EP2289111A2 - Leichtes, biegesteifes und selbsttragendes solarmodul sowie ein verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Leichtes, biegesteifes und selbsttragendes solarmodul sowie ein verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP2289111A2
EP2289111A2 EP09761413A EP09761413A EP2289111A2 EP 2289111 A2 EP2289111 A2 EP 2289111A2 EP 09761413 A EP09761413 A EP 09761413A EP 09761413 A EP09761413 A EP 09761413A EP 2289111 A2 EP2289111 A2 EP 2289111A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
solar
adhesive layer
optionally
sandwich element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09761413A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Ehbing
Gunther Stollwerck
Dirk Wegener
Jens Krause
Elke Springer
Heike Schmidt
Frank Schauseil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer Intellectual Property GmbH
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic solar module and a method for its production.
  • Solar modules are components for direct generation of electricity from sunlight. Key factors for a cost-efficient generation of solar power are the efficiency of the solar cells used, as well as the manufacturing costs and the durability of the solar modules.
  • a solar module usually consists of a framed composite of glass, interconnected solar cells, an embedding material and a backside construction.
  • the front glass protects against mechanical and weather influences. It must have the highest transparency in order to minimize absorption losses in the optical spectral range of 300 nm to 1150 nm and thus efficiency losses of the silicon solar cells usually used for power generation.
  • hardened, low-iron white glass usually hardened, low-iron white glass
  • the glass provides a significant contribution to the rigidity of the module.
  • the embedding material (usually EVA (ethyl vinyl acetate) films used) is used for bonding the entire module network. EVA melts during a lamination process at about 150 0 C, flows into the interstices of the soldered solar cells and is thermally crosslinked.
  • the back of the module protects the solar cells and the embedding material from moisture and oxygen. In addition, it serves as mechanical protection against scratching etc. when mounting the solar modules and as electrical insulation.
  • another glass or a composite foil can be used.
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVF aluminum PVF are used.
  • the encapsulating materials used in solar module construction must in particular have good barrier properties against water vapor and oxygen. Water vapor or oxygen does not attack the solar cells themselves, but causes corrosion of the metal contacts and chemical degradation of the EVA embedding material. A destroyed solar cell contact leads to a complete failure of the module, since normally all solar cells in a module are electrically connected in series. A degradation of the EVA is shown by a the module, combined with a corresponding reduction in power through light absorption and a visual deterioration.
  • Today, about 80% of all modules are encapsulated with one of the described composite foils on the back, and about 15% of the solar modules use front and back glass. In this case, as embedding material instead of EVA partially highly transparent, but only slowly (several hours) hardening casting resins
  • solar modules In order to achieve competitive electricity generation costs of solar power despite the relatively high investment costs, solar modules must achieve long operating times. Today's solar modules are therefore designed for a service life of 20 to 30 years. In addition to high weathering stability, high demands are placed on the thermal stability of the modules, whose temperature during operation can fluctuate cyclically between 80 ° C at full solar irradiation and temperatures below the freezing point. Accordingly, solar modules undergo extensive stability tests (standard tests to IEC 61215 and IEC 61730), which include weather tests (UV irradiation, damp heat, temperature change), but also hail impact tests and tests of electrical insulation capacity.
  • said aluminum frames In order to prevent the ingress of water and oxygen, said aluminum frames have an additional seal on their inner side facing the solar module. Furthermore disadvantageous added that aluminum frames are made of rectangular profiles and therefore is severely limited in terms of their shape.
  • the polymeric material used is an elastomeric polyurethane.
  • the said polyurethane should preferably have an E modulus in a range of 200 to 10,000 psi (corresponding to about 1.4 to 69.0 N / mm 2 ).
  • reinforcing members of, for example, a polymeric material, steel, or aluminum may be incorporated into the frame when formed.
  • fillers can be incorporated into the frame material. These may be, for example, platelet-type fillers such as the mineral wollastonite or needle-like / fibrous fillers such as glass fibers.
  • DE 37 37 183 Al also describes a method for producing the plastic frame of a solar module, wherein the Shore hardness of the material used is preferably adjusted so that a sufficient rigidity of the frame and an elastic receptacle of the solar generator is ensured.
  • the modules described above are erected by means of stand constructions or, for example, mounted on roof structures. They require a certain modulus rigidity, which is adversely affected by a (plastic) frame and the relatively heavy, about 3 to 4 mm thick front glass.
  • the front screen already has a certain absorption due to its thickness, which in turn adversely affects the efficiency of the solar module.
  • Foil modules are the embedding of solar cells between two plastic films, possibly also between a front, translucent film and a flexible sheet (aluminum or stainless steel) on the back.
  • aluminum or stainless steel aluminum or stainless steel
  • "UNIsolar ®” film laminates consist of thin, thin-film silicon vapor-deposited on thin stainless steel sheet, embedded between two plastic sheets, which then have to be applied to a rigid support structure such as sheet roofs or roof elements
  • DE 10 2005 032 716 A1 describes a flexible solar module that subsequently has to be applied to a rigid support structure.
  • the disadvantage here is the additional step, the subsequent bonding with a support structure. Due to the different coefficients of thermal expansion of the plastic frame and the glass occurred in the past again and again delamination of moisture penetration into the inner region of the solar module, which ultimately led to the destruction of the module.
  • the solar module should have the lowest possible basis weight and at the same time be as rigid as possible, so that no or only a very simple support or mounting structure is required and it can be handled easily. Furthermore, the solar module should have sufficient composite long-term stability to prevent delamination and / or moisture from entering.
  • the invention relates to a solar module with a structure structure
  • a sandwich element C) comprising at least one core layer and at least one outer layer located on each side of the core layer, optionally with attachment and electrical connection elements.
  • the solar module Due to its sufficiently high bending stiffness, such a construction has sufficiently high stability. Due to this sufficiently high rigidity, the solar module is easy to handle and does not bend even after a long time (for example, with a spaced attachment to non-vertical surfaces).
  • the difference of the coefficient of thermal expansion of the sandwich element C) compared to that of the transparent layer A) and that of the solar cells is very small, so that mechanical stresses hardly occur and the risk of delamination is very low.
  • the sandwich element C) of the solar module according to the invention further serves to seal the solar module against external influences.
  • an additional barrier layer for example in the form of a barrier film
  • this seal can be additionally optimized. It is preferably applied directly in the production of the sandwich element and can be located both on the side facing away from the adhesive layer of the sandwich element and between the adhesive layer and sandwich element.
  • the barrier film can be inserted, for example, in the pressing tool before the sandwich element is inserted.
  • the barrier layer can also be produced by InMold coating by spraying the barrier layer into the pressing tool before inserting the sandwich element. Alternatively, the barrier film can also be subsequently glued to the sandwich element. A subsequent encapsulation of the sandwich element with a barrier layer is also possible.
