JP2014519195A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、支持体層（２）と、該支持体層の上に重ねて配置される第１の中間層（３）と、少なくとも１つの太陽電池（４）と、第２の中間層（５）と、前面ガラス（６）とを含み、第１の縁部補強層（７.１）と、第２の縁部補強層（７.２）と、少なくとも１つの接続ハウジング（２０）と、前記太陽電池（４）を前記接続ハウジング（２０）に導電的に接続させる少なくとも２つのバスバー（２１.１，２１.２）とを含み、前記支持体層（２）は、前記前面ガラス（６）を越える周辺突出部（１３）を有し、前記第１の縁部補強層（７.１）は、前記周辺突出部（１３）の上方に配置され、凹部（１６）を有し、前記第２の縁部補強層（７.２）は、前記第１の縁部補強層（７.１）の上方に配置され、開口部（１７）を有しており、前記バスバー（２１.１，２１.２）が前記凹部（１６）と前記開口部（１７）に配置されている太陽電池モジュールに関する。

Description

本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法ならびに太陽電池モジュールを有する平屋根に関している。
太陽光線を電気エネルギーへ直接変換するための光起電力層システムは周知である。この層の材料およびその配置構成は、入射した光線が１つ以上の半導体層によって最大の放射線収率で電流に直接変換されるように調整される。平坦に広がる光起電力層システムは総じて太陽電池とも称される。
太陽電池は全般に半導体材料を含んでいる。これまで公知の最大で２０％を超える変換効率は、単結晶、多結晶、微結晶シリコン、又はガリウム砒素からなる高効率太陽電池を用いて達成されていた。現在設置されている太陽光発電の８割以上は、結晶シリコン系を基礎とするものである。しかしながら薄膜系太陽電池は、十分な機械的強度を提供するために支持体基板が必要である。物理的特性及び技術的取り扱いに基づいてアモルファスマイクロモルフ、多結晶シリコン、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、銅インジウム（ガリウム）セレナイド硫化銅（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2）、銅−亜鉛−錫−スルホ−セレン（ＣＺＴＳ）ならびに有機半導体を用いた薄膜系が特に太陽電池には適している。五元半導体Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2は、カルコパイライト型化合物半導体に属し、これらは多くの場合、ＣＩＳ系（銅−インジウム−ジセレニド若しくはスルフィド）またはＣＩＧＳ系（銅−インジウム−ガリウム−ジセレニド、銅−インジウム−ガリウム−ジスルフィド若しくは銅−インジウム−ガリウム−ジスルフィドセレニド）と称される。前記略称ＣＩＧＳのＳは、セレン、硫黄または２つのカルコゲンの混合物を表している。
複数の太陽電池からなる電気的回路は、光電池モジュール又は太陽電池モジュールと称される。太陽電池回路は、既知の耐候性構造によって周辺環境の影響から恒久的に保護される。通常は、低鉄含有ソーダ石灰ガラスと接着増進ポリマーフィルムからなる２枚のパネルが太陽電池と接合され耐候性太陽電池モジュールが形成される。この太陽電池モジュールは、接続ボックス又は接続ハウジングを介して複数の太陽電池モジュール回路内に組み込まれる。このような太陽電池モジュールの回路は、既知のパワーエレクトロニクスを介して公共配電網または独立配電網に接続される。
倉庫や工業施設の平らな屋根は、影のない大規模な露出領域を持っている。そのため、それらは特に太陽光発電システムの設置に適している。平屋根の屋根膜は、通常は金属薄板、例えば台形状の金属板からなっている。平らな屋根は通常、２％乃至１７.６％の僅かなピッチと、例えば７５ｋｇ／ｍ2程度の低い耐荷重しか持っていない。
二枚のソーダ石灰ガラスの間に太陽電池セルを積層した従来技術による太陽電池モジュールは、単位面積あたりの荷重が重く、例えば１８ｋｇ／ｍ2である。従ってこのような太陽電池セルは、支持耐性の低い平らな屋根への設置には適していない。
米国特許出願第２０１０／００６５１１６Ａ１明細書には、５ｋｇ／ｍ2〜１０ｋｇ／ｍ2の単位面積あたりの荷重を有する薄いガラス太陽電池モジュールが開示されている。この薄いガラス太陽電池モジュールは支持層と、太陽電池と、化学的に硬化された薄膜ガラスからなる前面ガラスとを含んでいる。この非常に薄いガラスは柔軟性がある。この前面ガラスは、法的雹衝撃試験における雹の衝撃エネルギーが太陽電池モジュールの背面側の支持層によって吸収されるように柔らかい。
そのような構造は、結晶シリコンからなる高性能太陽電池には適していない。なぜなら結晶シリコンは脆く、前面ガラスの湾曲によって破断してしまうからである。このことは、たとえ前面ガラスが破損しにくい可撓性を備えていたとしても、通常は広範囲の破壊を太陽電池にもたらす。
従来技術による太陽電池モジュールでは、太陽電池が複数のバスバーによって接続され、これらのバスバーが太陽電池モジュールから引き出されている。米国特許出願第２００８／００４１４３４Ａ１明細書から公知のように、複数のバスバーが例えば太陽電池モジュールの外側縁部において、２枚のガラスの複合体から引き出される。これらのバスバーは、外側縁部を取り囲み、太陽電池モジュールの裏側に接着される。前記複合体からのバスバーの引き出し箇所は、バスバーの機械的な損傷に対する弱点となる箇所である。またそのような引き出し箇所においては、湿気も容易に太陽電池モジュール内に侵入することができる。
米国特許出願第２００８／００４１４３４Ａ１明細書からは、複数のバスバーが入射太陽光線とは反対側の裏側のガラスの開口部を通って引き出されている、太陽電池モジュールも公知である。ガラス板内部への開口部の配設は、複雑でコストのかかる処理ステップである。さらにガラスも前記開口部によってその安定性が弱められてしまう。
日本国特許出願ＪＰ ２００３／１６１００３Ａ公報は、太陽電池モジュールの裏側に水密の薄い接合ボックスが配置されているカプセル化された太陽電池モジュールが開示されている。この太陽電池モジュールのハウジングは、樹脂で一体成形されている。
独国特許出願第ＤＥ１９７１２７４７Ａ１明細書には、入射光に面する外側ガラスと、光入射方向で見て後方に位置しガラス介在空間を形成するために離間されて配置されている少なくとも１つの内側カバーと、前記外側ガラスと前記内側カバーを取り囲む相互に密に接続される縁部構造部を有する、光起電力太陽電池モジュールが開示されている。前記外側ガラスと内側カバーの間には、注入樹脂、（複数可能な）複合フィルム等が埋め込まれた太陽電池が配置されている。これらの太陽電池は、電気的に相互接続される導体路システムと接続され、該導体路システムによって、隣接する他の太陽電池モジュールとの電気的接続のための複数の接続リード導体が、太陽電池モジュールの外側にある領域に導かれる。
仏国特許出願ＦＲ２３６２４９４Ａ１明細書には、直列接続された複数の太陽電池を備えた太陽電池モジュールが記載されており、ここでは外部端子が、太陽電池モジュールの縁部領域に配置されている。
独国特許出願第ＤＥ１０２００５０２０１２９Ａ１明細書では、太陽電池モジュールの電気的相互接続のための電気的接続システムを備えた太陽電池モジュールが記載されている。この接続システムは、モジュールの電気的な外部端子のためのコネクタ要素を含んでいる。このコネクタ要素は、さらなるコネクタ要素のための機械的な接続手段を含み、そのためここでのコネクタ要素は、モジュール方式で拡張可能である。このコネクタ要素は好ましくは、太陽電池パネルの隅の領域か又は太陽電池パネルの主要面に所定の部分が配置されている。
