DE102012101441A1

DE102012101441A1 - Solarmodul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102012101441A1
Application number: DE201210101441
Authority: DE
Inventors: Maximilian Scherff
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-08-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul (10, 40), das ein die Frontseite des Solarmoduls bildendes Frontseitenverkapselungselement (11), eine Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen (16), die zu einem Solarzellen-String elektrisch verschaltet sind, ein die Rückseite des Solarmoduls bildendes Rückseitenverkapselungselement (26), und mindestens einen Modulanschluss (21) aufweist, der mindestens einen elektrischen Anschluss (24) aufweist, der mit dem Solarzellen-String elektrisch verschaltet ist. Das Solarmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass der Modulanschluss (21) weiterhin mindestens ein den elektrischen Anschluss (24) verkapselndes Anschlussgehäuse (22) aufweist und das Anschlussgehäuse (22) zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement (26) einlaminiert ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Solarmoduls.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul und ein Verfahren zur dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Solarmodul, das ein die Frontseite des Solarmoduls bildendes Frontseitenverkapselungselement, eine Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen, die zu einem Solarzellen-String elektrisch verschaltet sind, ein die Rückseite des Solarmoduls bildendes Rückseitenverkapselungselement, und mindestens einen Modulanschluss aufweist. Der Modulanschluss weist mindestens einen elektrischen Anschluss auf, der mit dem Solarzellen-String elektrisch verschaltet ist.
Derartige Solarmodule weisen im Allgemeinen weiterhin eine Anschlussdose auf, die auf den Modulanschluss gesetzt wird und diesen umschließt, um den elektrischen Anschluss vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Schmutz zu schützen. Es gibt verschieden aufgebaute Solarmodule dieser Art und verschiedene Verfahren, um diese Solarmodule herzustellen.
Eines der bekannten Verfahren läuft wie folgt ab. Es wird eine Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen elektrisch verschaltet und auf ein Frontverkapselungselement aufgebracht. Anschließend wird ein Rückseitenverkapselungselement auf den Halbleiterwafer-Solarzellen angeordnet. Abzweige der elektrischen Verschaltung werden durch Öffnungen, die sich in dem Rückseitenverkapselungselement befinden durchgefädelt. Anschließend wird zwischen die Abzweige und die Solarzellen Trennmaterial aufgebracht und die erhaltene Struktur wird in einem Laminator laminiert. Anschließend wird ein Rahmen am Laminat angebracht. Die durch die Öffnungen des Rückseitenverkapselungselements durchgeführten Abzweige der elektrischen Verschaltung werden hochgebogen, sodass sie weiterhin elektrisch verschaltet werden können. An eine an das Solarmodul anzubringenden Modulanschlussdose werden beidseitig klebende Pads angebracht, die verhindern sollen, dass der Modulanschluss während des nachfolgend durchgeführten Verklebens verrutscht. Anschließend wird ein Silikonkleber aufgebracht. Die Modulanschlussdose wird auf dem Solarmodul platziert. Die gebogenen Abzweige werden mit elektrischen Anschlüssen des Modulanschlusses kontaktiert (verlötet). Abschließend wird die Modulanschlussdose verschlossen und der Silikonkleber trocknet.
Ein alternatives Verfahren sieht vor, das Solarmodul folgendermaßen herzustellen: Es wird eine Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen elektrisch verschaltet und auf ein Frontverkapselungselement aufgebracht. Anschließend wird ein Rückseitenverkapselungselement auf den Halbleiterwafer-Solarzellen angeordnet. Die erhaltene Struktur wird laminiert. Dann wird ein Rahmen an das Solarmodul angebracht. Das Rückseitenverkapselungselement wird lokal geöffnet, um eine elektrische Verschaltung der Halbleiterwafer-Solarzellen mit einem elektrischen Anschluss eines an das Solarmodul anzubringenden Modulanschlusses zu ermöglichen. An die Modulanschlussdose werden Klebepads und ein Silikonkleber angebracht. Der Modulanschluss wird auf das Solarmodul geklebt, und der elektrische Anschluss des Modulanschlusses wird mit dem Solarmodul elektrisch verschaltet. Der Modulanschluss wird vergossen und verschlossen. Anschließend trocknet der Silikonkleber.
Die beiden vorstehenden Verfahren sind zeitlich und kostenmäßig sehr aufwändig, weil sie eine große Anzahl an Verfahrensschritten und einen hohen Materialverbrauch aufweisen.
Insbesondere bei Dünnschichtmodulen ist auch möglich, eine isolierende Lasche, in der der elektrische Kontakt seitlich aus dem Modul herausgeführt wird, in das Modul einzulaminieren. Probleme hierbei sind die mangelhafte mechanische Stabilität und die ungenügende Langzeitdichtigkeit am Solarmodulrand. Weiterhin kann diese Variante nur bei rahmenlosen Solarmodulen eingesetzt werden. Wenn derartige Solarmodule nicht in Fassaden integriert sind, sind die Anschlüsse direkt der Witterung ausgesetzt. Die Langzeitstabilität des Solarmoduls ist daher nicht gewährleistet.
Aus der EP2282349A ist ein Solarmodul bekannt, das eine Vielzahl von Solarzellen umfasst, die elektrisch mittels eines Leiterbandes verschaltet sind, das mit einem Kontaktstift verschaltet ist. Das Leiterband und der Kontaktstift sind in einer Laminierschicht angeordnet. Der Kontaktstift wird aus der Laminierschicht herausgeführt und ist derart ausgebildet, dass ein Anschlussgehäuse daran befestigt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Solarmodul zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig herstellbar ist und dessen elektrischen Anschlüsse nicht der Witterung ausgesetzt sind.
