EP2718980A1 - Solarmodul - Google Patents

Solarmodul

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EP2718980A1
EP2718980A1 EP12713690.1A EP12713690A EP2718980A1 EP 2718980 A1 EP2718980 A1 EP 2718980A1 EP 12713690 A EP12713690 A EP 12713690A EP 2718980 A1 EP2718980 A1 EP 2718980A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solar module
edge reinforcement
solar
glass
carrier layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12713690.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Sznerski
Holger Schumacher
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.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Priority to EP12713690.1A priority Critical patent/EP2718980A1/de
Publication of EP2718980A1 publication Critical patent/EP2718980A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
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    • H01L31/02013—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells or solar cell modules comprising output lead wires elements
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module and a method for producing a solar module.
  • Photovoltaic layer systems for the direct conversion of solar radiation into electrical energy are well known.
  • the materials and the arrangement of the layers are coordinated so that incident radiation from one or more semiconducting layers with the highest possible radiation yield is converted directly into electrical current.
  • Photovoltaic and extensive coating systems are called solar cells.
  • Solar cells contain semiconductor material in all cases. The largest known efficiencies of more than 20% are achieved with high-performance solar cells made of monocrystalline, polycrystalline or microcrystalline silicon or gallium arsenide. More than 80% of the currently installed solar cell power is based on crystalline silicon. Thin film solar cells require carrier substrates to provide sufficient mechanical strength.
  • thin film systems with amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), copper indium (gallium) selenide sulfide (Cu (ln, Ga) (S, Se) 2 ), copper-zinc-tin-sulfo-selenide (CZTS) and organic semiconductors are particularly suitable for solar cells.
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • Cu (ln, Ga) (S, Se) 2 copper-zinc-tin-sulfo-selenide
  • organic semiconductors are particularly suitable for solar cells.
  • the pentenary semiconductor Cu (In, Ga) (S, Se) 2 belongs to the group of chalcopyrite semiconductors, which are often referred to as CIS (copper indium diselenide or sulfide) or CIGS (copper indium gallium diselenide, copper indium gallium disulfide or copper indium gallium disulfoselenide).
  • CIS copper indium diselenide or sulfide
  • CIGS copper indium gallium diselenide, copper indium gallium disulfide or copper indium gallium disulfoselenide.
  • S in the abbreviation CIGS stands for selenium, sulfur or a mixture of both chalcogens.
  • An electrical circuit of several solar cells is referred to as a photovoltaic or solar module.
  • the circuit of solar cells is permanently protected from environmental influences in known weather-resistant structures.
  • two slices of low-iron soda-lime glass and adhesion-promoting polymer films are connected to the solar cells to form a weather-resistant solar module.
  • the solar modules can be integrated into a circuit of several solar modules via junction boxes or connection housings.
  • the circuit of solar modules is connected via known power electronics with the public utility network or a self-sufficient electrical power supply.
  • Flat roofs of warehouses or industrial plants have a large, exposed and unpaved surface. They are therefore particularly well suited for the installation of photovoltaic systems.
  • the roof of flat roofs is usually made of metal sheets and, for example, trapezoidal sheets.
  • Flat roofs usually have only a low roof pitch of 2% to 17.6% and have only a low load-bearing capacity of, for example, 75 kg / m 2 .
  • Solar modules according to the prior art in which the solar cells are laminated between two slices of soda-lime glass, have a high basis weight of, for example, 18 kg / m 2 . They are therefore not suitable for mounting on flat roofs with low load capacity.
  • windscreens made of thin glass or plastics are usually combined with carrier layers made of a lightweight but nevertheless warp-resistant material.
  • the front screen and the carrier layer must be sufficiently impermeable to moisture or water vapor in order to protect the solar cells and bus bars inside the solar module against corrosion.
  • Suitable materials for the carrier layers are, for example, glass fiber reinforced plastics or metal layers.
  • US 2010/00651 16 A1 discloses a thin-glass solar module with a basis weight of 5 kg / m 2 to 10 kg / m 2 .
  • the thin-glass solar module comprises a carrier layer, solar cells and a front pane of very thin, chemically hardened glass.
  • the very thin glass is flexible.
  • the windshield is so flexible that the impact energy of a hailstone is absorbed by the carrier layer on the back of the solar module in the legally required hail impact test.
  • EP 1 860 705 A1 discloses a stable, self-supporting solar module, which is arranged on its externa ßeren areas in a mounting frame.
  • the mounting frame has notches through which liquids located on the solar module can drain.
  • US 4,830,038 A describes a solar module which is supported and encapsulated by an elastomer. The elastomer is cast in an injection molding process around the back, sides and part of the front.
  • DE 10 2009 014 348 A1 discloses a solar module made of a transparent adhesive layer, in which the solar cells connected via cell connectors are embedded. Above is a transparent, UV-stable, thin front layer. At the back is a load-bearing sandwich element, consisting of a core layer and polyurethane fiber-bonded layers. In the supporting sandwich element fasteners and an electrical junction box are integrated.
  • EP 2 237 324 A1 describes a solar module with an L-shaped frame. One leg of the L-shaped frame is glued to the solar module. The second leg forms a spacer to a roof or support structure.
  • WO 03/050891 A2 discloses a solar module with a first substrate, a second substrate and at least one photovoltaic element between the substrates. The border between the first and second substrates is sealed with a moisture resistant material.
  • DE 102 31 401 A1 describes a photovoltaic module with a light-transmitting substrate, a first sealing polymer layer, a photocell, a second sealing polymer layer and a weatherproof film.
  • the weatherproof film contains a moisture-proof layer and a gas-tight layer, the gas-tight layer consisting of polyphenylene sulfide.
  • a critical entry point for the penetration of moisture into the interior of the solar module remains the lateral leading edge of the solar module between the windscreen and the carrier layer.
  • the object of the present invention is to provide a solar module with an improved sealing of the side entry edges against moisture.
  • the improved Solar module should be particularly lightweight and suitable for installation on a flat roof.
  • the object of the present invention is achieved by a solar module according to claim 1. Preferred embodiments will become apparent from the dependent claims. Furthermore, the invention comprises a method for producing a solar module. A use of the solar module according to the invention is evident from further claims.
  • the solar module according to the invention comprises
  • a carrier layer and, arranged one above the other, a first intermediate layer, at least one solar cell, a second intermediate layer and a front pane, and
  • the carrier layer has a circumferential projection over the front screen and the edge reinforcement has a circumferential projection on the front screen.
  • the space between the projection of the carrier layer and the projection of the edge reinforcement has a sealant.
  • the carrier layer has a circumferential projection over the front pane of at least 0.3 cm, preferably from 0.3 cm to 5 cm and particularly preferably from 0.3 to 1 cm.
  • the edge reinforcement has a circumferential projection over the windshield of at least 0.3 cm, preferably from 0.5 cm to 5 cm and particularly preferably from 1 to 2 cm.
  • the projection of the edge reinforcement and the projection of the carrier layer over the front pane are preferably of the same size, so that the intermediate space has an approximately rectangular cross-sectional area. This has the particular advantage that in the case of a shock load, both the carrier layer and edge reinforcement can absorb acting forces uniformly.
  • the edge enhancement has several essential functions. By the edge reinforcement additional protection of the outer edge of the solar module is achieved, for example by impact during transport or assembly.
  • a clearance is formed by the supernatant of the carrier layer and the projection of the edge reinforcement over the windshield, which has a sealant.
  • the sealant serves as a moisture barrier.
  • the sealant is mechanically protected by the carrier layer and the edge reinforcement, so that the moisture barrier is permanently maintained.
  • the sealant preferably contains polyurethane (PU), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (PA), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polycarbonate (PC), styrene butadiene (SB), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), thermoplastic elastomers or a butyl, acrylic, bitumen or silicone based adhesive and / or mixtures thereof.
  • PU polyurethane
  • PVC polyvinyl chloride
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • PC polycarbonate
  • SB styrene butadiene
  • PMMA polymethyl
  • the edge reinforcement comprises one or more layers, preferably of metal, glass, rubber, plastic or glass fiber reinforced plastic.
  • the edge reinforcement particularly preferably comprises the material of the carrier layer.
  • the carrier layer advantageously has a coefficient of thermal expansion adapted to the solar module and the front pane. As a result, no or only small mechanical stresses occur due to different thermal expansion of the materials of the solar module.
  • the edge reinforcement may preferably be polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide (PA), high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polycarbonate (PC), styrene butadiene (SB), polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane (PUR), polyethylene terephthalate (PET) and / or mixtures thereof.
  • the thickness of the edge reinforcement is preferably at least 0.5 mm and more preferably 1 mm to 5 mm and the front window is raised.
  • Increasing the edge reinforcement via the windscreen creates a protected area.
  • a hailstone with a diameter of, for example, 25 mm can not penetrate into the particularly susceptible to damage edge area of the windshield because of the increase in the edge reinforcement.
  • the necessary minimum thickness of the edge reinforcement can be determined by simple tests in the hail impact test.
  • the edge reinforcement covers a peripheral edge region of the windscreen over a width b of at least 0.2 cm, more preferably from 0.5 cm to 5 cm and most preferably from 1 cm to 2 cm.
  • the edge reinforcement is preferably glued in the peripheral edge region with the front pane, for example by a butyl, acrylic or silicone adhesive or a double-sided adhesive tape. The bonding results in a stable gap allowing easy filling of the gap with the sealant.
  • a peripheral border forms, which surrounds the windshield in an annular manner.
  • water may accumulate in the area between the windshield and the edge reinforcement. The water can not drain due to the peripheral edge reinforcement. The standing water accumulation promotes the formation of algae.
  • water can penetrate the moisture seals of the solar module in permanent or long-lasting exposure. Furthermore, this area collects dirt, sand and dust that can not be washed away by rainwater.
  • An important aspect of the present invention therefore comprises water drainage channels which are incorporated in the edge reinforcement. Rainwater or melt water can drain off through the water drainage channels. The effluent water can carry dirt, sand and dust with it and keep the windscreen of the solar module free from contamination.
  • the edge reinforcement at each corner of the solar module at least one water drainage channel, which connects the inside of the edge reinforcement with the Au .seite the edge reinforcement.
  • Outside of the edge reinforcement here means the side of the edge reinforcement, which is located on the outside of the solar module.
  • Inside the edge reinforcement means the side opposite the outside of the edge reinforcement.
  • the edge reinforcement on each circumferential Au .seite the solar module at least one water drainage channel.
  • the width of the water gutter is advantageously chosen so that a hailstone with a diameter of 25 mm at a speed of 23 m / s with a central or lateral impact on the water gutter, the windscreen not damaged.
  • the width of the water drainage channel is dependent on the thickness of the edge reinforcement, that is, the height h of the increase in the edge reinforcement over the windscreen, and can be determined by simple experiments.
  • the water drainage channel has a width of 0.5 mm to 5 mm, preferably from 2.5 mm to 5 mm.
  • connection housing Above the respective opening a connection housing is arranged.
  • the bus bars are electrically connected in the connection housing with a connection cable.
  • the connection is preferably made via plugs, contact pins, contact tongues, spring element, crimp connections, solder joints, welds or other electrical line connections.
  • the connection housing covers the complete opening.
  • the connection housing and / or the opening and recess cavity formed can be closed by a grout.
