KR20140027267A - 태양광 패널 - Google Patents

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KR20140027267A
KR20140027267A KR1020137030196A KR20137030196A KR20140027267A KR 20140027267 A KR20140027267 A KR 20140027267A KR 1020137030196 A KR1020137030196 A KR 1020137030196A KR 20137030196 A KR20137030196 A KR 20137030196A KR 20140027267 A KR20140027267 A KR 20140027267A
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solar module
solar
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KR1020137030196A
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홀거 슈마허
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Publication date
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Abstract

본 발명은 적어도 1) 지지층(2)과, 그 위에 중첩하여 배열된 제1 중간층(3), 적어도 하나의 태양 전지(4), 제2 중간층(5) 및 정면 창유리(6)와, b) 제1 에지 보강층(7.1) 및 제2 에지 보강층(7.2), 적어도 하나의 단자 하우징(20) 및 접속 하우징(20)에 태양 전지(4)를 전기 도전식으로 접속시키는 적어도 2개의 수집 전도체(21.1, 21.2)를 포함하는 태양광 모듈(1)에 관한 것이다. 지지층(2)은 정면 창유리(6)의 주연에 걸쳐 돌출된 부분(13)을 갖는다. 제1 에지 보강층(7.1)은 주연 돌출부(13) 위에 배열되고 절결부(16)를 갖는다. 제2 에지 보강층(7.2)은 제1 에지 보강층(7.1) 위에 배열되고 개구(17)를 갖는다. 수집 전도체(21.1, 21.2)는 절결부(16) 및 개구(17)에 위치된다.

Description

태양광 패널 {SOLAR PANEL}
본 발명은 태양광 모듈(solar module), 태양광 모듈의 제조 방법 및 태양광 모듈을 갖는 평지붕(flat roof)에 관한 것이다.
태양광의 전기 에너지로의 직접 변환을 위한 태양광 발전층(photovoltaic layer) 시스템이 충분히 잘 알려져 있다. 층의 재료 및 배열은 입사 복사선이 최고 가능한 복사선 수율을 갖는 하나 또는 복수의 반도체층에 의해 전류로 직접 변환되도록 조정된다. 태양광 발전 및 광대한 영역층 시스템은 태양 전지(solar cell)라 칭한다.
태양 전지는 모든 경우에 반도체 재료를 포함한다. 20% 초과의 현재까지 알려진 최고 효율 레벨은 단결정질, 다결정질 또는 마이크로결정질 규소 또는 갈륨 비화물로 제조된 고성능 태양 전지로 얻어진다. 현재 설치된 태양 전지 전력의 80% 초과는 결정질 실리콘에 기초한다. 박막 태양 전지는 적절한 기계적 강도를 제공하기 위해 캐리어 기판을 필요로 한다. 물리적 특성 및 기술적 취급 품질에 기인하여, 비결정질, 마이크로결정질 또는 다결정질 실리콘, 카드뮴 텔룰라이드(CdTe), 갈륨 비화물(GaAs), 구리 인듐 (갈륨) 셀레나이드 설파이드(Cu(In,Ga)(S,Se)2) 및 구리 아연 주석 설포-셀레나이드(CZTS) 뿐만 아니라 유기 반도체를 갖는 박막 시스템이 특히 태양 전지에 적합하다. 5원 반도체 Cu(In,Ga)(S,Se)2는 CIS(구리 인듐 디셀레나이드 또는 설파이드) 또는 CIGS(구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 디설파이드 또는 구리 인듐 갈륨 디설포셀레나이드)라 빈번히 칭하는 황동광(chalcopyrite) 반도체의 그룹에 속한다. 약어 CIGS에서, S는 셀레늄, 황 또는 2개의 칼코겐의 혼합물을 표현할 수 있다.
복수의 태양 전지의 전기 회로는 태양광 발전 모듈 또는 태양광 모듈이라 칭한다. 태양 전지의 회로는 공지의 내후성 상부 구조체에서 환경 영향에 대해 항구적으로 보호된다. 일반적으로, 저철분 소다 석회 유리 및 접착 촉진 폴리머 필름으로 제조된 2개의 창유리(pane)가 태양 전지에 접속되어 내후성 태양광 모듈을 형성한다. 태양광 모듈은 접속 박스 또는 접속 하우징을 경유하여 복수의 태양광 모듈의 회로 내에 일체화될 수 있다. 태양광 모듈의 회로는 공중 공급 네트워크에 또는 공지의 전력 전자 기기를 경유하여 독립적인 전기 에너지 공급부에 접속된다.
창고 또는 공장의 평지붕은 크고 노출되어 있으며 그늘이 없는 영역을 갖는다. 따라서, 이들 평지붕은 태양광 발전 시스템의 설치에 특히 적합하다. 평지붕의 지붕 멤브레인은 일반적으로 금속 시트 및 예를 들어 사다리꼴 금속 시트로 이루어진다. 평지붕은 통상적으로 단지 2% 내지 17.6%의 약간의 물매를 갖고, 예를 들어 75 kg/m2의 단지 낮은 하중 지지 능력만을 갖는다.