  • the attachment of the solar module to the respective substrate for example, house roofs or walls
  • the solar module therefore preferably has in the sandwich element already integrated fastening means, recesses and / or holes, via which an attachment to the respective substrate can take place.
  • the sandwich element preferably receives the electrical connection elements, so that subsequent attachment, e.g. can be omitted from junction boxes.
  • the sandwich element C) is preferably based on polyurethane (PUR), since in this case particularly high bending stiffnesses are obtained.
  • PUR polyurethane
  • Such a sandwich element C) consists of a core layer and on both sides of the core layer arranged fiber layers, which are impregnated with a polyurethane resin.
  • the known methods come into question: NafpurTec method, LFI / FipurTec method or
  • the polyurethane resin used can be obtained by reacting
  • At least one polyol component having an average OH number of 300 to 700 and containing at least one short-chain and one long-chain polyol, the starting polyols having a functionality of 2 to 6,
  • AIs long-chain polyols are preferably suitable polyols having at least two to not more than six isocyanate-reactive H atoms; Polyester polyols and polyether polyols which have OH numbers of from 5 to 100, preferably from 20 to 70, particularly preferably from 28 to 56, are preferably used.
  • Preferred short-chain polyols are those which have OH numbers of from 150 to 2,000
  • Water is used in amounts of 0 to 3.0, preferably 0 to 2.0 parts by weight per 100 parts by weight of polyol formulation (components 2) to 6)).
  • the usual activators for the blowing and crosslinking reaction e.g. Amines or metal salts used.
  • Suitable foam stabilizers are preferably polyether siloxanes, preferably water-soluble components.
  • the stabilizers are usually used in amounts of from 0.01 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyol formulation (components 2) to 6)).
  • the reaction mixture for the preparation of the polyurethane resin can optionally be added to auxiliaries, release agents and additives, for example surface-active additives, such as. Emulsifiers, flame retardants, nucleating agents, antioxidants, lubricants and mold release agents, dyes, dispersants, blowing agents and pigments.
  • surface-active additives such as. Emulsifiers, flame retardants, nucleating agents, antioxidants, lubricants and mold release agents, dyes, dispersants, blowing agents and pigments.
  • the components are reacted in amounts such that the equivalence ratio of the NCO groups of the polyisocyanates 1) to the sum of the isocyanate-reactive hydrogens of components 2) and 3) and optionally 4), 5) and 6) 0.8: 1 to 1.4: 1, preferably 0.9: 1 to 1.3: 1.
  • rigid foams preferably polyurethane (PUR) or polystyrene foams, Balsahölzer, corrugated sheets, spacers (for example, from large-pored open plastic foams), honeycomb structures, such as metals, impregnated papers or plastics, or from the state
  • PUR polyurethane
  • honeycomb structures such as metals, impregnated papers or plastics, or from the state
  • the technique eg Klein, B., lightweight construction, Verlag Vieweg, Braunschweig / Wiesbaden, 2000, page 186 ff
  • moldable, in particular thermoformable, rigid foams (eg rigid polyurethane foams) and honeycomb structures which enable a curved or a three-dimensional shaping of the solar module to be produced.
  • hard foams with good insulating properties are preferred.
  • the Element C) in particular the core layer also serves for the isolation, in particular the thermal insulation.
  • glass fiber mats As fiber material for the fiber layers, glass fiber mats, glass fiber mats, Glasmaschinewirrlagen, glass fiber fabric, cut or ground glass or mineral fibers, natural fiber mats and knitted fabrics, cut natural fibers, as well as fiber mats, nonwovens and -wirirke based on
  • Polymer, carbon or aramid fibers and their mixture can be used.
  • the production of the sandwich elements C) can be carried out so that first of all a fibrous layer is applied to the core layer on both sides, which is acted upon by the polyurethane starting components 1) to 6).
  • the fiber reinforcing material can also be incorporated with the polyurethane raw materials 1) to 6) by suitable mixing head technology.
  • the thus prepared blank from the three layers is transferred to a mold and the mold is closed. The reaction of the PUR components bonds the individual layers together.
  • the sandwich element C) is characterized by a low basis weight of 1500 to 4000 g / m 2 and a high flexural strength of 0.5 to 5 ⁇ 10 6 N / mm 2 (based on 10 mm sample width).
  • the sandwich element in comparison to other supporting structures made of plastics or metals, such as plastic blends (polycarbonate / acrylonitrile-butadiene-styrene, polyphenylene oxide / polyamide), sheet-molding compound (SMC) or aluminum and steel sheet at comparable bending stiffness significantly lower basis weights ,
  • plastic blends polycarbonate / acrylonitrile-butadiene-styrene, polyphenylene oxide / polyamide
  • SMC sheet-molding compound
  • aluminum and steel sheet at comparable bending stiffness significantly lower basis weights
  • the transparent layer A) may consist of the following materials: glass, polycarbonate, polyester, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, fluorine-containing polymers, epoxies, thermoplastic polyurethanes or any combination of these materials. Furthermore, it is also possible to use transparent polyurethanes based on aliphatic isocyanates. As Isocyante HDI (hexamethylene diisocyanate), EPDI (isophorone diisocyanate) and / or H 12-MDI (saturated Methylendiphenyldiisocyanat) are used. Come as a polyol component
  • Polyether and / or polyester polyols for use and chain extenders preferably aliphatic systems are used.
  • the layer A) can be designed as a plate, film or composite film.
  • a transparent protective layer for example in the form of a lacquer or a plasma layer.
  • the transparent layer A) could be set softer, whereby voltages in the module can be further reduced. Protection against external influences would take over the additional protective layer.
  • the adhesive layer B) has the following properties: high transparency in the range of 350 nm to 1 150 nm, good adhesion to silicon and to the material of the transparent layer A) and to the sandwich element C).
  • the adhesive layer may consist of one or more adhesive films, which are laminated to the layer A) and / or the sandwich element.
  • the adhesive layer B) is soft to compensate for the stresses caused by the different thermal expansion coefficients of transparent layer A), solar cells and sandwich element C).
  • the adhesive layer B) is preferably made of a thermoplastic polyurethane, which may optionally be colored.
  • the coefficient of thermal expansion of sandwich element C) is preferably 10 to 20 ⁇ 10 -6 K -1 , depending on the sandwich composition and fiber reinforcement.
  • the solar module preferably has a circumferential polyurethane frame, which can be retrofitted by RIM, R-RIM, S-RIM, RTM, spraying or casting.
  • Another object of the invention is a method for producing the solar modules according to the invention, characterized in that
  • a sandwich element C) comprising at least one core layer and at least one outer layer located on each side of the core layer and optionally with
  • an adhesive layer B) in the form of a plastic film or as a mass is applied to the sandwich element C),
  • the solar cells are placed on the adhesive layer B) or embedded in the adhesive layer B) or a solar film is applied to the adhesive layer B),
  • a transparent plastic film optionally having an adhesive layer B), and / or a transparent layer A) is applied to the solar cells
  • the abovementioned layer structure is optionally pressed in with the effect of temperature and / or optionally under application of a vacuum.
