DE102016103998A1 - Photovoltaikmodullaminat und ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmodullaminats - Google Patents

Photovoltaikmodullaminat und ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmodullaminats Download PDF

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Abstract

Ein Laminat für ein Photovoltaikmodul ist offenbart. Das Laminat umfasst eine erste Glasschicht (110) und eine zweite Glasschicht (120); zumindest eine Photovoltaikzelle (130), die zwischen der ersten Glasschicht und der zweiten Glasschicht angeordnet ist, wobei ein Randbereich (R) frei bleibt; und einen Abstandshalter (140). Der Abstandshalter ist in einem Randbereich (R) seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zweiten Glasschicht (120) ausgebildet, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zweiten Glasschicht (120) bei einem Bilden des Laminats zu gewährleisten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laminat für ein Photovoltaikmodul und ein Verfahren zur Herstellung des Laminats und insbesondere auf ein Glas-Glas-Laminat, das durch eine Einbindung von zusätzlichem Material in das Einbettungsmaterial Kantenverpressungen verhindern.
  • Hintergrund
  • Photovoltaikmodule werden häufig als Laminate hergestellt, wobei das Laminat beispielsweise aus einem Materialstapel mit einem Vorderseitenglas, einem Einkapselungsmaterial auf der Vorderseite (Lichteinfallseite), den Photovoltaikzellen, einem Einkapselungsmaterial auf der Rückseite und eine stabile Rückseitenfolie gebildet wird. Darüber hinaus gibt es auch Glas-Glas-Module, die als Laminat gebildet werden, und ein Vorderseitenglas und ein Rückseitenglas aufweisen, zwischen denen die Photovoltaikzellen in dem Einkapselungsmaterial eingebettet sind.
  • Die Laminate werden in einem Vakuumlaminator durch Verpressen des erhitzten Materialstapels mittels elastischer Silikon-Membran hergestellt. Während dieses Pressvorgangs kommt es insbesondere bei der Herstellung von Glas-Glas-Modulen zu einem verstärkten Zusammenpressen an den Ecken des Materialstapels durch ein Verdrängen des aufgeschmolzenen Einkapselungsmaterials im Materialstapel. Dadurch ergeben sich die folgenden Probleme:
    • (i) Die Langzeitstabilität des Materialverbundes wird im kritischen Randbereich des Laminats beeinträchtigt. Beispielsweise kann es zu einer Delamination oder zu einem Glasbruch kommen.
    • (ii) Die variierende Laminatdicke beeinträchtigt die Zuverlässigkeit des Rahmungsprozesses.
  • Die 5 veranschaulicht das Problem bei der Laminatproduktion, die in dem Randbereich und in den Eckbereichen zu Laminatdickenabweichungen führt. So kommt es in den Eckbereichen zu einer relativen Dickenabweichung von ca. 480 µm, während in der Mitte der Randbereiche Abweichungen in der Laminatdicke von ca. 280 µm zu erwarten sind. Die Abweichung vom parallelen Verlauf der beiden Gläser an den zellfreien Rändern des Moduls ist zwar gering, führt jedoch zu Verspannungen an den Rändern bzw. deren Rückstellung führt zu undichten Stellen. Die stärker ausgeprägte Verjüngung der Laminate im Eckbereich hat eine unzureichende Benetzung der Laminatkanten mit Silikon in den Rahmenecken zur Folge und verringert somit die Modulstabilität. Um dies zu verhindern muss die Silikonmenge im Rahmen angepasst werden, was stellenweise zu einem Silikonaustritt aus der Rahmennut führt und die Ausbeute in der Modulproduktion verschlechtert. Lebensdauer und Qualität der hergestellten Photovoltaikmodule sind beeinträchtigt.
