DE202006008614U1 - Träger-Montagegruppe für eine Solarzelleneinheit - Google Patents

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Abstract

Träger-Montagegruppe (1) für eine kristalline Solarzellen (3) umfassende Solarzelleneinheit (2)
– mit mindestens einem an der Rückseite der Solarzelleneinheit (2) anordenbaren Tragkörper (9), der eine Metallarmierung (9; 12) aufweist,
– mit einer Kunststoffvergussmasse (4), welche zumindest auf der Sonnenbestrahlungsseite (8) transparent ist, zur Einbettung der Solarzellen (3), wobei die Kunststoffvergussmasse (10) am Tragkörper (9) festgelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Träger-Montagegruppe für eine kristalline Solarzellen umfassende Solarzelleneinheit. Ferner betrifft die Erfindung ein Solarzellenmodul mit mindestens einer kristallinen Solarzelleneinheit sowie einer derartigen Träger-Montagegruppe.
  • Träger-Montagegruppen für kristalline Solarzellen umfassende Solarzelleneinheiten sowie entsprechende Solarzellenmodule sind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Die bekannten Träger-Montagegruppen weisen als Trägermaterial Glaselemente auf. Die Montagebaugruppen sind schwer, zerbrechlich und aufwendig zu montieren.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Träger-Montagegruppe der eingangs genannten Art sowie ein eine derartige Montagegruppe einsetzende Solarzellenmodul derart weiterzubilden, dass deren Montage erleichtert ist.
  • Diese Aufgabe ist, was die Montagegruppe angeht, erfindungsgemäß gelöst durch eine Träger-Montagegruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Einsatz von Glas als Trägermaterial bei den bekannten Montagegruppen deswegen erfolgt, um ein zum Bruch führendes Durchbiegen der Solarzellen zu verhindern. Bei kristallinen Solarzellen neuerer Generation, die sehr dünn, zum Beispiel mit einer Stärke von 200 μm und darunter, ausgeführt sind, ist eine gewisse Durchbiegung tolerabel, ohne dass dies zum Bruch der Solarzellen führt. Derartige Solarzellen können daher mittels der erfindungsgemäßen Montagegruppe verbaut werden. Gegenüber den herkömmlichen Glas-Montagegruppen ist die erfindungsgemäße Baugruppe leichter und weniger bruchgefährdet. Zudem lässt sich die Montagegruppe ohne Weiteres in sehr langen Bahnen herstellen. Der Tragkörper der Montagegruppe kann insbesondere durch Extrusion hergestellt werden. Als Metallarmierung kann insbesondere verzinktes Stahlblech eingesetzt werden. Als Kunststoffvergussmasse können schmelzbare Folien, zum Beispiel aus EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymere) oder TPU (thermoplastisches Polyurethan) oder Gießharz auf Acrylat- oder PU-(Polyurethan-)Basis eingesetzt werden.
  • Eine transparente Deckfolie nach Anspruch 2 schützt die Solarzellen in der Kunststoffvergussmasse. Die Deckfolie kann zum Beispiel aus ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere) gefertigt sein.
  • Ein zweischichtiger Aufbau der Kunststoffvergussmasse nach Anspruch 3 ermöglicht eine einfache Einbettung der Solarzellen.
  • Ein Schichtaufbau nach Anspruch 4 ermöglicht eine besonders flexible Anpassung der Kunststoffvergussmasse an die benachbarten Schichten der Montagegruppe, insbesondere an den Tragkörper einerseits und, falls vorhanden, an die Deckfolie andererseits. Die einer Sonnenbestrahlungsseite zugewandte Schicht der Kunststoffvergussmasse kann insbesondere aus besonders witterungsbeständigem Material ausgebildet sein.
  • Ein Tragkörper nach Anspruch 5 lässt sich ohne Weiteres hinsichtlich seiner Profilgestaltung an verschiedenste Anforderungen anpassen. Der Kunststoff-Grundkörper kann beispielsweise aus ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylester) oder TPU (thermoplastisches Polyurethan) gefertigt sein.
  • Montageelemente nach Anspruch 6 ermöglichen eine schnelle und unproblematische Montage des Tragkörpers beim Verlegen der Träger-Montagegruppe.
  • Montageprofile nach Anspruch 7 erlauben eine zügige Montagevorbereitung bei der Verlegung der Träger-Montagegruppe.
  • Montageleisten nach Anspruch 8 ermöglichen die Verlegung einer Mehrzahl einander benachbarter Träger-Montagegruppen unter Ausbildung einer insbesondere schlagregendichten Montagegruppen-Einheit. Auf diese Weise können problemlos zum Beispiel auch größere Dachflächen komplett mit Träger-Montagegruppen belegt werden.
  • Rastleisten nach Anspruch 9 ermöglichen eine mögliche Verlegung benachbarter Träger-Montagegruppen.