Die Aufgabe wird durch ein Solarmodul nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt.
Erfindungsgemäß weist der Modulanschluss weiterhin mindestens ein den elektrischen Anschluss verkapselndes Anschlussgehäuse auf, wobei das Anschlussgehäuse zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert ist. Durch die Verkapselung des elektrischen Anschlusses mit Hilfe eines Anschlussgehäuses ist der elektrische Anschluss nicht der Witterung ausgesetzt. D.h., der elektrische Anschluss ist in dem Solarmodul wetterresistent eingebaut. Der Ausdruck „wetterresistent“ bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass der elektrische Anschluss vor Umwelteinflüssen wie Nässe wie beispielsweise Spritzwasser oder eindringende Feuchtigkeit und Schmutz wie beispielsweise Staub in einem Betriebstemperaturbereich von +10°C bis mindestens +60°C geschützt ist. Durch die zumindest teilweise Einlaminierung des Anschlussgehäuses in das Rückseitenverkapselungselement werden einerseits Materialien wie Klebepads und Kleber gespart und andererseits wird durch die Integration des Anschlussgehäuses in das Rückseitenverkapselungselement die Festigkeit des Verbunds aus Modulanschluss und Rückseitenverkapselungselement gesteigert. Das Anschlussgehäuse ist durch die zumindest teilweise Einlaminierung in das Rückseitenverkapselungselement vor einem langzeitigen Loslösen oder Abfallen geschützt.
Bei dem elektrischen Anschluss kann es sich insbesondere um einen Kabelanschluss und/oder Steckverbinder handeln. Das Anschlussgehäuse kann insbesondere eine Anschlussdose oder ein Steckergehäuse sein.
Der Modulanschluss kann weiterhin mindestens eine Bypassdiode und/oder mindestens einen diskreten elektrischen Schaltkreis und/oder mindestens einen integrierten Schaltkreis enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Diode und/oder der Schaltkreis auch in einem oder mehreren Gehäusen untergebracht sein, die in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Diode und/oder der Schaltkreis auch direkt in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rückseitenverkapselungselement eine Öffnung auf. Das Anschlussgehäuse des Modulanschlusses ist zumindest zum Teil in der Öffnung angeordnet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil das Anschlussgehäuse in das Rückseitenverkapselungselement eingepasst werden kann. Weiterhin ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn das Anschlussgehäuse aus dem Rückseitenverkapselungselement aufgrund einer größeren Abmessung rückseitig von der Seite aus gesehen herausragt und die Elastizität des Rückseitenverkapselungselements nicht ausreichend ist, das Anschlussgehäuse zu umschließen und/oder sich keine Lufteinschlüsse im Grenzbereich des Anschlussgehäuses und Rückseitenverkapselungselements bilden sollen. In Bereichen solcher Lufteinschlüsse sowie in Kanten- und Randbereichen des Anschlussgehäuses ist die Belastung des Rückseitenverkapselungselements größer als in den anderen auf dem Anschlussgehäuse aufliegenden Bereichen und somit auch die Gefahr von Brüchen und Rissen in dem Rückseitenverkapselungsmaterial erhöht. Wenn das Anschlussgehäuse beispielsweise einen in einer Bodenebene flächig ausgebildeten Bodenbereich und einen sich über der Bodenebene aufwölbenden Steckbereich aufweist, dann ist vorzugsweise der Steckbereich in der Öffnung des Rückseitenverkapselungselements angeordnet.
Vorzugsweise weist die Öffnung eine Grundfläche auf, die kleiner ist als die Grundfläche des Anschlussgehäuses. Besonders bevorzugt weisen die Grundfläche der Öffnung und die Grundfläche des Anschlussgehäuses die gleiche Form auf, sind aber unterschiedlich groß. D.h., die Grundfläche der Öffnung und die Grundfläche des Anschlussgehäuses weisen unterschiedliche Durchmesser oder Breiten/Längen aber die gleiche Gestalt auf. Dies erleichtert die Einpassung des Anschlussgehäuses in die Öffnung. Bei symmetrischen Gestalten sind vorzugsweise sowohl die Öffnung als auch das Anschlussgehäuse jeweils achsensymmetrisch angeordnet. Die im Vergleich zur Grundfläche des Anschlussgehäuses kleinere Grundfläche der Öffnung stellt sicher, dass der Moduleinschluss zumindest teilweise fest in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert ist. Wenn das Anschlussgehäuse einen in einer Bodenebene flächig ausgebildeten Bodenbereich und einen sich über der Bodenebene aufwölbenden Steckbereich aufweist, weist die Öffnung besonders bevorzugt eine Grundfläche auf, die kleiner ist als die Grundfläche des Steckbereichs des Anschlussgehäuses und noch bevorzugter weisen die Grundfläche der Öffnung und die Grundfläche des Steckbereiches der Anschlussgehäuses weiterhin die gleiche Form auf, sind aber unterschiedlich groß.