  • the casting agent seals the solar module against moisture penetration and contains, for example, polyurethane, acrylic, silicone or other suitable sealing materials.
  • the openings in the edge reinforcement, the front screen or the carrier layer are preferably rectangular, square, or circular, although all forms are suitable, within which the bus bar can be conveniently arranged.
  • the solar cell comprises a monocrystalline or polycrystalline solar cell, preferably with a doped semiconductor material such as silicon or gallium arsenide.
  • the solar cell comprises a thin-film solar cell, preferably amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), copper indium (gallium) sulfide sulfide (Cu (ln , Ga) (S, Se) 2 ), copper-zinc-tin-sulfo-selenide (CZTS) or organic semiconductors.
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • Cu (ln , Ga) (S, Se) 2 copper-zinc-tin-sulfo-selenide
  • organic semiconductors preferably amorphous, micromorphous or polycrystalline silicon, cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), copper indium (gallium) sulfide sulfide (Cu (ln , Ga) (S, Se) 2 ), copper-zin
  • the solar cell comprises a tandem cell of two superimposed solar cells of different types, for example a crystalline silicon solar cell in combination with a thin-film solar cell, an organic solar cell or an amorphous silicon solar cell.
  • the solar cell comprises all solar cells, which are themselves brittle and / or their support material and break or damage by slight bending or punctual load with low forces.
  • a slight bending means, for example, a curvature with a radius of curvature of less than 1500 mm.
  • a point load with low forces means, for example, an indentation by the impact of a hailstone with a diameter of 25 mm and a speed of 23 m / s in a hail impact test.
  • Damage means a deterioration of the photovoltaic properties of the solar cell due to mechanical damage to the semiconductor material, the carrier material or electrical Line connections, for example by a short circuit or a line break. The damage to the solar cell reduces the efficiency of the solar cell, for example, immediately after the impact by more than 3%. Usually, a further deterioration of the efficiency due to microcracks occurs over time.
  • the first and / or second intermediate layer contains an adhesive layer, preferably one or more adhesive films, particularly preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB), ionomers, thermoplastic polyurethane (TPU), thermoplastic elastomer polyolefin (TPO), thermoplastic elastomer (TPE) or other materials with appropriate adhesive and moisture-proofing properties.
  • adhesive layer preferably one or more adhesive films, particularly preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB), ionomers, thermoplastic polyurethane (TPU), thermoplastic elastomer polyolefin (TPO), thermoplastic elastomer (TPE) or other materials with appropriate adhesive and moisture-proofing properties.
  • the thickness of an adhesive layer may vary widely and is preferably from 0.2 mm to 1 mm and in particular 0.4 mm.
  • the externa ßeren dimensions of the solar module according to the invention can vary widely and are preferably from 0.6 m x 0.6 m to 1, 2 m x 2.4 m.
  • a solar module according to the invention preferably contains from 6 to 100 individual solar cells or solar cell arrays.
  • the area of a single solar cell is preferably from 153 mm ⁇ 153 mm to 178 mm ⁇ 178 mm.
  • the windscreen contains a material that is largely transparent to sunlight, preferably glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, solar glass, soda-lime glass, or polymers, preferably polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and / or mixtures thereof.
  • the faceplate may also comprise a film of a polymer, preferably of a fluorinated polymer, more preferably of ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene-propylene (FEP) or perfluoroalkoxyalkane (PFA) and / or mixtures thereof ,
  • a polymer preferably of a fluorinated polymer, more preferably of ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene-propylene (FEP) or perfluoroalkoxyalkane (PFA) and / or mixtures thereof
  • the thickness of the polymer film can vary widely and is preferably from 10 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the windscreen particularly preferably contains low-iron soda-lime glass with a particularly high transparency for sunlight of more than 90% in a wavelength range of 300 nm to 1500 nm.
  • the windscreen preferably contains thermally toughened or tempered glass with a preload of 30 MPa to 120 MPa, and preferably from 32 MPa to 85 MPa.
  • the front pane may have additional additional coatings, such as anti-reflection layers, anti-adhesive layers or anti-scratch layers.
  • the windscreen can have a one-sided or two-sided microstructuring or nanostructuring, which for example reduces the reflection of incident sunlight.
  • the windscreen may be a single disk or a composite disk of two or more disks.
  • the composite pane may contain further layers, such as transparent thermoplastic adhesive layers or plastic layers.
  • the windscreen must be sufficiently stable and unyielding to protect the underlying solar cells from damage. Possible causes of damage include hailstorm, wind load, snow load or bending during assembly as well as entry by persons or animals or the fall class of a tool. At the same time the windscreen should be as thin as possible and have a low weight to be suitable for mounting on flat roofs with low wearing capacity.
  • solar modules according to the invention with windscreens of partially prestressed or tempered soda lime glass with a thickness of at least 0.9 mm meet the technical requirements with respect to torsional rigidity and stability.
  • windscreens according to the invention with a thickness of at least 0.9 mm offer sufficient protection for crystalline solar cells contained in the solar module in the hail impact test according to IEC 61215.
  • the hail impact test comprises fitting the front side of the solar module with hailstones having a diameter of 25 mm and a speed of 23 m / s.
  • the windscreen according to the invention has sufficient stability and intransigence to absorb the energy of the impact of a hailstone without damaging the crystalline solar cell inside the solar module.
  • the windscreen can be flexible and resilient under load. The forces that occur can then be absorbed by the carrier layer. Deflecting windshields, that is windshields made of flexible materials or very thin front windows are not suitable for solar modules with brittle or crystalline solar cells. The crystalline solar cell would break due to the bending of the windscreen. This usually leads to the destruction of a large area of the solar cell, even if the windscreen is not damaged.
  • the thickness of the windscreen significantly determines the weight of the solar module.
  • glass windshields are preferably used with a thickness of at most 2.8 mm.
  • An inventive solar module with a front glass with a thickness of 2.8 mm has a basis weight of about 10 kg / m 2 .
  • Such a solar module is suitable for mounting on flat roofs with a low load reserve of at least 10 kg / m 2 .
  • a windscreen according to the invention is usually not damaged by a hail impact test, unless the hail impact occurs in a peripheral area.
  • the margins of glass panes are particularly sensitive to chipping and Ausmuschelungen.
  • the edge area of the windscreen can be stabilized by an edge reinforcement.
  • the edge reinforcement according to the invention protects the edge region of the windshield from damage in the hail impact test.
  • An important aspect of the invention comprises the adaptation of the thermal expansion coefficients of the windshield and carrier layer: different coefficients of thermal expansion of the windshield and carrier layer can lead to a different temperature expansion when the temperature changes.
  • a different temperature expansion of the front screen and carrier layer can lead to a bending of the solar module and thus to damage of the crystalline solar cells.
  • Temperature changes of more than 100 ° C occur, for example, in the lamination of the solar module or when heating the solar module on the roof.
  • the second coefficient of thermal expansion is preferably from 8 ⁇ 10 -6 / K to 10 ⁇ 10 -6 / K and for partially tempered soda-lime glass, for example from 8 ⁇ 10 -6 / K to 9 , 3 x 10 ⁇ 6 / K.
  • the difference between the first thermal expansion coefficient of the carrier layer of a solar module according to the invention and the second coefficient of thermal expansion of the windscreen ⁇ 300%, preferably ⁇ 200% and particularly preferably ⁇ 50% of the second coefficient of thermal expansion of the windshield.
  • the carrier layer contains a glass fiber reinforced plastic.
  • the glass fiber reinforced plastic contains, for example, a multi-layer glass fiber fabric which is embedded in a casting resin molded from unsaturated polyester resin.
  • the glass content of the glass fiber reinforced plastic is preferably from 30% to 75%, and more preferably from 50% to 75%.
  • the carrier layer has a first coefficient of thermal expansion of 7 ⁇ 10 -6 / K to 35 ⁇ 10 -6 / K, preferably from 9 ⁇ 10 -6 / K to 27 ⁇ 10 -6 / K and especially preferably from 9x10 -6 / K to 20x10 -6 / K.
  • the difference between the first thermal expansion coefficient and the second thermal expansion coefficient is ⁇ 17%, preferably ⁇ 12% and particularly preferably ⁇ 7% of the second coefficient of thermal expansion.
  • the carrier layer contains a metal foil having a first coefficient of thermal expansion of 7.3 ⁇ 10 -6 / K to 10.5 ⁇ 10 -6 / K.
  • the first intermediate layer may include a stacking sequence of at least a first adhesive layer, an insulating layer and a second adhesive layer.
  • the insulating layer preferably contains a solid, insulating film, for example of polyethylene terephthalate (PET).
  • PET polyethylene terephthalate
  • the insulating layer has the task of isolating the bus bars and the back of the solar cells from the electrically conductive metal foil of the carrier layer.
  • the metal foil preferably contains a stainless steel, preferably a stainless steel of the EN material number 1 .4016, 1 .4520, 1 .451 1, 1 .4017, 1 .41 13, 1 .4510, 1 .4516, 1 .4513, 1 .4509, 1 .4749, 1 .4724 or 1.
  • 4,762th Another aspect of the invention comprises a flat roof with
  • At least one solar module according to the invention arranged on the roof skin, wherein the roof skin and the solar module according to the invention by at least one adhesive layer and / or connecting means are connected to each other at least in sections.
  • the roof inclination of 2% (1, 1 °) to 17.6% (10 °), preferably from 5% (2.9 °) to 17.6% (10 °) and especially preferably from 5% (2.9 °) to 8.8% (5 °).
  • the adhesive layer with which the solar module according to the invention and the roof cladding are connected, preferably contains an acrylate adhesive, a butyl adhesive, a bitumen adhesive or a silicone adhesive or a double-sided adhesive film.
  • the connecting means preferably contain screw, clamp or rivet and / or support rails, guide rails or eyelets made of plastic or metal, such as aluminum, steel or stainless steel.
  • the roof skin contains a plastic, preferably polymethyl methacrylate (PMMA, Plexiglas®), polyester, bitumen, polymer modified bitumen, polyvinyl chloride (PVC) or thermoplastic olefin-based elastomers (TPO), preferably with a flat, chambered or corrugated Profile.
  • a plastic preferably polymethyl methacrylate (PMMA, Plexiglas®), polyester, bitumen, polymer modified bitumen, polyvinyl chloride (PVC) or thermoplastic olefin-based elastomers (TPO), preferably with a flat, chambered or corrugated Profile.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PVC polyvinyl chloride
  • TPO thermoplastic olefin-based elastomers
  • the roof skin contains a metal sheet, preferably a metal sheet of copper, aluminum, steel, galvanized and / or plastic-coated steel.
  • the metal sheet has, for example, a trapezoidal profile and is referred to below as a trapezoidal sheet.
  • further layers may be arranged, for example layers for thermal insulation.
  • the layers for thermal insulation preferably contain plastics or plastic foams, for example of polystyrene or polyurethane.
  • the screwing of the solar module with the roof skin of a flat roof according to the invention is preferably carried out in a region of the edge reinforcement of the solar module and in particular in the region of the supernatant of the carrier layer over the windshield.
  • a further aspect of the invention comprises a method for producing a solar module according to the invention, wherein at least the sealing means in the intermediate space between the projection of the edge reinforcement over the front pane and the projection of the carrier layer over the front pane is filled.