태양 전지가 소다 석회 유리로 제조된 2개의 창유리 사이에 적층되어 있는 종래 기술에 따른 태양광 모듈은 예를 들어 18 kg/m2의 높은 면적당 중량을 갖는다. 따라서, 이들 태양광 모듈은 낮은 하중 지지 능력을 갖는 평지붕 상의 설치에 부적합하다.
US 2010/0065116 A1호는 5 kg/m2 내지 10 kg/m2의 면적당 중량을 갖는 얇은 유리 태양광 모듈을 개시하고 있다. 얇은 유리 태양광 모듈은 캐리어층, 태양 전지 및 매우 얇은 화학적으로 강화된 유리로 제조된 정면 창유리를 포함한다. 매우 얇은 유리는 가요성이다. 정면 창유리는 법정 우박 충돌 테스트에서 우박의 충돌 에너지가 태양광 모듈의 후면 상의 캐리어층에 의해 흡수되도록 가요성이다.
이러한 구조는 결정질 실리콘으로 제조된 고성능 태양 전지에는 부적합하다. 결정질 실리콘은 취성이고, 정면 창유리의 휨에 기인하여 파괴될 것이다. 이는 일반적으로, 정면 창유리가 손상되지 않도록 가요성일 때에도, 태양 전지의 큰 영역의 파괴를 야기한다.
종래 기술에 따른 태양광 모듈에서, 태양 전지는 버스바아를 경유하여 접속되고, 버스바아는 태양광 모듈의 외부로 안내된다. US 2008/0041434 A1호로부터 공지되어 있는 바와 같이, 버스바아는 예를 들어 태양광 모듈의 외부 에지 상의 2개의 창유리의 라미네이트 외부로 안내된다. 버스바아는 외부 에지 주위로 안내되고 태양광 모듈의 후면 상에 접착식으로 접합된다. 라미네이트로부터 버스바아의 출구점은 버스바아에 대한 기계적 손상에 대한 취약점이다. 더욱이, 습기가 출구점에서 태양광 모듈 내로 쉽게 침투할 수 있다.
마찬가지로, US 2008/0041434 A1호로부터, 버스바아가 입사 태양광으로부터 멀리 지향하는 후면 창유리 내의 개구를 통해 외부로 안내되는 태양광 모듈이 공지되어 있다. 유리의 창유리 내의 구멍의 합체는 시간 소모적이고, 비용 집약적인 프로세스 단계이다. 더욱이, 창유리는 개구에 의해 그의 안정성이 약화된다.
JP 2003 161 003 A호는 방수성의 얇은 접속 박스가 태양광 모듈의 후면에 배열되어 있는 캡슐화된 태양광 모듈을 설명하고 있다. 이 경우에, 태양광 모듈의 하우징은 수지로부터 하나의 부분으로 형성된다.
DE 197 12 747 A1호는 입사광을 향해 지향하는 외부 창유리와, 입사광의 방향으로 그의 후방으로 소정 거리로 배열되어 창유리들 사이에 중간 공간을 생성하는 적어도 하나의 내부 커버와, 외부 창유리 및 내부 커버를 둘러싸서, 이들을 서로 밀봉식으로 접속시키는 에지 구조체를 갖는 태양광 발전 태양광 모듈을 개시하고 있다. 태양 전지가 외부 창유리와 내부 커버 사이에 배열되고, 주조 수지, 적층 필름(들) 등 내에 매립된다. 태양 전지는 도전체의 전기적 상호 접속 시스템에 접속되고, 이 도전체의 상호 접속 시스템으로부터 다른 인접한 태양광 모듈과의 전기적 접속을 위한 접속 도선이 태양광 모듈 외부의 영역 내로 유도된다.
FR 2 362 494 A1호는 직렬 접속된 태양 전지를 갖는 태양광 모듈을 설명하고 있고, 여기서 외부 커넥터가 태양광 모듈의 에지 영역에 배열되어 있다.
DE 10 2005 020 129 A1호는 태양광 모듈의 전기적 상호 접속을 위한 전기 접속 시스템을 갖는 태양광 모듈을 설명하고 있다. 접속 시스템은 모듈의 외부 전기적 접속을 위한 커넥터 요소를 포함한다. 커넥터 요소는 커넥터 시스템이 모듈형으로 팽창할 수 있도록 다른 커넥터 요소를 위한 기계적 접속 수단을 포함한다. 커넥터 요소는 바람직하게는 태양광 패널의 코너 영역에 또는 태양광 패널의 주표면 상에 특정 정도로 배열된다.