Bevorzugt ist am Rand der Grundfläche des Anschlussgehäuses ein umlaufender Überlappbereich mit dem Rückseitenverkapselungselement ausgebildet. Dadurch werden der Solarzellen-String und der einlaminierte Teil des Anschlussgehäuses durch das Rückseitenverkapselungselement versiegelt, sodass keine Nässe oder Schmutzpartikel eindringen können. Zudem ist das Anschlussgehäuse aufgrund des umlaufenden Überlappbereichs durch das Rückseitenverkapselungselement vor einem möglichen Abfallen geschützt. Der umlaufende Überlappbereich weist bevorzugt eine konstante Breite auf. Die konstante Breite des Überlappbereichs hat den Vorteil, dass mechanische Spannungen zwischen dem Anschlussgehäuse und dem Rückseitenverkapselungselement räumlich gleichmäßig auf das Solarmodul einwirken und somit für die Langzeitstabilität des Solarmoduls von Vorteil ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anschlussgehäuse einen in einer Bodenebene flächig ausgebildeten Bodenbereich und einen sich über der Bodenebene aufwölbenden Steckbereich auf. Der Bodenbereich weist größere Abmessungen auf als der Steckbereich. Vorzugsweise überragt der Bodenbereich den Steckbereich in der Modulebene in jede Richtung. Vorteilhaft ist das Anschlussgehäuse einstückig aufgebaut, weil damit keine Bereiche vorhanden sind, durch die Feuchtigkeit, Staub und/oder andere Schmutzpartikel dringen können. Das Anschlussgehäuse kann aber auch zwei- oder mehrstückig aufgebaut sein und muss dann an den Übergangsbereichen zwischen den einzelnen Stücken hinreichend wetterfest ausgebildet sein. Beispielsweise können Bodenbereich und Steckbereich zusammensetzbare Teile darstellen. Das Anschlussgehäuse muss mindestens zwei Öffnungen aufweisen. Die eine Öffnung, im Folgenden auch innere Öffnung genannt, dient zur Verschaltung des elektrischen Anschlusses mit dem Solarzellen-String. Die elektrische Verschaltung kann außerhalb oder innerhalb der Solarzelle erfolgen beispielsweise über einen Sammelbus oder einen Querverbinder. Die andere Öffnung, im Folgenden auch äußere Öffnung genannt dient zur Verschaltung des elektrischen Anschlusses von außen. Die innere Öffnung befindet sich im Innern des Solarmoduls und kann sich zwischen dem Steckbereich und dem Bodenbereich oder im Bodenbereich befinden. Die äußere Öffnung befindet sich an einer Stelle des Anschlussgehäuses, die freiliegend ist, d.h. bevorzugt im Steckbereich. Die äußere Öffnung ist wetterfest bzw. wetteresistent ausgestaltet und ist insbesondere zum Einstecken einer Steckereinrichtung, d.h. zur Verbindung mit einer externen Vorrichtung geeignet. Unabhängig davon, ob das Anschlussgehäuse ein- oder mehrstückig ist, kann der Bodenbereich mehrteilig sein. D.h., dass ein Teil bzw. Abschnitt des Bodenbereichs auf eine Bodenebene erstreckt und ein anderer Teil bzw. Abschnitt auf einer anderen Bodenebene erstreckt, wobei sich beide Bodenebenen horizontal mit dem Solarzellen-String erstrecken, aber senkrecht zu dem Solarzellen-String betrachtet auf unterschiedlichen Ebenen liegen. Durch diese Ausgestaltung ist eine innere Öffnung ausgebildet.
Die Form des Bodenbereichs kann in Aufsicht auf die Bodenebene gleich oder verschieden zu der Form des Steckbereichs sein. Vorzugsweise sind in Aufsicht auf die Bodenebene die Formen des Bodenbereichs und des Steckbereichs gleich. Beispielsweise ist der Bodenbereich in Aufsicht auf die Bodenebene quadratisch, rechteckig, dreieckig, ellipsen- oder kreisförmig ausgebildet. Der Form des Steckbereichs ist vorzugsweise an den Bodenbereich angepasst und ist ebenfalls in Aufsicht auf die Bodenebene quadratisch, rechteckig, dreieckig, ellipsen- oder kreisförmig ausgebildet. Die Wölbung des Steckbereichs kann symmetrisch sein. Beispielsweise weist der Steckbereich in Seitenansicht im Querschnitt des Solarmoduls gesehen eine symmetrische Trapezform wie beispielsweise ein Quadrat oder Rechteck, eine symmetrische Dreieckform, eine symmetrische Ellipsenform wie beispielsweise ein Kreis auf. Bevorzugt ist die Wölbung des Steckbereichs asymmetrisch ausgebildet. Beispiele für asymmetrische Wölbungsformen sind asymmetrische Trapeze und unregelmäßige Dreiecke. Beispielsweise ist der Steckbereich in Seitenansicht im Querschnitt des Solarmoduls gesehen als unregelmäßiges Dreieck ausgebildet. In diesem Fall ist die Wölbung des Steckbereichs an die Abmessungen des elektrischen Anschlusses angepasst und spart im Vergleich zu der symmetrischen Wölbung Platz ein, der nicht von dem elektrischen Anschluss in Anspruch genommen wird.
