DE112007003472T5

DE112007003472T5 - Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE112007003472T5
Application number: DE112007003472T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Echizenya; Hiroo Sakamoto; Keiichiro Utsunomiya; Hiromichi Aoki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2010-03-18
Also published as: US8347564B2; CN101663763A; JPWO2008136095A1; WO2008136095A1; US20100132761A1; CN101663763B; DE112007003780A5; JP5063686B2

Abstract

Ein Solarzellenmodul, umfassend:
ein plattenförmiges Solarpaneel mit einer Vielzahl Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind; ein plattenförmiges Element zum Schutz der Zellen, das die Vielzahl der Solarzellen, die auf der gleichen Ebene angeordnet sind, abdeckt; sowie ein Element zum Schutz der Oberfläche, das auf eine oben liegende Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen aufgebondet ist;
einen äußeren Rahmen, der einen Umfang des Solarpaneels stützt; und
einen Stützbalken, der eine zentrale Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels auf solche Art und Weise stützt, dass beide Enden des Stützbalkens jeweils mit zwei gegenüberliegenden Positionen des äußeren Rahmens verbunden sind, wobei
der Stützbalken mit einer anfänglichen Spannung beaufschlagt ist.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Solarzellenmodul und insbesondere auf ein Traggerüst eines Solarpaneels, das mit dem Solarzellenmodul bereitgestellt wird.
STAND DER TECHNIK
Ein konventionelles Solarzellenmodul beinhaltet eine Vielzahl von Solarzellen, die in Form einer flachen Platte arrangiert ist. Die Solarzellen sind dabei mit einem Element zum Schutz der Zellen beschichtet, das aus einem flexiblen Harz wie z. B. EVA (Ethylen-Vinylacetatcopolymer) gebildet ist. Ein Element zum Schutz der Oberfläche, das z. B. aus temperiertem Glas gebildet ist, wird auf die oben liegende Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen befestigt. Aufgrund einer derartigen Struktur kommt dem Solarzellenmodul die als Bauteil benötigte strukturelle Stärke zu.
Aus dem Stand der Technik sind Solarzellenmodule bekannt, die eine ausgeprägtere strukturelle Stärke als die oben beschriebenen konventionellen Solarzellenmodule aufweisen. Es sind Solarzellenmodule bekannt, in denen ein Solarpaneel, ein Hitzeisolator, der auf der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels angebracht ist, und eine Metallplatte, die auf der Rückseitenoberfläche des Hitzeisolators aufgebracht ist, in Lagen über adhäsive Schichten übereinandergeschichtet sind (siehe z. B. Patentdokument 1)

Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. H09-119202 (Seite 4, 1).

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Bei allen der zuvor beschriebenen konventionellen Solarzellenmodule nimmt die Effizienz der Energieerzeugung jedoch nach der Außeninstallation des Solarzellenmoduls, z. B. auf dem Dach eines Hauses, im Vergleich zur Energieerzeugungseffizienz vor der Installation ab.
Die vorliegende Erfindung wurde verwirklicht, um das oben genannte Problem in der konventionellen Technologie zu lösen; es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein äußerst verlässliches Solarzellenmodul bereitzustellen, bei dem die Effizienz der Energieerzeugung nach dessen Installation im Freien nicht abnimmt.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Um das oben genannte Problem zu lösen und die oben genannten Ziele zu erreichen, wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Solarzellenmodul bereitgestellt, das ein plattenförmiges Solarpaneel mit einer Vielzahl von Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind, beinhaltet; ein plattenförmiges Element zum Schutz der Zellen, das die Vielzahl der Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind, abdeckt; sowie ein Element zum Schutz der Oberfläche, das mit der oben liegenden Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen verbunden ist; einen äußeren Rahmen, der den Umfang bzw. den Umriss bzw. die Umrahmung des Solarpaneels stützt; und einen Stützbalken, der die mittlere Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels auf solche Weise abstützt, dass beide Enden des Stützbalkens mit jeder der beiden gegenüberliegenden Positionen des äußeren Rahmens verbunden sind. Der Stützbalken wird mit einer anfänglichen Spannung beaufschlagt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Solarzellenmodul bereitgestellt, das ein plattenförmiges Solarpaneel mit einer Vielzahl von Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind, beinhaltet; ein plattenförmiges Element zum Schutz der Zellen, das die Vielzahl der Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind, abdeckt; ein Element zum Schutz der Oberfläche, das mit der oben liegenden Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen verbunden ist; und eine Platte auf der Rückseitenoberfläche, die mit einer Rückseitenoberfläche des Elements zum Schutz der Zellen verbunden ist; und einen äußeren Rahmen, der einen Umfang bzw. einen Umriss bzw. eine Umrahmung des Solarpaneels stützt. Eine Dicke t₂ der Rückseitenoberflächenplatte wird auf einen Wert eingestellt, der gleich oder größer als die Dicke t_A ist, die durch die Gleichung (1) berechnet wird und gleich oder kleiner als eine Dicke t_B ist, die durch die Gleichung (2) berechnet wird:
wobei E₁ das Elastizitätsmodul des Elements zum Schutz der Oberfläche ist, t₁ die Dicke des Elements zum Schutz der Oberfläche ist, E₂ das Elastizitätsmodul der Rückseitenoberflächenplatte ist und t₃ die Dicke des Elements zum Schutz der Zelle ist.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein äußerst verlässliches Solarzellenmodul bereitzustellen, in dem die Effizienz der Energieerzeugung nicht abnimmt, für den Fall, dass es im Freien installiert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt einen längs verlaufenden Querschnitt eines Solarzellenmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
2 stellt eine Unteransicht des Solarzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar.