WO 2008/148524 A2호는 태양광 모듈의 전기적 상호 접속을 위한 전기 접속 시스템을 갖는 태양광 모듈을 개시하고 있다. 접속 시스템은 제2 창유리를 넘는 제1 창유리의 돌출부 상에서 태양광 모듈의 에지 상에 배열된 커넥터 요소를 포함한다.
EP 1 860 705 A1호는 장착 프레임 내의 그의 외부 영역 상에 배열된 안정한 자체 지지 태양광 모듈을 개시하고 있다. 장착 프레임은 태양광 모듈 상에 위치된 액체가 배수될 수 있는 노치를 갖는다.
DE 10 2009 016 735 A1호는 정면 창유리 및 후면 창유리를 갖는 태양광 모듈을 설명하고 있고, 여기서 창유리들 중 하나는 적어도 3 mm의 두께를 갖고, 다른 하나는 2 mm의 최대 두께를 갖는다.
DE 10 2008 049 890 A1호는 투명 플라스틱층 및 투명 플라스틱층의 일 측면 상에 배열된 태양광 발전 모듈을 갖는 태양광 발전 장치를 개시하고 있다. 태양광 발전 모듈은 투명 플라스틱층에 대면하는 정면 커버층과 플라스틱층으로부터 이격하는 후면 커버층 사이에 배열된 적어도 하나의 태양광 발전 전지를 갖는다.
US 4,830,038 A호는 엘라스토머에 의해 지지되고 캡슐화된 태양광 모듈을 설명하고 있다. 엘라스토머는 후면, 측면 및 정면의 일부 주위로 사출 성형 프로세스로 주조된다.
본 발명의 목적은 버스바아의 향상된 외향 안내를 갖는 태양광 모듈을 제공하는 것에 있다. 향상된 태양광 모듈은 특히 경량이고 평지붕 상의 설치에 적합해야 한다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 태양광 모듈에 의해 본 발명에 따라 성취된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항으로부터 얻는다. 본 발명은 태양광 모듈을 제조하기 위한 방법을 더 포함한다. 본 발명에 따른 태양광 모듈의 사용은 다른 청구항들로부터 얻는다.
본 발명에 따른 태양광 모듈은
a) 캐리어층과, 그 위에 서로 중첩하여 배열된 제1 중간층, 적어도 하나의 태양 전지, 제2 중간층 및 정면 창유리와,
b) 제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층, 적어도 하나의 접속 하우징 및 접속 하우징에 태양 전지를 전기 도전식으로 접속시키는 적어도 2개의 버스바아를 포함하고,
캐리어층은 정면 창유리를 넘는 주연 돌출부를 갖고, 제1 에지 보강층은 주연 돌출부 위에 배열되고 절결부를 갖고, 제2 에지 보강층은 제1 에지 보강층 위에 배열되고 개구를 갖고, 버스바아는 절결부 및 개구 내에 배열된다.
본 발명에 있어서, 용어 "서로 중첩하여 배열된" 또는 "위에 배열된"은 합동하는 또는 섹션식 배열을 설명한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 캐리어층은 적어도 0.3 cm, 바람직하게는 0.5 cm 내지 5 cm, 특히 바람직하게는 1 내지 2 cm의 정면 창유리를 넘는 주연 돌출부를 갖는다. 에지 보강층은 돌출부 상에 배열되고, 예를 들어 돌출부에 접착식으로 접합될 수 있다. 따라서, 에지 보강부의 확실한 체결 및 태양광 모듈의 외부 에지의 부가적인 보호가 얻어진다. 더욱이, 태양광 모듈의 외부 에지는 특히 버스바아가 정면 창유리와 캐리어층 사이로 안내되는 영역에 침투하는 수분에 대해 보호된다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 태양 전지는 바람직하게는 규소 또는 갈륨 비화물과 같은 도핑된 반도체 재료를 갖는, 단결정질 또는 다결정질 태양 전지를 포함한다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 태양 전지는 바람직하게는 비결정질, 마이크로결정질 또는 다결정질 실리콘, 카드뮴 텔룰라이드(CdTe), 갈륨 비화물(GaAs), 구리 인듐 (갈륨) 셀레나이드 설파이드(Cu(In,Ga)(S,Se)2), 구리 아연 주석 설포-셀레나이드(CZTS) 또는 유기 반도체를 포함하는 박막 태양 전지를 포함한다.