国際公開第ＷＯ２００８／１４８５２４Ａ２公報には、太陽電池モジュールの電気的相互接続のための電気接続システムを備えた太陽電池モジュールが開示されている。ここでの接続システムは、太陽電池モジュールの縁部における、第２のガラスを超える第１のガラスの突出部分に配置されている。
欧州特許出願第ＥＰ１８６０７０５Ａ１公報には、取付けフレーム内の外側領域に配置されている、安定した自己支持形の太陽電池モジュールが開示されている。この取付けフレームは、太陽電池モジュール上にある液体が排出可能な溝を持っている。
独国特許出願第ＤＥ １０ ２００９ ０１６ ７３５ Ａ１公報には、ガラスの一方が少なくとも３ｍｍの厚さを有し、ガラスのもう一方が最大で２ｍｍの厚さを有する、前面ガラスとリアガラスを備えた太陽電池モジュールが開示されている。
独国特許出願第ＤＥ １０ ２００８ ０４９ ８９０ Ａ１公報には、透明なプラスチック層と、該透明なプラスチック層の一方の側に配置された光起電力モジュールとを備えた光起電力装置が開示されている。この光起電力モジュールは、少なくとも１つの光起電力電池を有し、該光起電力電池は、透明なプラスチック層に面する前方側カバー層と、前記プラスチック層とは反対側の後方側カバー層との間に配置されている。
米国特許出願第ＵＳ ４８３００３８ Ａ明細書には、エラストマーによってサポートされ、カプセル化されている太陽電池モジュールが記載されている。このエラストマーは後方側、側面および前方側の一部を射出成形法によって成形すべく用いられている。
本発明の課題は、バス導体路のより改善された引き出し部を有する太陽電池モジュールを提供することにある。この改善された太陽電池モジュールは、特に、軽量な平屋根の上への設置に適したものでなければならない。
本発明の上記課題は、請求項１に記載の太陽電池モジュールによって解決される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項から明らかである。本発明はさらに、そのような太陽電池モジュールの製造方法を含むものである。本発明による太陽電池モジュールの使用方法もさらなる特許請求の範囲から明らかとなる。
本発明に係る太陽電池モジュールは、
ａ）支持体層と、該支持体層の上に重なり合って配置された第１の中間層と、少なくとも１つの太陽電池と、第２の中間層と、前面ガラスとを含み、
さらに前記太陽電池モジュールは、
ｂ）第１の縁部補強層と、第２の縁部補強層と、少なくとも１つの接続ハウジングと、該接続ハウジングに太陽電池セルを導電的に接続する少なくとも２つのバスバーとを含み、
前記支持体層は、前面パネルを越える周辺突出部を有しており、
前記第１の縁部補強層は、前記周辺突出部の上方に配置され、凹部を有しており、
前記第２の縁部補強層は、前記第１の縁部補強層の上方に配置され、開口部を有しており、前記バスバーが前記凹部と前記開口部に配置されている。
前述した「重なり合って配置」、又は、「上方に配置」との概念は、本発明の趣旨では、完全に重なって配置されること、又は、部分的に重なって配置されることを意味している。
本発明の太陽電池モジュールの有利な実施形態では、支持体層は、少なくとも０.３ｃｍ、好ましくは０.５ｃｍから５ｃｍ、より好ましくは１ｃｍから２ｃｍ、全面ガラスを越えた周辺突出部を有する。縁部補強層はこの突出部の上に配置され、この突出部と例えば接着され得る。これにより、縁部補強部の確実な固定や太陽電池モジュール外縁部の付加的保護が得られる。さらにまた太陽電池モジュールの、特に前面ガラスと支持体層との間のバスバー引き出し領域における外縁部が湿気の侵入から保護される。
本発明の有利な実施形態によれば、前記太陽電池は、有利にはシリコンやガリウムヒ素のようなドープされる半導体材料を含む単結晶又は多結晶の太陽電池である。
本発明の代替的な実施形態によれば、前記太陽電池は、薄膜太陽電池、例えばアモルファスマイクロモルフ、多結晶シリコン、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、銅インジウム（ガリウム）セレナイド硫化銅（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2）、銅−亜鉛−錫−スルホ−セレン（ＣＺＴＳ）ならびに有機半導体を用いた薄膜太陽電池を含む。
あるいは前記太陽電池は、異なるタイプの２つの太陽電池が重ね合わされたタンデム型太陽電池、例えば薄膜太陽電池、有機太陽電池、又はアモルファスシリコン太陽電池との組み合わせによる結晶シリコン太陽電池などを含む。
本発明の有利な実施形態では、太陽電池自体及び／又はそれらの支持体材料が脆く、僅かな曲げ撓みによって、又は僅かな力のスポット状の負荷によって破断又は損傷し得る全ての太陽電池を含む。ここでの僅かな曲げ撓みとは、例えば１５００ｍｍ未満の曲率半径を有する曲率を意味する。また僅かな力のスポット状の負荷とは、例えば、雹衝撃試験において２５ｍｍの直径を有する雹が毎秒２３ｍの速度で衝突することによるへこみを指す。ここでの損傷とは、例えば半導体材料、支持体材料の機械的な損傷、又は短絡や線路断線による電力接続線路の機械的な損傷による太陽電池の光起電力特性の劣化を意味する。太陽電池の損傷は、例えば衝撃直後に３％以上太陽電池の効率を低下させる。通常は、時間の経過の中でミクロレベルのひびに起因して効率のさらなる悪化が生じ得る。
第１及び／又は第２の中間層は、接着剤層、有利には１つ以上の接着剤フィルムを含み、特に有利にはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、アイオノマー、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）からなるか又は相応の防湿粘着特性を有する他の材料からなる接着剤フィルムを含む。接着剤層の厚さは広範囲に亘って可変であり、有利には０.２ｍｍ〜１ｍｍ、特に有利には０.４ｍｍである。
本発明に係る太陽電池モジュールの外形寸法も広範囲に可変であり、有利には０.６ｍ×０.６ｍ〜１.２ｍ×２.４ｍであり得る。
本発明に係る太陽電池モジュールは、好ましくは６〜１００個の個々の太陽電池又は太陽電池アレイに含まれている。単一の太陽電池の面積は有利には１５３ｍｍ×１５３ｍｍ〜１７８ｍｍ×１７８ｍｍである。
前記前面ガラスは、太陽光に対して十分な透明性を有する材料を含み、好ましくはガラス、より好ましくは板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーラーガラス、ソーダ石灰ガラス、又はポリマー、有利にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、及び／又はそれらの混合物を含む。前記前面ガラスは、特に好ましくは３００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長範囲の９０％以上の太陽光に対して高い透明性を有する低鉄ソーダ石灰ガラスを含む。
前記前面ガラスは、３０ＭＰａ〜１２０ＭＰａ、好ましくは３２ＭＰａ〜８５ＭＰａの応力で、熱的に一部プレストレスされたガラスか又はプレストレスされたガラスを含む。前記前面ガラスは、例えば、反射防止コーティング、焦げ付き防止コーティングまたは抗スクラッチコーティングのようなさらなる付加的コーティングを有していてもよい。前記前面ガラスは、例えば入射する太陽光の反射を低減させるマイクロ構造部又はナノ構造部を片面または両面に有していてもよい。前記前面ガラスは、単一のガラス又は二枚以上のガラスからなる合わせガラスであってもよい。この合わせガラスの場合は、透明な熱可塑性接着剤層若しくはプラスチック層のような追加の層を含むことができる。
