resistance and protection of the solar module from environmental influences. Another disadvantage is the marked by rounding and not optimal for housing in a housing outer shape of the protected by a potting compound solar module. More advantageous with respect to the external protection and the external shape is an encapsulation produced by a hot lamination process, which, however, can be used economically only for large solar modules due to the high cost of the lamination systems. In addition, even with an encapsulation produced by this method, a complete moisture protection is not guaranteed.

Ein weiterer Nachteil der durch Vergießen oder Heißlaminieren bewirkten Verkapselung sind die eingeschränkten Gestaltungsmöglichkeiten des Solarmoduls hinsichtlich des Bedruckens oder einer bestimmte Farbgebung.Another disadvantage of the encapsulation caused by potting or hot lamination is the limited design possibilities of the solar module with regard to printing or a specific coloration.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verkapseltes Solarmodul der eingangs erwähnten Art zur autarken Stromversorgung elektrischer Kleingeräte so auszubilden, das ein maximaler Schutz gegenüber äußeren Einflüssen und eine optimale Gestaltung in Verbindung mit der Zuordnung zu dem mit Strom zu versorgenden Kleingerät gewährleistet sind. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines verkapselten Solarmoduls anzugeben.The invention has for its object to form an encapsulated solar module of the type mentioned for self-sufficient power supply electrical appliances so that maximum protection against external influences and optimal design in conjunction with the assignment to be supplied with power small appliance guaranteed. Another object of the invention is to provide a low-cost method for producing an encapsulated solar module.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten verkapselten Solarmodul und mit einem Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.According to the invention the object is achieved with an encapsulated solar module designed in accordance with the features of patent claim 1 and with a method for the production thereof according to the features of patent claim 7.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous and advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einem verkapselten Solarmodul für elektrische Kleingeräte, das eine Mehrzahl von auf einem Trägerkörper angebrachten und über Solarzellenkontakte, Kontaktbahnen und Leiterbahnen miteinander verschalteten Solarzellen umfasst, besteht der Kern der Erfindung darin, dass die Verkapselung aus einer auf der oberen Seite des Solarmoduls ausgebildeten Kaltlaminatschicht und einer mit dieser verklebten, kratzfesten Abdeckplatte sowie einer mit der Kaltlaminatschicht verbundenen und in den Raum zwischen den Solarzellen und dem Trägerkörper durch einen an den Bohrungen im Trägerkörper erzeugten Unterdruck über die Ränder des Solarmoduls eingesaugten Kaltlaminatfüllung besteht. Die so ausgebildete Verkapselung gewährleistet einen perfekten Schutz des Solarmoduls vor mechanischen Einwirkungen sowie flüssigen, gas- oder dampfförmigen Medien und UV-Strahlen. Zudem ist die Oberseite des verkapselten Solarmoduls völlig eben und mit geraden Außenkanten ausgebildet und kann bedruckt und/oder eingefärbt werden.In an encapsulated solar module for small electrical appliances, which comprises a plurality of mounted on a support body and solar cell contacts, contact tracks and interconnects interconnected solar cells, the core of the invention is that the encapsulation of a formed on the upper side of the solar module cold laminate layer and a with this glued, scratch-resistant cover plate and one connected to the cold laminate layer and in the space between the solar cell and the carrier body by a generated at the holes in the carrier body vacuum over the edges of the solar module sucked cold laminate filling. The encapsulation formed in this way ensures perfect protection of the solar module against mechanical effects as well as liquid, gaseous or vaporous media and UV rays. In addition, the top of the encapsulated solar module is completely flat and formed with straight outer edges and can be printed and / or colored.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die Abdeckplatte aus einer kratzfesten Kunststofffolie, die in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Plexiglasfolie, und zwar vorzugsweise mit einer Nanobeschichtung, ausgebildet ist.In a further embodiment of the invention, the cover plate consists of a scratch-resistant plastic film, which is formed in a particularly preferred embodiment as plexiglass film, preferably with a nano-coating.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des verkapselten Solarmoduls wird der Trägerkörper mit den mit Lot beschichteten Kontaktbahnen und den darauf abgelegten Solarzellen in eine Aushärteform eingebracht und die Oberseite der Solarzelle zunächst mit Kaltlaminat und anschließend mit einer folienartigen Abdeckplatte aus Plexiglas belegt. Das so vorbereitete Solarmodul wird mithilfe einer Spannvorrichtung zusammengedrückt und ein Teil des auf die Oberseite der Solarzellen aufgebrachten Kaltlaminats wird durch einen an den Bohrungen im Trägerkörper erzeugten Unterdruck über die Ränder in das Solarmodul gesaugt, wobei dadurch eine homogene Laminatschicht an der Oberseite und eine homogene Laminatfüllung im Innern des Solarmoduls erzeugt wird. Anschließend wird bei erhöhter Temperatur in einem Aushärteofen ein Löt- und Aushärteprozess durchgeführt. Das Verfahren ist kostengünstig und kommt ohne aufwendige Sondermaschinen aus.According to the inventive method for producing the encapsulated solar module, the carrier body is introduced with the solder-coated contact tracks and the solar cells deposited thereon in a Aushärteform and the top of the solar cell initially covered with cold laminate and then with a sheet-like cover plate made of Plexiglas. The solar module prepared in this way is compressed by means of a tensioning device and a part of the cold laminate applied to the upper side of the solar cells is sucked into the solar module via a vacuum generated at the bores in the carrier body, whereby a homogenous laminate layer on the upper side and a homogeneous laminate filling is generated inside the solar module. Subsequently, a soldering and curing process is carried out at elevated temperature in a curing oven. The process is inexpensive and does not require elaborate special machines.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in derAn embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which