대안적으로, 태양 전지는 예를 들어 박막 태양 전지, 유기 태양 전지 또는 비결정질 실리콘 태양 전지와 조합한 결정질 실리콘 태양 전지와 같이, 상이한 유형의 2개의 태양 전지를 서로 중첩 배열하여 이루어진 탠덤(tandem) 전지를 포함한다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 태양 전지는 자체로 취성이고 그리고/또는 그 캐리어 재료가 취성이고 약간의 휨 또는 작은 힘에 의한 점 하중에 의해 파괴되거나 손상되는 모든 태양 전지를 포함한다. 이 경우에, 약간의 휨이라는 것은, 예를 들어 1500 mm 미만의 곡률 반경을 갖는 곡선을 의미한다. 이 경우에, 작은 힘에 의한 점 하중이라는 것은, 예를 들어 우박 충돌 테스트에서 25 mm의 직경 및 23 m/s의 속도를 갖는 우박의 충돌로부터의 만입을 의미한다. 손상이라는 것은 예를 들어 단락 회로 또는 전력 중단에 의해, 전기 라인 접속부, 캐리어 재료, 또는 반도체 재료의 기계적 손상에 기인하는 태양 전지의 태양광 발전 특성의 열화를 의미한다. 태양 전지에 대한 손상은 예를 들어 충돌 직후에 3% 초과만큼 태양 전지의 효율 레벨을 감소시킨다. 일반적으로, 효율 레벨의 추가의 열화는 시간의 경과에 따른 미세균열에 기인하여 발생한다.
제1 및/또는 제2 중간층은 접착층, 바람직하게는 하나 또는 복수의 접착 필름을 함유하고, 특히 바람직하게는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 아이오노머, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 엘라스토머 폴리올레핀(TPO), 열가소성 엘라스토머(TPE) 또는 적절한 접착성 및 방습성을 갖는 다른 재료로 이루어진다. 접착층의 두께는 광범위하게 다양할 수 있고, 바람직하게는 0.2 mm 내지 1 mm, 특히 0.4 mm이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 외부 치수는 광범위하게 다양할 수 있고, 바람직하게는 0.6 m×0.6 m 내지 1.2 m×2.4 m이다. 본 발명에 따른 태양광 모듈은 바람직하게는 6 내지 100개의 태양 전지 또는 태양 전지 어레이를 포함한다. 개별 태양 전지의 면적은 바람직하게는 153 mm×153 mm 내지 178 mm×178 mm이다.
정면 창유리는 태양광에 주로 투명한 재료, 바람직하게는 유리, 특히 바람직하게는 평판 유리, 부유 유리, 석영 유리, 보로실리케이트 유리, 태양광 유리, 소다 석회 유리 또는 폴리머, 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트 및/또는 이들의 혼합물을 포함한다. 정면 창유리는 특히 바람직하게는 300 nm 내지 1500 nm의 파장 범위에서 90% 초과의 태양광에 특히 높은 투명도를 갖는 저철분 소다 석회 유리를 포함한다.
정면 창유리는 바람직하게는 30 MPa 내지 120 MPa, 바람직하게는 32 MPa 내지 85 MPa의 프리스트레스(prestress)로 열적 부분 프리스트레스된(prestressed) 또는 프리스트레스된 유리를 포함한다. 정면 창유리는 반사 방지층, 접착 방지층 또는 스크래치 방지층과 같은 다른 부가의 코팅을 가질 수 있다. 정면 창유리는 일 측면 또는 양 측면에 마이크로구조화부 또는 나노구조화부를 가질 수 있는데, 이는 입사 태양광의 반사를 감소시킨다. 정면 창유리는 단일의 창유리 또는 2개 이상의 창유리로 이루어진 적층된 창유리일 수 있다. 적층된 창유리는 투명한 열가소성 접착층 또는 플라스틱층과 같은 부가의 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 정면 창유리는 손상에 대해 기초 태양 전지를 보호하기 위해 적절하게 안정하고 비가요성이어야 한다. 손상의 가능한 원인은 우박 충돌, 바람 하중, 눈 하중 또는 설치 중의 굽힘 뿐만 아니라 사람 또는 동물의 밟음 또는 공구의 낙하이다. 동시에, 정면 창유리는 가능한 한 얇아야 하고, 낮은 하중 지지 능력을 갖는 평지붕 상의 설치에 적합하게 하기 위해 낮은 중량을 가져야 한다.
본 발명자의 실험이 나타내는 바와 같이, 적어도 0.9 mm의 두께를 갖는 부분적으로 프리스트레스된 또는 프리스트레스된 소다 석회 유리로 이루어진 정면 창유리를 갖는 본 발명에 따른 태양광 모듈은 비틀림 강성 및 안정성과 관련하여 기술적 요구를 만족시킨다.
적어도 0.9 mm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 정면 창유리는 특히 IEC 61215에 따른 우박 충돌 테스트에서 태양광 모듈 내에 포함된 결정질 태양 전지를 위한 적절한 보호를 제공한다. 우박 충돌 테스트는 25 mm의 직경 및 23 m/s의 속도를 갖는 우박으로 태양광 모듈의 정면을 충격을 가하는 것을 포함한다. 본 발명에 따른 정면 창유리는 태양광 모듈의 내부의 결정질 태양 전지가 손상되지 않고 우박의 충돌의 에너지를 흡수하기 위해 적절한 안정성 및 비가요성을 갖는다.