本発明の有利な実施形態によれば、前記前面ガラスは、その下に存在する太陽電池を損傷から保護するために、十分に安定でかつ不撓性でなければならない。損傷の原因として考えられるのは、雹や風、積雪による過負荷、組み立て時の無理な折り曲げ、人や動物による踏み込み、工具の落下などがある。前記前面ガラスは同時にできるだけ薄くなければならず、さらに低い耐荷力しか持たない平らな屋根への取り付けにも適するように重量を軽くする必要もある。
本発明の実験で示されるように、少なくとも０.９ｍｍ厚のプレストレス若しくは部分的にプレストレスされたソーダ石灰ガラスからなる前面ガラスを備えた本発明による太陽電池モジュールは、ねじり剛性と安定性に関する技術的要求を十分に満たしている。
少なくとも０.９ｍｍの厚さの本発明による前面ガラスは、ＩＥＣ６１２１５に準じる雹衝撃試験においても特に太陽電池モジュール内に含まれる結晶系太陽電池に対して十分な保護を提供する。この雹衝撃試験は、直径２５ｍｍの雹が毎秒２３ｍの速度で太陽電池モジュールの前面側に衝突する状況を含むものである。本発明による前面ガラスは、結晶系太陽電池が太陽電池モジュール内部で破損することなく雹の衝撃エネルギーを吸収するのに十分な安定性と不撓性を有する。
それとは代替的に前記前面ガラスは負荷のもとで柔軟性を有する若しくは可撓性を有するものであってよい。そこで発生する応力は支持体層に受け入れられる。柔軟性を有する前面ガラス、すなわち可撓性材料からなる前面ガラス若しくは非常に薄い前面ガラスは、脆い結晶系太陽電池を備えた太陽電池モジュールには適していない。結晶系太陽電池は、前面ガラスのねじれによって破損し得る。このことはたとえ前面ガラスが破損していなかったとしても、通常は太陽電池の広範囲に支承をもたらすものである。
前面ガラスの厚さは、主に太陽電池モジュールの重量を決定する。わずかな耐荷力しか持たない平屋根への設置に適した、可及的に軽い重さの太陽電池モジュールを提供するために、好ましくは最大で２.８ｍｍの厚さを有する前面ガラスが使用される。厚さ２.８ｍｍの前面ガラスを有する本発明による太陽電池モジュールは、約１０ｋｇ／ｍ2の目付量を有している。そのような太陽電池モジュールは、少なくとも１０ｋｇ／ｍ2の低い耐荷量しか持たない平屋根へのインストールに適している。
本発明による前面ガラス自体は、雹の衝突が縁部領域において起きない限り、雹衝撃試験によって破損することはない。ガラス板の縁部領域は剥離や貝殻状破面に特に敏感である。
前面ガラスの縁部領域は、縁部補強によって安定化可能である。本発明による縁部補強部は、雹衝撃試験における損傷から前面ガラスの縁部領域を保護する。
前記縁部補強部は、有利には金属、ガラス、ゴム、プラスチック、又はガラス繊維強化プラスチックからなる１つまたは複数の層を含む。前記縁部補強部は、より好ましくは支持体層の材料を含んでいる。支持体層は、有利には太陽電池モジュールと前面ガラスに要求される熱膨張率を有する。それにより、太陽電池モジュールの材料の熱膨張特性の違いによる機械的な緊張がないかごく僅かしか発生しない。
本発明に係る太陽電池モジュールの有利な実施形態では、縁部補強部の上側が前面ガラスと面一に配置されている。
本発明による縁部補強部の別の実施形態によれば、縁部補強部が高さｈ分だけ前面ガラスを越えて突出する。この高さｈは、好ましくは、少なくとも０.５ｍｍであり、より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍである。すでに述べたように、前面ガラスの外側領域は、例えば雹衝撃試験での雹の衝突の際のガラスの剥離や貝殻状波面に対する影響を特に受けやすい。そのため縁部補強部が高さｈ分だけ前面ガラスを越えて突出することによって保護領域が形成される。例えば直径２５ｍｍの雹であっても縁部補強部が高さｈ分だけ突出しているため、前面ガラスの特に損傷しやすい縁部領域内に侵入することはできなくなる。この高さｈは、雹衝撃試験において簡単な実験によって求めることが可能である。
本発明による太陽電池モジュールのさらに別の実施形態によれば、前記縁部補強部が前面ガラスの周辺縁部を覆っている。この縁部補強部は周辺縁部の前面ガラスの周辺縁部領域を、好ましくは少なくとも０.３ｃｍ、より好ましくは０.５ｃｍ〜２ｃｍの幅ｂに亘って覆っている。
前記縁部補強部は前記前面ガラスを部分的に越えているか又は重なっているので、前記前面ガラスを環状に取り囲む周辺縁部領域を形成している。降雨の時や雪解けの際には、前記前面ガラスと前記縁部補強部との間の移行領域において水がたまってしまう可能性があり、この水は周辺を覆っている縁部補強部のために排出することができない。そのようにして溜まった水は、藻や苔の発生を促進する。その他にも滞留する水の影響は、太陽電池モジュールの防湿性に負荷をかける。さらにこの領域には汚れや砂、ほこりがたまり、これらは雨水によって洗い流せない。
そのような前面ガラスと縁部補強部との間の移行部における水や汚れの滞積は、特に僅かなピッチしか持たない屋根、いわゆる平屋根に取り付けられた太陽電池モジュールに当てはまる。
それ故に本発明の重要な観点は、縁部補強部に設けられる排水路を含むことである。この排水路によれば、雨水や雪解け水が排出される。この排水は砂やホコリと共に汚れを洗い流し、太陽電池モジュールの前面ガラスは汚染物質のない状態を保つことができる。
本発明による太陽電池モジュールの有利な実施形態では、太陽電池モジュールの各角部に、前記縁部補強部の内側と前記縁部補強部の外側を接続する少なくとも１つの排水路が設けられる。縁部補強部の外側とは、ここでは、太陽電池モジュールの外側に存在している縁部補強部の側方側を意味している。また縁部補強部の内側とは、縁部補強部の外側とは反対の側を意味している。
本発明に係る太陽電池モジュールの別の有利な実施形態によれば、前記縁部補強部が、太陽電池モジュールの周辺の外側に少なくとも１つの排水路を有している。
前記排水路の幅は、有利には次のように選択される。すなわち２５ｍｍの直径を有する雹が毎秒２３ｍの速度で排水路の中心と側方に衝突しても前面ガラスが損傷することのないように選択される。排水路の幅は、縁部補強部の厚さに依存する。つまり縁部補強部が前面ガラスを越えて突出している高さｈに依存し、この高さは簡単な実験で求めることが可能である。本発明の太陽電池モジュールの有利な実施形態によれば、排水路（８.１，８.２）は、０.５ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは２.５ｍｍ〜５ｍｍの幅（ｄ）を有する。
前記縁部補強部は、第１の縁部補強層及び第２の縁部補強層を含む。この第１及び／又は第２の縁部補強層は、２つ以上の部分からなっていてもよい。前記第１及び第２の縁部補強層は、代替的に一体的に構成されてもよく、その場合には、前記第１の縁部補強層を形成する第１の領域と、前記第２の縁部補強層を形成する第２の領域を有する。
前記第１の縁部補強層は、少なくとも部分的に、前記前面ガラスを越える前記支持体層の周辺突出部の上方に配置されている。前記第１の縁部補強層は、特に周辺突出部の上方にある、太陽電池モジュールのバスバーが太陽電池モジュールから引き出されている側に配置されている。第１の縁部補強層は、１つ以上の凹部、好ましくは二つの凹部を有している。