Vorzugsweise ist der Steckbereich des Anschlussgehäuses in der Aufsicht auf die Bodenebene vom Bodenbereich des Anschlussgehäuses umgeben. D.h., der Bodenbereich weist in der Aufsicht auf die Bodenebene größere Abmessungen auf als der Steckbereich. Dies ermöglicht, dass nur der Bodenbereich in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert werden kann, während der sich wölbende Steckbereich in eine Öffnung in dem Rückseitenverkapselungselement eingepasst ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bodenbereich des Anschlussgehäuses zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert. Der Steckbereich kann ebenfalls in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert sein oder in eine Öffnung in dem Rückseitenverkapselungselement eingepasst sein, sodass es nicht oder nur teilweise in dem Rückseitenverkapselungselement einlaminiert ist. Dass der Bodenbereich zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert ist, ist im Sinne der Erfindung derart zu verstehen, dass das Rückseitenverkapselungselement auf dem Bodenbereich rückseitig aufliegt. Der Bodenbereich, auf dem sich der Steckbereich befindet, ist nicht einlaminiert, da auf diesem Bodenbereich aufgrund des Steckbereichs rückseitig kein Rückseitenverkapselungselement angeordnet werden kann.
Bevorzugt weist das Rückseitenverkapselungselement ein Einbettungspolymer und eine Rückseitenverkapselungsstruktur auf. Das Einbettungspolymer ist vorzugsweise auf dem Anschlussgehäuse bzw. der Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen und die Rückseitenverkapselungsstruktur auf dem Einbettungspolymer angeordnet. Das Anschlussgehäuse vorzugsweise der Bodenbereich des Anschlussgehäuses ist in das Einbettungspolymer einlaminiert. Als Einbettungspolymer kommt insbesondere Ethylenvinylacetat in Frage. Weitere Beispiele für das Einbettungspolymer sind Silikongummi, Polyvinylbutyral, Polyurethan oder Polyacrylat. Beispiele für die Rückseitenverkapselungsstruktur ist beispielsweise eine Rückseitenfolie aus TEDLAR^® (eingetragenes Markenzeichen der DuPont, Wilmington, USA).
Das Frontseitenverkapselungselement kann ein Einbettungspolymer und eine Frontseitenverkapselungsstruktur aufweisen. Das Einbettungspolymer kann aus den vorstehend aufgezählten Beispielen für das Einbettungspolymer des Rückseitenverkapselungselements ausgewählt werden. Die Frontseitenverkapselungsstruktur ist üblicherweise aus Glas aufgebaut, kann aber auch hinreichend transparente Kunststoffe umfassen.
Bevorzugt ist das Einbettungspolymer auch zwischen dem Modulanschluss und der Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen angeordnet. D.h., insbesondere zwischen dem Bodenbereich des Anschlussgehäuses und der Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen ist das Einbettungspolymer angeordnet, sodass sich eine Einbettungspolymer-Laminatschicht zwischen Anschlussgehäuse und der Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen befindet. Das Einbettungspolymer weist vorzugsweise eine größere Abmessung als der Bodenbereich des Anschlussgehäuses auf. Das Einbettungspolymer kann aus den vorstehend aufgezählten Beispielen für das Einbettungspolymer des Rückseitenverkapselungselements ausgewählt werden und ist vorzugsweise derart ausgewählt, dass es das gleiche Material ist, das für das Einbettungspolymer des Rückseitenverkapselungselements verwendet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Steckbereich des Anschlussgehäuses und dem Rand der Öffnung des Rückseitenverkapselungselements eine Dichtmasse angeordnet. Die Dichtmasse dient dazu, neben der Abdichtung durch das teilweise Einlaminieren des Anschlussgehäuses eine zusätzliche Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu bilden. Dies gilt insbesondere für Feuchtigkeit die in das Einbettungsmaterial eindringt.
An das fertig hergestellte Solarmodul ist ein Rahmen angebracht, wenn erforderlich.
Das Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls umfasst die Schritte:
Bereitstellen einer Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen, die zu einem Solarzellen-String elektrisch verschaltet sind,
Anordnen mindestens eines Modulanschlusses, der mindestens einen elektrischen Anschluss und mindestens ein den elektrischen Anschluss verkapselndes Anschlussgehäuse umfasst, auf dem Solarzellen-String, elektrisches Verschalten des Anschlusses mit dem Solarzellen-String,
Anordnen eines Rückseitenverkapselungselements auf dem Solarzellen-String, und Laminieren, sodass das Anschlussgehäuse zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert wird.
Mittels dieses Verfahrens wird in wenigen Schritten und mit wenig Materialaufwand ein Solarmodul erhalten, dessen elektrische Anschlüsse nicht der Witterung ausgesetzt sind. Langwierige und kostenintensive Arbeitsschritte gemäß Verfahren aus dem Stand der Technik wie Verkleben von Anschlussdosen und Trocknen der Kleber entfallen.
Vorzugsweise ist der bereitgestellte Solarzellen-String auf einem Frontseitenverkapselungselement angeordnet. das Frontseitenverkapselungselement umfasst vorzugsweise ein Einbettungspolymer und eine Frontseitenverkapselungsstruktur, für die vorstehend Beispiele genannt sind.