대안적으로, 정면 창유리는 가요성이고 하중 하에서 항복한다. 발생하는 힘은 캐리어층에 의해 흡수된다. 항복 정면 창유리, 즉 가요성 재료로 제조된 정면 창유리 또는 매우 얇은 정면 창유리는 취성 또는 결정질 태양 전지를 갖는 태양광 모듈에 부적합하다. 결정질 태양 전지는 정면 창유리의 휨에 기인하여 파괴될 것이다. 이는 일반적으로, 정면 창유리가 손상되지 않을 때에도 태양 전지의 큰 영역의 파괴를 야기한다.
정면 창유리의 두께는 실질적으로 태양광 모듈의 중량을 결정한다. 단지 낮은 하중 지지 능력을 갖는 평지붕 상에 설치에 적합한 가능한 한 가장 경량의 태양광 모듈을 제공하기 위해, 최대 2.8 mm의 두께를 갖는 정면 창유리가 바람직하게 사용된다. 2.8 mm의 두께를 갖는 정면 창유리를 갖는 본 발명에 따른 태양광 모듈은 대략 10 kg/m2의 면적당 중량을 갖는다. 이러한 태양광 모듈은 적어도 10 kg/m2의 낮은 하중 지지력을 갖는 평지붕 상에 설치를 위해 적합하다.
본 발명에 따른 정면 창유리 자체는 우박 충돌이 에지 영역에서 발생하지 않는 한, 우박 충돌 테스트에 의해 손상되지 않는다. 유리 창유리의 에지 영역은 박편화(flaking) 또는 조가비형 파쇄(conchoidal fracture)에 특히 민감하다.
정면 창유리의 에지 영역은 에지 보강부에 의해 안정화될 수 있다. 본 발명에 따른 에지 보강부는 우박 충돌 테스트에서 손상에 대해 정면 창유리의 에지 영역을 보호한다.
에지 보강부는 바람직하게는 금속, 유리, 고무, 플라스틱 또는 유리 섬유 보강 플라스틱으로 이루어진 하나 또는 복수의 층을 포함한다. 에지 보강부는 특히 바람직하게는 캐리어층의 재료를 포함한다. 캐리어층은 바람직하게는 태양광 모듈 및 정면 창유리에 적응된 열팽창 계수를 갖는다. 그 결과, 태양광 모듈의 재료의 상이한 열팽창 계수에 기인하여 단지 약간의 기계적 응력만이 나타나거나 전혀 나타나지 않는다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 에지 보강부의 상부는 정면 창유리와 동일 높이에 배열된다.
본 발명에 따른 에지 보강부의 대안적인 실시예에서, 에지 보강부는 정면 창유리를 넘어 높이 h만큼 상향으로 돌출한다. 높이 h는 바람직하게는 적어도 0.5 mm, 특히 바람직하게는 1 mm 내지 5 mm이다. 전술된 바와 같이, 전방 창유리의 외부 영역은 예를 들어 우박 충돌 테스트시에 우박의 충돌시에 유리의 박편화 또는 조가비형 파쇄에 특히 민감하다. 보호 영역이 정면 창유리를 넘는 에지 보강부의 편경사부(superelevation)(h)에 의해 생성된다. 에지 보강부의 편경사부(h)에 의해, 예를 들어 25 mm의 직경을 갖는 우박은 정면 창유리의 특히 손상에 민감한 영역 내로 침투할 수 없다. 높이 h는 우박 충돌 테스트에서 간단한 실험에 의해 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 대안적인 실시예에서, 에지 보강부는 정면 창유리의 주연 에지 영역을 덮는다. 에지 보강부는 적어도 0.3 cm, 특히 바람직하게는 0.5 cm 내지 2 cm의 폭(b)에 걸쳐 정면 창유리의 주연 에지 영역을 덮는다.
에지 보강부는 섹션에서 정면 창유리 위에 상향으로 돌출하거나 중첩하기 때문에, 링과 같은 방식으로 정면 창유리를 둘러싸는 경계부가 형성된다. 우천 또는 눈이 녹은 물의 경우에, 정면 창유리와 에지 보강부 사이의 전이부의 영역에 물이 수집되는 것이 가능하고, 이 물은 둘러싸는 에지 보강부에 기인하여 배수될 수 없다. 고여 있는 물 축적물은 조류(alga)의 형성을 촉진한다. 더욱이, 물의 장기적인 영향은 태양광 모듈의 습기 밀봉부를 변형시킬 수 있다. 또한, 빗물에 의해 씻겨질 수 없는 오염, 모래 및 먼지가 이 영역에 수집된다.
정면 창유리와 에지 보강부 사이의 전이부에 물과 오물의 수집은 특히 단지 약간의 물매만을 갖는 지붕, 소위 평지붕 상의 태양광 모듈에서 문제가 된다.