  • a carrier layer and a first intermediate layer, at least one solar cell, a second intermediate layer and a front pane arranged thereon one above the other are laminated, wherein the carrier layer is arranged with a circumferential projection over the front pane,
  • lamination encompasses all methods known per se for bonding the layer structure of a solar cell, preferably by the action of heat and / or pressure, for example by autoclave processes, calender processes or vacuum bag processes.
  • the edge reinforcement is arranged in sections on a circumferential edge region of the windshield and glued to the windshield, for example by a butyl, acrylic or silicone adhesive or a double-sided adhesive tape.
  • a stable gap is formed, which can be filled in the second process step by the sealant.
  • the edge reinforcement is pressed or held, for example by a frame on the windshield. In the second process step, the resulting gap is filled by the sealant. The sealant glues the edge reinforcement with the rest of the solar module, so that the edge reinforcement is firmly connected to the solar module.
  • sealant in principle, all plastics are suitable that are UV-stable and weather-resistant and have sufficient water and water vapor impermeable properties.
  • the sealant contains a 1-component, 2-component or multi-component plastic.
  • thermoplastic elastomers are suitable as sealants which are introduced into the intermediate space in the liquid, hot state and cure there.
  • the sealant is preferably introduced in liquid or pasty form, by hand or with a mechanical device in the gap and cures there.
  • the sealant preferably contains a 1-component polyurethane sealant which cures with atmospheric moisture to form a permanently elastic elastomer, for example Sikkaflex 222, from Sika Kunststoff GmbH.
  • Another aspect of the invention comprises the use of a solar module according to the invention on a flat roof, preferably on a metal flat roof, a building or a vehicle for locomotion by water, on land or in the air.
  • a solar module according to the invention are particularly flat roofs of warehouses, industrial plants and garages or shelters such as carports suitable whose roofs have a large, exposed and unshaded surface and have a low roof pitch.
  • a further aspect of the invention comprises the use of a solar module according to the invention on a flat roof with a roof pitch of 1% (0.6 °) to 23.1% (13 °), preferably from 2% (1, 1 °) to 17.6% (10 °), more preferably from 5% (2.9 °) to 17.6% (10 °) and most preferably from 5% (2, 9 °) to 8.8% (5 °).
  • FIG. 1 A is a schematic representation of an exemplary embodiment of a solar module according to the invention
  • FIG. 1 B shows a cross-sectional view with a view of the sectional plane A from FIG. 1 A
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an alternative exemplary embodiment of a solar module according to the invention with a view of the sectional plane A from FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of a solar module according to the invention with a view of the sectional plane A of Figure 1 A,
  • FIG. 4 shows a cross-sectional illustration of an alternative exemplary embodiment of a solar module according to the invention with a view of the sectional plane A from FIG. 1A,
  • Figure 5 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of a solar module according to the invention with a view of the sectional plane A of Figure 1 A and
  • FIG. 6 shows a detailed flow chart of the method according to the invention.
  • FIG. 1A a solar module according to the invention designated as a whole by the reference numeral 1 is illustrated.
  • FIG. 1 A shows a perspective view of the front side, that is to say of the side facing the sun, of the solar module 1.
  • the back of the Larmoduls 1 is in the context of the present invention, the side facing away from the front side.
  • Au .denitization I, II, III, IV of the solar module 1 are referred to in the following, the outer ßeren edge of the front and the back circumferential sides.
  • the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1 are the so-called leading edges, where moisture and water vapor can penetrate particularly easily into the solar module 1.
  • the solar module 1 comprises a plurality of series-connected solar cells 4, of which eight are shown in FIG.
  • the solar cells 4 are in this example monocrystalline silicon solar cells.
  • Each solar cell has a nominal voltage of, for example, 0.63 V, so that the solar module 1 has a total nominal voltage of, for example, 5 V.
  • the voltage is led out via bus bars 21 to two connection housings 20 in the edge region of side III of solar module 1.
  • connection housings 20 In the connection housings 20, the electrical line connection to the connecting lines, which are not shown in the figures for reasons of clarity.
  • the connecting cables are connected to a power grid or other solar modules.
  • the bus bars 21 are electrically connected to the solar cells 4.
  • a bus bar 21 usually contains a metallic band, for example a tinned copper band with a thickness of 0.03 mm to 0.3 mm and a width of 2 mm to 16 mm. Copper has proven itself for such busbars, as it has a good electrical conductivity and good processability to films. At the same time, the material costs are low.
  • Other electrically conductive materials can also be used which can be processed into films. Examples of these are aluminum, gold, silver or tin and alloys thereof.
  • FIG. 1B shows a cross-sectional view with a view of the sectional plane A from FIG. 1A.
  • the solar module 1 according to the invention comprises a layer structure comprising carrier layer 2, first intermediate layer 3, solar cell 4, second intermediate layer 5 and front pane 6.
  • the carrier layer 2 has a circumferential overhang 13 over the front pane 6 of, for example, 0.5 cm.
  • the solar module 1 according to the invention has an edge reinforcement 7.
  • the edge reinforcement 7 is arranged in the region 9 over a width b of, for example, 5 mm above the windshield 6.
  • the edge reinforcement 7 projects beyond the front pane 6 in the region 14 by a length c of, for example, 0.5 cm.
  • the gap 51 between the supernatant 13 of the carrier layer 2 on the windshield 6 and the supernatant 14 of the edge reinforcement 7 via the windscreen 6 is filled with a sealant 50.
  • the sealing means 50 is preferably arranged over the entire circumferential gap on the sides I, II, III and IV of the solar module 1.
  • the sealant 50 contains, for example, a polyurethane sealant, for example Sikaflex 222, from Sika Deutschland GmbH.
  • the sealing means 50 reliably seals the solar cells 4 in the interior of the composite of carrier layer 2, first 3 and second intermediate layer 5 and front pane 6 against moisture.
  • edge reinforcement 7 is glued to the windshield 6.
  • the bond seals the area between edge reinforcement 7 and front screen 6 and stabilizes the gap 51 during the introduction of the sealant 50.
  • the carrier layer 2 of the solar module 1 contains, for example, a glass fiber reinforced plastic.
  • the glass fiber reinforced plastic contains, for example, a multi-layer glass fiber fabric which is embedded in a casting resin molded from unsaturated polyester resin.
  • the carrier layer 2 has, for example, a glass content of 54%, a basis weight of 1.65 kg / mm 2 and a thickness of 1 mm.
  • the first intermediate layer 3 contains, for example, an adhesive film of ethylene-vinyl acetate (EVA) with a thickness of 0.4 mm.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • the crystalline solar cell 4 consists for example of a monocrystalline silicon solar cell with a size of 156 mm x 156 mm. All solar cells 4 of a solar module 1 according to the invention are electrically conductively connected to one another via bus bars and, depending on the intended use, connected in series or in parallel. Furthermore, blocking or bypass diodes can be integrated into the solar module 1.
  • a second intermediate layer 5 is arranged, which contains, for example, an adhesive film of ethylene-vinyl acetate (EVA) with a thickness of 0.4 mm.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • the windshield 6 contains, for example, a low-iron soda-lime glass with a thickness of 0.9 mm to 2.8 mm and in particular of 1 mm.
  • the soda-lime glass is thermally partially prestressed with a prestress of, for example, 40 MPa.
  • Part toughened glass differs from toughened glass by a slower cooling process. The slower cooling process results in less stress differences between the core and the surfaces of the glass.
  • the flexural strength of semi-tempered glass is between that of unbiased and tempered glass.
  • Part-tempered glass has a high residual capacity in the event of a break and is therefore particularly suitable for crash-proof glazing on buildings or in the roof area.
  • a windshield 6 are equally suitable films or discs of ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polycarbonate or other plastics that are sufficiently transparent, weather resistant and UV-stable and have a sufficiently high density against moisture.
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • the carrier layer 2 has a first thermal expansion coefficient of, for example, 27 ⁇ 10 -6 / K.
  • the windshield 6 has a second coefficient of thermal expansion, for example 9 ⁇ 10 -6 / K.
  • the difference between the first and second coefficients of thermal expansion is 18 ⁇ 10 -6 / K and thus 200% of the second thermal expansion coefficient.
  • the carrier layer 2 may likewise contain a metal foil, for example a foil made of a stainless steel such as stainless steel, material number 1 .4016 with a thickness of 0.3 mm.
  • the carrier layer 2 has in this embodiment, a circumferential projection 13 on the windscreen 6.
  • the width a of the supernatant is preferably from 0.5 cm to 10 cm and for example 2 cm.
  • the edge reinforcement 7 is arranged above the overhang 13 of the carrier layer 2 and above an edge region 9 of the front pane 6.
  • the Width b of the edge region 9 is preferably 0.5 cm to 10 cm and for example 1 cm.
  • the edge reinforcement 7 is preferably glued in the edge region 9 with the front pane, for example with a double-sided adhesive tape.
  • bus bars 21 are led out in the region of the intermediate space 51 on the outer side III of the solar module 1 between the first intermediate layer 3 and the second intermediate layer 5.
  • the bus bars 21 are connected at one end to the solar cell 4.
  • the bus bars 21 are disposed within the gap 51 and in an opening 17 of the edge reinforcement 7.
  • a connection housing 20 is arranged, in which there is an electrical line connection between bus bar 21 and an outer connecting line, which is not shown in the figure.
  • the edge reinforcement 7 more water drainage channels 8 are arranged in the form of recesses.
  • the water drainage channels 8 connect the inner edge 10 of the edge reinforcement 7 with the outer edge 1 1 of the edge reinforcement 7.
  • the width of the water drainage channels 8 is from 1 mm to 5 mm and for example 3 mm.
  • the width of the water drainage channels 8 and the thickness of the edge reinforcement 7 are chosen so that a hailstone with a diameter of 25 mm does not damage the windscreen in the hail impact test. This can be determined in the context of simple experiments.
  • the water arising on the windshield 6 can flow off via the water drainage channels 8.
  • a water drainage channel 8 is arranged in each corner 12 of the solar module 1.
  • the water drainage channels 8 are arranged, for example, at an angle of 45 ° to the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1.
  • each of the outer sides I, II, III and IV one or more further water drainage channels 8 have, which is not shown in Figure 1A.
  • the water drainage channels 8 on the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1 can be arranged, for example, at right angles to the outer sides I, II, III, IV of the solar module 1.
  • the solar module 1 according to the invention has a basis weight of about 5.6 kg / m 2 .
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of an alternative exemplary embodiment of a solar module 1 according to the invention with a view of the sectional plane A from FIG. 1A.
  • two additional edge reinforcements 15.1, 15.2 are arranged in the intermediate space 51.
  • the additional edge reinforcements 15.1, 15.2 contain on the outer side III of the solar module 1 recesses in which the bus bar 21 is arranged and is guided to the opening 17 in the edge reinforcement 7.
  • the additional edge reinforcements 15.1, 15.2 stabilize the spacing of the intermediate space 51 between the edge reinforcement 7 and the carrier layer 2.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an alternative exemplary embodiment of a solar module 1 according to the invention with a view of the sectional plane A from FIG. 1 A.
  • the bus bar 21 is guided around the windshield 6.
  • the opening 17, through which the bus bar 21 is guided into the connection housing 20, is arranged above the windscreen 6 in the region 9.
  • This arrangement has the particular advantage that the outer edge region of the solar module 1 can be used for fastening the solar module 1, for example in a U-shaped guide rail.