  • the sandwich element C) can be presented either as a finished pressed or bonded sandwich element or as a non-bonded sandwich element in which the layers have not yet been pressed or joined.
  • the method can also be carried out by initially introducing the transparent layer A) (eg a plastic film). Subsequently, an adhesive layer B) in the form of a Plastic film or as a mass applied to the layer A). The solar cells or the solar film are placed on the adhesive layer B) or embedded in the adhesive layer B). Subsequently, a sandwich element C), which optionally has an adhesive layer B), is applied. Preferably, then optionally pressed under the influence of temperature.
  • the transparent layer A eg a plastic film
  • an adhesive layer B in the form of a Plastic film or as a mass applied to the layer A.
  • the solar cells or the solar film are placed on the adhesive layer B) or embedded in the adhesive layer B).
  • a sandwich element C which optionally has an adhesive layer B
  • is applied Preferably, then optionally pressed under the influence of temperature.
  • the method can also be carried out so that initially a finished film module from the
  • this film module has an adhesive layer B), preferably of thermoplastic polyurethane, on the side facing the sandwich element to be applied.
  • a not yet connected film module can be submitted by initially a transparent layer A) is submitted. Subsequently, an adhesive layer B) in the form of a plastic film or as a mass on the transparent layer A) is applied. Subsequently, the solar cells or the solar film are placed on the adhesive layer B) or embedded in the adhesive layer B). Subsequently, if necessary, a further adhesive layer B) - preferably applied from a thermoplastic polyurethane.
  • not yet connected film module On the presented, finished connected film module or on the only presented, not yet connected film module then also preferably not yet pressed sandwich element (preferably a PUR sandwich) is placed. Subsequently, if necessary, the mixture is compressed while increasing the temperature. The pressing process hardens the sandwich element and connects it to the film module in the same work step. Will not be connected
  • sandwich element preferably a PUR sandwich
  • the pressing operation is used simultaneously to connect the laminate layers with each other.
  • additional functional layers and elements can be inserted before the pressing process and connected to the solar module by the pressing process.
  • a barrier foil against oxygen and moisture e.g.
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVF aluminum PVF composite films PVF barrier films
  • these barrier films in turn have an adhesive layer for good adhesion to the sandwich element C).
  • these barrier films can also be attached to the rear side (the side facing away from the light) of the sandwich element C).
  • an additional insulation layer for example, a rigid polyurethane foam.
  • media lines can be pressed with. These lines can be made of plastic or plastic Copper exist. Preferably, these lines are placed close to the layer B) and can be used for cooling the solar module via a heat dissipating medium (eg water). By an internal cooling of the solar module, the electrical efficiency can be increased.
  • a heat dissipating medium eg water
  • the solar modules according to the invention generate electricity and at the same time act as an insulating layer, so that they can also be used well as a roofing. They are very light and stiff at the same time. By pressing, they can also be converted into three-dimensional structures, so that they can be well adapted to voddede roof structures.
  • the arrangement consists of a transparent adhesive layer 1, in which the cell connectors 2 are connected
  • Solar cells 3 are embedded. Above it is a transparent, UV-stable, thin front layer 4, consisting for example of a thin glass pane. On the back side there is the load-bearing sandwich element 5, consisting of a core layer 6 and glass fiber layers 7 bonded by polyurethane. Fastening elements 8 and an electrical junction box 9 are integrated into the load-bearing sandwich element.
  • the sandwich element is followed by a barrier film 10, which prevents the entry of water and oxygen.
  • the solar module has a circumferential edge protection 11 made of elastomeric polyurethane, which prevents lateral penetration of water, dirt and oxygen.
  • the front layer used was a 125 ⁇ m thick polycarbonate film (type Makrofol® DE 1-4 from Bayer MaterialScience AG, Leverkusen). Two 480 .mu.m thick EVA films were used (type Vista ® from Solar Etimex, Rottenacker) as an adhesive layer. As a sandwich element Baypreg ® sandwich was used.
  • the solar module thus produced was in a solar simulator under a standard spectrum
  • the un-weathered module had an efficiency of 13.4% (+/- 0.5%).
  • a climate change test was carried out with the module. 302 cycles were cycled (between -40 0 C and + 85 ° C). After this weathering, the efficiency measured in the solar simulator was 12.8% (+/- 0.5%).

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Abstract

Das Solarmodul der Erfindung besteht aus einer transparenten Klebeschicht (1), in der die über Zellverbinder (2) verbundenen Solarzellen (3) eingebettet sind. Darüber befindet sich eine transparente, UV-stabile, dünne Frontachicht (4) beispielweise bestehend aus einer dünnen Glasscheibe. Rückseitig befindet sich das tragende Sandwichelement (5), bestehend aus einer Kernschicht (6) und durch Polyurethan gebundene Glasfaserschichten (7). In das tragende Sandwichelement sind Befestigungselemente (8) und eine elektrische Anschlussdose (9) integriert. An das Sandwichelement schließt sich eine Sperrfolie (10) an, die den Entritt von Wasser und Sauerstoff unterbindet. Das Solarmodul weist einen umlaufenden Kantenschutz (11) aus elastomerem Polyurethan auf, der ein seitliches Eindringen von Wasser, Schmutz und Sauerstoff verhindert. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Solarmoduls.

Description

Leichtes, biegesteifes und selbsttragendes Solarmodul sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein photovoltaisches Solarmodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Unter Solarmodulen versteht man Bauelemente zur direkten Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht. Schlüsselfaktoren für eine kosteneffiziente Erzeugung von Solarstrom sind der Wirkungsgrad der verwendeten Solarzellen, sowie die Herstellkosten und die Haltbarkeit der Solarmodule.
Ein Solarmodul besteht üblicherweise aus einem gerahmten Verbund aus Glas, verschalteten Solar- zellen, einem Einbettmaterial und einer Rückenseitenkonstruktion. Die einzelnen Schichten des
Solarmoduls haben folgende Funktionen zu erfüllen.
Das Frontglas dient dem Schutz vor mechanischen und Witterungseinflüssen. Es muss höchste Transparenz aufweisen, um Absorptionsverluste im optischen Spektralbereich von 300 nm bis 1150 nm und damit Wirkungsgradverluste der üblicherweise zur Stromerzeugung eingesetzten Silizium- Solarzellen möglichst gering zu halten. Normalerweise wird gehärtetes, eisenarmes Weißglas
(3 oder 4 mm stark) verwendet, dessen Transmissionsgrad im obigen Spektralbereich bei 90 bis 92 % liegt. Ferner liefert das Glas einen signifikanten Beitrag zur Steifigkeit des Moduls.