따라서, 본 발명의 중요한 태양은 에지 보강부 내에 합체된 배수 채널을 포함한다. 배수 채널에 의해, 빗물 또는 녹은 물이 배수될 수 있다. 배수하는 물은 오물, 모래 및 먼지를 그와 함께 운반하고 태양광 모듈의 정면 창유리를 오염물이 없이 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 에지 보강부는, 태양광 모듈의 각각의 코너에, 에지 보강부의 외부측면에 에지 보강부의 내부측면을 접속시키는 적어도 하나의 배수 채널을 갖는다. 여기서, "에지 보강부의 외부측면"이라는 것은 태양광 모듈의 외부에 위치된 에지 보강부의 측면을 의미한다. "에지 보강부의 내부측면"이라는 것은 에지 보강부의 외부측면에 대향하는 측면을 의미한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 에지 보강부는 태양광 모듈의 각각의 주연 외부측면에 적어도 하나의 배수 채널을 갖는다.
배수 채널의 폭은 유리하게는 23 m/s의 속도에서 25 mm의 직경을 갖는 우박이 배수 채널 상의 중앙 또는 측방향 충돌에 의해 정면 창유리를 손상하지 않도록 선택된다. 배수 채널의 폭은 에지 보강부의 두께, 즉 정면 창유리를 넘는 에지 보강부의 편경사부의 높이에 의존하고, 간단한 실험에 의해 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 배수 채널(8.1, 8.2)은 0.5 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 2.5 mm 내지 5 mm의 폭(d)을 갖는다.
에지 보강부는 제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층을 포함한다. 제1 및/또는 제2 에지 보강층은 2개 이상의 부분으로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 에지 보강층은 대안적으로 단일 부분으로 설계될 수 있고, 제1 에지 보강층을 형성하는 제1 영역 및 제2 에지 보강층을 형성하는 제2 영역을 갖는다.
제1 에지 보강층은 적어도 섹션으로 정면 창유리를 넘는 캐리어층의 주연 돌출부 위에 배열된다. 제1 에지 보강층은 특히 버스바아가 주연 돌출부 위에 배열된 태양광 모듈 외부로 안내되는 태양광 모듈의 측면에 있다. 제1 에지 보강층은 하나 또는 복수의 절결부, 바람직하게는 2개의 절결부를 갖는다.
제2 에지 보강층은 제1 에지 보강층 위에 배열된다. 제2 에지 보강층은 하나 또는 복수의 개구, 바람직하게는 2개의 개구를 갖는다.
제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층은 접착층에 의해 서로 그리고/또는 캐리어층과 정면 창유리에 접착식으로 접합된다. 접착층은 습기의 진입에 대해 태양광 모듈의 에지 영역을 밀봉하고, 태양광 모듈의 전압 운반부를 절연한다. 접착층은 바람직하게는 아크릴 접착제, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 실리콘 또는 양면 접착 필름을 포함한다.
제1 에지 보강층의 절결부는 중간층, 태양 전지 및 정면 창유리로 이루어진 층 구조체를 향해 개방하도록 설계된다. 절결부는 버스바아가 층 구조체를 나오는 지점에 배열되고, 버스바아는 층 구조체를 나온 후에 절결부 내부에 배열된다. 제1 에지 보강층의 두께는 바람직하게는 층 구조체의 두께보다 작다. 제2 에지 보강층은 제1 에지 보강층 위에 배열되고 그에 중첩할 수 있다. 제2 에지 보강층의 개구는 제1 에지 보강층의 절결부 위에 배열되고 그와 공통의 캐비티를 형성한다.
적어도 하나의 접속 하우징, 바람직하게는 각각의 버스바아에 대해 하나의 접속 하우징이 제2 에지 보강층의 개구 위에 배열된다. 버스바아는, 층 구조체를 나온 후에 그리고 접속 하우징에 진입하기 전에, 제1 에지 보강층의 절결부 및 제2 에지 보강층의 개구로 이루어진 캐비티 내부에 배열된다.
버스바아는 개구를 통해 에지 보강부를 나온다. 버스바아는 접속 하우징 내의 접속 도선에 전기 도전식으로 접속된다. 접속은 바람직하게는 플러그, 접촉 핀, 접촉 갈퀴, 스프링 요소, 크림프 접속, 땜납 조인트, 용접된 조인트 또는 다른 전기 라인 접속을 경유하여 행해진다. 본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 접속 하우징은 완전히 개구를 덮는다. 접속 하우징 및/또는 개구 및 절결부에 의해 형성된 캐비티는 주조 화합물에 의해 밀봉될 수 있다. 주조 화합물은 침투하는 수분에 대해 태양광 모듈을 밀봉하고, 예를 들어 폴리우레탄, 아크릴, 실리콘 또는 다른 적합한 밀봉 재료를 포함한다.