  • the edge reinforcement 7 is glued in the region 9 with the windshield 6, for example by an elastic double-sided adhesive tape, which is not shown in the figure.
  • the adhesive tape is yielding, so that the bus bar 21 can be arranged underneath or above it.
  • the tape serves to seal against water and moisture.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of an alternative exemplary embodiment of a solar module 1 according to the invention with a view of the sectional plane A from FIG. 1A.
  • the windscreen 6 has an opening 16, within which the bus bar 21 is arranged. Above the opening 16 of the windshield 6 is the opening 17 of the edge reinforcement 7 and the terminal housing 20. Through the opening 16, the windscreen 6 is weakened. This weakening is compensated by the glued to the windshield 6 edge reinforcement 7. Since the bus bar 21 is led directly from the interior of the solar module 1 through the openings 16 and 17 in the connection housing 20, a particularly good sealing of the exit point of the bus bar 21 takes place.
  • FIG 5 shows a cross-sectional view of an alternative embodiment of a solar module 1 according to the invention with a view of the sectional plane A of Figure 1 A.
  • the support layer has an opening 18, within which the bus bar 21 is arranged.
  • the connection housing 20 is arranged below the opening 18 of the carrier layer 2. Since the connection housing 20 and thus also the outer connection lines are located on the rear side of the solar module 1, the connection housing 20 and connection lines are protected against external influences and in particular against influences on the front side of the solar module 1.
  • FIG. 6 shows a detailed flow chart of the method according to the invention.
  • the solar module 1 according to the invention has a number of advantages over solar modules according to the prior art.
  • the edge reinforcement 7 according to the invention protects the fracture-sensitive outer edge of the windshield 6 from damage during transport and installation. At the same time, the edge reinforcement 7 according to the invention allows the almost unimpeded outflow of water during rain or snowmelt.
  • the sealant 50 according to the invention seals the interior of the solar module 1 against moisture and water vapor.
  • the inventive method for producing the solar module 1 is particularly simple and inexpensive to perform. At the same time solar module 1 is particularly lightweight with a basis weight of less than 12 kg / m 2 and suitable for use on a flat roof with a low roof pitch.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarmodul (1), welches mindestens umfasst: eine Trägerschicht (2) und darauf übereinander angeordnet eine erste Zwischenschicht (3), mindestens eine Solarzelle (4), eine zweite Zwischenschicht (5) und eine Frontscheibe (6), eine umlaufende Randverstärkung (7), die oberhalb der Frontscheibe (6) angeordnet ist, einen Zwischenraum (51), der durch einen umlaufenden Überstand (13) der Trägerschicht (2) und einen umlaufenden Überstand (14) der Randverstärkung (7) über die Frontscheibe (6) gebildet ist, wobei der Zwischenraum (51) ein Dichtmittel (50) aufweist.

Description

Solarmodul
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls.
Photovoltaische Schichtsysteme zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie sind hinreichend bekannt. Die Materialien und die Anordnung der Schichten sind so abgestimmt, dass einfallende Strahlung von einer oder mehreren halbleitenden Schichten mit möglichst hoher Strahlungsausbeute direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird. Photovoltaische und flächig ausgedehnte Schichtsysteme werden als Solarzellen bezeichnet.
Solarzellen enthalten in allen Fällen Halbleitermaterial. Die größten bislang bekannten Wirkungsgrade von mehr als 20 % werden mit Hochleistungssolarzellen aus monokristallinem, polykristallinem oder mikrokristallinem Silizium oder Gallium-Arsenid erzielt. Mehr als 80% der zurzeit installierten Solarzellenleistung basiert auf kristallinem Silizium. Dünnschichtsolarzellen benötigen Trägersubstrate zur Bereitstellung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften und der technologischen Handhabbarkeit sind Dünnschichtsysteme mit amorphen, mikromorphen oder polykristallinen Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs), Kupfer-lndium-(Gallium)-Selenid-Sulfid (Cu(ln,Ga)(S,Se)2), Kupfer-Zink-Zinn-Sulfo-Selenid (CZTS) sowie organischen Halbleitern besonders für Solarzellen geeignet. Der pentenäre Halbleiter Cu(ln,Ga)(S,Se)2 gehört zur Gruppe der Chalkopyrit-Halbleiter, die häufig als CIS (Kupferindiumdiselenid oder -sulfid) oder CIGS (Kupferindiumgalliumdiselenid, Kupferindiumgalliumdisulfid oder Kupferindium- galliumdisulfoselenid) bezeichnet werden. S kann in der Abkürzung CIGS für Selen, Schwefel oder eine Mischung beider Chalkogene stehen.
Eine elektrische Schaltung von mehreren Solarzellen wird als Photovoltaik- oder Solarmodul bezeichnet. Die Schaltung von Solarzellen wird in bekannten witterungsstabilen Aufbauten dauerhaft vor Umwelteinflüssen geschützt. Üblicherweise sind zwei Scheiben aus eisenarmen Kalk-Natron-Glas und haftvermittelnde Polymerfolien mit den Solarzellen zu einem bewitterungsstabilen Solarmodul verbunden. Die Solarmodule können über Anschlussdosen oder Anschlussgehäusen in eine Schaltung von mehreren Solarmodulen eingebunden sein. Die Schaltung von Solarmodulen ist über bekannte Leistungselektronik mit dem öffentlichen Versorgungsnetz oder einer autarken elektrischen Energieversorgung verbunden.
Flachdächer von Lagerhallen oder Industrieanlagen haben eine große, exponierte und nicht abgeschattete Fläche. Sie eignen sich daher besonders gut für die Installation von Photovol- taikanlagen. Die Dachhaut von Flachdächern besteht in der Regel aus Metallblechen und beispielsweise aus Trapezblechen. Flachdächer weisen üblicherweise nur eine geringe Dachneigung von 2% bis 17,6% auf und haben nur eine geringe Tragfähigkeit von beispielsweise 75 kg/m2.
Solarmodule nach dem Stand der Technik, bei denen die Solarzellen zwischen zwei Scheiben aus Kalk-Natron-Glas einlaminiert sind, haben ein hohes Flächengewicht von beispielsweise 18 kg/m2. Sie eignen sich deshalb nicht zur Montage auf Flachdächern mit geringer Tragfähigkeit.
Zur Herstellung von leichtgewichtigen Solarmodulen mit einem Flächengewicht von weniger als 12 kg/m2 werden üblicherweise Frontscheiben aus dünnem Glas oder Kunststoffen mit Trägerschichten aus einem möglichst leichten, aber dennoch verwindungssteifen Material kombiniert. Gleichzeitig müssen Frontscheibe und Trägerschicht ausreichend undurchlässig für Feuchtigkeit oder Wasserdampf sein, um die Solarzellen und Sammelleiter im Inneren des Solarmoduls vor Korrosion zu schützen. Geeignete Materialien für die Trägerschichten sind beispielsweise glasfaserverstärkte Kunststoffe oder Metallschichten.
US 2010/00651 16 A1 offenbart ein Dünnglas-Solarmodul mit einem Flächengewicht von 5 kg/m2 bis 10 kg/m2. Das Dünnglas-Solarmodul umfasst eine Trägerschicht, Solarzellen und eine Frontscheibe aus sehr dünnem, chemisch gehärtetem Glas. Das sehr dünne Glas ist flexibel. Die Frontscheibe ist so nachgiebig, dass die Einschlagsenergie eines Hagelkorns bei dem gesetzlich vorgeschriebenen Hagelschlagtest durch die Trägerschicht auf der Rückseite des Solarmoduls aufgenommen wird.
EP 1 860 705 A1 offenbart ein stabiles, selbsttragendes Solarmodul, das an seinen äu ßeren Bereichen in einem Montagerahmen angeordnet ist. Der Montagerahmen weist Kerben auf, durch die auf dem Solarmodul befindliche Flüssigkeiten ablaufen können. US 4,830,038 A beschreibt ein Solarmodul, das durch ein Elastomer unterstützt und eingekapselt wird. Das Elastomer wird in einem Spritzgussverfahren um die Rückseite, die Seitenflächen und einen Teil der Frontseite gegossen.
DE 10 2009 014 348 A1 offenbart ein Solarmodul aus einer transparenten Klebeschicht, in der die über Zellverbinder verbundenen Solarzellen eingebettet sind. Darüber befindet sich eine transparente, UV-stabile, dünne Frontschicht. Rückseitig befindet sich ein tragendes Sandwichelement, bestehend aus einer Kernschicht und durch Polyurethan gebundene Glasfaserschichten. In das tragende Sandwichelement sind Befestigungselemente und eine elektrische Anschlussdose integriert.
EP 2 237 324 A1 beschreibt ein Solarmodul mit einem L-förmigen Rahmen. Ein Schenkel des L-förmigen Rahmens ist mit dem Solarmodul verklebt. Der zweite Schenkel bildet einen Abstandshalter zu einer Dach- oder Trägerkonstruktion.
WO 03/050891 A2 offenbart ein Solarmodul mit einem ersten Substrat, einem zweiten Substrat und mindestens einem photovoltaischen Element zwischen den Substraten. Die Umrandung zwischen erstem und zweitem Substrat ist mit einem feuchtigkeitsbeständigen Material abgedichtet.
DE 102 31 401 A1 beschreibt ein photovoltaisches Modul mit einem lichtdurchlässigen Substrat, einer ersten abdichtenden Polymerschicht, einer Photozelle, einer zweiten abdichtenden Polymerschicht und einem wetterfesten Film. Der wetterfeste Film enthält eine feuchtigkeitsdichte Schicht und eine gasdichte Schicht, wobei die gasdichte Schicht aus Polypheny- lensulfid besteht.
Eine kritische Eintrittsstelle für das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Solarmoduls bleibt die seitliche Eintrittskante des Solarmoduls zwischen der Frontscheibe und der Trägerschicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Solarmodul mit einer verbesserten Abdichtung der seitlichen Eintrittkanten gegen Feuchtigkeit bereitzustellen. Das verbesserte Solarmodul soll insbesondere leichtgewichtig und zur Installation auf einem Flachdach geeignet sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Solarmodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls. Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Solarmoduls geht aus weiteren Ansprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Solarmodul umfasst
• eine Trägerschicht und darauf übereinander angeordnet eine erste Zwischenschicht, mindestens eine Solarzelle, eine zweite Zwischenschicht und eine Frontscheibe und
• eine Randverstärkung, die oberhalb der Frontscheibe angeordnet ist.
Die Trägerschicht weist einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe auf und die Randverstärkung weist einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe auf. Der Zwischenraum zwischen dem Überstand der Trägerschicht und dem Überstand der Randverstärkung weist ein Dichtmittel auf.
Die Begriffe„übereinander angeordnet" oder„oberhalb angeordnet" beschreiben im Sinne der Erfindung eine deckungsgleiche oder eine abschnittsweise Anordnung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Trägerschicht einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe von mindestens 0,3 cm auf, bevorzugt von 0,3 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 0,3 bis 1 cm. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Randverstärkung einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe von mindestens 0,3 cm auf, bevorzugt von 0,5 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 1 bis 2 cm. Der Überstand der Randverstärkung und der Überstand der Trägerschicht über die Frontscheibe sind bevorzugt gleich groß ausgebildet, so dass der Zwischenraum eine annähernd rechteckige Querschnittsfläche aufweist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass im Falle einer Stoßbelastung sowohl die Trägerschicht als auch Randverstärkung einwirkende Kräfte gleichmäßig aufnehmen können. Die Randverstärkung hat mehrere wesentliche Funktionen. Durch die Randverstärkung wird ein zusätzlicher Schutz der Außenkante des Solarmoduls erzielt, beispielsweise durch Schlageinwirkung während des Transports oder der Montage.