Das Einbettmaterial (meist werden EVA (Ethyl-Vinylacetat)-Folien verwendet) dient zur Verklebung des gesamten Modulverbundes. EVA schmilzt während eines Laminiervorgangs bei etwa 150 0C, fließt in die Zwischenräume der verlöteten Solarzellen und wird thermisch vernetzt. Eine
Bildung von Luftblasen, die zu Reflexionsverlusten führen, wird durch eine Laminierung unter Vakuum vermieden.
Die Modulrückseite schützt die Solarzellen und das Einbettmaterial vor Feuchtigkeit und Sauerstoff. Außerdem dient sie als mechanischer Schutz vor Verkratzung etc. beim Montieren der Solar- module und als elektrische Isolation. Als Rückseitenkonstruktion kann eine weitere Glasscheibe oder eine Verbundfolie eingesetzt werden. Im Wesentlichen werden dabei die Varianten PVF (Polyvinylfluorid)-PET (Polyethylenterephthalat)-PVF oder PVF-Aluminium-PVF eingesetzt.
Die im Solarmodulbau eingesetzten Kapselungsmaterialien müssen insbesondere gute Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf und Sauerstoff aufweisen. Durch Wasserdampf oder Sauerstoff werden die Solarzellen selbst nicht angegriffen, aber es kommt zu einer Korrosion der Metallkontakte und einer chemischen Degradation des EVA-Einbettmaterials. Ein zerstörter Solarzellenkontakt führt zu einem Komplettausfall des Moduls, da normalerweise alle Solarzellen in einem Modul elektrisch seriell verschaltet werden. Eine Degradation des EVA zeigt sich an einer Vergil- bung des Moduls, verbunden mit einer entsprechenden Leistungsreduktion durch Lichtabsorption sowie einer visuellen Verschlechterung. Heute werden etwa 80 % aller Module mit einer der beschriebenen Verbundfolien auf der Rückseite verkapselt, bei etwa 15 % der Solarmodule wird Glas für Vorder- und Rückseite verwendet. In diesem Falle kommen als Einbettmaterial anstatt EVA teilweise hochtransparente, allerdings nur langsam (mehrere Stunden) härtende Gießharze zum
Einsatz.
Um trotz der relativ hohen Investitionskosten konkurrenzfähige Stromgestehungskosten von Solarstrom zu erreichen, müssen Solarmodule lange Betriebszeiten erreichen. Heutige Solarmodule sind daher auf eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren ausgelegt. Neben hoher Witterungsstabilität werden große Anforderungen an die Temperaturbelastbarkeit der Module gestellt, deren Temperatur im Betrieb zyklisch zwischen 80°C bei voller Sonneneinstrahlung und Temperaturen unterhalb des Gefrierpunks schwanken können. Dementsprechend werden Solarmodule umfangreichen Stabilitätstests unterzogen (Normtests nach IEC 61215 und IEC 61730), zu denen Witterungstests (UV- Bestrahlung, Damp Heat, Temperaturwechsel), aber auch Hagelschlagtests und Tests des elektr- ischen Isolationsvermögens zählen.
Auf die Modulendfertigung entfällt mit 30 % der Gesamtkosten ein relativ hoher Anteil der Gesamtkosten für Photovoltaikmodule. Dieser große Anteil der Modulfertigung ist durch hohe Materialkosten (z.B. Rückseitenmehrschichtfolie) und durch lange Prozesszeiten, d. h. geringe Produktivität bedingt. Noch immer werden häufig die oben beschriebenen Einzelschichten des Modulver- bunds in Handarbeit zusammengestellt und ausgerichtet. Zusätzlich führen das relativ langsame
Aufschmelzen des EVA-Schmelzklebers und die Lamination des Modulverbunds bei ca. 1500C und unter Vakuum zu Zykluszeiten von etwa 20 bis 30 Minuten pro Modul.
Durch die relativ dicke Frontglasscheibe weisen konventionelle Solarmodule zudem ein hohes Gewicht auf, das wiederum stabile und teure Haltekonstruktionen nötig macht. Auch ist die Wärmeab- fuhr bei heutigen Solarmodulen nur unbefriedigend gelöst. Bei voller Sonnenbestrahlung heizen sich die Module auf bis zu 800C, was zu einer temperaturbedingten Verschlechterung des Solarzellenwirkungsgrads und damit letztlich zu einer Verteuerung des Solarstroms führt.
Im Stand der Technik werden Solarmodule hauptsächlich mit einem Rahmen aus Aluminium verwendet. Obwohl es sich dabei um ein Leichtmetall handelt, leistet doch dessen Gewicht einen nicht zu vernachlässigenden Beitrag zum Gesamtgewicht. Dies ist gerade bei größeren Modulen ein
Nachteil, der aufwändige Halte- und Befestigungskonstruktionen erfordert.
Um den Eintritt von Wasser und Sauerstoff zu verhindern, weisen besagte Aluminiumrahmen auf ihrer dem Solarmodul zuweisenden Innenseite eine zusätzliche Dichtung auf. Darüber hinaus kommt nachteilig hinzu, dass Aluminiumrahmen aus Rechteckprofϊlen hergestellt werden und man daher hinsichtlich ihrer Formgebung stark eingeschränkt ist.
Zur Verringerung des Solarmodulgewichtes, zur Vermeidung eines zusätzlichen Dichtungsmaterials und zur Erhöhung der Designfreiheit beschreiben US 4,830,038 und US 5,008,062 die An- bringung eines Kunststoffrahmens um das betreffende Solarmodul, der durch das RIM-Verfahren
(Reaction Injection Molding) erhalten wird.
Bevorzugt handelt es sich bei dem verwendeten polymeren Material um ein elastomeres Polyurethan. Das besagte Polyurethan soll bevorzugt einen E-Modul in einem Bereich von 200 bis 10000 p.s.i. (entsprechend ca. 1,4 bis 69,0 N/mm2) besitzen.
Zur Verstärkung des Rahmens werden in diesen beiden Patentschriften verschiedene Möglichkeiten beschrieben. So können Verstärkungsbauteile aus zum Beispiel einem polymeren Material, Stahl oder Aluminium bei der Ausbildung des Rahmens mit in diesen integriert werden. Auch können Füllstoffe mit in das Rahmenmaterial eingebracht werden. Bei diesen kann es sich zum Beispiel um plättchenförmige Füllstoffe wie das Mineral Wollastonit oder nadelartige/faserförmige Füllstoffe wie Glasfasern handeln.
In ähnlicher Weise beschreibt DE 37 37 183 Al ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffrahmens eines Solarmoduls, wobei die Shore-Härte des verwendeten Materials bevorzugt so eingestellt wird, dass eine ausreichende Steifigkeit des Rahmens und eine elastische Aufnahme des Solargenerators sichergestellt ist.