3 ist eine Draufsicht auf ein Solarpaneel, das mit dem Solarzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist.
4 stellt eine Teiluntenansicht eines zusammengesetzten Teils dar, bei dem ein äußerer Rahmen und ein Stützbalken des Solarzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform zusammengefügt sind.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stützelements des Solarzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist ein längs laufender Querschnitt eines Teils des Solarpaneels, mit dem das Solarzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist.
7 ist ein längs laufender Querschnitt des Solarzellenmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform und einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein längs laufender Querschnitt eines Teils eines Solarpaneels, mit dem das Solar zellenmodul gemäß der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist.
9 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Deformationszustandes, der in einem konventionellen Solarpaneel auftritt.
10 ist ein längs laufender Querschnitt eines Teils eines Solarpaneels, das mit dem Solarzellenmodul gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.

1, 21, 31: Solarpaneel
2: Solarzelle
3: Element zum Schutz der Oberfläche
4: Element zum Schutz der Zelle
5, 25, 35: Solarzellenmodul
6: Stützbalken
6a: Schraube
6b: Schlussfläche
7: äußerer Rahmen
7a: Ecke
7b: gekipptes Element
7c: innere Schlussfläche
7e: Fuge
8: Stützelement
8a: Stützblock
8b: geschnittene Auskehlung
8c: Stützplatte
9: anfänglicher Spalt
10: Mutter
12: zentrale Gegend des Solarpaneels
14: Rückseitenoberflächenplatte (Sandwich-strukturiertes Paneel)
15: Verteilung der Deformation
16: neutrale Achse
18: Beschichtungsplatte
19: Kernmaterial

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen eines Solarzellenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 zeigt einen längs laufenden Querschnitt eines Solarzellenmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine Unteransicht des Solarzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform; 3 ist eine Draufsicht auf ein Solarpaneel, das mit dem Solarzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist; 4 ist eine Teiluntenansicht eines zusammengefügten Teils, bei dem ein äußerer Rahmen und ein Stützbalken des Solarzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform zusammengefügt sind; 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Stützelements des Solarzellenmoduls gemäß der ersten Ausführungsform; und 6 ist ein längs laufender Querschnitt eines Teils des Solarpaneels, das mit dem Solarzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist.
Wie in 1 bis 5 dargestellt, beinhaltet ein Solarzellenmodul 5 gemäß der ersten Ausführungsform ein rechteckiges, plattenförmiges Solarpaneel 1, das eine Mehrzahl Solarzellen 2 (in der ersten Ausführungsform zwölf) beinhaltet, wobei jede Zelle eine rechteckige Platte ist, die auf derselben Ebene beabstandet zueinander angeordnet ist; einen rechteckigen äußeren Rahmen 7, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und der das Solarpaneel 1 mit einem Umfang unterstützt, wobei das Solarpaneel 1 in eine Kerbe 7e eingesetzt ist; und zwei Stützbalken 6, 6, die aus hoch zugfestem Stahl hergestellt sind und auf einer Rückseitenoberfläche des Solarpaneels 1 entlang zweier Diagonalen des äußeren Rahmens 7 angeordnet sind und durch die gekippten Elemente 7b, die an den Ecken 7a des äußeren Rahmens 7 angeordnet sind, fixiert sind.
Die zwei Stützbalken 6, 6 kreuzen sich im Zentrum einer Fläche 12 des äußeren Rahmens 7 und dem Solarpaneel 1. Ein Stützelement 8, das aus Aluminiumlegierung hergestellt ist, ist an der Kreuzung der Stützbalken 6, 6 angebracht. Die zentrale Fläche 12 auf der rückseitigen Oberfläche des Solarpaneels wird durch eine rechteckige Stützplatte 8c des Stützelements 8 gestützt.