Des Weiteren wird durch den Überstand der Trägerschicht und den Überstand der Randverstärkung über die Frontscheibe ein Zwischenraum gebildet, der ein Dichtmittel aufweist. Das Dichtmittel dient als Feuchtigkeitsbarriere. Das Dichtmittel wird durch die Trägerschicht und die Randverstärkung mechanisch geschützt, so dass die Feuchtigkeitsbarriere dauerhaft aufrechterhalten bleibt.
Als Dichtmittel sind prinzipiell alle Kunststoffe geeignet, die UV-stabil und witterungsbeständig sind und die ausreichende Wasser- und Wasserdampf-undurchlässige Eigenschaften aufweisen. Das Dichtmittel enthält bevorzugt Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen (LDPE), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS), Polycarbonat (PC), Styrolbutadien (SB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastische Elastomere oder einen Klebstoff auf Butyl-, Acryl-, Bitumen- oder Silikonbasis und/oder Gemische davon.
Die Randverstärkung umfasst eine oder mehrer Schichten bevorzugt aus Metall, Glas, Gummi, Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff. Die Randverstärkung umfasst besonders bevorzugt das Material der Trägerschicht. Die Trägerschicht hat vorteilhafterweise einen an das Solarmodul und die Frontscheibe angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch treten keine oder nur geringe mechanische Spannungen aufgrund von unterschiedlicher Temperaturausdehnung der Materialien des Solarmoduls auf.
Die Randverstärkung kann bevorzugt Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen (LDPE), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS), Polycarbonat (PC), Styrolbutadien (SB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyurethan (PUR), Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Gemische davon enthalten. Die Dicke der Randverstärkung beträgt bevorzugt mindestens 0,5 mm und besonders bevorzugt 1 mm bis 5 mm und überhöht die Frontscheibe. Der äu ßere Bereich einer gläsernen Frontscheibe besonders anfällig für Abplatzer oder Ausmuschelungen des Glases, beispielsweise bei Auftreffen eines Hagelkorns im Hagelschlagtest. Durch die Überhöhung der Randverstärkung über die Frontscheibe entsteht ein geschützter Bereich. Ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von beispielsweise 25 mm kann wegen der Überhöhung der Randverstärkung nicht in den besonders beschädigungsanfälligen Randbereich der Frontscheibe vordringen. Die notwendige Mindestdicke der Randverstärkung kann durch einfache Versuche im Hagelschlagtest ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls überdeckt die Randverstärkung einen umlaufenden Randbereich der Frontscheibe über eine Breite b von mindestens 0,2 cm, besonders bevorzugt von 0,5 cm bis 5 cm und ganz besonders bevorzugt von 1 cm bis 2 cm. Die Randverstärkung ist in dem umlaufenden Randbereich vorzugsweise mit der Frontscheibe verklebt, beispielsweise durch einen Butyl-, Acryl- oder Silikon-Kleber oder ein doppelseitiges Klebeband. Die Verklebung führt zu einem stabilen Zwischenraum ermöglicht ein einfaches Füllen des Zwischenraums mit dem Dichtmittel.
Da die Randverstärkung die Frontscheibe abschnittsweise überlappt, bildet sich eine umlaufende Umrandung, die die Frontscheibe ringförmig umschließt. Im Falle von Regenfällen oder Schneeschmelzen, kann sich im Bereich des Übergangs zwischen Frontscheibe und Randverstärkung Wasser ansammeln. Das Wasser kann auf Grund der umlaufenden Randverstärkung nicht abfließen kann. Die stehende Wasseransammlung fördert die Bildung von Algen. Außerdem kann Wasser bei dauerhafter oder langandauernder Einwirkung die Feuchtigkeitsabdichtungen des Solarmoduls durchdringen. Des Weiteren sammelt sich in diesem Bereich Schmutz, Sand und Staub, der nicht durch Regenwasser weggespült werden kann.
Die Ansammlung von Wasser und Schmutz am Übergang zwischen Frontscheibe und Randverstärkung betrifft besonders Solarmodule auf Dächern, die nur eine geringe Dachneigung haben, sogenannten Flachdächern. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst deshalb Wasserablaufrinnen, die in die Randverstärkung eingebracht sind. Durch die Wasserablaufrinnen kann Regenwasser oder Schmelzwasser abfließen. Das abfließende Wasser kann Schmutz, Sand und Staub mit sich führen und die Frontscheibe des Solarmoduls frei von Verunreinigungen halten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Randverstärkung an jeder Ecke des Solarmoduls mindestens eine Wasserablaufrinne auf, die die Innenseite der Randverstärkung mit der Au ßenseite der Randverstärkung verbindet. Außenseite der Randverstärkung bedeutet hier die Seite der Randverstärkung, die sich an der Außenseite des Solarmoduls befindet. Innenseite der Randverstärkung bedeutet, die der Außenseite der Randverstärkung gegenüberliegende Seite.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls weist die Randverstärkung an jeder umlaufenden Au ßenseite des Solarmoduls mindestens eine Wasserablaufrinne auf.
Die Breite der Wasserablaufrinne ist vorteilhafterweise so gewählt, dass ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von 25 mm bei einer Geschwindigkeit von 23 m/s bei zentralem oder seitlichem Aufschlag auf die Wasserablaufrinne, die Frontscheibe nicht beschädigt. Die Breite der Wasserablaufrinne ist abhängig von der Dicke der Randverstärkung, das heißt von der Höhe h der Überhöhung der Randverstärkung über die Frontscheibe, und kann durch einfache Versuche ermittelt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls hat die Wasserablaufrinne eine Breite von 0,5 mm bis 5 mm, bevorzugt von 2,5 mm bis 5 mm.
Die Sammelleiter werden durch Öffnungen in der Randverstärkung, der Frontscheibe und/oder der Trägerschicht aus dem Solarmodul herausgeführt. Oberhalb der jeweiligen Öffnung ist ein Anschlussgehäuse angeordnet. Die Sammelleiter sind im Anschlussgehäuse mit einer Anschlussleitung elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung erfolgt bevorzugt über Stecker, Kontaktstifte, Kontaktzungen, Federelement, Crimp-Verbindungen, Lötstellen, Schweißstellen oder andere elektrische Leitungsverbindungen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls überdeckt das Anschlussgehäuse die komplette Öffnung. Das Anschlussgehäuse und/oder der aus Öffnung und Aussparung ge- bildete Hohlraum können durch ein Vergussmittel verschlossen werden. Das Vergussmittel dichtet das Solarmodul gegen eindringende Feuchtigkeit ab und enthält beispielsweise Polyurethan, Acryl, Silikon oder andere geeignete abdichtende Materialien.
Die Öffnungen in der Randverstärkung, der Frontscheibe oder der Trägerschicht sind bevorzugt rechteckig, quadratisch, oder kreisförmig ausgebildet, wobei gleichwohl alle Formen geeignet sind, innerhalb derer der Sammelleiter zweckmäßigerweise angeordnet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Solarzelle eine monokristalline, oder polykristalline Solarzelle, bevorzugt mit einem dotierten Halbleitermaterial wie Silizium oder Gallium-Arsenid.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Solarzelle eine Dünnschichtsolarzelle, die bevorzugt amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium- Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs), Kupfer-lndium-(Gallium)-Selenid-Sulfid (Cu(ln,Ga)(S,Se)2), Kupfer-Zink-Zinn-Sulfo-Selenid (CZTS) oder organische Halbleitern enthält.
Alternativ umfasst die Solarzelle eine Tandemzelle aus zwei übereinander angeordneten Solarzellen unterschiedlichen Typs, beispielsweise eine kristalline Silizium-Solarzelle in Kombination mit einer Dünnschichtsolarzelle, einer organischen Solarzelle oder einer amorphen Silizium-Solarzelle.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Solarzelle alle Solarzellen, die selbst und/oder deren Trägermaterial spröde sind und durch leichte Verbiegung oder punktuelle Belastung mit geringen Kräften brechen oder beschädigt werden. Eine leichte Verbiegung bedeutet hier beispielsweise eine Krümmung mit einem Krümmungsradius von weniger als 1500 mm. Eine punktuelle Belastung mit geringen Kräften bedeutet hier beispielsweise eine Indentation durch den Einschlag eines Hagelkorns mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Geschwindigkeit von 23 m/s in einem Hagelschlagtest. Eine Beschädigung bedeutet hier einer Verschlechterung der photovoltaischen Eigenschaften der Solarzelle durch eine mechanische Beschädigung des Halbleitermaterials, des Trägermaterials oder elektrischer Leitungsverbindungen, beispielsweise durch einen Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung. Die Beschädigung der Solarzelle mindert den Wirkungsgrad der Solarzelle beispielsweise sofort nach dem Einschlag um mehr als 3 %. Üblicherweise findet eine weitere Verschlechterung des Wirkungsgrads aufgrund von Mikrorissen im Laufe der Zeit statt.
Die erste und/oder zweite Zwischenschicht enthält eine Klebeschicht, bevorzugt eine oder mehrere Klebefolien, besonders bevorzugt aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), lonomeren, thermoplastischem Polyurethan (TPU), thermoplastischem Elastomerpo- lyolefin (TPO), thermoplastischem Elastomer (TPE) oder anderen Materialien mit entsprechenden klebenden und feuchtigkeitsabdichtenden Eigenschaften. Die Dicke einer Klebeschicht kann breit variieren und beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm und insbesondere 0,4 mm.
Die äu ßeren Abmessungen des erfindungsgemäßen Solarmoduls können breit variieren und betragen bevorzugt von 0,6 m x 0,6 m bis 1 ,2 m x 2,4 m. Ein erfindungsgemäßes Solarmodul enthält bevorzugt von 6 bis 100 einzelne Solarzellen oder Solarzellenarrays. Die Fläche einer einzelnen Solarzelle beträgt bevorzugt von 153 mm x 153 mm bis 178 mm x 178 mm.
Die Frontscheibe enthält ein für Sonnenlicht weitgehend transparentes Material, bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Solarglas, Kalk- Natron-Glas, oder Polymere, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Poly- methylmethacrylat und/oder Gemische davon. Die Frontscheibe kann auch eine Folie aus einem Polymer, bevorzugt aus einem fluorierten Polymer, besonders bevorzugt aus Ethylen- Tetrafluorethylen (ETFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP) oder Perfluoralkoxylalkan (PFA) und/oder Gemischen davon, umfassen. Die Dicke der Polymerfolie kann breit variierten und beträgt bevorzugt von 10 μηι bis 250 μηι.
Die Frontscheibe enthält besonders bevorzugt eisenarmes Kalk-Natron-Glas mit einer besonders hohen Transparenz für Sonnenlicht von mehr als 90 % in einem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1500 nm.