1 eine Draufsicht auf ein Solarmodul, das der Einfachheit halber nur eine Solarzelle umfasst und auf dem zur Illustration die Kontaktbahnen zur Stromabnahme von den Solarzellenkontakten sichtbar gemacht sind; und 1 a plan view of a solar module, which for simplicity only comprises a solar cell and on the illustration of the contact tracks for power removal are made visible by the solar cell contacts; and

2 eine Seitenansicht eines verkapselten Solarmoduls
zeigt, näher erläutert. 2 a side view of an encapsulated solar module
shows, explained in more detail.

Das in der Zeichnung dargestellte Solarmodul 1 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform eine einzige Solarzelle 2 mit nur auf deren Rückseite ausgebildeten, in der Zeichnung (1) als strichlierte Linien dargestellten positiven und negativen Solarzellenkontakten 3. Die im Wechsel an der Rückseite der Solarzelle 2 ausgebildeten positiven und negativen Solarzellenkontakte 3 sind mithilfe einer Lotpaste 4 mit den auf einem Trägerkörper 5 angebrachten positiven und negativen Kontaktbahnen 6, 7 verbunden. Die positiven und die negativen Kontaktbahnen 6, 7 sind jeweils in einer Kontaktbahnreihe 8, 9 angeordnet, wobei die Kontaktbahnen der einen Reihe zu den Kontaktbahnen der zweiten Reihe mittig zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, trotz des geringen Abstandes zwischen den Solarzellenkontakten 3 ohne Kurzschlussgefahr eine zuverlässige Kontaktierung der Solarzellenkontakte 3 mit den zugehörigen Kontaktbahnen 6, 7 zu gewährleisten. Die positiven und negativen Kontaktbahnreihen 8, 9 sind jeweils über eine Leiterbahn (nicht dargestellt) mit Anschlusspunkten zur Stromabnahme (nicht dargestellt) verbunden. Die Kontaktbahnen 6, 7 sind mittels einer Abdecklackschicht 10 gegeneinander isoliert. In dem Trägerkörper 5 und der Abdecklackschicht 10 befinden sich kleine, zwischen den Kontaktbahnen 6, 7 liegende Bohrungen 11. Die freie – obere – Seite der Solarzelle 2 ist mit einer – hier aus einer Plexiglasfolie bestehenden – Abdeckplatte 12 abgedeckt, die mithilfe eines als Feuchtigkeits-, Staub- und UV-Schutz dienenden Kaltlaminats 13 (Kleber) fest mit der Solarzelle verbunden ist. Das Kaltlaminat 13 bildet auf der Oberseite des Solarmoduls eine Laminatschicht 13' und dringt infolge einer von außen am Trägerkörper erzeugten Saugwirkung durch die Bohrungen 11 und füllt den zwischen der Solarzelle und dem Trägerkörper 5 verbleibenden freien Raum vollständig mit einer Kaltlaminatfüllung 13'' aus, so dass die Solarzelle 2, die Solarzellenkontakte 3, die Kontaktbahnen 6, 7 und die Leiterbahnen zu den Außenanschlüssen gegenüber äußeren Einflüssen hermetisch abgedichtet sind. Die Oberseite des Solarmoduls 1 ist – insbesondere gegenüber mechanischen Einwirkungen – in besonderer Weise durch die innig mit der Laminatschicht 13' verbundene Abdeckplatte 12 geschützt. Die kratzfeste Abdeckplatte 12 sorgt zudem für eine glatte, ebene, ästhetisch anspruchsvolle Oberfläche des Solarmoduls 1 mit geraden, nicht gerundeten Randbereichen und gestattet eine exakte