第２の縁部補強層は、第１の縁部補強層の上方に配置されている。第２の縁部補強層は、１つ以上の開口部、好ましくは２つの開口部を有する。
前記第１の縁部補強層及び第２の縁部補強層は、相互に、及び／又は、前記支持体層と前面ガラスに接着剤層によって接合されている。この接着剤層は、湿気の侵入から太陽電池モジュールの縁部領域を密封し、太陽電池モジュールの通電部を絶縁する。接着剤層は、好ましくはアクリレート接着剤、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、シリコーン、又は両面接着フィルムを含む。
前記第１の縁部補強層の凹部は、中間層、太陽電池、前面ガラスからなる層構造部の方向に開口するように構成されている。この凹部は、バスバーが当該層構造部を離れる箇所に配置されている。この場合バスバーは、当該層構造部から離れた後で凹部の内側へ配置される。第１の縁部補強層の厚さは、層構造部の厚さよりも小さい方が好ましい。第２の縁部補強層は、第１の縁部補強層の上方に配置され、第１の縁部補強層に重ねられてもよい。第２の補強層の開口部は、第１の縁部補強層の凹部の上方に配置され、これと共に共通の中空空間を形成している。
第２の縁部補強層の開口部上方には少なくとも１つの接続ハウジングが設けられており、有利には各バスバーのための接続ハウジングが設けられている。このバスバーは、第１の縁部補強層の凹部と第２の縁部補強層の開口部からなる中空空間内部において、層構造部から引き出された後で、接続ハウジング内に挿入される前に配置される。
前記バスバーは、開口部を通って縁部補強部から取り出される。前記バスバーは、当該接続ハウジング内で接続リード導体と導電的に接続される。この接続は、有利にはプラグ、コンタクトピン、コンタクト舌片、バネ要素、圧着接続部、はんだ接合、溶接接合又はその他の導電的接合手段を介して行われる。本発明による太陽電池モジュールの有利な実施形態によれば、接続ハウジングが開口部全体を覆っている。この接続ハウジング及び／又は開口部と凹部から形成された中空空間は、注型材料によって封止することが可能である。この注型材料は湿気の侵入から太陽電池モジュールを密封し、例えばポリウレタン、アクリル、シリコーンまたは他の適切なシール材料を含む。
第１の縁部補強層の凹部は、鋭い角部若しくは丸みのある角部を備えた矩形状に形成されてもよいし、半円形状に形成されてもよい。また前記凹部は、１つ以上のバスバーが配置可能なその他の形状であってもよい。前記凹部は有利には、バスバーを取り囲む狭い範囲に限定される。
第２の縁部補強層の開口部は、好ましくは、長方形、正方形、または円形に形成される。ここでも同じように、バスバーを合理的に配置することのできる全ての形態が適している。
本発明の重要な観点は、前面ガラスと支持体層の熱膨張率の適合化を含んでいることにある。なぜなら、前面ガラスと支持体層の熱膨張率が異なると、温度変化のもとで異なる熱膨張が引き起こされる恐れがあるからである。
前面ガラスと支持体層の異なる熱膨張は、太陽電池モジュールの捻れや湾曲につながるため、結晶系太陽電池の損傷に至ることがある。１００℃以上の温度変化は、屋根の上で太陽電池モジュールが加熱しているときや積み重なっているときに発生し得る。
第２の熱膨張率、すなわち前面ガラスの熱膨張率は、８×１０-6／Ｋ〜１０×１０-6／Ｋが好ましく、一部プレストレスされたソーダ石灰ガラスの場合には例えば８×１０-6／Ｋ〜９.３×１０-6／Ｋが好ましい。
本発明による太陽電池モジュールの有利な実施形態によれば、本発明に係る太陽電池モジュールの前記支持体層の第１の熱膨張率と前記前面ガラスの第２の熱膨張率との間の差は、前記前面ガラスの第２の熱膨張率の３００％以下、好ましくは２００％以下、特に好ましくは５０％以下である。
本発明による太陽電池モジュールの別の有利な実施形態によれば、前記支持体層は、ガラス繊維強化プラスチックを含む。このガラス繊維強化プラスチックは、例えば不飽和ポリエステル樹脂からなる注型樹脂成形材料内に埋め込まれた多層のガラス繊維物を含んでいる。ガラス繊維強化プラスチックのガラス含有率は好ましくは３０％〜７５％が、より好ましくは５０％〜７５％である。
本発明による太陽電池モジュールのさらに別の有利な実施形態では、支持体層が、７×１０-6／Ｋ〜３５×１０-6／Ｋ、有利には９×１０-6／Ｋ〜２７×１０-6／Ｋ、特に有利には９×１０-6／Ｋ〜２０×１０-6／Ｋの第１の熱膨張率を有する。
本発明の太陽電池モジュールの代替的実施形態によれば、第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との間の差が第２の熱膨張率の１７％以下、有利には１２％以下、特に有利には７％以下である。
本発明による太陽電池モジュールの有利な実施形態によれば、前記支持体層は、７.３×１０-6／Ｋ〜１０.５×１０-6／Ｋの第１の熱膨張率を備えた金属フィルムを含む。第１の中間層は、少なくとも第１の接着剤層、絶縁層及び第２の接着剤層からなる積層部を含んでいてもよい。前記絶縁層は、好ましくは固体絶縁膜、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる絶縁膜を含む。この絶縁層は、前記バスバーと太陽電池裏面とを前記支持体層の導電性の金属膜から絶縁させる目的を有する。この金属膜は、有利にはさびないステンレス鋼、好ましくはＥＮ材料番号１.４０１６、１.４５２０、１.４５１１、１.４０１７、１.４１１３、１.４５１０、１.４５１６、１.４５１３、１.４５０９、１.４７４９、１.４７２４、又は、１.４７６２のステンレススチール鋼である。
本発明のもう１つの側面は、
ａ）１％（０.６°）〜２３.１％（１３°）のピッチを有する屋根膜と、
ｂ）本発明による少なくとも１つの太陽電池モジュールとを備え、前記太陽電池モジュールは屋根膜の上に配置され、前記屋根膜と本発明の太陽電池モジュールは、少なくとも１つの接着剤層及び／又は接続手段によって少なくとも部分的に相互接続されていることを特徴としている平屋根にもある。
本発明による平屋根の有利な実施形態では、前記ピッチが、２％（１.１°）〜１７.６％（１０°）、好ましくは５％（２.９°）〜１７.６％（１０°）であり、特に好ましくは５％（２.９°）〜８.８％（５°）である。
本発明による太陽電池モジュールと屋根膜とを接続する接着剤層は、有利にはアクリル系接着剤、ブチル系接着剤、ビチューメン系接着剤、シリコーン接着剤又は両面接着フィルムなどを含む。また前記接続手段は、好ましくは、ネジ、クランプ接続部またはリベット接続部、及び／又は支持レール、ガイドレール、又は、アルミニウム、スチール又はステンレススチールのような金属やプラスチックからなるラグを含む。
本発明による平屋根の有利な実施態様では、屋根膜がプラスチック、好ましくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、プレキシガラス（Ｒ））、ポリエステル、ビチューメン、ポリマー改質ビチューメン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含んでいるか、好ましくは平坦なチャンバ状若しくは波状のプロフィールを有するオレフィン系の熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を含む。
代替的実施形態によれば、前記屋根膜は、金属薄板、好ましくは銅、アルミニウム、スチール、亜鉛及び／又はプラスチックで被覆されたスチール等からなる金属薄板を含む。この金属薄板は、例えば台形形状のプロフィールを有しており、以下では単に台形薄板とも称する。屋根膜の上方又は下方には、さらなる別の層、例えば、断熱のための層を配置することができる。この熱的絶縁のための層は、有利にはプラスチックか、又は、ポリスチレン、ポリウレタンからなるプラスチック発泡体を含む。