제1 에지 보강층의 절결부는 예를 들어 직사각형으로, 첨예하거나 라운딩된 코너를 갖고, 또는 반원으로서 구현된다. 절결부는 하나 또는 복수의 버스바아가 배열될 수 있는 다른 형상을 또한 가질 수 있다. 절결부는 바람직하게는 버스바아 주위에 좁은 영역에서 경계가 정해진다.
제2 에지 보강층의 개구는 바람직하게는 직사각형, 정사각형 또는 원형으로 구현되고, 모든 형상에서 그 내부에는 버스바아가 동등하게 적합하게 적절하게 배열될 수 있다.
본 발명의 중요한 태양은 정면 창유리와 캐리어층의 열팽창 계수의 적응을 포함한다. 정면 창유리와 캐리어층의 상이한 열팽창 계수는 온도 변화에 따라, 상이한 열팽창을 야기할 수 있다. 정면 창유리와 캐리어층의 상이한 열팽창 계수는 태양광 모듈의 휨 및 따라서 결정질 태양 전지에 대한 손상을 야기할 수 있다. 100℃ 초과의 온도 변화가 예를 들어 태양광 모듈의 적층 중에 또는 지붕 상의 태양광 모듈의 가온(warming) 중에 발생한다.
제2 열팽창 계수, 즉 정면 창유리의 열팽창 계수는 바람직하게는 8×10-6/K 내지 10×10-6/K이고, 부분적으로 프리스트레스된 소다 석회 유리에 대해서는 8×10-6/K 내지 9.3×10-6/K이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 본 발명에 따른 태양광 모듈의 캐리어층의 제1 열팽창 계수와 정면 창유리의 제2 열팽창 계수 사이의 차이는 정면 창유리의 제2 열팽창 계수의 ≤300%, 바람직하게는 ≤200%, 특히 바람직하게는 ≤50%이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 캐리어층은 유리 섬유 보강 플라스틱을 포함한다. 유리 섬유 보강 플라스틱은 예를 들어 불포화 폴리에스터 수지로 제조된 주조 수지 성형 재료에 매립된 다층 유리 섬유 직물을 포함한다. 유리 섬유 보강 플라스틱의 유리 함량은 바람직하게는 30% 내지 75%, 특히 바람직하게는 50% 내지 75%이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 캐리어층은 7×10-6/K 내지 35×10-6/K, 바람직하게는 9×10-6/K 내지 27×10-6/K, 특히 바람직하게는 9×10-6/K 내지 20×10-6/K의 제1 열팽창 계수를 갖는다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 대안적인 실시예에서, 제1 열팽창 계수와 제2 열팽창 계수의 차이는 제2 열팽창 계수의 ≤17%, 바람직하게는 ≤12%, 특히 바람직하게는 ≤7%이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 유리한 실시예에서, 캐리어층은 7.3×10-6/K 내지 10.5×10-6/K의 제1 열팽창 계수를 갖는 금속 포일을 포함한다. 제1 중간층은 적어도 하나의 제1 접착층, 하나의 절연층 및 하나의 제2 접착층의 적층 연속체를 포함할 수 있다. 절연층은 바람직하게는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조된 고체 절연 필름을 포함한다. 절연층은 캐리어층의 전기 도전성 금속 포일로부터 태양 전지의 후면 및 버스바아를 절연하는 작업을 갖는다. 금속 포일은 바람직하게는 스테인레스강, 바람직하게는 EN 재료 번호 1.4016, 1.4520, 1.4511, 1.4017, 1.4113, 1.4510, 1.4516, 1.4513, 1.4509, 1.4749, 1.4724 또는 1.4762의 고등급 강을 포함한다.
본 발명의 다른 태양은
a) 1%(0.6°) 내지 23.1%(13°)의 물매를 갖는 지붕 멤브레인과,
b) 지붕 멤브레인 상에 배열된 본 발명에 따른 적어도 하나의 태양광 모듈을 갖는 평지붕을 포함하고,
본 발명에 따른 지붕 멤브레인 및 태양광 모듈은 적어도 하나의 접착층 및/또는 접속 수단에 의해 적어도 섹션으로 서로 접속된다.
본 발명에 따른 평지붕의 유리한 실시예에서, 물매는 2%(1.1°) 내지 17.6%(10°), 바람직하게는 5%(2.9°) 내지 17.6%(10°), 특히 바람직하게는 5%(2.9°) 내지 8.8%(5°)이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈 및 지붕 멤브레인이 접속되는 접착층은 바람직하게는 아크릴레이트 접착제, 부틸 접착제, 역청 접착제 또는 실리콘 접착제 또는 양면 접착 필름을 포함한다. 접속 수단은 바람직하게는 플라스틱 또는 알루미늄, 강 또는 스테인레스강과 같은 금속으로 제조된 나사, 클램프 또는 리벳 접속부 및/또는 보유 레일, 가이드 레일 또는 컴(cum)을 포함한다.