Das elektrische Verschalten wird beispielsweise mittels Verlöten bewerkstelligt. Das Laminieren wird beispielsweise in einem Laminator durchgeführt, wobei Trennmaterial um das Solarmodul vorder- und rückseitig herum angeordnet wird, wenn erforderlich. Wenn erforderlich weist das Trennmaterial Öffnungen auf, wenn beispielsweise das Anschlussgehäuse nicht bündig mit dem Rückseitenverkapselungselement abschließt, sondern auf der Rückseite des Solarmoduls hervorsteht. Die Öffnungen befinden sich dann an den Stellen, wo das Anschlussgehäuse insbesondere der Steckbereich auf der Rückseite des Solarmoduls hervorsteht. Der Laminator ist an die Oberflächenkontur des Solarmoduls angepasst, d.h. eine sich ggf. befindliche Membran in dem Laminator weist ggf. Ausbuchtungen wie eine Tasche auf, in die auf der Rückseite des Solarmoduls hervorstehende Anschlussdosen aufgenommen werden können. Die Membran samt Ausbuchtung wie eine Tasche ist derart ausgestaltet, dass sich die Tasche während des Anpressens, wenn in der Druckkammer oberhalb der Membrane der Druck gegenüber der Umgebung erhöht wird, um den Steckbereich legt. Das Laminieren kann ebenfalls in einem Autoklaven durchgeführt werden. Dabei würde das Erfordernis speziell angepasster Laminator-Membranen entfallen.
Vorzugsweise weist das in dem Verfahren eingesetzte Rückseitenverkapselungselement eine Anzahl an Öffnungen auf, die gleich der Anzahl an Anschlussgehäusen ist. Der Schritt Anordnen des Rückseitenverkapselungselements wird dann derart ausgeführt, dass jeweils ein Anschlussgehäuse in jeweils einer Öffnung angeordnet wird. Diese Ausführungsvariante ermöglicht insbesondere die Verwendung eines Anschlussgehäuses, das in Seitenansicht im Querschnitt des Solarmoduls rückseitig eine größere Abmessung aufweist als das Rückseitenverkapselungsmaterial.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anschlussgehäuse einen Bodenbereich und einen Steckbereich auf. Vorzugsweise wird der Bodenbereich in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert. Um einen festen Verbund zwischen dem Rückseitenverkapselungselement und dem Anschlussgehäuse zu gewährleisten, ist es ausreichend, wenn der Bodenbereich des Anschlussgehäuses in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert ist. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann in diesem Fall nur Bodenbereich des Anschlussgehäuses in das Rückseitenverkapselungsmaterial einlaminiert werden, über den sich kein Steckbereich wölbt.
Bevorzugt umfasst der Schritt Anordnen des Rückseitenverkapselungselements das Anordnen eines Einbettungspolymers und einer Rückseitenverkapselungsstruktur. Das Einbettungspolymer wird zumindest teilweise auf dem Anschlussgehäuse und der Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen angeordnet, und die Rückseitenverkapselungsstruktur wird auf dem Einbettungspolymer angeordnet. Das Anschlussgehäuse vorzugsweise sein Bodenbereich wird in das Einbettungspolymer einlaminiert. Auch hier ist dies derart zu verstehen, dass solche Abschnitte des Bodenbereichs, über denen sich kein Steckbereich wölbt, und insbesondere Randbereiche des Bodenbereichs in das Einbettungspolymer einlaminiert werden. Als Einbettungspolymer- und Rückseitenverkapselungsstrukturmaterialien kommen die vorstehend genannten in Betracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt Aufbringen von Dichtmasse zwischen dem Steckbereich des Anschlussgehäuses und dem Rand der Öffnung des Rückseitenverkapselungselements auf. Dieser Schritt dient zum Abdichten des Grenzbereichs zwischen Steckbereich des Anschlussgehäuses und Öffnung des Rückseitenverkapselungselements und schützt den elektrischen Anschluss des Modulanschlusses zusätzlich zu der Laminatgrenzschicht zwischen Anschlussgehäuse und Rückseitenverkapselungselement vor dem Eindringen von Nässe, Schmutz oder dergleichen in das Solarmodul.
Weiterhin kann an das Solarmodul ein Rahmen angebracht werden, wenn erforderlich.
Weitere Vorteile und Eigenschaften des Solarmoduls werden anhand der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
Es zeigt:
1 schematisch eine nicht maßstabsgerechte Teil-Aufsicht auf die Rückseite eines erfindungsgemäßen Solarmoduls;
2 schematisch eine nicht maßstabsgerechte Teil-Querschnittsansicht des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Solarmoduls;
3 schematisch eine nicht maßstabsgerechte Teil-Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Solarmoduls;
4 schematisch eine Teil-Aufsicht auf die Rückseite des in 1 und 2 gezeigten Solarmoduls;
5 schematisch eine Teil-Aufsicht auf die Rückseite des in 3 gezeigten Solarmoduls;
6 schematisch ein Verfahren zur Herstellung des in 1, 2 und 4 gezeigten Solarmoduls; und
7 schematisch ein Verfahren zur Herstellung des in 3 und 5 gezeigten Solarmoduls.