本発明に係る平屋根の屋根膜との太陽電池モジュールの取付けは、好ましくは、太陽電池モジュールの縁部補強部の領域において、とりわけ前面ガラスを越える支持体層の突出部の領域内で行われる。このことは、前面ガラス内に孔を何も設ける必要がないという特別な利点を有する。ガラス製の前面ガラス内に孔を設けることは、複雑でコストのかかる処理ステップである。さらに前面ガラスの安定性も貫通孔によって低下する。
本発明のさらに別の態様には、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法が含まれており、この方法では少なくとも：
ａ）前面ガラスを越える支持体層の突出部に少なくとも１つの凹部を有する第１の縁部補強層を配置し、前記凹部を通してバスバーを案内し、
ｂ）前記第１の縁前補強層の上方に少なくとも１つの開口部を有する第２の縁部補強層を配設し、前記開口部を通してバスバーを案内し、
ｃ）少なくとも１つの接続ハウジングを前記バスバーと接続させるステップが含まれる。
前記支持体層と前面ガラスとの間には、少なくとも１つの第１の中間層、太陽電池および第２の中間層が配置されている。支持体層、第１の中間層、太陽電池、第２の中間層、及び前面ガラスは、積層によって、好ましくは１００℃〜１７０℃の温度のもとで相互に接合される。そのようにして得られた構造部を以下では積層シーケンスとも称する。
本発明による方法の有利な実施形態では、前記縁部補強部が、少なくとも１つの第１の縁部補強層と、前記前面ガラスの表面と面一に配置された第２の縁部補強層から形成されている。第１の縁部補強層と第２の縁部補強層は、一体的に又は複数部品で構成され、例えば、接着剤層によって積層シーケンスと相互に接合される。
第１の縁部補強層及び第２の縁部補強層は、有利にはガラス繊維強化プラスチックを含んでいる。
本発明による方法の別の有利な実施形態では、縁部補強部が少なくとも１つの第１の縁部補強層と、縁部領域において前記前面ガラスと部分的に重なる少なくとも１つの第２の縁部補強層から形成されている。第１の縁部補強層と第２の縁部補強層は、接着剤層によって積層シーケンスと相互に接合されている。
本発明による方法の別の有利な実施形態では、前記縁部補強部は、積層過程の前に支持体層に配置され、前記積層シーケンスと積層過程によって接合される。
本発明による方法の代替的実施形態によれば、前記縁部補強部の断面と共にストランドが押し出し成形、このストランドはセグメントに分割され、該セグメント内に凹部及び開口部が設けられる。また付加的に排水路が前記セグメント内に設けられる。引き続き前記縁部補強部のセグメントが積層シーケンスと接合、例えば接着される。
前記縁部補強部の押し出し成形は、それ自体公知の押し出し成形法によって行われる。そこではプラスチック又は粘性のある他の硬化性材料が、連続的なプロセスにおいて特殊な形状のノズルを通してプレスされる。その結果、ノズル断面を用いて任意の長さのストランドが形成される。このストランドは、それぞれ太陽電池モジュールの側方の長さを有する複数のセグメントに分割されてもよい。また代替的に前記ストランドは、それぞれ太陽電池モジュールの周辺長さを有する複数のセグメントに分割してもよい。さらにプラスチックは、押し出し成形中に加熱される熱可塑性プラスチックであってもよい。
前記凹部、開口部、排水路は、有利には切断若しくは切削によってセグメント表面に設けられてもよい。前記排水路は、例えば押し出し中に移動する成形工具によってセグメント表面に設けられてもよい。また前記排水路は代替的に、押し出し成形後の、積層シーケンスとの接合前に、セグメント内に設けられてもよい。前記排水路は、更に代替的に前記積層シーケンスとの接着の後で設けられていてもよい。
押し出し成形後の縁部補強部は、有利には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、スチレン−ブタジエン（ＳＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含有する。
本発明による方法の別の実施形態では、前記縁部補強部が、反応射出成形（ＲＩＭ）または通常の射出成形によって行われる。
それ自体公知の反応射出成形（ＲＩＭ）法では、二つの成分（及び場合によってはさらなる添加剤）が混合器で激しく混合され、その直後に反応成形材として成形工具内に射出される。硬化はこの成形工具内で行われる。凹部、開口部、排水路は、既に成形工具によって定められるか又は硬化の後で縁部補強部のパリソンに設けられてもよい。
反応射出成形によって縁部補強部を製造するのには、特にポリウレタン（ＰＵＲ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリ尿素、ポリイソシアヌレート（ＰＩＲ）等のプラスチックが好適である。
それ自体公知の射出成形法では、有利には熱可塑性プラスチックの溶融は、成形工具内でプレス中になされる。凹部、開口部及び排水路は、既に成形によって定められるか又は硬化後の縁部補強部のパリソンに設けられてもよい。
本発明のさらに別の態様は、本発明による太陽電池モジュールの、平屋根への使用、好ましくは建物の金属平板屋根への使用や、水上、陸上、空気中を移動するための乗り物の金属平屋根に使用することを含む。本発明による太陽電池モジュールを設置するために、特に倉庫、工業施設、ガレージや避難所カーポートの平屋根が適しており、それらの屋根は陰ができない、僅かなピッチの大きな露出面を有している。
本発明の別の態様は、本発明に係る太陽電池モジュールを、１％（０.６°）〜２３.１％（１３°）、好ましくは２％（１.１°）〜１７.６％（１０°）、より好ましくは５％（２.９°）〜１７.６％（１０°）、最も好ましくは５％（２.９°）〜８.８％（５°）までのピッチを有する平屋根に使用することを含む。
以下では本発明を図面と実施例に基づき詳細に説明する。これらの図面は必ずしも縮尺通りではない。また本発明はこれらの図面に限定されるものでもない。
本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態の概略図 図１Ａの破線Ｄ−Ｄ′に沿った断面図 図１Ａの破線Ｃ−Ｃ′に沿った断面図 図１Ａの破線Ａ−Ａ′に沿った断面図 図１Ａの破線Ｂ−Ｂ′に沿った断面図 本発明の太陽電池モジュールの接続領域の概略図 本発明に係る太陽電池モジュールの代替実施形態の緑部断面図 本発明による太陽電池モジュールの別の実施形態の概略図 代替的な層構造を示す断面図 本発明に係る平屋根の断面図 本発明に係る平屋根の代替実施形態の断面図 本発明に係る平屋根の別の代替実施形態の断面図 図１Ａの断面Ａ−Ａ′線に沿った本発明による太陽電池モジュールの実施形態の断面図 雹衝撃試験における雹を伴って示した図 本発明による方法の詳細なフローチャート
実施例の説明
図１Ａには、本発明に係る太陽電池モジュールが参照番号１で示されている。図１Ａは、太陽電池モジュールの太陽に面している側、すなわち前面側の平面図である。この太陽電池モジュール１の裏面側とは、本発明の趣旨では前面側とは反対の側を指す。以下では太陽電池モジュール１の前面側と裏面側の外縁を取り囲んでいる側面を、側面ないし外側面Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと称する。