  • Die obengenannten Probleme wurden bisher dadurch gelöst, dass ein Butyl-Kautschuk verwendet wurde und die verstärkte Eckenverpressung wurde dadurch ausgeglichen, dass ein erhöhter Materialauftrag in den betroffenen Bereichen durchgeführt werden. Dies hat jedoch optische Nachteile. Außerdem sind höhere Materialkosten damit verbunden. Eine weitere konventionelle Lösung nutzt einen wiederverwendbaren Laminationsrahmen (Abstandshalter-Rahmen) bzw. Laminationsecken bei der Lamination. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch einen größeren Abstand zwischen den einzelnen Werkstücken, so dass sich die Arbeitsfläche im Laminator für die Produktion von Laminaten vergrößert. Außerdem führt diese Vorgehensweise zu einem erhöhten Fehlerrisiko bei dem Werkstücktransport und bei der Lamination. Schließlich erfordert dies einen zusätzlichen Aufwand für die Entnahme und die Rückführung der Hilfsmittel nach der Lamination. Ein zusätzlicher Aufwand bei der Installation der Hilfsmittel ist ebenso erforderlich.
  • Daher besteht ein Bedarf nach verbesserten Photovoltaikmodullaminaten, die die obengenannten Probleme nicht aufweisen.
  • Zusammenfassung
  • Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Laminat nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Laminats nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen des Laminats nach Anspruch 1 oder des Verfahrens nach Anspruch 8.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laminat für ein Photovoltaikmodul (Photovoltaikmodullaminat). Das Laminat umfasst eine erste Glasschicht und eine zweite Glasschicht, zumindest eine Photovoltaikzelle, die zwischen der ersten Glasschicht und der zweiten Glasschicht angeordnet ist, und einen Abstandshalter. Der Abstandshalter ist in einem Randbereich seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle zwischen der ersten Glasschicht und der zweiten Glasschicht ausgebildet, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht und der zweiten Glasschicht bei einem Bilden des Laminats zu gewährleisten.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Laminat der verpresste und abgedichtete Schichtstapel mit zumindest den zwei Glasscheiben, den/der Photovoltaikzelle(n) und dem Abstandshalter bezeichnet.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Laminat ein Einkapselungsmaterial, das zwischen der ersten Glasschicht und der zumindest einen Photovoltaikzelle und/oder zwischen der zweiten Glasschicht und der zumindest einen Photovoltaikzelle ausgebildet ist.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen geht der Abstandshalter mit dem Einkapselungsmaterial eine dichte Verbindung ein. Das Einkapselungsmaterial ist beispielsweise transparent und schmilzt während des Laminierens, wobei das vordere und das rückseitige Einkapselungsmaterial genutzt werden kann, um die zumindest eine Photovoltaikzelle von allen Seiten zu verschmelzen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Einkapselungsmaterial Ethylenvinylacetat (EVA) oder Silikon oder Polyvinylbutyral (PVB). Als Material für den Abstandshalter kann bspw. ein Glasfasergewebe verwendet werden. Falls das Einkapselungsmaterial beispielsweise EVA ist, kann beispielsweise ein Formstück aus bereits vernetztem EVA verwendet werden.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist der Abstandshalter eine Netzstruktur auf.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist die erste und zweite Glasschicht eine rechteckförmige Form auf und der Abstandshalter ist in allen Eckbereichen der ersten und zweiten Glasschicht und/oder in zumindest einigen Mittenbereichen entlang eines Umfanges der ersten und zweiten Glasschicht ausgebildet.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen umschließt der Abstandshalter die zumindest eine Photovoltaikzelle seitlich.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen einer ersten Glasschicht, Aufbringen von zumindest einer Photovoltaikzelle auf die erste Glasschicht, Aufbringen eines Abstandshalters in einem Randbereich seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle auf die erste Glasschicht, Aufbringen einer zweiten Glasschicht auf die Photovoltaikzelle und den Abstandshalter, und Laminieren der gestapelten ersten Glasschicht, der zumindest einen Photovoltaikzelle mit dem seitliche Abstandshalter und der zweiten Glasschicht. Der Abstandshalter ist ausgebildet, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht und der zweiten Glasschicht während des Laminierens zu gewährleisten.