DE10223173B4

DE10223173B4 - Solarmodul mit Gehäuse, gefüllt mit einer als Fluid vorliegenden Matrix

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Publication number: DE10223173B4
Application number: DE10223173A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Dipl.-Geol. Klose; Wolfgang Graw; Thomas Dipl.-Ing. Wodke; Oliver Dipl.-Phys. Dr. Lang; Fredy Dipl.-Phys. Stahnke
Original assignee: Solarc Innovative Solarprodukte GmbH
Current assignee: Solarc Innovative Solarprodukte GmbH
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2022-05-25
Also published as: AU2003227716A8; WO2003100869A2; DE10223173A1; WO2003100869A3; AU2003227716A1

Abstract

Solarmodul (3) mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem, geschlossenem Gehäuse (1), in dem ein Solarzellenstring in einer das Gehäuse (1) füllenden Matrix eingebettet ist, wobei
die Matrix beim Betrieb des Solarmoduls (3) als ein unter Betriebsbedingungen nicht aushärtbares Fluid (11) vorliegt,
die Matrix beim Betrieb des Solarmoduls (3) als unter Betriebsbedingungen mit einer Gehäusetemperatur zwischen –40°C und 90°C seinen Aggregatszustand nicht änderndes Fluid (11) vorliegt, das bei 20°C eine Brechungszahl zwischen 1,3 und 1,9 und bei einer Dicke von 2 mm eine mittlere Transmission von über 93% im spektralen Bereich von 200–1100 nm aufweist,
das Gehäuse (1) mindestens eine Druckausgleichvorrichtung (6) aufweist,
der Solarzellenstring aus einzelnen Solarzellen (8) besteht, die elektrisch über eine Leiterplatte (7) miteinander verbunden sind, zur Kontaktierung und mechanischen Stabilisierung der Solarzellen (8) diese auf der Leiterplatte (7) montiert sind und die Leiterplatte (7) die hintere Abschlusswand des Gehäuses (1) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem, geschlossenem Gehäuse, in welches ein Solarzellenstring in einer das Gehäuse füllenden Matrix eingebettet ist.
Solarmodule werden für die Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt und nutzen Sonnenlicht als erneuerbaren Energieträger. Sie sind unter diesem Aspekt als ressourcenschonend anzusehen. Ein Einsatzgebiet von Solarmodulen ist die Stromerzeugung zur Selbstversorgung im Haushalts- und gewerblichen Bereich und die Einspeisung in das allgemeine Stromnetz. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet von Solarmodulen ist der Einsatz in Bereichen, in denen die Netzanbindung eines elektrischen Gerätes nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich ist. Beispielhaft seien Geräte zur Verkehrsbeeinflussung, Navigationssysteme, por table Handgeräte oder zeitlich befristete Einrichtungen genannt.
Solarzellenstrings bestehen aus miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen, die z. B. auf einer Leiterplatte fixiert werden können. Solarzellenstrings stellen hinsichtlich Erschütterungen, Klimaeinflüssen und Feuchtigkeit hochempfindliche Produkte dar. Die Dicke der Solarzellen von nur 200 bis 400 μm sowie ihre geringe Flexibilität und die offenliegenden Kontakte machen zum Schutz von Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen die Einbettung in ein widerstandsfähiges und inertes Material notwendig. Ein weiterer Vorteil einer Einbettung ist die bessere optische Anpassung zwischen Solarzelle und Frontscheibe. Als Einbettungsmedien werden heute überwiegend transparente Gießharze, z. B. Epoxid-, Acryl- oder Polyurethan-Harze sowie Silikonharze verwendet.
Zur Erreichung der erforderlichen elektrischen Leistung oder auch der Spannung werden meistens mehrere Solarzellen zu Solarzellenstrings zusammengefasst. Die Auswahl des Einbettungsmediums richtet sich nach der Anwendung des Solarmoduls und den daraus resultierenden Belastungen, denen es im Normalbetrieb ausgesetzt ist.
Üblicherweise werden die Solarzellenstrings in ein Gehäuse montiert und dann in diesem Gehäuse durch ein zusätzliches Einbettungsmedium geschützt. Gegenwärtig werden überwiegend aushärtende Zweikomponenten-Kunstharze als Einbettungsmedien verwendet. Die Komponenten des Harzes werden gemischt und flüssig in den Raum zwischen Solarmodul und Gehäuse eingegossen, wo sie produktabhängig in einem Zeitraum von wenigen Stunden bis Tagen aushärten.
Alternativ werden Solarzellenstrings auch in Glas/Glas-, Glas/Folien- oder Alu/Folienlaminaten etc. mit einer bei höheren Temperaturen vernetzenden Laminatfolie einlaminiert.
Allgemein werden an ein aushärtendes Einbettungsmedium für Solarzellen folgende Anforderungen gestellt:

• Es soll eine hohe Transmission für Licht im sichtbaren Bereich bzw. im spektralen Arbeitsbereich der Solarzelle aufweisen.
• Es muss elektrisch nichtleitend sein.
• Das Ausdehnungsverhalten sollte sich möglichst nicht zu stark von dem der Solarzellen und der anderen verwendeten Materialien unterscheiden, um Schubspannungen in den Grenzflächen und Ablösungen zu vermeiden. Insbesondere bei Einbettung zwischen Materialien mit stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten muss das Medium eine ausreichende Flexibilität aufweisen, um Schubspannungen zu vermeiden.
• Unter dem Einfluss der Lichteinstrahlung soll eine hohe Transmission und chemische Stabilität gewährleistet sein.
• Es soll eine hohe Stabilität gegenüber Witterungseinflüssen sowie allgemein gegen Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen aufweisen. Bei Solarmodulen im Außeneinsatz liegen die innerhalb des Moduls auftretenden Temperaturen üblicherweise zwischen –40 und +90°C.
• Der Brechungsindex sollte möglichst zwischen dem von Glas bzw. dem Frontseitenmaterial und dem üblicher Solarzellenoberflächen liegen.

Aus den unterschiedlichen Einsatzgebieten von Solarmodulen ergeben sich daneben auch spezielle Anforderungen an die Eigenschaften der Einbettungsmedien. So sind z. B. für Solarmodule, die starken Erschütterungen ausgesetzt sind, Vergussmassen zu bevorzugen, die auch im ausgehärteten Zustand eine hohe Flexibilität aufweisen, um Beschädigungen der Solarzellen zu verhindern. Des weiteren spielen die Kosten eine erhebliche Rolle bei der Auswahl des Einbettungsmediums. Die Preise für die verschiedenen Materialien können stark variieren.
Aus der DE 27 12 172 A1 ist ein Einkapselungsmaterial für Solarzellen bekannt, bei dem verschiedene Polymerisate, z. B. Polypropylen, Polyisopren oder Polybutadien als Vergussmassen vorgeschlagen werden.
Die DE 28 25 034 A1 beschreibt eine Solarscheibe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, bei dem als Vergussmasse aushärtbare Acrylsäureverbindungen eingesetzt werden.
Die US 30 584 E betrifft einen optischen Konzentrator und ein Kühlsystem, in dem ein photovoltaisches Zellenarray vorliegt, das von einer Flüssigkeit umgeben ist, die innerhalb eines länglichen Rohrs mit einer gekrümmten transparenten Wand für die eintreffende Strahlung vorliegt, wobei die Flüssigkeit einen Brechungsindex aufweist, der geeignet ist, um die auftreffende auf das photovoltaische Zellarray auftreffende Strahlung zu konzentrieren.
In der DE 299 13 202 U1 ist eine Solarzellenanordnung beschrieben, wobei die Solarzellen mit einem Fluid zur Abführung von Wärme zusammengeschaltet sind, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Solarzellen unmittelbar vor- und rückseitig von dem Fluid, das transparent ist, umströmbar sind.
In der WO 00/08690 12 ist eine Photovoltaikeinrichtung beschrieben, die als Kühleinrichtung ein flüssiges Medium aufweist, das zwischen der Vorderseite und der Strahlungsquelle angeordnet ist.
Die Veröffentlichung „Low-cost amorphous silicon photovoltaic module encapsulated with liquid resin” aus Solar Energy Materials and Solar Cells 49 (1997), S. 127–133, beschreibt ein monolithisches Solarzellenmodul, wobei das Modul mit flüssigem Harz ummantelt ist.
Die DE 43 07 705 A1 beschreibt eine Solarzellenanordnung, wobei die Solarzellen mit einem Fluid zur Abführung von Wärme zusammen geschaltet sind.
In der DE 199 04 717 A1 ist eine Kühlung für Photovoltaik-Zellen beschrieben, wobei die Photovoltaik-Zellen durch Eintauchen in ein flüssiges Kühlmittel mit möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit über sehr lange Zeiträume effektiv gekühlt werden können.
In der DE 198 04 685 A1 ist eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie beschrieben, wobei die Solarzelle in einer Wanne mit Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit liegt und gleichzeitig elektrische Energie und Wärmeenergie erzeugt wird.