Wie in 6 dargestellt, sind die Solarzellen 2 (obwohl nur eine der Solarzellen in 6 dargestellt ist, sind alle zwölf Solarzellen 12 auf derselben Ebene mit einem bestimmten Abstand dazwischen angebracht) mit einem Element zum Schutz der Zellen 4, das aus einem flexiblen Harz wie z. B. EVA (Ethylen-Vinylacetatcopolymer) besteht, beschichtet. Ein Element zum Schutz der Oberfläche 3 ist auf der oben liegenden Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen 4, das in Form einer Platte ausgestaltet ist, um die zwölf Solarzellen 2 abzudecken, gebondet.
Das Element zum Schutz der Oberfläche 3 ist eine temperierte Glasplatte mit einer Dicke von 2 mm bis 4 mm. Die Solarzellen 2 sind aus kristallinem Silizium in einer Dicke von 0,1 mm bis 0,4 mm hergestellt. Das Element zum Schutz der Zellen 4, das die Solarzellen 2 beinhaltet, ist von 0,3 mm bis 1 mm dick.
Für den Fall, dass eine große externe Kraft (Biegebelastung) bei einem konventionellen Solarzellenmodul auf das Solarpaneel wirkt, wie z. B. eine Biegebelastung, die während des Transportes wirkt, eine Biegebelastung, die wirkt, wenn ein Arbeiter auf dem Solarpaneel während Arbeitsmaßnahmen zur Installation auf einem Hausdach läuft, und eine Kraft, die bei starkem Wind auf die Oberfläche nach Installation wirkt, wird das Solarpaneel deformiert, und dadurch können die Solarzellen 2, die innen liegend eingeschlossen sind, zerbrechen. Wenn das Solarpaneel eine derartige externe Kraft aufnimmt, die ein erlaubtes Limit überschreitet, vermindern die auftretenden Risse in den Solarzellen 2 die Effizienz der Stromerzeugung der Solarzellen 2.
In dem Solarzellenmodul gemäß der ersten Ausführungsform wird die zentrale Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels 1 zur Vermeidung der Erzeugung von Rissen, die durch die Deformation des Solarpaneels 1 bedingt sind, durch die Stützbalken 6, 6 und das Stützelement 8 gestützt.
Die zwei Stützbalken 6, 6 sind entlang der zwei Diagonalen des äußeren Rahmens 7, der den Umfang bzw. den Umriss bzw. die Umrahmung des Solarpaneels 1 stützt, angeordnet. Beide Enden des jeweiligen Stützbalkens 6 sind mit den zwei geneigten Elementen 7b, 7b, die an den beiden gegenüberliegenden Ecken 7a, 7a des äußeren Rahmens 7 angeordnet sind, zusammengefügt. Die beiden Stützbalken 6, 6 kreuzen sich in der zentralen Fläche 12. Die zentrale Fläche auf der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels 1 wird durch die rechteckige Stützplatte 8c des Stützelements 8, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und an der Kreuzung der Stützbalken 6, 6 angeordnet ist, gestützt.
Auch wenn das Solarpaneel einer Biegebelastung ausgesetzt wird, wird eine Biegedeformation des Solarpaneels bis zu einem gewissen Grad unterdrückt, da die zentrale Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels 1 durch die Stützbalken 6, 6 gestützt wird. Daher brechen die Solarzellen 2 kaum, auch wenn verschiedene Belastungen, wie z. B. die Belastung während des Transportes, die Belastung während der Installation und die Belastung durch Wind nach der Installation auf das Solarzellenmodul 5 wirken.
Daher wird vermieden, dass die Effizienz der Energieerzeugung nach der Installation des Solarzellenmoduls 5 abnimmt, wodurch die Verlässlichkeit verbessert wird. Weil die Stützbalken 6, 6, die stabförmig beschaffen sind, weiterhin das Solarpaneel 1 stärken, ohne viel von der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels zu verdecken, wird die Effizienz der Hitzedissipation von der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels 1 auf hohem Niveau beibehalten. Daher findet keine Abnahme der Stromerzeugungseffizienz, die auf einen Anstieg der Temperatur der Solarzellen 2 zurückzuführen ist, statt.
Wie in 4 dargestellt, ist eine Schraube 6a auf den beiden Enden des stabförmigen Stützbalkens 6 angebracht. Das geneigte Element 7b wird an der Ecke 7a des äußeren Rahmens 7 fixiert. Das geneigte Element 7b ist mit einer Durchbohrung versehen, und die Schraube 6a wird in die Durchbohrung eingesetzt. Die beiden Enden des Stützbalkens 6 werden jeweils an den zwei gegenüberliegenden Ecken 7a, 7a des äußeren Rahmens 7 mit Muttern 10, 10, die auf die Schraube 6a aufgeschraubt werden, fixiert.