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren vor dem Schritt des Laminierens ein Aufbringen von Einkapselungsmaterial auf die erste Glasschicht und zwischen der zweiten Glasschicht und der zumindest einen Photovoltaikzelle. Das Laminieren umfasst ein zumindest teilweises Verschmelzen des Einkapselungsmaterials mit dem Abstandshalter, um einen dichte Einbettung der zumindest einen Photovoltaikzelle zu erreichen.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen das obengenannte technische Problem dadurch, dass das Zusammenpressen der Randbereiche des Materialstapels (z.B. an Glasecken oder Glaskanten) durch ein Einbringen von zusätzlichem Material verhindert wird. Das zusätzliche Material wirkt dabei als Abstandshalter, um ein Zusammenpressen der gegenüberliegenden Glasscheiben zu verhindern. Die Position, die Dimension, die Struktur und das Material der Einlagen (Abstandshalter) können entsprechend den Produkteigenschaften angepasst werden. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Abstandshalter sich mit dem Einkapselungsmaterial derart verbinden, dass eine dichte Verbindung gebildet wird und insbesondere keine Feuchtigkeit oder Schmutz zu den Photozellen gelangen kann.
  • Ausführungsbeispiele umfassen die folgenden Vorteile: es ist keine Anpassung der Werkstückabstände im Laminator erforderlich. Außerdem ist eine bessere räumliche Nutzung der Prozesskammer im Laminator möglich. Ebenso wenig ist eine Anpassung des Transportsystems erforderlich. Es brauchen keine zusätzlichen Arbeitsschritte nach der Lamination durchgeführt werden. Es ergeben sich auch keine optischen Nachteile, wie bei der Verwendung von Butyl-Kautschuk. Außerdem wird eine Verbesserung der Qualität des Rahmungsprozesses bei der Verwendung von viskosen Klebstoffen erreicht. Im Vergleich zur Verwendung von Butyl-Kautschuk bieten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ebenfalls günstigere Prozesskosten.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
  • 1 zeigt ein Laminat für ein Photovoltaikmodul nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Laminat.
  • 3A, B zeigen weitere Details von Ausführungsbeispielen für das Laminat.
  • 4 zeigt einen Flussdiagram für ein Verfahren zur Herstellung des Laminats nach Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • 5 veranschaulicht Probleme bei der konventionellen Laminatproduktion.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 zeigt ein Photovoltaikmodullaminat mit einer ersten Glasschicht 110 und einer zweiten Glasschicht 120, zumindest einer Photovoltaikzelle 130, die derart zwischen der ersten Glasschicht 110 und der zweiten Glasschicht 120 angeordnet ist, dass ein Randbereich R freibleibt. Ein Abstandhalter 140 ist in dem Randbereich R seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle zwischen der ersten Glasschicht 110 und der zweiten Glasschicht 120 ausgebildet, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht 110 und der zweiten Glasschicht 120 bei einem Bilden des Laminats zu gewährleisten. Um dies zu gewährleisten, weist der Abstandshalter 140 ein Material mit ausreichender Festigkeit auf, um die bei dem Laminierprozess auftretenden Druckkräfte zu widerstehen. Das Material des Abstandshalters 140 kann daher so gewählt werden, dass es beim Laminieren zu keiner Verbiegung der Rand- und Eckbereiche kommt.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Laminat, welches wiederum eine erste Glasschicht 110, eine zweite Glasschicht 120 und in einem Randbereich R mindestens abschnittsweise den Abstandshalter 140 aufweist. Zusätzlich zu dem in der 1 gezeigten Bestandteilen umfasst dieses Ausführungsbeispiel ein erstes Einkapselungsmaterial 151 (z.B. EVA) an einer Oberfläche der ersten Glasscheibe 110 und ein zweites Einkapselungsmaterial 152 (z.B. EVA) an einer Oberfläche der zweiten Glasscheibe 120, wobei die Oberflächen der ersten und zweiten Glasscheibe 110, 120 einander zugewandt sind.