Die DE 31 12 468 A1 umfasst einen Sonnenenergiewandler mit einem Kühlkanal, dessen Wandung mindestens z. T. aus einem lichtdurchlässigen Material besteht. Hinter der durchlässigen Wandung sind mit dehnbeweglicher Verbindung Solarzellen gehalten, die von einer im Kühlkanal fließenden Kühlflüssigkeit zur Ableitung der von den Sonnenstrahlen aufgenommenen und umgewandelten Wärmeenergie umströmt werden.
Die JP 2001284627 A beschreibt ein Verfahren zur Installierung von Solarzellen und ein Erzeugungssystem, wobei eine Solarzelle in einer Flüssigkeit, die Wasser oder Wasser-ähnlich ist, eingebracht ist.
Die JP 55046541 A beschreibt eine Solarbatterie, wobei, um eine Leistungssteigerung zu erreichen, eine Flüssigkeitsschicht auf der Licht zugewandten Oberfläche der Solarbatterie vorliegt.
Aus der DE 196 00 813 A1 ist eine Photovoltaikvorrichtung bekannt, die gleichzeitig Licht konzentriert und Solarzellen kühlt.
Die Verarbeitung von duroplastischen Mehrkomponentenharzen ist nicht unproblematisch. Zum Teil sind die flüssigen Einzelkomponenten gesundheitsschädlich und umweltgefährdend. Die Handhabung und Verarbeitung kann erheblichen technischen Aufwand und praktische Erfahrung erfordern.
Bei den Stoffen für die Solarmodulherstellung handelt es sich meist um Zwei-Komponenten-Harze. Bei ihrer Anwendung muss auf die Einhaltung des Mischungsverhältnisses geachtet werden. Bei einigen Harzen sind verschiedene Einstellungen hinsichtlich ihrer endgültigen Härte durch die Wahl unterschiedlicher Mi schungsverhältnisse möglich. In Abhängigkeit von diesem Verhältnis muss dann jedoch ggf. die Zugabe weiterer Komponenten, wie z. B. Katalysatoren, neu berechnet werden.
Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Einbettungsmedium und dem Solarmodul sowie dem umgebenden Gehäuse zu gewährleisten, ist meist die Verwendung von sogenannten Primern oder Haftvermittlern notwendig, die auf die jeweils verwendeten Materialien abgestimmt sein müssen.
Für die Verarbeitbarkeit der Harze ist ihre Viskosität von besonderer Bedeutung. Bei der Verwendung hochviskoser Medien ist die Gefahr groß, dass es während des Vergießens zur Bildung von Lufteinschlüssen bzw. nicht ausgefüllten Bereichen kommt. Bei manchen Harzen lässt sich die Viskosität zwar durch Erwärmung herabsetzen, dadurch wird aber gleichzeitig die Topfzeit, d. h. die Zeit, in der das Material verarbeitet werden kann, verringert.
Allen verwendeten Materialien ist gemeinsam, dass sich nach dem Verguss eines Solarmoduls mit einem aushärtenden Kunstharz Fehler, die während oder nach dem Verguss auftreten, nicht mehr korrigieren lassen. Das gilt für Beschädigungen einzelner Solarzellen ebenso wie für die Bildung von Lufteinschlüssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen und Solarmodule bereitzustellen, die auf sichere Art und Weise in ein Gehäuse eingebaut sind, wobei die Systeme einfach zu handhaben und in toxikologischer Hinsicht optimiert sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch das Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein Solarmodul mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem, geschlossenem Gehäuse bereitgestellt. Dieses Gehäuse ist mit einer flüssigen Matrix gefüllt, in die das Solarmodul eingebettet ist. Kennzeichnend für die Erfindung ist nun, dass die Matrix auch beim Betrieb des Solarmoduls unter den hierfür charakteristischen Betriebsbedingungen, wie einer Gehäuseinnentemperatur zwischen –40 und 90°C, als Fluid vorliegt. Erfindungsgemäß besteht der Solarzellenstring aus einzelnen Solarzellen, die elektrisch über eine Leiterplatte miteinander verbunden sind. Weiterhin sind erfindungsgemäß zur Kontaktierung der mechanischen Stabilisierung der Solarzellen diese auf der Leiterplatte montiert. Es kommt dabei nicht zu einem Aushärtevorgang, der wie beim Stand der Technik zur Fixierung eines Solarzellenstrings im Gehäuse führt.
Mit dieser Erfindung sind folgende Vorteile verbunden:

– Durch die Verwendung einer flüssigen Matrix wird der Verarbeitungsvorgang zur Montage des Solarmoduls im Gehäuse vereinfacht. Es fallen keine Topf- und Aushärtezeiten an.
– Die flüssige, nicht aushärtende Matrix lässt sich für Reparatur- und Austauscharbeiten entfernen und wiederverwenden, wodurch nach Gebrauchsende ein Recycling der Einzelkomponenten grundsätzlich vereinfacht wird.
– Die Matrix ist grundsätzlich für ein werkstoffliches Recycling zugänglich.
– Ein nicht aushärtendes Fluid als Matrix überträgt keinerlei Schubspannungen, so dass Wärmeausdehnungsvorgänge nicht zu kritischen Spannungen an den empfindlichen Solarzellen oder zum Ablösen von Bauteilen, z. B. des Gehäuses, von der Matrix führen können.
– Die erfindungsgemäßen Fluide besitzen hervorragende Dämpfungseigenschaften gegenüber Erschütterungen und Schläge.
– Die erfindungsgemäßen Fluide weisen eine vergleichbare Brechungszahl wie Glas und Kunstharze auf, wodurch die optische Transmission zwischen Solarzellen und Frontscheibe erhöht wird.

Vorzugsweise besteht das Fluid aus wässrigen, öl- oder gelartigen Komponenten. Hierzu zählen bevorzugt Komponenten aus der Gruppe Wasser, anorganische und organische Säuren, ein- und mehrwertiger Alkohole, Parafine, Öle, Fette, Fettsäuren, Fettsäureester, Carbonsäuren, Carbonsäureester, Ether und aromatische Kohlenwasserstoffe. Ebenso können sich die Fluide auch aus den Mischungen der eben genannten Komponenten zusammensetzen. Exemplarisch sind einige weitere erfindungsgemäße Fluide in Tabelle 1 und 2 aufgeführt. Tabelle 1

Organische Flüssigkeiten

Kohlenwasserstoffe (KW) Aliphatische KW Acyclische KW Gesättigte KW Ungesättigte KW Cyclische KW Gesättigte KW Ungesättigte KW Aromatische KW

Alkohole Einwertige Alkohole Mehrwertige Alkohole

Aldehyde

Ketone

Carbonsäuren (einschließlich Fettsäuren)

Ester (einschließlich Lipide (Fette + fette Öle) und Wachse), einschließlich Ester von Alkoholen mit anorganischen Säuren)

Ether

Nitroalkane

Amine Primäre Amine Sekundäre Amine Tertiäre Amine

Säureamide

Nitrile

weitere Heterocyclen

Derivate (Abkömmlinge, Substitutionsprodukte der obigen Klassen)

Tabelle 2

Anorganische Flüssigkeiten

Wasser

Säuren

Höhere Elementwasserstoffe (z. B. Borane oder Silane)