Die zuvor beschriebenen Module werden mit Hilfe von Ständerkonstruktionen aufgestellt oder beispielsweise auf Dachstrukturen angebracht. Sie benötigen dazu eine gewisse Modulsteifigkeit, die sich nachteilig durch einen (Kunststoff-) Rahmen und die relativ schwere, ca. 3 bis 4 mm dicke Frontscheibe ergibt. Zudem besitzt die Frontscheibe schon aufgrund ihrer Dicke eine gewisse Absorption, was sich wiederum nachteilig auf den Wirkungsgrad des Solarmoduls auswirkt.
Als Folienmodule bezeichnet man die Einbettung von Solarzellen zwischen zwei Kunststofffolien, ggf. auch zwischen einer vorderseitigen, lichtdurchlässigen Folie und einem biegsamen Blech (Aluminium oder Edelstahl) auf der Rückseite. Beispielsweise bestehen Folienlaminate der Marke „UNIsolar®" aus auf dünnem Edelstahl-Blech aufgedampftem, amorphem Dünnschicht-Silizium, eingebettet zwischen zwei Kunststofffolien. Diese flexiblen Laminate müssen anschließend auf einer steifen Tragstrukturen wie beispielsweise Dachscharen aus Blech oder Dachelemente aus
Metall-Sandwichverbunden geklebt werden. DE 10 2005 032 716 Al beschreibt ein flexibles Solarmodul, dass nachträglich auf einer steifen Tragstruktur aufgebracht werden muss. Nachteilig ist hier der zusätzliche Arbeitsschritt, das nachträgliche Verkleben mit einer Tragstruktur. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffrahmens und des Glases traten in der Vergangenheit immer wieder Delaminationen und ein Eindringen von Feuchtigkeit in den inneren Bereich des Solarmoduls auf, die letztendlich zur Zerstörung des Moduls führten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solarmodul bereitzustellen, welches diese Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Das Solarmodul soll ein möglichst geringes Flächengewicht besitzen und gleichzeitig möglichst biegesteif sein, so dass keine oder nur eine sehr einfache Trag- oder Befestigungsstruktur erforderlich ist und es sich problemlos handhaben lässt. Ferner sollte das Solarmodul eine ausreichende Verbund-Langzeitstabilität ausweisen, die verhindert, dass Delaminationen und/oder Feuchtigkeitseintritt auftreten.
Diese Aufgabe wurde durch das erfϊndungsgemäße photovoltaische Solarmodul gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Solarmodul mit einem Strukturaufbau aus
a) einer transparenten der Lichtquelle zugewandten Schicht A) in Form einer Glas- scheibe oder einer Kunststoffschicht,
b) einer Klebeschicht B) als Zwischenschicht und darin eingebetteten Solarzellen,
c) einem Sandwichelement C) aus mindestens einer Kernschicht und mindestens einer auf jeder Seite der Kernschicht befindlichen Außenschicht, gegebenenfalls mit Befestigungs- und elektrischen Anschlusselementen.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein photovoltaisches Solarmodul mit einem solchen Strukturaufbau die gewünschten Eigenschaften in sich vereinigt.
Ein solcher Aufbau weist bedingt durch seine hinreichend hohe Biegesteifigkeit eine ausreichend hohe Stabilität auf. Durch diese ausreichend hohe Steifigkeit ist das Solarmodul leicht handhabbar und biegt auch nach längerer Zeit nicht durch (zum Beispiel bei einer beabstandeten Anbringung an nicht senkrechten Flächen).
Darüber hinaus ist der Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Sandwichelements C) im Vergleich zu dem der transparenten Schicht A) und dem der Solarzellen sehr gering, so dass mechanische Spannungen kaum auftreten und die Gefahr der Delamination sehr gering ist.
Das Sandwichelement C) des erfindungsgemäßen Solarmoduls dient weiterhin der Abdichtung des Solarmoduls gegen äußere Einflüsse. Mit einer zusätzlichen Sperrschicht, beispielsweise in Form einer Sperrfolie kann diese Abdichtung zusätzlich optimiert werden. Sie wird vorzugsweise bei der Herstellung des Sandwichelementes direkt mit aufgebracht und kann sich sowohl auf der der Klebeschicht abgewandten Seite des Sandwichelementes als auch zwischen Klebeschicht und Sandwichelement befinden. Die Sperrfolie kann beispielsweise in das Presswerkzeug eingelegt werden, bevor das Sandwichelement eingelegt wird. Die Sperrschicht kann auch durch InMold-Coating erzeugt werden, indem vor Einlegen des Sandwichelementes die Sperrschicht in das Presswerkzeug eingesprüht wird. Die Sperrfolie kann alternativ auch nachträglich auf das Sandwichelement aufgeklebt werden. Eine nachträgliche Umspritzung des Sandwichelementes mit einer Sperrschicht ist ebenfalls möglich.
Darüber hinaus kann über das Sandwichelement C) auch die Befestigung des Solarmoduls an den jeweiligen Untergrund (zum Beispiel Hausdächer oder -wände) erfolgen. Das Solarmodul weist daher vorzugsweise im Sandwichelement bereits integrierte Befestigungsmittel, Ausnehmungen und/oder Löcher auf, über welche eine Anbringung an den jeweiligen Untergrund erfolgen kann. Ferner erhält das Sandwichelement bevorzugt die elektrischen Verbindungselemente, so dass eine nachträgliche Anbringung z.B. von Anschlussdosen entfallen kann.
Das Sandwichelement C) basiert vorzugsweise auf Polyurethan (PUR), da hierbei besonders hohe Biegesteifϊgkeiten erhalten werden. Ein derartiges Sandwichelement C) besteht aus einer Kernschicht und beidseitig der Kernschicht angeordneten Faserschichten, die mit einem Polyurethanharz getränkt sind. Für die Herstellung des Sandwichelementes mit der angesprochenen Struktur kommen die bekannten Verfahren in Frage: NafpurTec- Verfahren, LFI/FipurTec-Verfahren bzw.
Interwet- Verfahren, CSM-Verfahren und Laminier-Verfahren.
Das eingesetzte Polyurethanharz ist erhältlich durch Umsetzung von
1) mindestens einem Polyisocyanat,
2) mindestens einer Polyolkomponente mit einer durchschnittlichen OH-Zahl von 300 bis 700, die mindestens ein kurzkettiges und ein langkettiges Polyol enthält, wobei die Ausgangspolyole eine Funktionalität von 2 bis 6 aufweisen,
3) Wasser,
4) Aktivatoren,
5) Stabilisatoren,
6) gegebenenfalls Hilfs-, Trenn- und/oder Zusatzmitteln. AIs langkettige Polyole eignen sich vorzugsweise Polyole mit mindestens zwei bis höchstens sechs gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven H-Atomen; vorzugsweise werden Polyesterpolyole und Polyetherpolyole eingesetzt, die OH-Zahlen von 5 bis 100, bevorzugt 20 bis 70, besonders bevorzugt von 28 bis 56 aufweisen.