Ein anfänglicher Spalt 9 liegt zwischen einer abschließenden Fläche 6b des Stützbalkens 6 innerhalb der Schraube 6a und einer inneren Schlussfläche 7c des geneigten Elements 7b. Wenn die Muttern 10, 10 angezogen werden, wird der Stützbalken 6 mit einer anfänglichen Spannung T beaufschlagt. Falls das Solarpaneel 1 gebogen und deformiert wird, wird, wenn der Stützbalken 6 mit der ursprünglichen Spannung T versehen ist, nicht nur eine natürliche Rückstellkraft gegen das Verbiegen des Stützbalkens, sondern auch eine Rückstellkraft F, die durch die Gleichung F = 2Tx/L, wobei L die Länge des Stützbalkens 6 und x den Betrag der Biegedeformation darstellt, ausgeübt.
Die Rücksteuerkraft, die auf den Stützbalken 6 wirkt, der mit der anfänglichen Spannung T zugbeansprucht ist, ist groß verglichen mit derjenigen Kraft, die auf den Stützbalken 6, der nicht mit der anfänglichen Zugspannung T beaufschlagt ist, wirkt, d. h. die Stabilität der Stützbalken 6, 6 gegen die Biegedeformierung des Solarpaneels 1 wird groß. Darüber hinaus können kleinere Stützbalken 6, 6 verwendet werden im Vergleich dazu, wenn die Stützbalken 6, 6 nicht mit der anfänglichen Spannung zugbeansprucht sind. Kleinere Stützbalken 6, 6 sind vorteilhaft, weil sie eine kleinere Masse aufweisen.
Weiterhin ist es möglich, den Stützbalken 6 dadurch auszubilden, dass zwei getrennte Teile mit einer Spannschraube zusammengefügt werden und die anfängliche Spannung T über die Spannschraube eingebracht wird. Der Stützbalken 6, der zum Zusammenfügen des Solarpaneels 1 mit dem äußeren Rahmen 7, der das Solarpaneel 1 stützt, verwendet wird, kann, obwohl nicht dargestellt, als Rahmenelement dienen, um den äußeren Rahmen 7 in den Ort der Installation einzubauen.
Wie in 5 dargestellt, beinhaltet das Stützelement 8, das an der Kreuzung der Stützbalken 6, 6 angeordnet ist, einen Stützblock 8a mit einer eingeschnittenen Auskerbung 8b, in die die sich kreuzenden Stützbalken 6, 6 eingelegt sind; sowie die Stützplatte 8c, die an eine Oberfläche des Stützblocks 8a nahe am Solarpaneel 1 auf solche Art und Weise fixiert ist, dass dessen Umfang an einen Umfang eines Paars der Solarzellen 2, 2, der im zentralen Gebiet angeordnet ist, angepasst ist.
Wenn die Stützplatte 8c wie oben dargestellt ausgebildet ist, wie in 2 und 5 dargestellt, wird eine Punktbelastung, die in der Nähe des Umfangs der Stützplatte 8c erzeugt wird, nicht auf die Solarzellen 2, sondern auf den Spalt zwischen den Solarzellen 2, 2 ausgeübt. Daher brechen die Solarzellen 2 nicht leicht. Obwohl die Stützplatte 8c auf solche Art und Weise angeordnet ist, dass ihr Umfang mit dem Umfang des Paares von Solarzellen 2, 2 in der ersten Ausführungsform abgestimmt ist, sind auch andere Anordnungen möglich, solange der Umfang der Stützplatte 8c an den Spalt zwischen den Solarzellen 2, 2 angeglichen ist. Die Stützplatte 12 kann die Größe einer Solarzelle 2 oder die Größe von zwei oder mehr Solarzellen 2 annehmen.
Obwohl das Element zum Schutz der Oberfläche 3 in der ersten Ausführungsform aus temperiertem Glas hergestellt ist, kann das Element 3 zum Schutz der Oberfläche aus anderen transparenten Materialien wie z. B. einem transparenten Harz gebildet sein. Obwohl die zwei Stützbalken 6 entlang der Diagonalen des Solarpaneels 1 angeordnet sind, ist darüber hinaus die Anordnung nicht hierauf beschränkt. Jede Anordnung ist zulässig, solange die Stützbalken sich über der zentralen Fläche des Solarpaneels 1 schneiden.
Zweite Ausführungsform.
7 zeigt einen längs laufenden Querschnitt eines Solarzellenmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform und einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 8 zeigt einen längs laufenden Querschnitt eines Teils eines Solarpaneels, mit dem das Solarzellenmodul gemäß der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist.