Verbindungen von Nichtmetallen untereinander (z. B. Borazol)

Derivate der obigen Klassen

Erfindungsgemäß weist das Fluid bei 20°C eine Brechungszahl zwischen 1,3 und 1,9 auf. Bevorzugt ist eine Brechungszahl zwischen 1,45 und 1,7 auf. Dies entspricht den Brechungsindizes von Glas, Kunststoff und den Oberflächen typischer Solarzellen, so dass die transparenten Eigenschaften derartiger Solarsysteme durch die Matrix nicht negativ beeinflusst werden.
Vorzugsweise weist das Fluid eine Viskosität zwischen 0,1 und 10⁴ mPas auf.
Vorzugsweise besitzt das Fluid elektrisch isolierende sowie nicht hygroskopische Eigenschaften.
Das Fluid kann bevorzugt weitere Additive enthalten. Hierfür kommen beispielsweise Stabilisatoren zur Erhöhung der Alterungs- und Witterungsbeständigkeit in Frage.
Erfindungsgemäß weist die Matrix bei in der Solartechnik üblichen Schichtdicken von 2 mm eine mittlere Transmission von über 93% im spektralen Bereich von 200–1100 nm auf. Bevorzugt liegt die mittlere Transmission im spektralen Bereich von 200 bis 1100 nm über 96%. Bei Verwendung unter Tageslichtspektrum und unter Berücksichtigung üblicher Materialien für Solarzellen und transparenter Abdeckung liegt der effektiv nutzbare Bereich typischerweise bei 400–1000 nm.
Vorzugsweise werden Fluide eingesetzt, die innerhalb des Betriebstemperaturbereich des Solarmoduls, also bei Gehäuseinnentemperaturen von –40 bis 90°C chemisch stabil sind. Die Fluide sollten in diesem Bereich ihren Aggregatzustand nicht verändern sowie einen niedrigen Dampfdruck aufweisen.
Vorzugsweise besitzt das Gehäuse mindestens eine Öffnung zum Befüllen, Entlüften und Entleeren. Derartige Öffnungen können dann z. B. mit einem Stopfen, einem Schraubverschluss, mit Klebstoff oder auch mit einer Schweißnaht verschlossen werden. Eine andere Ausführung sieht vor, dass das Solarmodul mit einer über eine Hohlnadel passierbare Dichtung verschlossen ist. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Dichtung mit einer Hohlnadel durchstochen wird, wodurch eine einfache Möglichkeit zur Befüllung des Gehäuses mit dem Fluid ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse mindestens eine Druckausgleichsvorrichtung aufweist, mit dem ein Druckausgleich des geschlossenen Systems bei wechselnden äußeren Bedingungen, z. B. Temperaturschwankungen, erfolgen kann. Dies kann z. B. in Form einer Membran oder einer volumenvariablen Ausgleichskörper, der sich innerhalb des Fluids befindet, erfolgen.
Alternativ ist es auch möglich, dass ein Druckausgleich durch eine Hubbewegung der unteren und/oder oberen Platte erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Solarzellenstring über mindestens eine Dichtung im Gehäuse befestigt ist. Der Solarzellenstring kann dabei aus einzelnen Solarzellen bestehen, die entweder lose elektrisch oder über eine Leiterplatte miteinander verbunden sind. Im letzteren Fall wird bei der Montage eine erhöhte Stabilität erzielt.
Erfindungsgemäß ist die Konstruktion des Gehäuses so ausgestaltet, dass die Leiterplatte die hintere Abschlusswand des Gehäuses bildet. Alternativ kann das Gehäuse auch front- und rückseitig aus 2 Platten gebildet werden, die umlaufend an den Kanten über einen dichtenden Rahmen verbunden sind. Die Dichtung kann generell auch so großvolumig und flexibel ausgeführt sein, dass sie die Funktion der volumenvariablen Ausgleichskörpers übernimmt.
Verwendung finden derartige Solarzellenmodule für die Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht insbesondere für mobile elektrische Geräte. Hierzu zählen beispielsweise Navigationsgeräte, Laptop-Computer etc. Weitere Anwendungen sind großflächige Solarmodule für stationäre Anlagen, z. B. zur Netzeinspeisung an Hausfassaden oder in Solarkraftwerken.
Anhand der folgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen damit auf die genannten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit Gehäuse in perspektivischer Darstellung (nicht erfindungsgemäß);