Als kurzkettige Polyole eignen sich bevorzugt solche, die OH-Zahlen von 150 bis 2000, bevorzugt
250 bis 1500, besonders bevorzugt von 300 bis 1100 aufweisen.
Bevorzugt werden erfindungsgemäß höherkernige Isocyanate der Diphenylmethandiisocyanat- Reihe (pMDI-Typen), deren Prepolymere oder Abmischungen aus diesen Komponenten eingesetzt.
Wasser wird in Mengen von 0 bis 3,0, bevorzugt 0 bis 2,0 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile Polyol- formulierung (Komponenten 2) bis 6)) eingesetzt.
Zur Katalyse werden die an sich üblichen Aktivatoren für die Treib- und Vernetzungsreaktion, wie z.B. Amine oder Metallsalze verwendet.
Als Schaumstabilisatoren kommen vorzugsweise Polyethersiloxane, bevorzugt wasserlösliche Komponenten, in Frage. Die Stabilisatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.- Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Polyolformulierung (Komponenten 2) bis 6)) angewandt.
Der Reaktionsmischung zur Herstellung des Polyurethanharzes können gegebenenfalls Hilfs-, Trenn- und Zusatzmittel zugesetzt werden, beispielsweise oberflächenaktive Zusatzstoffe, wie z.B. Emulgatoren, Flammschutzmittel, Keimbildungsmittel, Oxidationsverzögerer, Gleit- und Entfor- mungsmittel, Farbstoffe, Dispergiermittel, Treibmittel und Pigmente.
Die Komponenten werden in solchen Mengen zur Umsetzung gebracht, dass das Äquivalenzverhältnis der NCO-Gruppen der Polyisocyanate 1) zur Summe der gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffe der Komponenten 2) und 3) sowie gegebenenfalls 4), 5) und 6) 0,8:1 bis 1,4:1, vorzugsweise 0,9:1 bis 1,3:1 beträgt.
Als Material für die Kernschicht des Sandwichelementes C) können beispielsweise Hartschäume, vorzugsweise Polyurethan (PUR)- oder Polystyrolschäume, Balsahölzer, Wellbleche, Abstandhalter (beispielsweise aus großporigen offenen Kunststoffschäumen), Wabenstrukturen, beispielsweise aus Metallen, getränkten Papieren oder Kunststoffen, oder aus dem Stand der Technik (z.B. Klein, B., Leichtbau-Konstruktion, Verlag Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden, 2000, Seite 186 ff.) bekannte Sandwichkernmaterialien eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind auch formbare, insbesondere thermoformbare Hartschäume (z.B. PUR-Hartschäume) und Wabenstrukturen, die eine gewölbte oder eine dreidimensionale Formgebung des zu erzeugenden Solarmoduls ermöglichen. Weiterhin sind besonders Hartschäume mit guten Isolationseigenschaften bevorzugt. Das Element C), insbesondere die Kernschicht dient auch der Isolierung, insbesondere der thermischen Isolierung.
Als Fasermaterial für die Faserschichten können Glasfasermatten, Glasfaservliese, Glasfaserwirrlagen, Glasfasergewebe, geschnittene oder gemahlene Glas- oder Mineral-Fasern, Naturfasermatten und -gewirke, geschnittene Naturfasern, sowie Fasermatten, -vliese und -gewirke auf Basis von
Polymer-, Kohlenstoff- bzw. Aramidfasern sowie deren Mischung eingesetzt werden.
Die Herstellung der Sandwichelemente C) kann so durchgeführt werden, dass zunächst auf die Kernschicht beidseitig eine Faserschicht aufgebracht wird, die mit den Polyurethanausgangskomponenten 1) bis 6) beaufschlagt wird. Alternativ kann der Faser-Verstärkungsstoff auch mit den Polyurethanrohstoffen 1) bis 6) durch geeignete Mischkopftechnik eingebracht werden. Der so hergestellte Rohling aus den drei Schichten wird in ein Formwerkzeug überführt, und die Form wird geschlossen. Durch die Reaktion der PUR-Komponenten werden die einzelnen Schichten miteinander verbunden.
Das Sandwichelement C) zeichnet sich durch ein geringes Flächengewicht von 1500 bis 4000 g/m2 und eine hohe Biegesteifϊgkeit von 0,5 bis 5 x 106 N/mm2 (bezogen auf 10 mm Probenbreite) aus.
Insbesondere besitzt das Sandwichelement im Vergleich zu anderen Tragstrukturen aus Kunststoffen oder Metallen, wie beispielsweise Kunststoffblends (Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien- Styrol, Polyphenylenoxid/Polyamid), Sheet-Moulding-Compound (SMC) oder Aluminium- und Stahlblech bei vergleichbaren Biegesteifigkeiten wesentlich niedrigere Flächengewichte.
Die transparente Schicht A) kann aus folgenden Materialien bestehen: Glas, Polycarbonat, Polyester, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, fluorhaltigen Polymeren, Epoxiden, thermoplastischen Polyurethanen oder beliebigen Kombinationen dieser Materialien. Weiterhin können auch transparente Polyurethane auf Basis aliphatischer Isocyanate verwendet werden. Als Isocyante kommen HDI (Hexamethylendiisocyanat), EPDI (Isophorondiisocyanat) und/oder H 12- MDI (gesättigtes Methylendiphenyldiisocyanat) zum Einsatz. Als Polyolkomponente kommen
Polyether und/oder Polyesterpolyole zum Einsatz sowie Kettenverlängerer, wobei bevorzugt aliphatische Systeme verwendet werden.
Die Schicht A) kann als Platte, Folie oder Verbundfolie ausgestaltet sein. Auf die transparente Schicht A) kann bevorzugt noch eine transparente Schutzschicht aufgebracht werden, beispielsweise in Form eines Lackes oder einer Plasmaschicht. Durch eine derartige Maßnahme könnte die transparente Schicht A) weicher eingestellt werden, wodurch Spannungen im Modul weiter reduziert werden können. Den Schutz gegenüber äußeren Einflüssen würde die zusätzliche Schutzschicht übernehmen.
Die Klebschicht B) weist folgende Eigenschaften auf: hohe Transparenz im Bereich von 350 nm bis 1 150 nni, gute Haftung an Silizium und am Material der transparenten Schicht A) und am Sandwichelement C). Die Klebeschicht kann aus einer oder mehreren Klebefolien bestehen, die auf die Schicht A) und/oder das Sandwichelement auflaminiert werden.