Einbindung des Solarmoduls in das mit Strom zu versorgende Kleingerät. Aufgrund der Abdeckung des Solarmoduls mit der mit der Laminatschicht 13' verklebten Abdeckplatte 12 kann die ästhetische Wirkung des Solarmoduls 1 noch durch das jetzt mögliche Bedrucken mit einer Beschriftung, einem Logo oder dgl. oder durch eine Einfärbung der Abdeckplatte oder auch des Kaltlaminats verbessert werden.The solar module shown in the drawing 1 in the present embodiment comprises a single solar cell 2 formed with only on its back, in the drawing ( 1 ) as dashed lines shown positive and negative solar cell contacts 3 , The alternately on the back of the solar cell 2 trained positive and negative solar cell contacts 3 are using a solder paste 4 with those on a carrier body 5 attached positive and negative contact tracks 6 . 7 connected. The positive and the negative contact tracks 6 . 7 are each in a contact track series 8th . 9 arranged, wherein the contact paths of the one row to the contact paths of the second row are arranged centrally offset from each other. This makes it possible, despite the small distance between the solar cell contacts 3 without danger of short circuit a reliable contacting of the solar cell contacts 3 with the associated contact tracks 6 . 7 to ensure. The positive and negative contact path series 8th . 9 are each connected via a conductor track (not shown) with connection points for current collection (not shown). The contact tracks 6 . 7 are by means of a Abdecklackschicht 10 isolated against each other. In the carrier body 5 and the resist layer 10 are small, between the contact tracks 6 . 7 lying holes 11 , The free - upper - side of the solar cell 2 is with a - here consisting of a plexiglass film - cover plate 12 covered with a moisture, dust and UV protective cold laminate 13 (Glue) is firmly connected to the solar cell. The cold laminate 13 forms on the top of the solar module a laminate layer 13 ' and penetrates as a result of a suction generated from outside on the carrier body through the holes 11 and fills the between the solar cell and the carrier body 5 remaining free space completely with a cold laminate filling 13 '' out, leaving the solar cell 2 , the solar cell contacts 3 , the contact tracks 6 . 7 and the tracks are hermetically sealed to the external terminals against external influences. The top of the solar module 1 is - in particular against mechanical effects - in a special way by intimately with the laminate layer 13 ' connected cover plate 12 protected. The scratch-resistant cover plate 12 also ensures a smooth, even, aesthetically pleasing surface of the solar module 1 with straight, non-rounded edge areas and allows an exact integration of the solar module in the small device to be supplied with electricity. Due to the cover of the solar module with that with the laminate layer 13 ' glued cover plate 12 can the aesthetic effect of the solar module 1 be improved by the now possible printing with a label, a logo or the like. Or by coloring the cover plate or the cold laminate.