Wie in 7 und 8 dargestellt, beinhaltet ein Solarzellenmodul gemäß der zweiten Ausführungsform ein rechteckiges, plattenförmiges Solarpaneel 21, auf dem eine Mehrheit von rechteckigen Solarzellen 2 angeordnet ist; weiterhin ist der rechteckige äußere Rahmen aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und stützt das Solarpaneel 21. Ein Umfang des Solarpaneels 21 wird in die Kerbe 7e in dem äußeren Rahmen 7 eingefügt.
Wie in 8 dargestellt, sind in dem Solarpaneel 21 die Solarzellen 2 (obwohl nur eine Solarzelle 2 in 8 dargestellt ist, sind mehrere Solarzellen 2 auf derselben Ebene mit einem gewissen Abstand dazwischen angeordnet) mit dem Element zum Schutz der Zellen 4, das aus einem flexiblen Harz, wie z. B. EVA, besteht, beschichtet. Das plattenförmige Element zum Schutz der Oberfläche 3, das aus temperiertem Glas besteht, ist auf die oben liegende Oberfläche des plattenförmigen Elements zum Schutz der Zellen 4 aufgebondet. Eine Rückseitenoberflächenplatte 14 ist auf die Rückseitenoberfläche des Elements zum Schutz der Zellen 4 des Solarpaneels 21 aufgebondet.
In einem herkömmlichen Solarzellenmodul ist die zulässige Verkrümmung der individuellen Solarzelle viel größer als diejenige des temperierten Glases, das das Element zum Schutz der Oberfläche bildet, weiterhin sind die Solarzellen auf das Element zum Schutz der Oberfläche gebondet, daher können die Solarzellen sich über ein Maß, das die zulässige Verkrümmung überschreitet, nicht deformieren. Aus dem folgenden Grund brechen die Solarzellen trotzdem, wenn sie die Kraft während des Transportes, die Kraft während der Installation oder die Kraft durch Wind aufnehmen.
9 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Deformationszustandes, der in einem konventionellen Solarpaneel auftritt, wenn das Solarpaneel durch die Kraft während des Transportes, die Kraft während der Installation oder die Kraft durch Wind gebogen und deformiert wird. Die gestrichelten Linien 15 repräsentieren eine Verteilung der Größenordnung der Kompressionsdeformation und Zugdeformation, die sich von einer neutralen Achse 16 bis zu der Oberfläche des Solarpaneels erstrecken.
Wie in 9 dargestellt, biegt sich das konventionelle Solarpaneel nach unten, wenn die Oberfläche des konventionellen Solarpaneels einer großen Kraft, die in Richtung von oben nach unten in 9 wirkt, während des Transportes, während der Installation oder nach der Installation durch Wind ausgesetzt wird. Obwohl das Solarpaneel das Paneel ist, das durch Verbinden des Elements zum Schutz der Oberfläche 3 und des Elements zum Schutz der Zellen 4 gebildet ist, erlaubt eine adhäsive Lage 4a kaum ein Abrutschen; daher wird das Solarpaneel auf die gleiche Art und Weise gebogen und deformiert, als wenn es eine homogene Komponente wäre.
Der Grad der Deformierung des Solarpaneels steigt linear mit einer Zunahme des Abstandes in Richtung nach oben oder nach unten, ausgehend von der neutralen Achse 16 an. Die Kompressionsdeformation tritt in einer Gegend auf, die über der neutralen Achse 16, wie durch den gestrichelten Pfeil in 9 angedeutet ist, liegt; und die Zugverformung tritt in einer Gegend auf, die unter der neutralen Achse 16, wie durch einen durchgezogenen Pfeil angedeutet ist, liegt.
Da das konventionelle Solarpaneel durch Bonden des Elements 3 zum Schutz der Oberfläche aus temperiertem Glas mit einer Dicke von 2 mm bis 4 mm und den Solarzellen 2 aus kristallinem Silizium mit einer Dicke von 0,1 mm bis 0,4 mm gebildet ist, werden die Solarzellen 2, die von der neutralen Achse 16 entfernt angeordnet sind, einer relativ großen Zugverformung unterworfen. Als Resultat brechen die Solarzellen 2, sogar wenn die Verkrümmung innerhalb der zulässigen Krümmung der individuellen Solarzellen 2 liegt.
Wie in 8 dargestellt, sind die Solarzellen 2 in dem Solarpaneel 21 gemäß der zweiten Ausführungsform näher an der neutralen Achse durch Bonden der Rückseitenoberflächenplatte 14 einer vorbestimmten Dicke auf die Rückseitenoberfläche des Elementes zum Schutz der Zellen 4 angeordnet, so dass die Solarzellen 2 einer relativ kleineren Zugverformung ausgesetzt sind, die das Auftreten von Brüchen unterdrückt.
Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Solarzellen 2 brechen, auch wenn das Solarzellenmodul 25 während des Transportes, während der Installation oder nach der Installation durch Wind einer Kraft ausgesetzt wird, und daher wird die Abnahme der Energieerzeugungseffizienz nach der Installation des Solarzellenmoduls vermieden.