  • Montageelemente nach Anspruch 6 oder Montageleisten nach Anspruch 10 sind insbesondere dann, wenn sie durch Extrusion gefertigt werden, kostengünstig herstellbar.
  • Mindestens ein Profilhohlraum nach Anspruch 11 kann insbesondere zur Kühlung der Solarzelleneinheit eingesetzt werden. In diesem Fall wird ein Kühlmedium durch den mindestens einen Profilhohlraum geführt.
  • Was das Solarzellenmodul angeht, so wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch den Gegenstand nach Anspruch 12.
  • Die Vorteile des Solarzellenmoduls nach Anspruch 12 entsprechen denjenigen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Träger-Montagegruppe diskutiert wurde.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
  • 1 schematisch im Querschnitt eine erste Ausführung einer Träger-Montagegruppe für eine Solarzelleneinheit, die kristalline Solarzellen umfasst;
  • 2 einen perspektivischen Schnitt durch eine weitere Ausführung einer Träger-Montagegruppe; und
  • 3 perspektivisch einen Ausschnitt eines Montage-Profils zur Befestigung der Träger-Montagegruppe nach 2 auf einer Unterlage.
  • Eine in der 1 mit 1 bezeichnete Träger-Montagegruppe dient zur Montage einer Solarzelleneinheit 2 auf einer Unterlage, zum Beispiel auf einem Hausdach.
  • Die Solarzelleneinheit 2 umfasst eine Mehrzahl kristalliner Solarzellen 3. Die Solarzellen 3 sind plattenförmig und haben eine Dicke im Bereich von 200 μm oder darunter. Die Darstellung der 1 ist also insoweit nicht maßstabsgetreu. Bei den Solarzellen 3 handelt es sich nicht um auf einen Träger aufgedampfte Dünnschicht-Solarzellen, sondern um kristalline Solarzellen. Die Solarzellen 3 liegen als sich senkrecht zur Zeichenebene der 1 erstreckende Bahnen vor. Innerhalb der Solarzelleneinheit 2 sind die Solarzellen 3 in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise miteinander verschaltet.
  • Die Solarzellen 3 sind eingebettet in eine transparente Kunststoffvergussmasse 4. Letztere ist gebildet durch zwei ursprünglich voneinander getrennte Folienschichten aus einem schmelzbaren Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus EVA (Ethylen-Vinylacetat-Copolymere) oder TPU (thermoplastisches Polyurethan). Die Position der ursprünglichen Trennebene der beiden Vergussschichten 5, 6 ist in der 1 gestrichelt bei 7 dargestellt. Die Solarzellen 3 werden in die Kunststoffvergussmasse 4 eingebettet, indem sie zunächst zwischen die ursprünglich als Folien vorliegenden Vergussschichten 5, 6 eingelegt werden. Anschließend wird der Verbund aus den Vergussschichten 5, 6 mit den Solarzellen 3 erhitzt, so dass die Vergussschichten 5, 6 aufschmelzen und sich miteinander unter Aufhebung der Trennebene 7 zur Kunststoffvergussmasse 4 verbinden. Diese Prozesse können aufgrund der möglichen endlosen Bandform der Träger-Montagegruppe im Roll-Verfahren kontinuierlich erfolgen. Dadurch können die Prozesszeit und damit die Herstellungskosten gesenkt werden.
  • Alternativ ist es möglich, die Kunststoffvergussmasse 4 als Gießharz, zum Beispiel auf Acrylat- oder PU-(Polyurethan-)Basis auszuführen. Bevorzugt wird dabei ein Zweikomponenten-Gießharz eingesetzt. Die Solarzellen 3 werden in diesem Fall in die Kunststoffvergussmasse 4 eingegossen. Anschließend wird die Kunststoffvergussmasse 4 ausgehärtet.
  • Die Kunststoffvergussmasse 4 hat eine Gesamtschichtdicke von etwa 1 mm. Bei einer Ausführungsvariante mit dickerem Schichtaufbau hat die Kunststoffverbundmasse 4 eine Gesamtschichtdicke von 1,5 mm. Je nach erforderlicher elektrischer Spannungsfestigkeit kann die Gesamtschichtdicke auch wesentlich höher als 1 mm sein.
  • Auf der Rückseite der Träger-Montagegruppe 1, also einer Sonnenbestrahlungsseite 8 abgewandt, ist die Kunststoffvergussmasse 4 mit einem Tragkörper 9 verbunden. Bei der Ausführung nach 1 ist der Tragkörper 9 ein verzinktes Stahlblech.
  • Der Tragkörper 9 hat eine Schichtdicke von 0,5 mm. Bei einer Ausführungsvariante mit dickerem Schichtaufbau hat der Tragkörper 9 eine Schichtdicke von 1 mm. Je nach erforderlicher elektrischer Spannungsfestigkeit kann die Schichtdicke auch wesentlich höher als 0,5 mm sein.