Die Frontscheibe enthält bevorzugt thermisch teilvorgespanntes oder vorgespanntes Glas mit einer Vorspannung von 30 MPa bis 120 MPa und bevorzugt von 32 MPa bis 85 MPa. Die Frontscheibe kann zusätzliche weitere Beschichtungen, wie Antireflektionsschichten, Anti- haftschichten oder Antikratzschichten aufweisen. Die Frontscheibe kann eine einseitige oder beidseitige Mikrostrukturierung oder Nanostrukturierung aufweisen, die beispielsweise die Reflektion von einfallendem Sonnenlicht reduziert. Die Frontscheibe kann eine Einzelscheibe oder eine Verbundscheibe aus zwei oder mehreren Scheiben sein. Die Verbundscheibe kann weitere Schichten, wie transparente thermoplastische Klebeschichten oder Kunststoffschichten enthalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung muss die Frontscheibe ausreichend stabil und unnachgiebig sein, um die darunterliegenden Solarzellen vor Beschädigung zu schützen. Mögliche Ursachen für Beschädigungen sind Hagelschlag, Windlast, Schneelast oder Verbiegung bei der Montage sowie ein Betreten durch Personen oder Tiere oder das Fallenlasse eines Werkzeugs. Gleichzeitig soll die Frontscheibe möglichst dünn sein und ein geringes Gewicht aufweisen, um für die Montage auf Flachdächern mit geringer Tragefähigkeit geeignet zu sein.
Wie Versuche der Erfinder gezeigt haben, genügen erfindungsgemäße Solarmodule mit Frontscheiben aus teilvorgespanntem oder vorgespanntem Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von mindestens 0,9 mm den technischen Anforderungen hinsichtlich Verwindungssteifheit und Stabilität.
Erfindungsgemäße Frontscheiben mit einer Dicke von mindestens 0,9 mm bieten insbesondere einen ausreichenden Schutz für im Solarmodul enthaltenen kristalline Solarzellen im Hagelschlagtest nach IEC 61215. Der Hagelschlagtest umfasst den Beschlag der Vorderseite des Solarmoduls mit Hagelkörnern mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Geschwindigkeit von 23 m/s. Die erfindungsgemäße Frontscheibe hat eine ausreichende Stabilität und Unnachgiebigkeit um die Energie des Einschlags eines Hagelkorns zu absorbieren, ohne dass die kristalline Solarzelle im Inneren des Solarmoduls beschädigt wird.
Alternativ kann die Frontscheibe flexibel sein und bei Belastungen nachgiebig sein. Die auftretenden Kräfte können dann durch die Trägerschicht aufgenommen werden. Nachgebende Frontscheiben, das heißt Frontscheiben aus nachgiebigen Materialien oder sehr dünne Frontscheiben sind nicht für Solarmodule mit spröden oder kristallinen Solarzellen geeignet. Die kristalline Solarzelle würde durch die Verbiegung der Frontscheibe brechen. Dies führt in der Regel zur Zerstörung eines großen Bereichs der Solarzelle, selbst wenn die Frontscheibe nicht beschädigt wird.
Die Dicke der Frontscheibe bestimmt maßgeblich das Gewicht des Solarmoduls. Um ein möglichst leichtgewichtiges Solarmodul bereitzustellen, welches für die Installation auf einem Flachdach mit einer nur geringen Tragfähigkeit geeignet ist, werden vorzugsweise Frontscheiben aus Glas mit einer Dicke von höchstens 2,8 mm verwendet. Ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit einer Frontscheibe mit einer Dicke von 2,8 mm hat ein Flächengewicht von etwa 10 kg/m2. Ein solches Solarmodul eignet sich für die Montage auf Flachdächern mit einer niedrigen Traglastreserve von mindestens 10 kg/m2.
Eine erfindungsgemäße Frontscheibe wird in der Regel durch einen Hagelschlagtest nicht beschädigt, sofern der Hageleinschlag nicht in einem Randbereich erfolgt. Die Randbereiche von Glasscheiben sind besonders empfindlich gegen Abplatzer und Ausmuschelungen. Der Randbereich der Frontscheibe kann durch eine Randverstärkung stabilisiert werden. Die erfindungsgemäße Randverstärkung schützt den Randbereich der Frontscheibe von Beschädigungen im Hagelschlagtest.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung umfasst die Anpassung der thermische Ausdehnungskoeffizienten von Frontscheibe und Trägerschicht: Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Frontscheibe und Trägerschicht können bei Temperaturänderungen zu einer unterschiedlichen Temperaturausdehnung führen. Eine unterschiedliche Temperaturausdehnung von Frontscheibe und Trägerschicht kann zu einer Verbiegung des Solarmoduls und damit zu einer Beschädigung der kristallinen Solarzellen führen. Temperaturänderungen von mehr als 100°C treten beispielsweise bei der Lamination des Solarmoduls oder bei einer Erwärmung des Solarmoduls auf dem Dach auf.
Der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient, das heißt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Frontscheibe, beträgt bevorzugt von 8 x 10~6 /K bis 10 x 10~6 /K und für teilvorgespanntes Kalk-Natron-Glas beispielsweise von 8 x 10~6 /K bis 9,3 x 10~6 /K. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls beträgt die Differenz zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizient der Trägerschicht eines erfindungsgemäßen Solarmoduls und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Frontscheibe < 300 %, bevorzugt < 200 % und besonders bevorzugt < 50 % des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Frontscheibe.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Trägerschicht einen glasfaserverstärkten Kunststoff. Der glasfaserverstärkte Kunststoff enthält beispielsweise ein mehrlagiges Glasfasergewebe, das in einen Gießharzformstoff aus ungesättigtem Polyesterharz eingebettet ist. Der Glasgehalt des glasfaserverstärkten Kunststoffs beträgt bevorzugt von 30 % bis 75 % und besonders bevorzugt von 50 % bis 75 %.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls hat die Trägerschicht einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7 x 10~6 /K bis 35 x 10~6 /K, bevorzugt von 9 x 10~6 /K bis 27 x 10~6 /K und besonders bevorzugt von 9 x 10~6 /K bis 20 x 10~6 /K .
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls beträgt die Differenz zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizient und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten < 17 %, bevorzugt < 12 % und besonders bevorzugt < 7 % des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Solarmoduls enthält die Trägerschicht eine Metallfolie mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,3 x 10-6 /K bis 10,5 x 10-6 /K. Die erste Zwischenschicht kann eine Stapelfolge aus zumindest einer ersten Klebeschicht, einer Isolationsschicht und einer zweiten Klebeschicht enthalten. Die Isolationsschicht enthält bevorzugt eine feste, isolierende Folie, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET). Die Isolationsschicht hat die Aufgabe die Sammelleiter und die Rückseite der Solarzellen von der elektrisch leitenden Metallfolie der Trägerschicht zu isolieren. Die Metallfolie enthält bevorzugt einen rostfreien Stahl, bevorzugt einen Edelstahl der EN-Werkstoffnummer 1 .4016, 1 .4520, 1 .451 1 , 1 .4017, 1 .41 13, 1 .4510, 1 .4516, 1 .4513, 1 .4509, 1 .4749, 1 .4724 oder 1 . 4762. Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Flachdach mit
• einer Dachhaut mit einer Dachneigung von 1 % (0,6°) bis 23,1 % (13 °),
• mindestens einem erfindungsgemäßen Solarmodul, angeordnet auf der Dachhaut, wobei die Dachhaut und das erfindungsgemäße Solarmodul durch mindestens eine Klebeschicht und/oder Verbindungsmittel zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachdachs beträgt die Dachneigung von 2 % (1 ,1 °) bis 17,6 % (10°), bevorzugt von 5 % (2,9°) bis 17,6 % (10 °) und besonders bevorzugt von 5 % (2,9 °) bis 8,8 % (5°).
Die Klebeschicht, mit der das erfindungsgemäße Solarmodul und die Dachhaut verbunden sind, enthält bevorzugt einen Acrylatkleber, einen Butylkleber, einen Bitumenkleber oder einen Silikonkleber oder eine doppelseitige Klebefolie. Die Verbindungsmittel enthalten bevorzugt Schraub-, Klemm- oder Nietverbindungen und/oder Halteschienen, Führungsschienen oder Ösen aus Kunststoff oder Metall, wie Aluminium, Stahl oder Edelstahl.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachdachs enthält die Dachhaut einen Kunststoff, bevorzugt Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas®), Polyester, Bitumen, polymermodifiziertes Bitumen, Polyvinylchlorid (PVC) oder thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPO), vorzugsweise mit einem flachen, kammerförmigen oder gewellten Profil.
In einer alternativen Ausgestaltung enthält die Dachhaut ein Metallblech, bevorzugt ein Metallblech aus Kupfer, Aluminium, Stahl, verzinkten und/oder mit Kunststoff beschichteten Stahl. Das Metallblech hat beispielsweise ein trapezförmiges Profil und wird im Folgenden als Trapezblech bezeichnet. Oberhalb oder unterhalb der Dachhaut können weitere Schichten angeordnet sein, beispielsweise Schichten zur thermischen Isolierung. Die Schichten zur thermischen Isolierung enthalten bevorzugt Kunststoffe oder Kunststoffschäume, beispielsweise aus Polystyrol oder Polyurethan.
Die Verschraubung des Solarmoduls mit der Dachhaut eines erfindungsgemäßen Flachdachs erfolgt vorzugsweise in einem Bereich der Randverstärkung des Solarmoduls und insbesondere im Bereich des Überstands der Trägerschicht über die Frontscheibe. Dies hat den besonderen Vorteil, dass kein Loch in die Frontscheibe eingebracht werden muss. Ein Loch in die gläserne Frontscheibe einzubringen ist ein aufwendiger und kostenintensiver Prozessschritt. Des Weiteren wird die Stabilität der Frontscheibe durch das Loch reduziert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls, wobei zumindest das Dichtmittel in dem Zwischenraum zwischen dem Überstand der Randverstärkung über die Frontscheibe und dem Überstand der Trägerschicht über die Frontscheibe ausgefüllt wird.
Eine vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls umfasst zumindest:
• eine Trägerschicht und darauf übereinander angeordnet eine erste Zwischenschicht, mindestens eine Solarzelle, eine zweite Zwischenschicht und eine Frontscheibe werden laminiert, wobei die Trägerschicht mit einen umlaufenden Überstand über die Frontscheibe angeordnet wird,
• eine Randverstärkung wird mit einem Überstand über die Frontscheibe oberhalb der Frontscheibe angeordnet und
• der Zwischenraum zwischen dem Überstand der Randverstärkung über die Frontscheibe und dem Überstand der Trägerschicht über die Frontscheibe wird durch ein Dichtmittel ausgefüllt.
Laminieren umfasst im Sinne der Erfindung alle an sich bekannten Verfahren zum Verbinden des Schichtaufbaus einer Solarzelle, bevorzugt durch Einwirkung von Wärme und/oder Druck, beispielsweise durch Autoklav-Prozesse, Kalander- Verfahren oder Vakuum- Sackverfahren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Randverstärkung abschnittsweise auf einen umlaufenden Randbereich der Frontscheibe angeordnet und mit der Frontscheibe verklebt, beispielsweise durch einen Butyl-, Acryl- oder Silikon-Kleber oder ein doppelseitiges Klebeband. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sich ein stabiler Zwischenraum ausbildet, der im zweiten Verfahrensschritt durch das Dichtmittel gefüllt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Randverstärkung beispielsweise durch einen Rahmen auf die Frontscheibe gepresst oder gehalten. Im zweiten Verfahrensschritt wird der entstandene Zwischenraum durch das Dichtmittel gefüllt. Das Dichtmittel verklebt dabei die Randverstärkung mit dem restlichen Solarmodul, so dass die Randverstärkung fest mit dem Solarmodul verbunden wird.