Insbesondere verringert sich die Deformierung der Solarzellen 2 weiter, wenn die neutrale Achse 16 (nicht in 8 dargestellt) innerhalb der Schichtdicke des Elementes zum Schutz der Zellen 4 angeordnet wird. Daher wird eine Beschädigung der Solarzellen 2 durch die Risse verhindert, sogar wenn das Solarpaneel einer starken Biegebeanspruchung ausgesetzt wird.
Um die neutrale Achse 16 innerhalb der Schichtdicke des Elements zum Schutz der Zellen 4 festzusetzen, ist es notwendig, eine Dicke t₂ der Rückseitenoberflächenplatte 14 festzusetzen, die gleich oder größer als die Dicke t_A ist, die durch die Gleichung (1) berechnet wird und gleich oder größer als eine Dicke t_B ist, die durch die Gleichung (2) bestimmt wird (t_A < t₂ < t_B), wobei die Gleichungen (1) und (2) durch eine Gleichung zur Repräsentation einer Position der neutralen Achse der kombinierten Stützbalken eingeführt werden ("material mechanics in mechanical science", veröffentlicht von Yokendo, 2001, Seite 179):
wobei E₁ das Elastizitätsmodul des Elements zum Schutz der Oberfläche 3, t₁ die Dicke einer Platte des Elements zum Schutz der Oberfläche 3, E₂ das Elastizitätsmodul der Rückseitenoberflächenplatte 14, t₂ die Dicke einer Platte der Rückseitenoberflächenplatte 14 und t₃ die Dicke des Elements zum Schutz der Zellen 4 um die Solarzellen 2 herum darstellt.
Wie voranstehend beschrieben, ist in dem Solarzellenmodul 25 gemäß der zweiten Ausführungsform die Rückseitenoberflächenplatte 14 auf die Rückseitenoberfläche des Elements zum Schutz der Zellen 4 des Solarpaneels 21 gebondet und die Dicke t₂ der Rückseitenoberflächenplatte 14 so festgesetzt, dass sie gleich oder größer als die Dicke t_A, die durch die Gleichung (1) berechnet wird, sowie gleich oder kleiner als die Dicke t_B, die durch die Gleichung (2) berechnet wird, ist, wobei das Elastizitätsmodul E₁ und die Dicke t₁ des Elements zum Schutz der Oberfläche 3, das Elastizitätsmodul E₂ der Rückseiten oberflächenplatte 14 und die Dicke t₃ des Elements zum Schutz der Zellen 4 verwendet werden. Demzufolge nimmt das Auftreten von Brüchen in den Solarzellen bemerkenswert ab, und die Abnahme der Energieerzeugungseffizienz nach der Installation des Solarzellenmoduls 25 wird verhindert, was die Verlässlichkeit verbessert.
Darüber hinaus ist es möglich, die Dicke des Elements zum Schutz der Oberfläche 3 zu verringern und die Masse des Solarpaneels 21 zu reduzieren, da die Biegeverformung bis zum Ausmaß der zulässigen Verkrümmung der individuellen Solarzellen 2 erlaubt ist und es möglich ist, die Starrheit des Elements zum Schutz der Oberfläche 3 durch die Anwesenheit einer Rückseitenoberflächenplatte 14 herabzusetzen.
Falls die Rückseitenoberflächenplatte 14 aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, gebildet ist, kann mehr Wärme von der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels abgeführt werden, so dass ein Temperaturanstieg der Solarzellen 2 unterdrückt wird, was die Energieerzeugungseffizienz des Solarzellenmoduls 25 verbessert.
Dritte Ausführungsform.
10 zeigt einen längs verlaufenden Querschnitt eines Teils eines Solarpaneels, mit dem das Solarzellenmodul gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Wie in 10 dargestellt ist, sind in einem Solarpaneel 31 gemäß der dritten Ausführungsform die vorderen und rückseitigen Oberflächen der Solarzellen 2 mit einem flexiblen Element zum Schutz der Zellen 4 beschichtet, das Element zum Schutz der Oberflächen 3 ist auf die oben liegende Oberfläche des flexiblen Elements zum Schutz der Zellen 4 aufgebondet, und ein sandwichartiges Paneel 14, das als Rückseitenoberflächenplatte 14 fungiert, ist auf die Rückseitenoberfläche des flexiblen Elements zum Schutz der Zellen 4 aufgebondet. In dem sandwichartigen Paneel 14 ist ein plattenförmiges Kernmaterial 19 sandwichartig zwischen Beschichtungsplatten 18 eingebettet. Ein Solarzellenmodul 35 gemäß der dritten Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration wie das Solarzellenmodul 25, das in 7 dargestellt ist.