太陽電池モジュール１は、直列接続された複数の太陽電池４を含んでおり、図１Ａではそのうちの６つが示されている。これらの太陽電池４は、当該実施例では単結晶シリコン太陽電池である。各太陽電池は、例えば０.６３Ｖの公称電圧を有し、そのためこの太陽電池モジュール１は、３.８Ｖの総公称電圧を有する。電圧は、２つのバスバー２１.１，２１.２を介して、太陽電池モジュール１の側面ＩＩＩの縁部領域における２つの接続ハウジング２０へ引き出される。接続ハウジング２０では、接続リード導体２２への給電接続が行われている。これらの接続リード導体２２は、この図には示されていない配電網又はさらなる太陽電池モジュールに接続されている。
バスバー２１.１，２１.２は、太陽電池４と電気的に接続されている。バスバー２１は、典型的には金属製ストリップ、例えば０.０３ｍｍ〜０.３ｍｍの厚さと、２ｍｍ〜１６ｍｍの幅を有するすずメッキ銅ストリップを含む。銅はそのようなバスバーに対して選択される。なぜなら良好な導電性とフィルムへの良好な加工性を有しているからである。また同時に、材料コストも低い。またその他にもフィルムに加工することができるその他の導電性材料も使用することができる。その一例としては、アルミニウム、金、銀、錫、およびこれらの合金が挙げられる。
図１Ｂは、図１Ａの切断線Ｄ−Ｄ′に沿った断面図を示し、図１Ｃは、図１Ａの切断線Ｃ−Ｃ′に沿った断面図である。本発明に係る太陽電池モジュール１は、支持体層２、第１の中間層３、太陽電池４、第２の中間層５及び前面ガラス６からなる層構造部を含む。支持体層２は、前面ガラス６を越えた例えば２ｃｍの長さの周辺突出部１３を有している。本発明に係る太陽電池モジュール１は、凹部１６を有する第１の縁部補強層７.１を備える。この第１の縁部補強層７.１は、前記突出部１３の上方に配置されている。さらに前記第１の縁部補強層７.１の上方には、開口部１７を備えた第２の縁部補強層７.２が配置されている。この第２の縁部補強層は、例えば１ｃｍの、前面ガラス６の周辺縁部領域９を覆っている。
前記バスバー２１.１、２１.２は、一方の端部では太陽電池４に接続され、他方の端部では電気的接続線２３を介して接続リード導体２２に接続されている。これらのバスバー２１.１，２１.２は、縁部補強部７の領域において、第１の縁部補強層７.１の凹部１６内に、及び第２の縁部補強層７.２の開口部１７内に配置されている。前記バスバー２１は、凹部１６内でその中心軸に沿って９０°回転する。この回転位置は、参照符号２７で示されている。
図１Ｄは、図１Ａにおける切断線Ａ−Ａ′に沿った断面図を示している。図１Ｄからは本発明による太陽電池モジュール１の層構造部が再度確認できる。この太陽電池モジュール１は、例えばガラス繊維強化プラスチックからなる支持体層２を含んでいる。例えばガラス繊維強化プラスチックは、多層のガラス繊維物質を含んでおり、このガラス繊維物質は、不飽和ポリエステル樹脂からなる樹脂成形材料内に埋め込まれている。支持体層２は、例えば５４％のガラス含有率と、１.６５ｋｇ／ｍｍ2の耐荷重と、１ｍｍの厚さを有している。
支持体層２の上方には、第１の中間層３が配置されている。この第１の中間層３は、例えば、０.４ｍｍの厚さを有するエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）の接着剤フィルムを含んでいる。
第１の中間層３の上方には、複数の結晶系太陽電池４が配置されており、図１にはそのうちの２つが示されている。これらの結晶系太陽電池４は、例えばは、１５６ｍｍ×１５６ｍｍの大きさの単結晶シリコン太陽電池からなっている。本発明に係る太陽電池モジュール１のすべての太陽電池４は、バスバーを介して、直列接続や並列接続の用途に合わせて相互に導電接続されている。また阻止ダイオードやバイパスダイオードを太陽電池モジュール１に組み込むことも可能である。
太陽電池セル４の上方には、第２の中間層５が配置されており、この第２の中間層は例えば、０.４ｍｍの厚さを有するエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）の接着剤フィルムを含んでいる。
第２の中間層５の上方には前面ガラス６が配置されている。この前面ガラス６は、例えば０.９ｍｍ〜２.８ｍｍ、より好ましくは１ｍｍの厚さの低鉄ソーダ石灰ガラスを含む。ソーダ石灰ガラスは、例えば４０ＭＰａのバイアス応力で熱的に一部プレストレスされている。この一部プレストレスされたガラスは、プレストレスされたガラスとは緩慢な冷却プロセスを備えている点で異なっている。緩慢な冷却プロセスは、ガラスのコアと表面との間の低い電圧差をもたらす。一部プレストレスされたガラスの曲げ強度は、プレストレスされていないガラスとプレストレスされたガラスの間にある。一部プレストレスされたガラスは、破断の際の高い残存保持率を有しているため、建物や屋根領域における落下防止用のガラス化に特に適している。
支持体層２は、例えば２７×１０-6／Ｋの第１の熱膨張率を有している。前面ガラス板６は、例えば９×１０-6／Ｋの第２の熱膨張率を有している。第１の熱膨張率と第２の熱膨張率の差は１８×１０-6／Ｋであり、従ってこれは第２の熱膨張率の２００％である。
支持体層２は、当該実施形態では、前面ガラス６を越えた周辺突出部１３を有している。この周辺突出部の幅は、０.５ｃｍ〜１０ｃｍが好ましく、例えば２ｃｍである。縁部補強部７は、前記支持体層２の突出部１３と、前記前面ガラス６の縁部領域９の上方に配置されている。前記縁部領域９の幅ｂは、０.５ｃｍ〜１０ｃｍが好ましく、例えば１ｃｍである。縁部補強部７は、第１の縁部補強層７.１と第２の縁部補強層７.２を含んでいる。第１の縁部補強層７.１は接着剤層１４、例えば両面接着テープを介して支持体層２に接続される。前記第１の縁部補強層７.１の厚さは、例えば前記第１の縁部補強層７.１の上側と前面ガラス６の上側が面一の平坦な表面を形成するように選択される。第１の縁部補強層７.１は、また、複数の層、例えば２つの層からなる積層シーケンスを含むことができる。第１の縁部補強層７.１は、接着剤層のみ、例えば両面接着テープのみを含むものであってもよい。この場合の接着テープの厚さは、支持体層２と前面ガラス６との間の高さの差を補償する。
第２の縁部補強層７.２は、第１の縁部補強層７.１の上方と前記前面ガラス６の縁部領域９の上方に部分的に配置されている。前記第２の縁部補強層７.２は、接着剤層１５により前記第１の縁部補強層７.１と、前記前面ガラス６の縁部領域９に接続されている。前記第２の縁部補強層７.２は、前記前面ガラス６の繊細な外方縁部領域９を損傷、例えば雹の衝撃から保護する。
第１の縁部補強層７.１と第２の縁部補強層７.２を有する縁部補強部７は、場合によっては、例えばポリウレタン（ＰＵ）又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などのプラスチックから一体的に成形されてもよい。一体的に成形された縁部補強部７は、例えば帯状の凹部を有する第１部分と、該第１部分の帯状凹部の上方に配置された例えば環状の開口部を有する第２部分を有する。この縁部補強部７は、例えば押し出し成形によって、射出成形法又は反応射出成形（ＲＩＭ）によって製造され得る。
図１Ｅは、図１Ａの切断線Ｂ−Ｂ′に沿った断面図を示している。第２の縁部補強層７.２には、凹部状の複数の排水路８.１，８.２が配置されている。前記排水路８.１，８.２は、第２の縁部補強層７.２の内縁１０を、第２の縁部補強層７.２の外縁１１に接続している。前記排水路８.１，８.２の幅ｄは、１ｍｍ〜５ｍｍであり、例えば３ｍｍである。これらの排水路８.１，８.２の幅ｄと前記第２の縁部補強層７.２の厚さは次のように選択される。すなわち、雹衝撃試験において直径２５ｍｍの雹が前面ガラスを破損させることのないように選択される。