Die Klebeschicht B) ist weich, um die Spannungen, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von transparenter Schicht A), Solarzellen und Sandwichelement C) entstehen, auszugleichen. Die Klebeschicht B) besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischem Polyurethan, das gegebenenfalls eingefärbt sein kann.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sandwichelements C) liegt bevorzugt bei 10 bis 20 x 10"6 K1, in Abhängigkeit von der Sandwichzusammensetzung und der Faserverstärkung.
Das Solarmodul weist vorzugsweise einen umlaufenden Polyurethan-Rahmen auf, der nachträglich durch RIM, R-RIM, S-RIM, RTM, Sprühen oder Gießen angebracht werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarmodule, dadurch gekennzeichnet, dass
i) ein Sandwichelement C) aus mindestens einer Kernschicht und mindestens einer auf jeder Seite der Kernschicht befindlichen Außenschicht und gegebenenfalls mit
Befestigungs- und elektrischen Anschlusselementen vorgelegt wird,
ii) eine Klebeschicht B) in Form einer Kunststofffolie oder als Masse auf das Sandwichelement C) aufgebracht wird,
iii) die Solarzellen auf die Klebeschicht B) gelegt oder in die Klebeschicht B) einge- bettet werden oder eine Solarfolie auf die Klebeschicht B) aufgebracht wird,
iv) eine transparente Kunststofffolie, die gegebenenfalls eine Klebeschicht B) aufweist, und/oder eine transparente Schicht A) auf die Solarzellen aufgebracht wird,
v) gegebenenfalls der vorgenannte Schichtaufbau gegebenenfalls unter Temperatur- einfiuss und/oder gegebenenfalls unter Anlegen eines Vakuums verpresst wird.
Das Sandwichelement C) kann entweder als fertiges verpresstes oder verbundenes Sandwichelement oder als nicht verbundenes Sandwichelement, bei dem die Schichten noch nicht verpresst oder verbunden sind, vorgelegt werden.
Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, dass zunächst die transparente Schicht A) (z.B. eine Kunststofffolie) vorgelegt wird. Anschließend wird eine Klebeschicht B) in Form einer Kunststofffolie oder als Masse auf die Schicht A) aufgebracht. Die Solarzellen oder die Solarfolie werden auf die Klebeschicht B) aufgelegt oder in die Klebeschicht B) eingebettet. Anschließend wird ein Sandwichelement C), das gegebenenfalls eine Klebeschicht B) aufweist, aufgebracht. Vorzugsweise wird anschließend gegebenenfalls unter Temperatureinfluss verpresst.
Das Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass zunächst ein fertiges Folienmodul aus den
Schichten A) und B), welches die Solarzellen oder die Solarschicht bereits aufweist, in einem Presswerkzeug vorgelegt wird. Vorzugsweise besitzt dieses Folienmodul auf der dem aufzubringenden Sandwichelement zugewandten Seite eine Klebeschicht B) vorzugsweise aus thermoplastischem Polyurethan.
Alternativ kann auch ein noch nicht verbundenes Folienmodul vorgelegt werden, indem zunächst eine transparente Schicht A) vorgelegt wird. Anschließend wird eine Klebeschicht B) in Form einer Kunststofffolie oder als Masse auf die transparente Schicht A) aufgebracht. Anschließend werden die Solarzellen oder die Solarfolie auf die Klebeschicht B) aufgelegt oder in die Klebeschicht B) eingebettet. Anschließend wird gegebenenfalls eine weitere Klebeschicht B) - vorzugsweise aus einem thermoplastischen Polyurethan aufgebracht.
Auf das vorgelegte, fertig verbundene Folienmodul oder auf das nur vorgelegte, noch nicht verbundene Folienmodul wird dann ein ebenfalls bevorzugt noch nicht verpresstes Sandwichelement (vorzugsweise ein PUR-Sandwich) aufgelegt. Anschließend wird gegebenenfalls unter Erhöhung der Temperatur verpresst. Der Pressvorgang härtet das Sandwichelement aus und verbindet es im gleichen Arbeitsschritt mit dem Folienmodul. Wird ein noch nicht verbundenes
Folienmodul vorgelegt, dient der Pressvorgang gleichzeitig zum Verbinden der Laminatschichten untereinander.
Ergänzend können vor dem Pressvorgang weitere Funktionsschichten und -elemente eingelegt und durch den Pressvorgang mit dem Solarmodul verbunden werden. Beispielsweise kann zwischen der Schicht B) und dem Sandwichelement C) eine Sperrfolie gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit (z.B.
PVF (Polyvinylfluorid)-PET (Polyethylenterephthalat)-PVF oder PVF-Aluminium-PVF-Verbund- folien) eingebracht werden. Gegebenenfalls besitzen diese Sperrfolien wiederum eine Klebeschicht zur guten Anhaftung an das Sandwichelement C). Alternativ können diese Sperrfolien auch auf die Rückseite (dem Licht abgewandten Seite) des Sandwichelements C) angebracht werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit zur Verbesserung der thermischen Isolierung, auf die Rückseite des Sandwichelements C) eine zusätzliche Isolationsschicht, beispielsweise aus einem Polyurethanhartschaum anzubringen.
In einer weiteren Ausführungsform können bei der Herstellung des Sandwichelements C) Medienleitungen mit eingepresst werden. Diese Leitungen können beispielsweise aus Kunststoff oder Kupfer bestehen. Bevorzugt sind diese Leitungen nahe zur Schicht B) platziert und können über ein Wärme abtransportierendes Medium (z.B. Wasser) zur Kühlung des Solarmoduls verwendet werden. Durch eine innere Kühlung des Solarmoduls kann der elektrische Wirkungsgrad erhöht werden.
Die erfindungsgemäßen Solarmodule erzeugen Strom und wirken gleichzeitig als Isolationsschicht, so dass sie auch gut als Dacheindeckung genutzt werden können. Sie sind sehr leicht und gleichzeitig steif. Durch Pressen können sie auch in dreidimensionale Strukturen überfuhrt werden, so dass sie an vogegebene Dachstrukturen gut angepasst werden können.
Anhand nachstehender Figur 1 wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. In Figur 1 besteht die Anordnung aus einer transparenten Klebeschicht 1, in der die über Zellverbinder 2 verbundenen
Solarzellen 3 eingebettet sind. Darüber befindet sich eine transparente, UV-stabile, dünne Frontschicht 4, beispielsweise bestehend aus einer dünnen Glasscheibe. Rückseitig befindet sich das tragende Sandwichelement 5, bestehend aus einer Kernschicht 6 und durch Polyurethan gebundene Glasfaserschichten 7. In das tragende Sandwichelement sind Befestigungselemente 8 und eine elek- trische Anschlussdose 9 integriert. An das Sandwichelement schließt sich eine Sperrfolie 10 an, die den Eintritt von Wasser und Sauerstoff unterbindet. Das Solarmodul weist einen umlaufenden Kantenschutz 11 aus elastomerem Polyurethan auf, der ein seitliches Eindringen von Wasser, Schmutz und Sauerstoff verhindert.