  • Auf der Sonnenbestrahlungsseite 8 ist die Kunststoffvergussmasse 4 abgedeckt durch eine transparente Deckfolie 10. Es handelt sich hierbei um eine Schicht aus ETFE (Ethylen- Tetrafluorethylen-Copolymere) mit einer Schichtdicke von 50 μm. Bei einer Ausführungsvariante mit dickerem Schichtaufbau hat die Deckfolie 10 eine Schichtstärke von 100 μm. Diese Schichtdicke kann auch wesentlich höher sein.
  • Die Vergussschichten 5, 6 können bei einer Ausführungsvariante der Kunststoffvergussmasse 4 auch aus verschiedenen Materialien, die aber natürlich miteinander verschmelz- bzw. vergießbar sein müssen, aufgebaut sein. So kann die Vergussschicht 5 ein Kunststoffmaterial sein, welches sich stoffschlüssig mit dem Trägerkörper 9 verbindet und nicht transparent ist. Die Vergussschicht 6 kann aus einem hochtransparenten Kunststoffmaterial sein, welches wiederum eine gute stoffschlüssige Verbindung mit der Deckfolie 10 gewährleistet. Die Vergussschicht 6 kann insbesondere auch aus einem witterungsbeständigerem Material sein als die Vergussschicht 5.
  • Die Träger-Montagegruppen 1 sind bahnförmig ausgestaltet und weisen insbesondere randseitig nicht dargestellte Montageleisten auf, mit denen benachbarte Träger-Montagegruppen 1 miteinander verbunden werden können. Bevorzugt sind die Montageleisten so gestaltet, dass eine Verbindung der Träger-Montagegruppen 1 an benachbarten, herkömmlichen Dachbahnen ohne zusätzliche Adapterelemente möglich ist.
  • Das Material des metallischen Tragkörpers 9 ist so gewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Tragkörpers 9 an den der Solarzellen angepasst ist. Dies vermeidet bzw. reduziert thermische Spannungen innerhalb der Träger-Montagegruppe. Der Schichtaufbau der Träger-Montagegruppe gemäß 1 ist universell einsetzbar und stellt somit ein Ausgangsmaterial insbesondere für folgende Anwendungen dar: Die Träger-Montagegruppe kann als Standardmodul bei der Aufdachmontage eingesetzt werden. Zur Befestigung der Träger-Montagegruppe können herkömmliche Montagesysteme verwendet werden, wie sie für Glasmodule bekannt sind. Eine weitere Anwendung der Träger-Montagegruppe ist die Dachintegration in Form selbstdichtender Dachbahnen. Die Träger-Montagegruppe kann von den Abmessungen und der Geometrie her wie eine Bahn eines Blechdaches konfektioniert werden. Seitenabdichtungen könnten durch Falze realisiert und die Halterung auf dem Dach durch Laschen in den Falzen vorgenommen werden. Die Montagekosten sind dann erheblich geringer als bei herkömmlichen Träger-Montagegruppen aus Glas. Ferner kann die Träger-Montagegruppe als Fassadenmodul mit einfacher Montage, die identisch zu derjenigen von Stahlblechfassaden ist, eingesetzt werden. Im Vergleich zu bekannten Glas-Fassadenmodulen sind Fassadenmodule auf Basis der Träger- Montagegruppe nach 1 weniger aufwendig und kostengünstiger, da eine Sicherheitsverglasung mit spezieller Aufhängung entfällt.
  • 2 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt einer weiteren Ausführung einer Träger-Montagegruppe 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
  • Bei der Ausführung nach 2 weist der Tragkörper 9 einen Kunststoff-Grundkörper 11 auf, in den eine Metallarmierung 12 in Form eines verzinkten Stahlblechs eingebettet ist. Der Kunststoff-Grundkörper 11 ist zum Beispiel aus ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylester) oder TPU (thermoplastisches Polyurethan). Der Tragkörper 9 der Ausführung nach 2 ist als extrudiertes Profil hergestellt. Die Metallarmierung 12 kann während des Extrusionsprozesses in den Kunststoffgrundkörper 11 eingeführt sein oder kann auch nachträglich eingeschoben sein.
  • Auch die Montagegruppe nach 2 weist die Deckfolie 10 auf.