図１のＡ〜Ｅに示されている本発明に係る太陽電池モジュール１の実施例は、それぞれ１つの排水路８.１が当該太陽電池モジュール１の各角部に配置されている。これらの排水路８.１は、例えば太陽電池モジュール１の外側面Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶに対して４５°の角度では配置されている。その他に、太陽電池モジュール１の各長辺外側面ＩＩ，ＩＶは５つの排水路８.２を有し、太陽電池モジュール１の各短辺外側面Ｉ，ＩＩＩは３つの排水路８.２を有している。太陽電池モジュール１の外側面Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶの排水路８.２は、太陽電池モジュール１の外側面Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶに対して例えば直角に配置されている。
本発明による太陽電池モジュール１は、約５.６ｋｇ／ｍ2の耐荷重を有している。
図１Ｆは、図１Ａの本発明に係る太陽電池モジュール１の接続領域の概略図を示す。第１の縁部補強層７.１は第２の縁部補強層７.２の下方に配置されている。第１の縁部補強層７.１の凹部１６は、第２の縁部補強層７.２の開口部１７の下方に配置されている。バスバー２１.１、２１.２は、前記凹部１６内を前記開口部１７の下方まで延在している。そこではこれらのバスバー２１.１、２１.２は支持体層２と直交するように上方に向かい、第２の縁部補強層７.２から引き出される。なお接続ハウジングと接続線路は、見易くするために図１Ｆには示されていない。
図２は、本発明に係る太陽電池モジュール１の代替的実施例の縁部の断面が示されている。第１の縁部補強層７.１と第２の縁部補強層７.２は、それぞれ、第１の中間層３、太陽電池４、第２の中間層５、前面ガラス６からなる層構造部の約半分に相当する厚さを有している。第２の縁部補強層７.２は前面ガラス６と共に面一の移行部２５を形成している。この実施形態は、厚い前面ガラス６、好ましくは２.８ｍｍ以上の厚さを有する前面ガラス６に特に有利である。薄い前面ガラス６の場合とは対照的に、そのような厚い前面ガラス６は、雹衝撃試験中に前面ガラス６の縁部領域が雹による衝突で破損することはない。
図３は、本発明に係る太陽電池モジュールのさらに別の実施例の概略図を示す。バスバー２１は、例えば、幅５ｍｍで厚さ０.２ｍｍの錫メッキ銅からなる金属フィルムを含む。バスバー２１は、前面ガラス６を越えて突出した位置の領域において、例えばポリイミド膜又はブチルゴムのような付加的な絶縁部２６を有する。この絶縁部２６は、前記バスバー２１の上側、すなわち前面ガラス６に面する側に配設され得る。有利な実施形態によれば、この絶縁部２６は上部、底部及び両外側部で前記バスバー２１を覆っている。絶縁部２６は、前面ガラス６と縁部補強部７との間の介在空間内に侵入する湿気を防いでいる。
図４は、本発明に係る太陽電池モジュール１の代替的な実施例の層構造部の断面を示している。この層構造部は、支持体層２、第１の中間層３、結晶系太陽電池４、第２の中間層５、前面ガラス６を含んでいる。支持体層２は、当該実施例では金属フィルムを含んでいる。この金属フィルムは例えば、材料番号１.４０１６のような厚さ０.３ｍｍのステンレススチールからなるフィルムである。
本発明に係る太陽電池モジュール１の有利な実施形態によれば、第１の中間層３は、第１の接着剤層３.１と絶縁層３.２と第２の接着剤層３.３からなる積層シーケンスを含む。第１の接着剤層３.１および第２の接着剤層３.３は、例えば、０.４ｍｍの厚さを有するエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）の接着剤フィルムを含む。絶縁層３.２は５０μｍの厚さを有する例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる固体絶縁膜を含んでいる。前記絶縁層３.２は、バスバー２１と太陽電池４の裏面を、支持体層２の導電性金属フィルムから絶縁する目的を有している。この付加的絶縁層３.２による電気的絶縁は、特に重要である。なぜなら不均一な太陽電池４とバスバー２１のハンダ箇所は、エチレン−ビニル−アセテート（ＥＶＡ）からなる薄くて比較的柔らかい中間層を積層過程中に貫通しやすいからである。このことは太陽電池モジュール１内での短絡やリーク電流につながりかねない。
図５Ａは、本発明に係る複数の太陽電池モジュール１を備えた本発明に係る平屋根３０の断面図である。これらの太陽電池モジュール１は、図１Ａの切断線Ｂ−Ｂ′に沿った断面図で示されている。本発明に係る平屋根３０の屋根膜３１は、例えばビチューメン、ポリマー改質ビチューメン、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなる膜を含む。前記太陽電池モジュール１は、それぞれ接着剤層３２を介して屋根膜３１に接合されている。接着剤層３２は、例えば、ブチル、アクリル、ビチューメン、シリコーン又はその他の耐候性接着剤を含む。平屋根３０の屋根膜３１は、例えば３°の傾斜を有する。
雨や雪溶けのケースでは、前面ガラスに降り込む雨水は排水路８.１及び８.２を介して排出され得る。
図５Ｂは、本発明による平屋根３０の代替的実施例の断面図である。ここでの太陽電池モジュール１は、図１Ａの切断線Ｂ−Ｂ′に沿った断面で示されている。複数のＵ字状の支持レール３５は、平屋根３０の屋根膜３１に固定的に接合されている。これらの支持レール３５は、プラスチックや例えばアルミニウムなどの金属を含む。本発明に係る太陽電池モジュール１は、相対向する２つの外側面Ｉ、ＩＩ又はＩＩＩ及びＩＶがＵ字状の支持レール３５に挿入され、これらの支持レールによって保持される。
図５Ｃは、本発明による平屋根３０のさらなる代替的実施例の断面図を示している。ここでの太陽電池モジュール１は、図１Ａの切断線Ｂ−Ｂ′線に沿った断面図で示されている。屋根膜３１は、ウェブと呼ばれる頂点部分と、それらの間に存在するいわゆるひだと呼ばれる凹部を備えた台形状シート３４を含む。これらのひだの中心間の間隔は、例えば２０７ｍｍである。ウェブとひだの間の高低差であるプロフィール深さは、例えば３５ｍｍである。台形状シートは、例えば０.７５ｍｍの厚さを有し、亜鉛めっき鋼板からなっている。これらの太陽電池モジュール１は、縁部補強部７の領域と、特に前面ガラス６を越える支持体層２の突出部の領域において、ねじ止めされている。
図６Ａは、本発明に係る太陽電池モジュール１の代替的な実施例の図１Ａの切断線Ａ−Ａ′に沿った断面図である。この実施例は、第２の縁部補強層７.２と前面ガラス６とが重ならない点が図１Ｂの実施例と異なっている。第２の縁部補強層７.２は、高さｈ分だけ前面ガラス６を越えて突出している。この高さｈは、例えば１ｍｍである。
図６Ｂは、図６Ａの太陽電池モジュール１の縁部断面を示している。前面ガラス６の外方領域は、雹衝撃試験における雹４０の衝突の際のガラスの剥離や貝殻状破断に対して特に敏感な部分である。前面ガラス６を越える第２の縁部補強層７.２の突出部ｈによって保護される領域４１が生じる。例えば２５ｍｍの直径を有する雹４０は、第２の縁部補強層７.２の高さｈを有する突出部のために、前面ガラス６の特に損傷しやすい領域４１内に侵入することができない。この高さｈは、雹衝突試験の簡単な実験によって求めることが可能である。
図７は、本発明に係る方法の詳細なフローチャートを示している。
１ 太陽電池モジュール
２ 支持体層
３ 第１の中間層
３.１ 第１の接着剤層
３.２ 絶縁層