2 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung (nicht erfindungsgemäß);
3 zeigt die Befüllung der Vorrichtung in einer Schnittdarstellung (nicht erfindungsgemäß)
4 zeigt die Vorrichtung in gefülltem Zustand in einer Schnittdarstellung (nicht erfindungsgemäß);
5–7 zeigen Darstellungen von Einbauvarianten des Solarmoduls in das Gehäuse.
In 1 ist ein in einem Gehäuse 1 montiertes Solarmodul 3 dargestellt. Das Gehäuse wird dabei mittels einer Glasscheibe 2 dichtend abgeschlossen. Weiter weist das Gehäuse 1 zwei Öffnungen auf, eine Einfüllöffnung 4 sowie eine Entlüftungsöffnung 5. Während über die Einfüllöffnung 4 das Fluid in das Gehäuse gefüllt wird, kann die im Gehäuse vorliegende Atmosphäre über die Entlüftungsöffnung 5 entweichen. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Membran 6 für den Druckausgleich auf.
2 zeigt eine zu 1 analoge Vorrichtung, wobei diese im Schnitt dargestellt ist. Im Gehäuse 1 ist dabei ein Solarzellenstring, der aus mehreren auf einer Leiterplatte 7 angeordneten Solarzellen 8 besteht, angeordnet. Gleichzeitig wird das Gehäuse zu einer Seite mit einem Glasdeckel 2 verschlossen. Das Gehäuse weist weiterhin an einer Gehäuseseite eine Einfüllöffnung 4 und eine Entlüftungsöffnung 5 sowie eine Druckausgleichsmembran 6 auf.
3 zeigt in der Schnittdarstellung die Befüllung der Vorrichtung. Hierbei wird an die Einfüllöffnung 4 ein Schlauch 9 angeschlossen, über den das Fluid 11 in das Gehäuse gefüllt wird. Die Befüllung erfolgt dabei so lange, bis die im Gehäuse befindliche Atmosphäre über die Entlüftungsöffnung 5 und den daran angeschlossenen Schlauch 10 entwichen ist. Somit kann garantiert werden, dass das Gehäuse vollständig mit dem Fluid 11 gefüllt ist.
In 4 ist das vollständig mit Fluid 11 befüllte Gehäuse 1 dargestellt. Das Austreten des Fluid 11 aus dem Gehäuse 1 kann dadurch verhindert werden, dass die Einfüllöffnung 4 und die Entlüftungsöffnung 5 mit Verschlussstopfen 12 und 13 verschlossen werden. Hierfür kommen sowohl Schraubverbindungen als auch Stopfen in Frage. Ebenso ist es möglich, durch Schweißtechniken oder einen Klebstoff die Öffnung dichtend zu verschließen.
5a stellt eine Variante für die Montage des Solarzellenstrings in dem Gehäuse dar. Der hier vorliegende Solarzellenstrings, das aus mehreren auf einer Leiterplatte 7 angeordneten Solarzellen 8 besteht, ist über Gummidichtringe 14, 14' an der Innenseite sich gegenüberliegender Wände des Gehäuses 1 befestigt. In 5b ist beispielhaft die Ausgestaltung einer Variante für eine derartige Gummidichtung dargestellt.
In 6 ist ein wannenförmiges Gehäuse 1 dargestellt, das mit dem aus der Leiterplatte 7 und Solarzellen 8 bestehenden Solarmodul verschlossen ist. Auf der dem Solarmodul gegenüberliegenden Seite des Gehäuses ist dieses transparent ausgestaltet, so dass die Strahlungsdurchlässigkeit gewährleistet ist. Das Solarmodul ist über z. B. Klemmen 16 (6b) oder Schrauben 17 (6c) mit dem Gehäuse kraftschlüssig verbunden. Gleichzeitig wird der direkte Kontakt zwi schen Solarzellenleiterplatte und Gehäuse durch Dichtungen 15, 15' verhindert.
In den 7a, 7b und 7c sind weitere Varianten für die Anordnung des Solarzellenstrings in dem Gehäuse in der Draufsicht und im Schnitt dargestellt, wobei das Gehäuse hier einen Rahmen 18 darstellt, in dem sowohl das Solarmodul, bestehend aus der Leiterplatte 7 und den Solarzellen 8 als auch eine Glasscheibe 2 eingesetzt sind. Sowohl die Glasscheibe 2 als auch das Solarmodul werden über Dichtungen 19 gegenüber dem Rahmen abgedichtet. 7c zeigt eine Variante, bei der ein Solarmodul, bestehend aus zwei Glasscheiben 2, 2', einen Abstandshalter 20 und einer Solarzelle 8, dargestellt ist. Die beiden Glasplatten werden hierbei über eine Dichtung 2 beabstandet.