  • Die Photovoltaikzellen sind zwischen dem ersten Einkapselungsmaterial 151 und dem zweiten Einkapselungsmaterial 152 angeordnet (in der 2 nicht gezeigt). Dementsprechend ist das erste Einkapselungsmaterial 151 zwischen der ersten Scheibe 110 und den Photovoltaikzellen 130 ausgebildet und das zweite Einkapselungsmaterial 152 ist zwischen der zweiten Glasscheibe 120 und den Photovoltaikzellen 130 ausgebildet.
  • Der Abstandshalter 140 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem ersten Einkapselungsmaterial 151 und dem zweiten Einkapselungsmaterial 152 angeordnet und geht vorteilhafterweise bei der Bildung des Laminats mit dem Einkapselungsmaterial 151, 152 eine dichte Verbindung ein (z.B. durch ein Verschmelzen der Oberflächen). Außerdem ist der Abstandshalter 140 vorteilhafterweise aus einem elektrisch isolierendem Material, das außerdem den beim Laminieren auftretenden Druckkräften widerstehen kann und sich nicht verformt.
  • Daher umgehen Ausführungsbeispiel die bei der Herstellung von Glas-Glas-Laminate häufig vorkommenden Laminatdickenabweichungen in den Randbereichen und insbesondere in den Eckbereichen. Die Abstandshalter verhindern weiter das EVA-Material verstärkt in diesen Bereichen rausgedrückt wird. Im Gegensatz zu konventionellen Laminaten ergeben sich daher keine Bereiche geringerer Laminatdicke.
  • 3A zeigt Draufsicht für ein Glas-Glas Laminat mit dem Abstandshalter 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Querschnittslinie A-A in der 3A entspricht dabei der Querschnittsansicht, wie sie in der 2 gezeigt ist. 3B zeigt eine Draufsicht auf das Glas-Glas Laminat, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Abstandshalter 140 eine Netzstruktur aufweist. Ob die Netzstruktur sichtbar oder unsichtbar ist, hängt von der Struktur des verwendeten Materials ab. Hierbei sind beispielsweise zwei Anwendungsbespiele möglich: Abstandshalter 140 als Formstück (z.B. EVA-Folie) und Abstandshalter 140 aus Gewebe (z.B. Glasfaser). Bei Verwendung einer Folie ist keine Struktur erkennbar. Außerdem sind in den Ausführungsbeispielen der 3A, B die Abstandshalter 140 entlang des gesamten Rand- und Eckbereiches des Glas-Glas-Laminats ausgebildet, so dass die Abstandshalter 140 die Photovoltaikzellen 130 entlang ihres Umfanges umschließen (wenn das Laminat beispielsweise von der Lichteinfallseite betrachtet wird). Wenn der Abstandshalter ein Material in vernetztem Zustand aufweist, sollte allerdings Butyl-Kautschuk nicht verwendet werden, da die Abstandshalter (Einlagen) zwischen dem Einbettungsmaterial eingelegt werden.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen können eine Vielzahl von Abstandshalter 140 an verschiedenen Positionen (z.B. an den Rand- und Eckbereichen) angeordnet sein und daher die zumindest eine Photovoltaikzelle nicht vollständig umschließen. Diese Abstandshalter können daher selbst vollständig in das Einkapselungsmaterial 150 eingebettet sein. Die eingelegten Abstandshalter 140 sind beispielsweise aus einem Material, das gut mit dem Einkapselungsmaterial verschmilzt bzw. verklebt und dadurch keine Undichtigkeiten bildet und außerdem elektrisch isolierend ist.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die zumindest eine Photovoltaikzelle ein Photovoltaikmodul, welches vollständig laminiert wird.