Als Dichtmittel sind prinzipiell alle Kunststoffe geeignet, die UV-stabil und witterungsbeständig sind und die ausreichende wasser- und wasserdampf-undurchlässige Eigenschaften aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Dichtmittel einen 1 -komponentigen, 2-komponentigen oder mehrkomponentigen Kunststoff. Gleichwohl sind thermoplastische Elastomere als Dichtmittel geeignet, die in flüssigen, heißem Zustand in den Zwischenraum eingebracht werden und dort aushärten.
Das Dichtmittel wird vorzugsweise in flüssiger oder pastöser Form, per Hand oder mit einer mechanischen Vorrichtung, in den Zwischenraum eingebracht und härtet dort aus.
Das Dichtmittel enthält bevorzugt eine 1 -komponentige Polyurethandichtmasse, die mit Luftfeuchtigkeit zu einem dauerelastischen Elastomer aushärtet, beispielsweise Sikkaflex 222, der Firma Sika Deutschland GmbH.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls auf einem Flachdach, bevorzugt auf einem Metallflachdach, eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs zur Fortbewegung auf dem Wasser, auf dem Land oder in der Luft. Für die Installation von erfindungsgemäßen Solarmodulen sind besonders Flachdächer von Lagerhallen, Industrieanlagen und Garagen oder Unterständen wie Carports geeignet, deren Dächer eine große, exponierte und nicht abgeschattete Fläche haben und eine geringe Dachneigung aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung eines erfindungsgemäßen Solarmoduls auf einem Flachdach mit einer Dachneigung von 1 % (0,6°) bis 23,1 % (13 °), be- vorzugt von 2 % (1 ,1 °) bis 17,6 % (10°), besonders bevorzugt von 5 % (2,9 °) bis 17,6 % (10 °) und ganz besonders bevorzugt von 5 % (2,9°) bis 8,8 % (5°).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist nicht vollständig maßstabsgetreu. Die Erfindung wird durch die Zeichnung in keiner Weise eingeschränkt.
Es zeigen:
Figur 1 A eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls,
Figur 1 B eine Querschnittsdarstellung mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A, Figur 2 eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A,
Figur 3 eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A,
Figur 4 eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A,
Figur 5 eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A und
Figur 6 ein detailliertes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1A ist ein insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnetes erfindungsgemäßes Solarmodul veranschaulicht. Die Figur 1 A zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Vorderseite, das heißt auf die der Sonne zugewandte Seite, des Solarmoduls 1 . Die Rückseite des So- larmoduls 1 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die der Vorderseite abgewandte Seite. Als Au ßenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 werden im Folgenden, die den äu ßeren Rand der Vorderseite und der Rückseite umlaufenden Seiten bezeichnet. An den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 liegen die sogenannten Eintrittskanten, an denen Feuchtigkeit und Wasserdampf besonders leicht in das Solarmodul 1 eindringen können.
Das Solarmodul 1 umfasst eine Mehrzahl seriell verschalteter Solarzellen 4, von denen in der Figur 1 A acht dargestellt sind. Die Solarzellen 4 sind in diesem Beispiel monokristalline Silizium-Solarzellen. Jede Solarzelle hat eine Nennspannung von beispielsweise 0,63 V, so dass das Solarmodul 1 eine Gesamtnennspannung von beispielsweise 5 V hat. Die Spannung wird über Sammelleiter 21 zu zwei Anschlussgehäusen 20 im Randbereich der Seite III des Solarmoduls 1 herausgeführt. In den Anschlussgehäusen 20 erfolgt die elektrische Leitungsverbindung zu den Anschlussleitungen, die in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Die Anschlussleitungen sind mit einem Stromnetz oder weiteren Solarmodulen verbunden.
Die Sammelleiter 21 sind mit den Solarzellen 4 elektrisch leitend verbunden. Ein Sammelleiter 21 enthält üblicherweise ein metallisches Band, beispielsweise ein verzinntes Kupferband mit einer Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm und einer Breite von 2 mm bis 16 mm. Kupfer hat sich für solche Sammelleiter bewährt, da es eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Verarbeitbarkeit zu Folien besitzt. Gleichzeitig sind die Materialkosten niedrig. Es können auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden, die sich zu Folien verarbeiten lassen. Beispiele hierfür sind Aluminium, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon.
Figur 1 B zeigt eine Querschnittsdarstellung mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1A. Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 umfasst einen Schichtaufbau aus Trägerschicht 2, erster Zwischenschicht 3, Solarzelle 4, zweiter Zwischenschicht 5 und Frontscheibe 6. Die Trägerschicht 2 hat einen umlaufenden Überstand 13 über die Frontscheibe 6 von beispielsweise 0,5 cm. Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 weist eine Randverstärkung 7 auf. Die Randverstärkung 7 ist im Bereich 9 über eine Breite b von beispielsweise 5 mm oberhalb der Frontscheibe 6 angeordnet. Die Randverstärkung 7 überragt die Frontscheibe 6 im Bereich 14 um eine Länge c von beispielsweise 0,5 cm. Der Zwischenraum 51 zwischen dem Überstand 13 der Trägerschicht 2 über die Frontscheibe 6 und dem Überstand 14 der Randverstärkung 7 über die Frontscheibe 6 ist mit einem Dichtmittel 50 gefüllt. Das Dichtmittel 50 ist bevorzugt im über den gesamten umlaufenden Zwischenraum an den Seiten I, II, III und IV des Solarmoduls 1 angeordnet. Das Dichtmittel 50 enthält beispielsweise eine Dichtmasse aus Polyurethan, beispielsweise Sikaflex 222, der Firma Sika Deutschland GmbH. Das Dichtmittel 50 dichtet die Solarzellen 4 im Inneren des Verbunds aus Trägerschicht 2, erster 3 und zweiter 5 Zwischenschicht und Frontscheibe 6 zuverlässig gegen Feuchtigkeit ab.
Die Randverstärkung 7 ist mit der Frontscheibe 6 verklebt. Die Verklebung dichtet die Fläche zwischen Randverstärkung 7 und Frontscheibe 6 ab und stabilisiert den Zwischenraum 51 während des Einbringens des Dichtmittels 50.
Die Trägerschicht 2 des Solarmoduls 1 enthält beispielsweise einen glasfaserverstärkten Kunststoff. Der glasfaserverstärkte Kunststoff enthält beispielsweise ein mehrlagiges Glasfasergewebe, das in einen Gießharzformstoff aus ungesättigtem Polyesterharz eingebettet ist. Die Trägerschicht 2 hat beispielsweise einen Glasgehalt von 54 %, ein Flächengewicht von 1 ,65 kg/mm2 und eine Dicke von 1 mm.
Oberhalb der Trägerschicht 2 ist eine erste Zwischenschicht 3 angeordnet. Die erste Zwischenschicht 3 enthält beispielsweise eine Klebefolie aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) mit einer Dicke von 0,4 mm.
Oberhalb der ersten Zwischenschicht 3 sind mehrere kristalline Solarzellen 4 angeordnet, von denen in Figur 1 B eine teilweise dargestellt ist. Die kristalline Solarzelle 4 besteht beispielsweise aus einer monokristallinen Siliziumsolarzelle mit einer Größe von 156 mm x 156 mm. Alle Solarzellen 4 eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 sind über Sammelleiter und je nach Verwendungszweck in Reihenschaltung oder Parallelschaltung miteinander elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren können Sperr- oder Bypassdioden in das Solarmodul 1 integriert sein. Oberhalb der Solarzellen 4 ist eine zweite Zwischenschicht 5 angeordnet, die beispielsweise eine Klebefolie aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) mit einer Dicke von 0,4 mm enthält.
Oberhalb der zweiten Zwischenschicht 5 ist eine Frontscheibe 6 angeordnet. Die Frontscheibe 6 enthält beispielsweise ein eisenarmes Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 0,9 mm bis 2,8 mm und insbesondere von 1 mm. Das Kalk-Natron-Glas ist mit einer Vorspannung von beispielsweise 40 MPa thermisch teilvorgespannt. Teilvorgespanntes Glas unterscheidet sich von vorgespanntem Glas durch einen langsameren Abkühlungsprozess. Der langsamere Abkühlungsprozess führt zu geringeren Spannungsunterschieden zwischen dem Kern und den Oberflächen des Glases. Die Biegefestigkeit von teilvorgespanntem Glas liegt zwischen der von nichtvorgespanntem und vorgespanntem Glas. Teilvorgespanntes Glas hat im Bruchfall eine hohe Resttragfähigkeit und eignet sich deshalb besonders für absturzsichere Verglasungen an Gebäuden oder im Dachbereich.
Als Frontscheibe 6 eignen sich gleichermaßen Folien oder Scheiben aus Ethylen- Tetrafluorethylen (ETFE), Polycarbonat oder anderen Kunststoffen, die ausreichend transparent, witterungsbeständig und UV-stabil sind und eine ausreichend hohe Dichtigkeit gegen Feuchtigkeit aufweisen.
Die Trägerschicht 2 hat einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beispielsweise 27 x 10~6 /K. Die Frontscheibe 6 hat einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beispielsweise 9 x 10~6 /K. Die Differenz von erstem und zweitem thermischen Ausdehnungskoeffizienten beträgt 18 x 10~6 /K und damit 200 % des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Die Trägerschicht 2 kann gleichermaßen eine Metallfolie, beispielsweise eine Folie aus einem rostfreien Edelstahl wie Nirosta, Werkstoffnummer 1 .4016 mit einer Dicke von 0,3 mm enthalten.
Die Trägerschicht 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen umlaufenden Überstand 13 über die Frontscheibe 6 auf. Die Breite a des Überstand beträgt bevorzugt von 0,5 cm bis 10 cm und beispielsweise 2 cm. Die Randverstärkung 7 ist oberhalb des Überstandes 13 der Trägerschicht 2 und oberhalb eines Randbereichs 9 der Frontscheibe 6 angeordnet. Die Breite b des Randbereichs 9 beträgt bevorzugt 0,5 cm bis 10 cm und beispielsweise 1 cm. Die Randverstärkung 7 ist im Randbereich 9 vorzugsweise mit der Frontscheibe verklebt, beispielsweise mit einem doppelseitigen Klebeband.
Zwei Sammelleiter 21 sind im Bereich des Zwischenraums 51 an der Au ßenseite III des Solarmoduls 1 zwischen erster Zwischenschicht 3 und zweiter Zwischenschicht 5 herausgeführt. Die Sammelleiter 21 sind an einem Ende mit der Solarzelle 4 verbunden. Die Sammelleiter 21 sind innerhalb des Zwischenraums 51 und in einer Öffnung 17 der Randverstärkung 7 angeordnet. Oberhalb der Öffnung 17 der Randverstärkung 7 ist ein Anschlussgehäuse 20 angeordnet, in dem sich eine elektrische Leitungsverbindung zwischen Sammelleiter 21 und einer äußeren Anschlussleitung befindet, was in der Figur nicht dargestellt ist.