1 zeigt schematisch eine nicht maßstabsgerechte Teil-Aufsicht auf die Rückseite eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 10. In der Teil-Aufsicht auf das Solarmodul 10 ist das Rückseitenverkapselungselement nicht gezeigt. Eine Vielzahl von Halbleiterwafer-Solarzellen 16 (von denen sechs exemplarisch gezeigt sind) sind auf einem Frontseitenverkapselungselement 11 angeordnet und mittels Querverbindern 18 miteinander elektrisch verschaltet. Diese Solarzellen können jeweils zu Solarzellen-Strings gehören, die sich von oben nach unten auf dem Solarmodul erstrecken. Ein solcher String ist jedoch in 1 nicht gezeigt. Die Querverbinder 18 sind mit Busbars 15 elektrisch verschaltet, die sich auf den Halbleiterwafer-Solarzellen 16 erstrecken. Auf einer Halbleiterwafer-Solarzelle 16 ist ein Modulanschluss angeordnet, der eine Anschlussdose 22 aufweist, die einen elektrischen Anschluss (nicht gezeigt) aufweist. Die Anschlussdose 22 weist einen Steckbereich 22b und einen Bodenbereich 22a auf. Der Bodenbereich 22a ist flächig in der durch die im Wesentlichen zweidimensionale Erstreckung des Solarmoduls definierten Bodenebene ausgebildet. Der Steckbereich 22b wölbt sich über der Bodenebene auf. Die Anschlussdose 22 ist in ein Rückseitenverkapselungselement einlaminiert, das in der 1 nicht dargestellt ist. Aus der Anschlussdose 22 ist ein elektrischer Kontakt 24 herausgeführt, der mit einem Querverbinder 18 elektrisch verschaltet ist.
2 zeigt schematisch eine nicht maßstabsgerechte Teil-Querschnittsansicht des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Solarmoduls 10. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang des in 1 gezeigten Schnitts entlang der Linie A-A. Das Solarmodul 10 weist das Frontseitenverkapselungselement 11 auf, das eine Glasplatte 12 und eine Einbettungspolymerschicht 14 umfasst, die beispielsweise Ethylenvinylcetat aufweist. Auf der Einbettungspolymerschicht 14 ist die Halbleiterwafer-Solarzelle 16 angeordnet, die mittels Zellverbindern (nicht gezeigt; in der Bildtiefe davor oder dahinter – siehe auch Schnitt A-A in 1) mit weiteren Halbleiterwafer-Solarzellen zu Zellstrings verschaltet sind.
Parallel liegende Zellstrings werden mittels Querverbinder 18 elektrisch verschaltet. Optional ist unter dem Bodenbereich 22a eine Schicht 20, die beispielsweise aus dem Einbettungspolymer 28 wie beispielsweise Ethylenvinylacetat besteht, angeordnet. Der Modulanschluss 21 ist auf der optionalen Schicht aus Einbettungspolymer 20 oder direkt auf den Halbleiterwafer-Solarzellen 16 angeordnet. Der Modulanschluss 21 umfasst das Anschlussgehäuse 22 und einen elektrischen Anschluss 24. Das Anschlussgehäuse 22 weist den Bodenbereich 22a und den Steckbereich 22b auf. Der Bodenbereich 22a ist flächig in der Bodenebene ausgebildet. Der Steckbereich 22b wölbt sich über der Bodenebene auf. Der Steckbereich 22b weist in dem Querschnitt, wie er in 2 gezeigt ist, die Querschnitts-Form eines unregelmäßigen Dreiecks auf. In dem Bodenbereich 22a befindet sich eine innere Öffnung 36, durch die der elektrische Anschluss 24 aus dem Anschlussgehäuse 22 in das Innere des Solarmoduls geführt ist. Die innere Öffnung 36 ist im Übergangsbereich zwischen Steckbereich 22b und Bodenbereich 22a ausgebildet. Ebenso ist denkbar, dass der Bodenbereich 22a selbst eine Öffnung aufweist, die als innere Öffnung 36 dient. Der durch die innere Öffnung 36 geführte elektrische Anschluss 24 ist mit dem Querverbinder 18 elektrisch verschaltet. Der durch die innere Öffnung 36 geführte elektrische Anschluss 24 ist von der Halbleiterwafer-Solarzellen 16 üblicherweise isoliert. Für den Fall, dass die dem Anschlussgehäuse 22 zugewandte Seite der Solarzelle mit dem Querverbinder 18 verschaltet ist, also das selbe elektrische Potenzial aufweist, kann aber auch ein elektrischer Kontakt bestehen. In dem Steckbereich 22b befindet sich weiterhin eine äußere Öffnung 38, die zur Verschaltung des elektrischen Anschlusses 24 mit einer externen Vorrichtung wie einer Steckereinrichtung geeignet ist. Die äußere Öffnung 38 ist ebenfalls wetterfest ausgebildet. Der Modulanschluss 21 ist teilweise in ein Rückseitenverkapselungselement 26 einlaminiert. Insbesondere ist der Bodenbereich 22a des Modulanschlusses 21 gänzlich um den Steckbereich 22b herum in das Rückseitenverkapselungselement 26 einlaminiert. Der Steckbereich kann an mindestens einem seiner Ränder auch einlaminiert sein. Nicht einlaminierte Bereiche des Steckbereichs 22b sind in einer Öffnung 32 angeordnet, die sich in dem Rückseitenverkapselungselement 26 befindet. Das Rückseitenverkapselungselement 26 weist ein Einbettungspolymer 28 wie beispielsweise Ethylenvinylacetat und eine Rückseitenverkapselungsstruktur 30 wie beispielsweise eine TEDLAR^®-Folie auf.