Das Paneel 14 mit Sandwichstruktur, das durch ein Bienenwabenpaneel repräsentiert wird, weist eine extrem hohe Biegesteifigkeit auf. Wenn das sandwichartige Paneel 14 auf die Rückseitenoberfläche des Solarpaneels 31 als Rückseitenoberflächenplatte 14 aufgebondet wird, wird eine Beschädigung der Solarzellen 2 durch Risse verhindert.
Insbesondere wird die Zugverformung, die in dem Solarzellenmodul 2 auftritt, für den Fall, dass die neutrale Achse 16 (nicht in 10 dargestellt) innerhalb der Schichtdicke des Elements zum Schutz der Zellen 4 angeordnet wird, klein; daher wird eine Beschädigung der Solarzellen 2 vermieden, auch wenn das Solarpaneel 31 stark verbogen und deformiert wird. Somit erhöht sich die Verlässlichkeit des Solarzellenmoduls 35 (siehe 7).
Wenn das sandwichartige Paneel 14 verwendet wird, um die neutrale Achse 16 innerhalb der Schichtdicke des Elements zum Schutz der Zellen 4 festzusetzen, können Gleichung (1) und Gleichung (2), die ein einzelnes Material berücksichtigen, nicht wie sie sind angewandt werden, da das sandwichartige Paneel 14 eine geschichtete Struktur darstellt, die aus mehreren Materialien gebildet ist.
Wenn das dreilagige, Sandwich-strukturierte Paneel, das in 10 dargestellt ist, verwendet wird, ist es, um die neutrale Achse 16 innerhalb der Schichtdicke des Elements zum Schutz der Zellen 4 festzusetzen, notwendig, die Dicke t₂ des sandwichartigen Paneels 14 auf einen Wert, der mit der Gleichung (3) berechnet wird, das Elastizitätsmodul E₂ auf einen Wert, der durch die Gleichung (4) berechnet wird, festzusetzen, so dass die Dicke t₂ des Sandwich-strukturierten Paneels 14, das durch die Gleichung (3) berechnet wird, gleich oder größer als die Dicke t_A, die durch die Gleichung (1) berechnet wird, und gleich oder kleiner als die Dicke t_B, die durch die Gleichung (2) berechnet wird (t_A ≤ t₂ ≤ t_B):
wobei t_2a die Dicke der Beschichtungsplatte 18, E_2a das Elastizitätsmodul der Beschichtungsplatte 18 und t_2b die Dicke des Kernmaterials 19 darstellt.
Wie im Vorangehenden beschrieben, wird in dem Solarzellenmodul 35 gemäß der dritten Ausführungsform das Sandwich-strukturierte Paneel, das das Kernmaterial 19, das zwischen den Beschichtungsplatten 18 sandwichartig eingeschlossen ist, beinhaltet, als die Rückseitenoberflächenplatte 14 verwendet, die auf die Rückseitenoberfläche des Elements 4 zum Schutz der Zellen aufgebondet ist. Die Dicke t₂ des sandwichartigen Paneels 14 wird über die Gleichung (3) berechnet, das Elastizitätsmodul E₂ wird durch die Gleichung (4) berechnet, und die Dicke t₂ des sandwichartigen Paneels 14 wird gleich oder größer als die Dicke t_A, die durch die Gleichung (1) berechnet wird, und gleich oder kleiner als die Dicke t_B, die über die Gleichung (2) berechnet wird, festgesetzt. Mit dieser Konfiguration nimmt das Auftreten von Rissen in den Solarzellen 2 bemerkenswert ab, und die Abnahme der Energieerzeugungseffizienz nach Installation des Solarzellenmoduls 35 wird unterbunden, woraus eine Verbesserung der Verlässlichkeit resultiert.
Zudem ist es gemäß der dritten Ausführungsform möglich, die Masse des Solarzellenmoduls 35 zu reduzieren, da das sandwichartige Paneel als die Rückseitenoberflächenplatte 14 verwendet wird. Weiterhin kann für den Fall, dass eine aus Metall, wie z. B. Aluminium, gebildete Bienenwabenlage als Bienenwaben-Kernmaterial-Lage verwendet wird, die Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit einem Fall, in dem ein Wärmeisolator verwendet wird, verbessert werden; daher wird ein Temperaturanstieg der Solarzellen 2 unterbunden, wodurch die Energieerzeugungseffizienz des Solarzellenmoduls 35 verbessert wird.