  • An der der Sonnenbestrahlungsseite 8 gegenüberliegenden Montageseite sind Montageelemente 13 an den Kunststoffgrundkörper 11 angeformt, insbesondere anextrudiert. Die Montageelemente 13 sind als Rastleisten ausgeführt. Neben der schnellen Montage ermöglichen die Rastleisten auch eine Aussteifung der Träger-Montagegruppe in Längsrichtung, insbesondere wenn in das Montageelement eine Metallarmierung ein- oder anextruiert wird. Randseitig weist der Kunststoffgrundkörper 11 längs des Bahnverlaufs der Träger-Montagegruppe 1 nach 2 jeweils eine Montageleiste 14 auf. Die beiderseitigen Montageleisten 14 sind zueinander komplementär derart ausgeführt, dass gleich orientierte Träger-Montagegruppen 1, die längs ihrer Bahnerstreckung aneinander angrenzen, miteinander über die komplementären Montageleisten 14 verrastet werden können. Auch die Montageleisten 14 sind an den Kunststoff-Grundkörper 11 angeformt und insbesondere an diesen anextrudiert.
  • Zwischen der Metallarmierung 12 und der Kunststoffvergussmasse 4 hat der Kunststoff-Grundkörper 11 eine Mehrzahl in einer Reihe nebeneinander liegender und als Profil-Hohlkammern ausgebildeter Kanäle 15. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass die in einer Reihe nebeneinander liegenden und als Profil-Hohlkammern ausgebilde ten Kanäle 15 unterhalb der Metallarmierung 12 angeordnet sein können. Letztere dienen zur Führung eines Kühlmediums im Tragkörper 9 nach 2. Bei dem Kühlmedium kann es sich zum Beispiel um Kühlluft oder um Kühlwasser handeln. Die Kühlluft kann aktiv durch Blasen oder Saugen durch die Kanäle 15 geleitet werden oder auch passiv durch Konvektion.
  • Zur Träger-Montagegruppe 1 der Ausführung nach 2 gehören noch Montageprofile 16 zur Befestigung der Träger-Montagegruppe 1 auf der Unterlage. Beispielhaft ist eines der Montageprofile 16 in der 3 dargestellt. In der Montageposition werden die Montageprofile 16 senkrecht zur Bahnerstreckung der sonstigen Träger-Montagegruppe 1 angeordnet. Die Montageprofile 16 haben Rastaufnahmen 17, die komplementär zum Querschnitt der Montageelemente 13 ausgeführt sind und zueinander den gleichen Abstand haben wie die Montagelemente 13.
  • Bei der Montage der Träger-Montagegruppe 1 nach den 2 und 3 werden zunächst die Montageprofile 16 auf der Unterlage montiert. Anschließend werden die Träger-Montagegruppen 1 bahnweise auf die Montageprofile 16 aufgerastet.

Claims (12)

  1. Träger-Montagegruppe (1) für eine kristalline Solarzellen (3) umfassende Solarzelleneinheit (2) – mit mindestens einem an der Rückseite der Solarzelleneinheit (2) anordenbaren Tragkörper (9), der eine Metallarmierung (9; 12) aufweist, – mit einer Kunststoffvergussmasse (4), welche zumindest auf der Sonnenbestrahlungsseite (8) transparent ist, zur Einbettung der Solarzellen (3), wobei die Kunststoffvergussmasse (10) am Tragkörper (9) festgelegt ist.
  2. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine transparente Deckfolie (10), welche eine freie Oberfläche der Kunststoffvergussmasse (4) auf einer Sonnenbestrahlungsseite (8) abdeckt.
  3. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffvergussmasse (4) mindestens zweischichtig (5, 6) aufgebaut ist, wobei die Solarzellen (3) zwischen den beiden Schichten (5, 6) der Kunststoffvergussmasse (4) liegen.
  4. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Schichten (5, 6) der Kunststoffvergussmasse (4) aus unterschiedlichen Materialien.
  5. Träger-Montagegruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (9) einen Kunststoff-Grundkörper (11) aufweist, in den die Metallarmierung (12) eingebettet ist.
  6. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Montageelemente (13), die an einer Rückseite des Kunststoff-Grundkörpers (11) angeformt, insbesondere anextrudiert sind.
  7. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens ein Montageprofil (16) zur Befestigung der Träger-Montagegruppe (1) auf einer Unterlage, mit dem der Tragkörper (9) über die Montagelemente (13) formschlüssig verbindbar ist.
  8. Träger-Montagegruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Tragkörpern (9), die miteinander randseitig über Montageleisten (14) verbindbar sind.
  9. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageleisten (14) als Rastleisten ausgeführt sind.
  10. Träger-Montagegruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageleisten (14) am Tragkörper (9) angeformt, insbesondere anextrudiert sind.
  11. Träger-Montagegruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 unter Rückbeziehung auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Grundkörper (11) mit mindestens einem Profilhohlraum (15) zusätzlich zu einer Aufnahme für die Metallarmierung (12) ausgeführt ist.
  12. Solarzellenmodul mit – mindestens einer Solarzelleneinheit (2) mit mindestens einer kristallinen Solarzelle (3), – einer Träger-Montagegruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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