3 zeigt schematisch eine nicht maßstabsgerechte Teil-Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Solarmoduls 40. Gleiche Bauteile in den 1, 2 und 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Aufbau des Solarmoduls 40 ist identisch zu dem in 2 gezeigten Solarmodul 10, wofür auf die zu 1 gemachten Erläuterungen verweisen wird, nur dass weiterhin zwischen dem Steckbereich 22b des Anschlussgehäuses 22 und dem Rand der Öffnung 32 des Rückseitenverkapselungselements 26 eine Dichtmasse 42 angeordnet ist. Die Dichtmasse 42 kann sich von dem Steckbereich 22b des Anschlussgehäuses 22 über den Rand der Öffnung 32 der Rückseitenverkapselungsstruktur 30 des Rückseitenverkapselungselements 26 oder zwischen dem Steckbereich 22b des Anschlussgehäuses 22 und dem Rand der Öffnung 32 der Rückseitenverkapselungsstruktur 30 und des Einbettungspolymers 28 des Rückseitenverkapselungselements 26 befinden. Sie überbrückt den Bereich der Rückseitenverkapselungsstruktur 30 des Rückseitenverkapselungselements 26 und des Einbettungspolymers 28 des Rückseitenverkapselungselements 26 und dichtet diesen Bereich gegen eindringen von z.B. Feuchtigkeit in das Einbettungspolymer 28 des Rückseitenverkapselungselements 26 ab.
4 zeigt schematisch eine Teil-Aufsicht auf die Rückseite des in 1 und 2 gezeigten Solarmoduls 10. Auf der Rückseite des Solarmoduls 10 ist die Rückseitenverkapselungsstruktur 30 und der Steckbereich 22b des Anschlussgehäuses zu sehen. Am Rand der Grundfläche des Anschlussgehäuses 22 ist ein umlaufender Überlappbereich 34 mit dem Rückseitenverkapselungselement, von dem die Rückseitenverkapselungsstruktur 30 zu sehen ist, ausgebildet. Wie in 3 ersichtlich, weist der Steckbereich 22b des Anschlussgehäuses 22 in Aufsicht auf die Rückseite des Solarmoduls 10 eine rechteckige Form auf. Der umlaufende Überlappungsbereich 34 weist ebenfalls in Aufsicht auf die Rückseite des Solarmoduls 10 eine rechteckige Form auf, da das nicht in Aufsicht ersichtliche Bodenelement 22a des Anschlussgehäuses 22 ebenfalls eine rechteckige Form in Aufsicht von der Rückseite des Solarmoduls 10 aufweist.
5 zeigt schematisch eine Teil-Aufsicht auf die Rückseite des in 3 gezeigten Solarmoduls 40. Das in 5 gezeigte Solarmodul 40 weist eine Dichtmasse 42 auf, die von dem äußeren Rand des Steckbereichs 22b des Anschlussgehäuses und über dem Rand der Öffnung der Rückseitenverkapselungsstruktur 30 angeordnet ist. Weiterhin ist am Rand der Grundfläche des Anschlussgehäuses ein umlaufender Überlappbereich 34 mit dem Rückseitenverkapselungselement, von dem die Rückseitenverkapselungsstruktur 30 zu sehen ist, ausgebildet. Der Überlappbereich 34 erstreckt sich zumindest teilweise auch (nicht sichtbar in der 5) unter der Dichtmasse 42.
6 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung des in 1, 2 und 4 gezeigten Solarmoduls. Eine Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen werden bereitgestellt, wie in Schritt 50 dargestellt ist. Die Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen sind zu einem Solarzellen-String elektrisch verschaltet. Weiterhin sind die Halbleiterwafer-Solarzellen vorzugsweise auf einem Frontseitenverkapselungselement angeordnet, das ein Einbettungspolymer wie Ethylenvinylacetat und eine Frontseitenverkapselungsstruktur wie eine Glasplatte aufweist. Anschließend wird mindestens ein Modulanschluss, der mindestens einen elektrischen Anschluss und mindestens ein den elektrischen Anschluss verkapselndes Anschlussgehäuse umfasst, auf dem Solarzellen-String angeordnet, wie in Schritt 52 dargestellt ist. Das Anschlussgehäuse weist einen in einer Bodenebene flächig ausgebildeten Bodenbereich und einen sich über der Bodenebene aufwölbenden Steckbereich auf. Der Bodenbereich des Anschlussgehäuses wird auf dem Solarzellen-String angeordnet. Optional weist der Bodenbereich auf der auf dem Solarzellen-String anzuordnenden Seite ein Einbettungspolymer auf. Dann wird der elektrische Anschluss des Modulanschlusses mit dem Solarzellen-String beispielsweise durch Verlöten elektrisch verschaltet, wie in Schritt 54 dargestellt ist. Anschließend wird ein Rückseitenverkapselungselement auf dem Solarzellen-String angeordnet, wie in Schritt 56 dargestellt ist. Das Rückseitenverkapselungselement umfasst vorzugsweise ein Einbettungspolymer wie Ethylenvinylacetat und eine Rückseitenverkapselungsstruktur wie eine Kunststofffolie. Weiterhin weist das Rückseitenverkapselungselement vorzugsweise eine Öffnung auf, die an die Gestalt des Anschlussgehäusesteckbereichs angepasst ist. Das Rückseitenverkapselungselement wird in Schritt 56 dann derart angeordnet, dass der Steckbereich des Anschlussgehäuses in der Öffnung des Rückseitenverkapselungselements angeordnet ist. Vorzugsweise wird das Rückseitenverkapselungselement weiterhin derart angeordnet, dass am Rand der Grundfläche des Anschlussgehäuses ein umlaufender Überlappbereich mit dem Rückseitenverkapselungselement ausgebildet ist Die vorstehende Struktur wird dann laminiert, sodass das Anschlussgehäuse zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert wird, wie in Schritt 58 dargestellt ist. Das Laminieren kann mittels eines Laminators und/oder eines Autoklaven durchgeführt werden.