Claims

Solarmodul (3) mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem, geschlossenem Gehäuse (1), in dem ein Solarzellenstring in einer das Gehäuse (1) füllenden Matrix eingebettet ist, wobei die Matrix beim Betrieb des Solarmoduls (3) als ein unter Betriebsbedingungen nicht aushärtbares Fluid (11) vorliegt, die Matrix beim Betrieb des Solarmoduls (3) als unter Betriebsbedingungen mit einer Gehäusetemperatur zwischen –40°C und 90°C seinen Aggregatszustand nicht änderndes Fluid (11) vorliegt, das bei 20°C eine Brechungszahl zwischen 1,3 und 1,9 und bei einer Dicke von 2 mm eine mittlere Transmission von über 93% im spektralen Bereich von 200–1100 nm aufweist, das Gehäuse (1) mindestens eine Druckausgleichvorrichtung (6) aufweist, der Solarzellenstring aus einzelnen Solarzellen (8) besteht, die elektrisch über eine Leiterplatte (7) miteinander verbunden sind, zur Kontaktierung und mechanischen Stabilisierung der Solarzellen (8) diese auf der Leiterplatte (7) montiert sind und die Leiterplatte (7) die hintere Abschlusswand des Gehäuses (1) bildet.
Solarmodul (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) aus wässrigen, öl- oder gelartigen Komponenten besteht.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) aus mindestens einer Komponente ausgewählt aus der Gruppe Wasser, anorganische und organische Säuren, ein- und mehrwertiger Alkohole, Paraffine, Öle, Fette, Fettsäuren, Fettsäureester, Carbonsäuren, Carbonsäureester, Ether und aromatische Kohlenwasserstoffe und/oder deren Mischungen besteht.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) bei 20°C eine Brechungszahl zwischen 1,45 und 1,7 aufweist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) eine Viskosität zwischen 0,1 und 10⁴ mPas besitzt.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) elektrisch isolierend ist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) nicht hygroskopisch ist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) weitere funktionale Additive enthält, in Form von Stabilisatoren zur Erhöhung der Alterungs- und Witterungsbeständigkeit.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (11) bei einer Dicke von 2 mm eine mittlere Transmission von über 96% im spektralen Bereich zwischen 200 und 1100 nm aufweist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mindestens eine Öffnung zum Befüllen (4), Entlüften (5) und Entleeren aufweist.
Solarmodul (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung des Gehäuses (1) mit einem Stopfen (12, 13), einem Schraubverschluss, mit Klebstoff oder mit einer Schweißnaht verschlossen ist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (3) mit einer über eine Hohlnadel passierbaren Dichtung (21) verschlossen ist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung (6) in Form einer Membran oder eines volumenvariablen Ausgleichskörpers ausgebildet ist.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (3) über eine Dichtung (14, 14') im Gehäuse (1) befestigt ist.
Solarmodul (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Dichtungen (14, 14', 15, 15', 19, 21) des Solarmoduls (3) die Funktion des Ausgleichskörpers oder der Membran (6) von Wärmeausdehnungsvorgängen übernehmen.
Solarmodul (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) front- und rückseitig zwei Platten (2, 2') aufweist, die umlaufend an den Kanten über einen dichtenden Rahmen (18) verbunden sind.