Die Herstellung der Verkapselung erfolgt in der Weise, dass der mit den Kontaktbahnen und Leiterbahnen ausgebildete Trägerkörper und die auf diesen aufgelegte(n) Solarzelle(n) in eine Aushärteform eingebracht werden und anschließend zunächst das Kaltlaminat und danach die Abdeckplatte auf die freie Oberfläche der Solarzelle(n) aufgebracht werden. Anschließend wird der so ausgebildete sandwichartige Grundaufbau – beispielsweise mit einer Spannvorrichtung – zusammengedrückt und darüber hinaus an den Öffnungen der Bohrungen 11 im Trägerkörper eine Saugwirkung erzeugt, so dass sich das Kaltlaminat gleichmäßig und blasenfrei an der Oberfläche der Solarzelle und in dem Raum unter der Solarzelle verteilt. Das so vorbereitete Solarmodul wird in einen Aushärteofen eingebracht, um bei erhöhter Temperatur die Lötpaste zwischen den Solarzellenkontakten und den Kontaktbahnen auszuhärten.The encapsulation is produced in such a way that the carrier body formed with the contact tracks and conductor tracks and the solar cell (s) placed thereon are introduced into a curing mold and then first the cold laminate and then the cover plate onto the free surface of the solar cell (n) are applied. Subsequently, the thus formed sandwich-like basic structure - for example, with a clamping device - compressed and beyond the openings of the holes 11 generates a suction effect in the carrier body, so that the cold laminate is distributed uniformly and bubble-free on the surface of the solar cell and in the space under the solar cell. The solar module prepared in this way is introduced into a curing oven in order to harden the solder paste between the solar cell contacts and the contact paths at elevated temperature.

Auf diese Weise wird ein formgenaues, kompaktes Solarmodul bereitgestellt, dessen Einzelteile über das Kaltlaminat formschlüssig verbunden sind, und das nach außen hermetisch verkapselt und an der Oberfläche eben und kratzfest abgedeckt ist.In this way, a dimensionally accurate, compact solar module is provided whose individual parts are positively connected via the cold laminate, and which is hermetically encapsulated to the outside and covered flat and scratch-resistant on the surface.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Solarmodulsolar module
22: Solarzellesolar cell
33: Solarzellenkontaktesolar cell contacts
44: Lotpastesolder paste
55: Trägerkörpersupport body
66: pos. Kontaktbahnen auf 5 pos. Contact tracks on 5
77: neg. Kontaktbahnen auf 5 neg. contact tracks on 5
88th: pos. Kontaktbahnreihepos. Contact track series
99: neg. Kontaktbahnreiheneg. contact track series
1010: Abdecklackschichtresist layer
1111: Bohrungen in 5, 10, 2 Drilling in 5 . 10 . 2
1212: Abdeckplattecover
13'13 ': Kaltlaminatschicht (Kleber)Cold laminate layer (adhesive)
13''13 '': Kaltlaminatfüllung (Kleber)Cold laminate filling (adhesive)

Claims

Solar module for small electrical appliances having a plurality of mounted on a support body and solar cell contacts, contact tracks and interconnects interconnected solar cells and an encapsulation for protection against external influences, characterized in that the encapsulation on the upper side of the solar module ( 1 ) formed cold laminate layer ( 13 ' ) and a scratch-resistant cover plate bonded thereto ( 12 ) and one connected to the cold laminate layer and into the space between the solar cells and the support body through one of the holes ( 11 ) in the carrier body ( 5 ) generated negative pressure sucked cold laminate filling ( 13 '' ).

Solar module according to claim 1, characterized in that the cover plate ( 12 ) consists of a scratch-resistant plastic film.

Solar module according to claim 2, characterized in that the cover plate ( 12 ) consists of a Plexiglas film.

Solar module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cover plate ( 12 ) is coated with nanoparticles.

Solar module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cover plate ( 12 ) is printed and / or colored.

Solar module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cold laminate layer ( 13 ' ) is colored.

Method for producing a solar module according to claim 1, characterized in that the carrier body ( 5 ) are introduced into a curing mold with the solder-coated contact tracks and the solar cells deposited thereon, and the upper side of the solar cell ( 2 ) first with cold laminate and then with a foil-like cover plate ( 12 ) is made of plastic, and squeezed the thus prepared solar module by means of a clamping device and a part of the applied to the top of the solar cell cold laminate by a at the holes ( 11 ) is sucked in the carrier body generated negative pressure in the solar module and thereby a homogeneous laminate layer ( 13 ' ) at the top and a homogeneous laminate filling ( 13 '' ) is generated in the interior of the solar module and then at elevated temperature in a curing oven, a soldering and curing process is performed.