  • 4 zeigt einen Flussdiagram für ein Verfahren zur Herstellung des Laminats nach Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen S110 einer ersten Glasschicht 110; Aufbringen S120 von zumindest einer Photovoltaikzelle 130 auf die erste Glasschicht 110; Aufbringen S130 eines Abstandshalters 140 in einem Randbereich R seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle 130 auf die erste Glasschicht 110; Aufbringen S140 einer zweiten Glasschicht 120 auf die Photovoltaikzelle 130 und den Abstandshalter 140, und Laminieren S150 der gestapelten ersten Glasschicht 110, der zumindest einen Photovoltaikzelle 130 mit dem seitliche Abstandshalter 140 und der zweiten Glasschicht 120. Der Abstandshalter 140 ist ausgebildet, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht 110 und der zweiten Glasschicht 120 während des Laminierens S150 zu gewährleisten.
  • Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 110
    erste Glasschicht
    120
    zweite Glasschicht
    130
    zumindest eine Photovoltaikzelle
    140
    Abstandshalter
    150, 151, 52
    Einkapselungsmaterial
    R
    Randbereich

Claims (9)

  1. Laminat für ein Photovoltaikmodul mit: einer ersten Glasschicht (110) und einer zweiten Glasschicht (120); zumindest einer Photovoltaikzelle (130), die zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zweiten Glasschicht (120) angeordnet ist, wobei ein Randbereich (R) frei bleibt; und einem Abstandshalter (140), der in dem Randbereich (R) seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zweiten Glasschicht (120) ausgebildet ist, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zweiten Glasschicht (120) bei einem Bilden des Laminats zu gewährleisten.
  2. Laminat nach Anspruch 1, welches weiter ein Einkapselungsmaterial (150) umfasst, das zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) und/oder zwischen der zweiten Glasschicht (120) und der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) ausgebildet ist.
  3. Laminat nach Anspruch 2, wobei der Abstandshalter (140) mit dem Einkapselungsmaterial (150) eine dichte Verbindung eingeht.
  4. Laminat nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Einkapselungsmaterial (150) Ethylenvinylacetat oder Silikon oder Polyvinylbutyral aufweist.
  5. Laminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandshalter (140) eine Netzstruktur aufweist.
  6. Laminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Glasschicht (110, 120) eine rechteckförmige Form aufweisen und der Abstandshalter (140) in allen Eckbereichen der ersten und zweiten Glasschicht (110, 120) und/oder in zumindest einigen Mittenbereichen entlang eines Umfanges der ersten und zweiten Glasschicht (110, 120) ausgebildet ist.
  7. Laminat nach Anspruch 6, wobei der Abstandshalter (140) die zumindest eine Photovoltaikzelle (130) seitlich umschließt.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Laminats für ein Photovoltaikmodul mit: Bereitstellen (S110) einer ersten Glasschicht (110); Aufbringen (S120) von zumindest einer Photovoltaikzelle (130) auf die erste Glasschicht (110); Aufbringen (S130) eines Abstandshalters (140) in einem Randbereich seitlich neben der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) auf die erste Glasschicht (110); Aufbringen (S140) einer zweiten Glasschicht (120) auf die Photovoltaikzelle (130) und den Abstandshalter (140); und Laminieren (S150) der gestapelten ersten Glasschicht (110), der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) mit dem seitlichen Abstandshalter (140) und der zweiten Glasschicht (120), wobei Abstandshalter (140) ausgebildet ist, um einen Mindestabstand zwischen der ersten Glasschicht (110) und der zweiten Glasschicht (120) während des Laminierens zu gewährleisten.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das vor dem Schritt des Laminierens (S150) ein Aufbringen von Einkapselungsmaterial (150) auf die erste Glasschicht (110) und zwischen der zweiten Glasschicht (120) und der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) umfasst, wobei das Laminieren (S150) ein zumindest teilweises Verschmelzen des Einkapselungsmaterials (150) mit dem Abstandshalter (140) umfasst, um eine dichte Einbettung der zumindest einen Photovoltaikzelle (130) zu erreichen.
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