３.３ 第２の接着剤層
４ ソーラーセル
５ 第２の中間層
６ 前面ガラス
７ 縁部補強部
７.１ 第１の縁部補強層
７.２ 第２の縁部補強層
８.１ 排水路
８.２ 排水路
９ 前面ガラス６の縁部領域
１０ 縁部補強部７の内側
１１ 縁部補強部７の外側
１２ 太陽電池モジュール１の隅
１３ 前面ガラス６を超えた支持体層２の突出部
１４ 接着剤層
１５ 接着剤層
１６ 凹部
１７ 開口部
２０ 接続ハウジング
２１，２１.１，２１.２ バスバー
２２ 接続リード導体
２３ バスバー２１と接続リード導体２２との間の電気的接続線路
２５ 前面ガラス６と縁部補強部７との間の面一の移行部
２６ バスバー２１の絶縁部
２７ バスバー２１の回転部
３０ 平坦なルーフ
３１ ルーフ被膜
３２ 接着剤層
３４ 台形状金属板
３５ 保持レール、Ｕ字形レール
３６ ボルトネジ
４０ 雹
４１ 前面ガラス６の領域
ａ 全面ガラス６を越えた支持体層２の突出部１３の幅
ｂ 縁部領域９の幅
ｄ 排水路８.１，８.２の幅
ｈ 全面ガラス６を越えた縁部補強部７の隆起縁部の高さ
Ａ−Ａ′断面線
Ｂ−Ｂ′断面線
Ｃ−Ｃ′断面線
Ｄ−Ｄ′断面線
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ 太陽電池モジュール１の側面ないし外側面

Claims (15)

  1. 太陽電池モジュール（１）であって、
    ａ）支持体層（２）と、該支持体層の上に重ねて配置される第１の中間層（３）と、少なくとも１つの太陽電池（４）と、第２の中間層（５）と、前面ガラス（６）とを含み、
    さらに、
    ｂ）第１の縁部補強層（７.１）と、第２の縁部補強層（７.２）と、少なくとも１つの接続ハウジング（２０）と、前記太陽電池（４）を前記接続ハウジング（２０）に導電的に接続させる少なくとも２つのバスバー（２１.１，２１.２）とを含み、
    前記支持体層（２）は、前記前面ガラス（６）を越える周辺突出部（１３）を有しており、
    前記第１の縁部補強層（７.１）は、前記周辺突出部（１３）の上方に配置され、凹部（１６）を有しており、
    前記第２の縁部補強層（７.２）は、前記第１の縁部補強層（７.１）の上方に配置され、開口部（１７）を有しており、
    前記バスバー（２１.１，２１.２）が前記凹部（１６）と前記開口部（１７）に配置されていることを特徴とする、太陽電池モジュール（１）。
  2. 前記第２の縁部補強層（７.２）は、前記全面ガラス（６）の少なくとも１つの周辺縁部領域（９）を、少なくとも０.２ｃｍ、有利には０.５ｃｍ〜５ｃｍ、特に有利には１ｃｍ〜２ｃｍの幅に亘って覆っている、請求項１記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記第２の縁部補強層（７.２）は、前記太陽電池モジュール（１）の各角部（１２）において、前記第２の縁部補強層（７.２）の内側（１０）と外側（１１）を接続する少なくとも１つの排水路（８.１）を有している、請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記第２の縁部補強層（７.２）は、前記太陽電池モジュール（１）の各外側（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）において、前記第２の縁部補強層（７.２）の内側（１０）と外側（１１）を接続する少なくとも１つの排水路（８.２）を有している、請求項１から３いずれか１項記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記排水路（８.１，８.２）は０.３ｍｍ〜５ｍｍ、有利には２ｍｍ〜４ｍｍの幅（ｄ）を有している、請求項３又は４記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記太陽電池は、単結晶または多結晶の太陽電池であり、ドープされた半導体材料、有利にはシリコン若しくはガリウム砒素からなる半導体材料を含んでいるか、又は、結晶系太陽電池を備えたタンデム型電池を含んでいる、請求項１から５いずれか１項記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記前面ガラス（６）は、０.９ｍｍ〜２.８ｍｍの厚さを有する熱的に部分的にプレストレスされたガラスか又はプレストレスされたガラスを含んでいる、請求項１から６いずれか１項記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記支持体層（２）は第１の熱膨張率を有し、前記前面ガラス（６）は第２の熱膨張率を有し、前記第１の熱膨張率と前記前面ガラス（６）の前記第２の熱膨張率との差は、前記第２の熱膨張率の３００％以下であり、有利には１７％以下である、請求項１から７いずれか１項記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記支持体層（２）は、７.３×１０-6／Ｋ〜３５×１０-6／Ｋの第１の熱膨張率を備えたガラス繊維強化プラスチック材料を含む、請求項１から８いずれか１項記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記支持体層（２）は、少なくとも０.３ｃｍ、有利には０.５ｃｍ〜５ｃｍ、特に有利には１ｃｍ〜２ｃｍ分だけ前面ガラス（６）を越えた周辺突出部（１３）を有している、請求項１から９いずれか１項記載の太陽電池モジュール。
  11. 請求項１から１０いずれか１項記載の太陽電池モジュール（１）を備えた平屋根（３０）であって、
    ａ）１％〜２３.１％のピッチを有する屋根膜（３１）と、
    ｂ）前記屋根膜（３１）上に配置された少なくとも１つの太陽電池モジュール（１）とを含み、
    前記屋根膜（３１）と前記太陽電池モジュール（１）とが、少なくとも１つの接着剤層（３２）及び／又は接続手段（３５）によって少なくとも部分的に相互接続されていることを特徴としている平屋根（３０）。
  12. 請求項１から１０いずれか１項記載の太陽電池モジュール（１）の製造方法であって、少なくとも：
    ａ）前記前面ガラス（６）を越える支持体層（２）の突出部（１３）に少なくとも１つの凹部（１６）を有する第１の縁部補強層（７.１）を配置し、前記凹部（１６）を通してバスバー（２１.１，２１.２）を案内し、
    ｂ）前記第１の縁前補強層（７.１）の上方に配置される少なくとも１つの開口部（１７）を有する第２の縁部補強層（７.２）を配置し、前記開口部（１７）を通して前記バスバー（２１.１，２１.２）を案内し、
    ｃ）少なくとも１つの接続ハウジング（２０）を前記バスバー（２１.１，２１.２）と接続させるようにしたことを特徴とする太陽電池モジュール（１）の製造方法。
  13. 前記第２の縁部補強層（７.２）を前記前面ガラス（６）の縁部領域（９）に少なくとも部分的に重畳させる、請求項１２に記載の太陽電池モジュール（１）の製造方法。
  14. 請求項１から１０いずれか１項記載の太陽電池モジュール（１）を、建物の又は水上、陸上、空気中を移動する乗り物の平屋根（３０）、有利には金属製平屋根に使用することを特徴とする使用方法。
  15. 請求項１から１０いずれか１項記載の太陽電池モジュール（１）を、１％〜２３.１％のピッチ、有利には２％〜１７.６％のピッチ、特に有利には５％〜８.８％のピッチを有する平屋根に使用することを特徴とする使用方法。
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