Beispiel
Es wurde ein Solarmodul aus den folgenden Einzelkomponenten gefertigt. Als Frontschicht wurde eine 125 μm dicke Polycarbonat-Folie (Typ Makro fol® DE 1-4 von Bayer MaterialScience AG, Leverkusen) verwendet. Als Klebschicht dienten zwei 480 μm dicke EVA-Folien (Typ Vistasolar® der Firma Etimex, Rottenacker). Als Sandwichelement wurde ein Baypreg®-Sandwich verwendet.
Hierzu wurde zunächst eine Papierwabe vom Typ Testliner 2 (A- Welle, Wabendicke 4,9-5,1 mm der Firma Wabenfarbik, Chemnitz) beidseitig mit einer Wirrfasermatte vom Typ M 123 mit einem Flächengewicht von 300 g/m2 (der Firma Vetrotex, Herzogenrath) belegt. Auf diesen Aufbau wurden anschließend beidseitig 300 g/m2 eines reaktiven Polyurethan-Systems mit einer Hochdruck- Verarbeitungsmaschine gesprüht. Es wurde ein Polyurethan-System der Bayer
MaterialScience AG, Leverkusen bestehend aus einem Polyol (Baypreg® VP.PU 01 IF 13) und einem Isocyanat (Desmodur® VP.PU 08IF01) im Mischungsverhältnis 100 zu 235,7 (Kennzahl 129) verwendet. Der Aufbau aus der Papierwabe und den mit Polyurethan besprühten Wirrfasermatten wurde in einem auf 1300C temperierten Werkzeug 90 Sekunden zu einem 10 mm dicken Baypreg®-Sandwich- Verbund verpresst.
Die Einzelkomponenten in der Reihenfolge Polycarbonatfolie, EVA-Folie, 4 Silizium-Solarzellen, EVA-Folie und abschließend dem Baypreg®-Sandwich wurden zu einem Laminat zusammengelegt und in einem Vakuumlaminator (Firma NPC, Tokyo, Japan) bei 1500C zunächst 6 Minuten evakuiert und anschließend 7 Minuten bei 1 bar Druck zu einem Solarmodul verpresst.
Das so hergestellte Solarmodul wurde in einem Solarsimulator unter einem Standard-Spektrum
(AM l,5g-Bedingungen) vermessen. Das unbewitterte Modul besaß einen Wirkungsgrad von 13,4 % (+/- 0,5 %). Anschließend wurde in Anlehnung an IEC 61215 ein Klimawechseltest mit dem Modul durchgeführt. Es wurden 302 Klimawechsel-Zyklen (zwischen -400C und +85°C) gefahren. Nach dieser Bewitterung betrug der im Sonnensimulator gemessene Wirkungsgrad 12,8% (+/- 0,5%).

Claims

Patentansprüche
1. Solarmodul aufgebaut aus
a) einer transparenten der Lichtquelle zugewandten Schicht A) in Form einer Glasscheibe oder einer Kunststoffschicht,
b) einer Klebeschicht B) als Zwischenschicht mit darin eingebetteten Solarzellen,
c) einem Sandwichelement C) aus mindestens einer Kernschicht und mindestens einer auf jeder Seite der Kernschicht befindlichen Außenschicht und gegebenenfalls mit Befestigungs- und elektrischen Anschlusselementen.
2. Solarmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau einen Rahmen aus Kunststoff aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
i) ein Sandwichelement C) aus mindestens einer Kernschicht und mindestens einer auf jeder Seite der Kernschicht befindlichen Außenschicht und gegebenenfalls mit Befestigungs- und elektrischen Anschlusselementen vorgelegt wird,
ii) eine Klebeschicht B) in Form einer Kunststofffolie oder als Masse auf das Sandwichelement C) aufgebracht wird,
iii) die Solarzellen auf die Klebeschicht B) gelegt oder in die Klebeschicht B) eingebettet werden oder eine Solarfolie aufgebracht wird,
iv) eine transparente Kunststofffolie A), die gegebenenfalls eine Klebeschicht B) aufweist, und/oder eine transparente Schicht A) auf die Solarzellen aufgebracht wird,
v) gegebenenfalls der vorgenannte Schichtaufbau gegebenenfalls unter Temperatur- einfluss und/oder gegebenenfalls unter Anlegen eines Vakuums verpresst wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
i) eine transparente Kunststofffolie A), die gegebenenfalls eine Klebeschicht B) aufweist, und/oder eine transparente Schicht A) vorgelegt wird, ii) eine Klebeschicht B) in Form einer Kunststofffolie oder als Masse auf die Schicht A) aufgebracht wird,
iii) die Solarzellen auf die Klebeschicht B) gelegt oder in die Klebeschicht B) eingebettet werden oder eine Solarfolie aufgebracht wird,
iv) ein Sandwichelement C) aus mindestens einer Kernschicht und mindestens einer auf jeder Seite der Kernschicht befindlichen Außenschicht auf die Solarzellen aufgebracht wird,
v) gegebenenfalls der vorgenannte Schichtaufbau gegebenenfalls unter Temperatur- einfluss und/oder gegebenenfalls unter Anlegen eines Vakuums verpresst wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
i) ein vorgefertigtes Folienmodul aus den Schichten A) und B), welches die Solarzellen oder die Solarschicht bereits aufweist, in einem Presswerkzeug vorgelegt wird,
ii) ein Sandwichelement C), welches vorzugsweise noch nicht verpresst ist, auf die
Seite des Folienmoduls aufgelegt wird, die die Klebeschicht aufweist,
iii) gegebenenfalls unter Wärmeeinfluss und/oder gegebenenfalls unter Anlegen eines Vakuums verpresst wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
i) ein noch nicht verbundenes Folienmodul vorgelegt wird, wobei zuerst die Schicht A) in das Presswerkzeug eingelegt wird, anschließend eine Klebeschicht B) aufgebracht wird und danach die Solarzellen oder die Solarfolie aufgebracht oder in die Klebeschicht B) eingebettet werden,
ii) gegebenenfalls eine weitere Klebeschicht B) aufgebracht wird,
iii) ein Sandwichelement C), welches vorzugsweise noch nicht verpresst ist, auf die Seite des Folienmoduls aufgelegt wird, die die Klebeschicht aufweist,
iv) gegebenenfalls unter Wärmeeinfluss und/oder gegebenenfalls unter Anlegen eines Vakuums verpresst wird.
7. Verwendung der Solarmodule gemäß Anspruch 1 als Dacheindeckung und als Dachisolationsmaterial.
EP09761413A 2008-06-12 2009-06-03 Leichtes, biegesteifes und selbsttragendes solarmodul sowie ein verfahren zu dessen herstellung Withdrawn EP2289111A2 (de)

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