7 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung des in 3 und 5 gezeigten Solarmoduls. Die Schritte 50 bis 58 werden identisch zu dem in 6 aufgezeigten Verfahren durchgeführt. Es wird daher an dieser Stelle zu den Ausführungen zu 6 verwiesen. Nach dem Laminieren gemäß Schritt 58 wird der Schritt Aufbringen von Dichtmasse zwischen dem Steckbereich des Anschlussgehäuses und dem Rand der Öffnung des Rückseitenverkapselungselements durchgeführt, um diesen Bereich weiterhin gegen Umwelteinflüsse wie Nässe und Schmutz zu schützen.
Bezugszeichenliste

10: Solarmodul
11: Frontseitenverkapselungselement
12: Glasplatte
14: Einbettungspolymer
15: Busbar
16: Halbleiterwafer-Solarzelle
18: Querverbinder
20: Einbettungspolymer
21: Modulanschluss
22: Anschlussgehäuse
22a: Bodenbereich
22b: Steckbereich
24: elektrischer Anschluss
26: Rückseitenverkapselungselement
28: Einbettungspolymer
30: Rückseitenverkapselungsstruktur
32: Öffnung
34: Überlappungsbereich
36: innere Öffnung
38: äußere Öffnung
40: Solarmodul
42: Dichtmasse
50: Bereitstellen einer Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen
52: Anordnen mindestens eines Modulanschlusses
54: elektrisches Verschalten des Anschlusses
56: Anordnen eines Rückseitenverkapselungselements
58: Laminieren
60: Aufbringen von Dichtmasse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2282349 A [0007]

Claims

Solarmodul (10, 40), aufweisend – ein die Frontseite des Solarmoduls bildendes Frontseitenverkapselungselement (11), – eine Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen (16), die zu einem Solarzellen-String elektrisch verschaltet sind, – ein die Rückseite des Solarmoduls bildendes Rückseitenverkapselungselement (26), und – mindestens einen Modulanschluss (21), der mindestens einen elektrischen Anschluss (24) aufweist, der mit dem Solarzellen-String elektrisch verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, der Modulanschluss (21) weiterhin mindestens ein den elektrischen Anschluss (24) verkapselndes Anschlussgehäuse (22) aufweist und das Anschlussgehäuse (22) zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement (26) einlaminiert ist.
Solarmodul (10, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückseitenverkapselungselement (26) eine Öffnung (32) aufweist und das Anschlussgehäuse (22) zumindest zum Teil in der Öffnung (32) angeordnet ist.
Solarmodul (10, 40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (32) eine Grundfläche aufweist, die kleiner ist als die Grundfläche des Anschlussgehäuses (22).
Solarmodul (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand der Grundfläche des Anschlussgehäuses (22) ein umlaufender Überlappbereich (34) mit dem Rückseitenverkapselungselement (26) ausgebildet ist.
Solarmodul (10, 40) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse (22) einen in einer Bodenebene flächig ausgebildeten Bodenbereich (22a) und einen sich über der Bodenebene aufwölbenden Steckbereich (22b) aufweist.
Solarmodul (10, 40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (22b) des Anschlussgehäuses (22) in der Aufsicht auf die Bodenebene vom Bodenbereich (22a) des Anschlussgehäuses (22) umgeben ist.
Solarmodul (10, 40) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (22a) des Anschlussgehäuses (22) zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement (26) einlaminiert ist.
Solarmodul (10, 40) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückseitenverkapselungselement (26) ein Einbettungspolymer (28) und eine Rückseitenverkapselungsstruktur (30) aufweist.
Solarmodul (10, 40) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungspolymer (20) auch zwischen dem Modulanschluss (21) und der Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen (16) angeordnet ist.
Solarmodul (40) nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steckbereich (22b) des Anschlussgehäuses (22) und dem Rand der Öffnung (32) des Rückseitenverkapselungselements (26) eine Dichtmasse (42) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls, umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Mehrzahl Halbleiterwafer-Solarzellen, die zu einem Solarzellen-String elektrisch verschaltet sind, – Anordnen mindestens eines Modulanschlusses, der mindestens einen elektrischen Anschluss und mindestens ein den elektrischen Anschluss verkapselndes Anschlussgehäuse umfasst, auf dem Solarzellen-String, – elektrisches Verschalten des Anschlusses mit dem Solarzellen-String, – Anordnen eines Rückseitenverkapselungselements auf dem Solarzellen-String, und – Laminieren, sodass das Anschlussgehäuse zumindest teilweise in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückseitenverkapselungselement eine Anzahl an Öffnungen aufweist, die gleich der Anzahl an Anschlussgehäusen ist, und der Schritt Anordnen des Rückseitenverkapselungselements derart ausgeführt wird, dass jeweils ein Anschlussgehäuse in jeweils einer Öffnung angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussgehäuse einen Bodenbereich und einen Steckbereich aufweist, und der Rand des Bodenbereichs in das Rückseitenverkapselungselement einlaminiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Anordnen des Rückseitenverkapselungselements das Anordnen eines Einbettungspolymers und einer Rückseitenverkapselungsstruktur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch den Schritt Aufbringen von Dichtmasse zwischen dem Steckbereich des Anschlussgehäuses und dem Rand der Öffnung des Rückseitenverkapselungselements.