Falls die Beschichtungsplatte 18 aus Metall gebildet ist, wie z. B. Aluminium, wird die Wärmeleitfähigkeit hoch; daher wird ein Temperaturanstieg der Solarzellen 2 unterbunden, was die Energieerzeugungseffizienz des Solarzellenmoduls 35 verbessert. Die Beschichtungsplatte 18 kann aus FRP (Fiber Reinforced Plastics – faserverstärkte Kunststoffe) gebildet sein. In diesem Fall wird die Masse des Solarpaneels 31 geringer, verglichen mit einem Fall, in dem ein Metall, wie z. B. Aluminium, verwendet wird.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie im Voranstehenden beschrieben, ist ein Solarzellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung als Solarzellenmodul verwendbar, das Kräfte während des Transportes, während der Installation oder bei starken Winden toleriert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Solarzellenmodul beinhaltet ein plattenförmiges Solarpaneel mit einer Vielzahl von Solarzellen, die auf der gleichen Fläche angeordnet sind; ein plattenförmiges Element zum Schutz der Zellen, das die Vielzahl der Solarzellen, die auf der gleichen Ebene angeordnet sind, abdeckt; und ein Element zum Schutz der Oberfläche, das auf eine oben liegende Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen aufgebondet ist; einen äußeren Rahmen, der einen Umfang des Solarpaneels abstützt; und einen Stützbalken, der eine zentrale Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels auf solche Art und Weise stützt, dass beide Enden des Stützbalkens jeweils an zwei gegenüberliegenden Positionen des äußeren Rahmens befestigt sind. Der Stützbalken wird mit einer anfänglichen Spannung beaufschlagt.
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

- JP 09-119202 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”material mechanics in mechanical science”, veröffentlicht von Yokendo, 2001, Seite 179 [0048]

Claims

Ein Solarzellenmodul, umfassend: ein plattenförmiges Solarpaneel mit einer Vielzahl Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind; ein plattenförmiges Element zum Schutz der Zellen, das die Vielzahl der Solarzellen, die auf der gleichen Ebene angeordnet sind, abdeckt; sowie ein Element zum Schutz der Oberfläche, das auf eine oben liegende Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen aufgebondet ist; einen äußeren Rahmen, der einen Umfang des Solarpaneels stützt; und einen Stützbalken, der eine zentrale Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels auf solche Art und Weise stützt, dass beide Enden des Stützbalkens jeweils mit zwei gegenüberliegenden Positionen des äußeren Rahmens verbunden sind, wobei der Stützbalken mit einer anfänglichen Spannung beaufschlagt ist.
Solarzellenmodul gemäß Anspruch 1, weiter umfassend ein Stützelement, das auf dem Stützbalken angeordnet ist und das die zentrale Fläche der Rückseitenoberfläche des Solarpaneels stützt, wobei das Stützelement eine Stützplatte beinhaltet, die auf solche Art und Weise gebildet ist, dass ein Umfang der Stützplatte in einem Spalt zwischen der Vielzahl Solarzellen angeordnet ist.
Ein Solarzellenmodul, umfassend: ein plattenförmiges Solarpaneel, umfassend eine Vielzahl von Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind; ein plattenförmiges Element zum Schutz der Zellen, das die Vielzahl der Solarzellen, die auf derselben Ebene angeordnet sind, abdeckt; ein Element zum Schutz der Oberfläche, das auf eine oben liegende Oberfläche des Elements zum Schutz der Zellen aufgebondet ist; und eine Rückseitenoberflächenplatte, die auf eine Rückseitenoberfläche des Elements zum Schutz der Zellen aufgebondet ist; und einen äußeren Rahmen, der einen Umfang des Solarpaneels stützt, wobei eine Dicke t₂ der Rückseitenoberflächenplatte auf einen Wert, der gleich oder größer als eine Dicke t_A, die durch die Gleichung berechnet wird, und gleich oder kleiner als eine Dicke t_B, die durch eine Gleichung berechnet wird, ist, festgesetzt wird:
wobei E₁ ein Elastizitätsmodul des Elements zum Schutz der Oberfläche, t₁ eine Dicke des Elements zum Schutz der Oberfläche, E₂ ein Elastizitätsmodul der Rückseitenoberflächenplatte und t₃ eine Dicke des Elements zum Schutz der Zellen ist.
Solarzellenmodul gemäß Anspruch 3, wobei die Rückseitenoberflächenplatte ein Sandwich-strukturiertes Paneel ist, in dem ein Kernmaterial zwischen zwei Beschichtungsplatten sandwichartig eingeschlossen ist, und eine Dicke t₂ auf einen Wert festgesetzt ist, der durch die Gleichung berechnet wird, und das Elastizitätsmodul E₂ des Sandwich-strukturierten Paneels auf einen Wert festgesetzt ist, der durch die Gleichung berechnet wird:
wobei E_2a ein Elastizitätsmodul der Beschichtungsplatte, t_2a eine Dicke der Beschichtungsplatte, E_2b ein Elastizitätsmodul des Kernmaterials und t_2b eine Dicke des Kernmaterials ist.