In der Randverstärkung 7 sind mehrere Wasserablaufrinnen 8 in Form von Aussparungen angeordnet. Die Wasserablaufrinnen 8 verbinden den inneren Rand 10 der Randverstärkung 7 mit dem äußeren Rand 1 1 der Randverstärkung 7. Die Breite der Wasserablaufrinnen 8 beträgt von 1 mm bis 5 mm und beispielsweise 3 mm. Die Breite der Wasserablaufrinnen 8 und die Dicke der Randverstärkung 7 werden so gewählt, dass ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von 25 mm im Hagelschlagtest die Frontscheibe nicht beschädigt. Dies kann im Rahmen einfacher Versuche ermittelt werden.
Im Falle von Regen oder Schneeschmelzen kann das auf der Frontscheibe 6 anfallende Wasser über die Wasserablaufrinnen 8 abfließen.
In dem in der Figur 1 A dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 ist jeweils eine Wasserablaufrinne 8 in jeder Ecke 12 des Solarmoduls 1 angeordnet. Die Wasserablaufrinnen 8 sind beispielsweise unter einem Winkel von 45° zu den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 angeordnet. Zusätzlich kann jede der Außenseiten I, II, III und IV eine oder mehrere weitere Wasserablaufrinnen 8 aufweisen, was in Figur 1 A nicht dargestellt ist. Die Wasserablaufrinnen 8 an den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 können beispielsweise rechtwinklig zu den Außenseiten I, II, III, IV des Solarmoduls 1 angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 hat ein Flächengewicht von etwa 5,6 kg/m2. In Figur 2 ist eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind im Zwischenraum 51 zwei zusätzliche Randverstärkungen 15.1 , 15.2 angeordnet. Die zusätzliche Randverstärkungen 15.1 , 15.2 enthalten an der Außenseite III des Solarmoduls 1 Aussparungen, in denen der Sammelleiter 21 angeordnet ist und zur Öffnung 17 in der Randverstärkung 7 geführt wird. Die zusätzlichen Randverstärkungen 15.1 , 15.2 stabilisieren den Abstand des Zwischenraums 51 zwischen der Randverstärkung 7 und der Trägerschicht 2.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Sammelleiter 21 um die Frontscheibe 6 herumgeführt. Die Öffnung 17, durch die der Sammelleiter 21 in das Anschlussgehäuse 20 geführt wird, ist oberhalb der Frontscheibe 6 im Bereich 9 angeordnet. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, dass der äußere Randbereich des Solarmoduls 1 zur Befestigung des Solarmoduls 1 beispielsweise in einer u-förmigen Führungsschiene benutzt werden kann. Die Randverstärkung 7 ist im Bereich 9 mit der Frontscheibe 6 verklebt, beispielsweise durch ein elastisches doppelseitiges Klebeband, was in der Figur nicht dargestellt ist. Das Klebeband ist einerseits nachgiebig, so dass der Sammelleiter 21 darunter oder darüber angeordnet werden kann. Andererseits dient das Klebeband zur Abdichtung gegen Wasser und Feuchtigkeit.
In Figur 4 ist eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiels weist die Frontscheibe 6 eine Öffnung 16 auf, innerhalb derer der Sammelleiter 21 angeordnet ist. Oberhalb der Öffnung 16 der Frontscheibe 6 befindet sich die Öffnung 17 der Randverstärkung 7 und das Anschlussgehäuse 20. Durch die Öffnung 16 wird die Frontscheibe 6 geschwächt. Diese Schwächung wird durch die auf die Frontscheibe 6 aufgeklebte Randverstärkung 7 kompensiert. Da der Sammelleiter 21 direkt aus dem Innern des Solarmoduls 1 durch die Öffnungen 16 und 17 in das Anschlussgehäuse 20 geführt wird, erfolgt eine besonders gute Abdichtung der Austrittstelle des Sammelleiters 21 . Figur 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 1 mit Blick auf die Schnittebene A aus Figur 1 A. In diesem Ausführungsbeispiels weist die Trägerschicht eine Öffnung 18 auf, innerhalb derer der Sammelleiter 21 angeordnet ist. Unterhalb der Öffnung 18 der Trägerschicht 2 ist das Anschlussgehäuse 20 angeordnet. Da sich das Anschlussgehäuse 20 und damit auch die äußeren Anschlussleitungen auf der Rückseite des Solarmoduls 1 befinden sind Anschlussgehäuse 20 und Anschlussleitungen gegen Einwirkungen von außen und insbesondere gegen Einwirkungen auf die Vorderseite des Solarmoduls 1 geschützt.
Figur 6 zeigt ein detailliertes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Solarmodul 1 weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber Solarmodulen nach dem Stand der Technik auf. Die erfindungsgemäße Randverstärkung 7 schützt die bruchempfindliche Außenkante der Frontscheibe 6 vor Beschädigungen bei Transport und Montage. Gleichzeitig erlaut die erfindungsgemäße Randverstärkung 7 den nahezu ungehinderten Abfluss von Wasser bei Regen oder Schneeschmelze. Das erfindungsgemäße Dichtmittel 50 dichtet das Innere des Solarmoduls 1 gegen Feuchtigkeit und Wasserdampf. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Solarmoduls 1 besonders einfach und kostengünstig durchzuführen. Gleichzeitig ist da Solarmodul 1 besonders leichtgewichtig mit einem Flächengewicht von weniger als 12 kg/m2 und für die Verwendung auf einem Flachdach mit einer nur geringen Dachneigung geeignet.
Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Es zeigen:
1 Solarmodul
2 Trägerschicht
3 erste Zwischenschicht
4 Solarzelle
5 zweite Zwischenschicht
6 Frontscheibe
7 Randverstärkung
8 Wasserablaufrinne
9 Randbereich der Frontscheibe 6
10 Innenseite der Randverstärkung 7
1 1 Außenseite der Randverstärkung 7
12 Ecke des Solarmoduls 1
13 Überstand der Trägerschicht 2 über die Frontscheibe 6
14 Überstand der Randverstärkung 7 über die Frontscheibe 6
15.1 , 15.2 Randverstärkung
16 Öffnung in der Frontscheibe 6
17 Öffnung in der Randverstärkungsschicht 7.2
18 Öffnung in der Trägerschicht 2
20 Anschlussgehäuse
21 , 21 .1 , 21 .2 Sammelleiter
50 Dichtmittel
51 Zwischenraum zwischen dem Überstand 13 der Trägerschicht 2 und dem Überstand 14 der Randverstärkung 7 über die Frontscheibe 6 a Breite des Überstands 13 der Trägerschicht 2 über die Frontscheibe 6 b Breite des Randbereichs 9
c Breites des Überstands 14 der Randverstärkung 7 über die
Frontscheibe 6
A Schnittebene
I, II, III, IV Seite, Au ßenseite des Solarmoduls 1

Claims

Patentansprüche
1 . Solarmodul (1 ), umfassend:
• eine Trägerschicht (2) und darauf übereinander angeordnet eine erste Zwischenschicht (3), mindestens eine Solarzelle (4), eine zweite Zwischenschicht (5) und eine Frontscheibe (6),
• eine umlaufende Randverstärkung (7), die oberhalb der Frontscheibe (6) angeordnet ist,
• einen Zwischenraum (51 ), der durch einen umlaufenden Überstand (13) der Trägerschicht (2) und einen umlaufenden Überstand (14) der Randverstärkung (7) über die Frontscheibe (6) gebildet ist,
wobei der Zwischenraum (51 ) ein Dichtmittel (50) aufweist.
2. Solarmodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Trägerschicht (2) einen umlaufenden Überstand (13) und/oder die Randverstärkung (7) einen umlaufenden Überstand (14) über die Frontscheibe (6) von mindestens 0,3 cm, bevorzugt von 0,3 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 0,3 cm bis 1 cm aufweisen.
3. Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Randverstärkung (7) mindestens einen umlaufenden Randbereich (9) der Frontscheibe (6) von mindestens 0,2 cm, bevorzugt von 0,5 cm bis 5 cm und besonders bevorzugt von 1 cm bis 2 cm überdeckt.
4. Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Randverstärkung (7) an jeder Ecke (12) und/oder an jeder Au ßenseite (I, II, III, IV) des Solarmoduls (1 ) mindestens eine Wasserablauf rinne (8) aufweist, die die Innenseite (10) und die Außenseite (1 1 ) der Randverstärkung (7) verbindet.
5. Solarmodul (1 ) nach Anspruch 4, wobei die Wasserablaufrinne (8) eine Breite von 0,3 mm bis 5 mm, bevorzugt von 2 mm bis 4 mm hat.
6. Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens ein Sammelleiter 21 in einer Öffnung (16) der Frontscheibe (6), in einer Öffnung (17) der Randverstärkung (7) und/oder in einer Öffnung (18) der Trägerschicht (2) angeordnet ist.
7. Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Dichtmittel (50) Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen (LDPE), Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS), Polycarbonat (PC), Styrolbutadien (SB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastische Elastomere oder einen Klebstoff auf Butyl-, Acryl-, Bitumen- oder Silikonbasis und/oder Gemische davon enthält.
8. Solarmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Solarzelle (4) ein monokristallines oder polykristallines, dotiertes Halbleitermaterial, bevorzugt aus Silizium oder Gallium-Arsenid, eine Dünnschichtsolarzelle, bevorzugt aus amorphem, mikro- morphem oder polykristallinem Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Gallium-Arsenid (GaAs), Kupfer-lndium-(Gallium)-Selenid-Sulfid (Cu(ln,Ga)(S,Se)2), Kupfer-Zink-Zinn- Sulfo-Selenid (CZTS), organischen Halbleitern, oder eine Tandemzelle enthält.
9. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Frontscheibe (6)
Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Solarglas, Kalk- Natron-Glas, oder Polymere, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und/oder Gemischen, oder fluorierte Polymere, bevorzugt Ethy- len-Tetrafluorethylen (ETFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylen- Propylen (FEP) oder Perfluoralkoxylalkan (PFA) und/oder Gemischen davon enthält.
10. Solarmodul nach Anspruch 9, wobei die Frontscheibe (6) thermisch teilvorgespanntes oder vorgespanntes Glas mit einer Dicke von 0,9 mm bis 2,8 mm enthält.
1 1 . Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Trägerschicht (2) einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Frontscheibe (6) einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und die Differenz zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizient und dem zweiten thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten von der Frontscheibe (6) < 300 % und bevorzugt < 17 %, des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten beträgt.
12. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Trägerschicht (2) einen glasfaserverstärkten Kunststoff mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,3 x 10"6 /K bis 35 x 10"6 /K enthält.
13. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest der Zwischenraum (51 ) zwischen dem Überstand (14) der Randverstärkung (7) und dem Überstand (13) der Trägerschicht (2) über die Frontscheibe (6) durch ein Dichtmittel (50) ausgefüllt wird.
14. Verwendung eines Solarmoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auf einem Flachdach (30), bevorzugt auf einem Metallflachdach, eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs zur Fortbewegung auf dem Wasser, auf dem Land oder in der Luft.
15. Verwendung eines Solarmoduls (1 ) nach Anspruch 14 auf einem Flachdach mit einer Dachneigung von 1 % bis 23,1 %, bevorzugt von 2% bis 17,6% und besonders bevorzugt von 5% bis 8,8%.
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