본 발명에 따른 평지붕의 유리한 실시예에서, 지붕 멤브레인은 바람직하게는 편평한 박스형 또는 파형 프로파일을 갖는, 플라스틱, 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA, Plexiglas
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), 폴리에스터, 역청, 폴리머-개질된 역청, 폴리염화비닐(PVC) 또는 열가소성 올레핀 엘라스토머(TPO)를 포함한다.
대안적인 실시예에서, 지붕 멤브레인은 금속 시트, 바람직하게는 구리, 알루미늄, 강, 아연 도금 강 및/또는 플라스틱 코팅된 강으로 제조된 금속 시트를 포함한다. 금속 시트는 예를 들어 사다리꼴 프로파일을 갖고, 이하에 "사다리꼴 금속 시트"라 칭한다. 예를 들어 단열을 위한 층과 같은 부가의 층이 지붕 멤브레인 위 또는 아래에 배열될 수 있다. 단열을 위한 층은 바람직하게는, 예를 들어 폴리스티렌 또는 폴리우레탄으로 제조된 플라스틱 또는 플라스틱 발포체를 포함한다.
본 발명에 따른 평지붕의 지붕 멤브레인으로의 태양광 모듈의 볼트 접속은 바람직하게는 태양광 모듈의 에지 보강부의 영역에서, 특히 정면 창유리를 넘는 캐리어층의 돌출부의 영역에서 수행된다. 이는 어떠한 구멍도 정면 창유리에 합체될 필요가 없는 특정 장점을 갖는다. 유리 정면 창유리 내에 구멍을 합체하는 것은 시간 소모적이고, 비용 집약적인 단계이다. 더욱이, 정면 창유리의 안정성은 구멍에 의해 감소된다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명에 따른 태양광 모듈을 제조하기 위한 방법을 포함하고, 여기서 적어도
a) 적어도 하나의 절결부를 갖는 제1 에지 보강층이 정면 창유리를 넘어 캐리어층의 돌출부 상에 배열되고, 버스바아가 절결부를 통해 안내되고,
b) 적어도 하나의 개구를 갖는 제2 에지 보강층이 제1 에지 보강층 위에 배열되고, 버스바아는 개구를 통해 안내되고,
c) 적어도 하나의 접속 하우징이 버스바아에 접속된다.
적어도 하나의 제1 중간층, 하나의 태양 전지 및 하나의 제2 중간층은 캐리어층과 정면 창유리 사이에 배열된다. 캐리어층, 제1 중간층, 태양 전지, 제2 중간층 및 정면 창유리는 바람직하게는 100℃ 내지 170℃의 온도에서, 적층에 의해 서로 접합된다. 얻어진 구조체는 이하에 "적층된 층 연속체"라 칭한다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에서, 에지 보강부는 정면 창유리의 표면과 동일 높이로 배열된 적어도 하나의 제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층으로부터 형성된다. 제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층은 단일 부분 또는 다중 부분으로서 설계될 수 있고, 예를 들어 접착층에 의해 서로 그리고 적층된 층 연속체에 접합된다.
제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층은 바람직하게는 유리 섬유 보강 플라스틱을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에서, 에지 보강부는 에지 영역에서, 섹션에서 정면 창유리에 중첩하는 적어도 하나의 제1 에지 보강층 및 적어도 하나의 제2 에지 보강층으로부터 형성된다. 제1 에지 보강층 및 제2 에지 보강층은 적층된 층 연속체에 그리고 서로 접착층에 의해 접합된다.
본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시예에서, 에지 보강부는 적층 전에 캐리어층 상에 배열되고, 적층 프로세스에 의해 층 연속체에 접합된다.
본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시예에서, 에지 보강부의 단면을 갖는 스트랜드(strand)가 압출되고, 스트랜드는 세그먼트로 분할되고, 절결부 뿐만 아니라 개구는 세그먼트 내에 합체된다.
부가적으로, 배수 채널은 세그먼트 내에 합체될 수 있다. 다음에, 에지 보강부의 세그먼트는 예를 들어 접착식으로 접합된 적층된 층 연속체에 접합된다.
에지 보강부는, 플라스틱 또는 다른 점성의 경화 가능한 재료가 연속적인 프로세스에서 특정하게 성형된 노즐을 통해 통과되는, 그 자체가 공지된 압출 방법에 의해 압출된다. 노즐의 단면을 갖는 임의의 길이의 스트랜드가 생성된다. 스트랜드는 각각의 경우에 태양광 모듈의 일 측면의 길이를 갖는 세그먼트로 분할될 수 있다. 대안적으로, 스트랜드는 각각의 경우에 태양광 모듈의 주연 길이를 갖는 세그먼트로 분할될 수 있다. 플라스틱은 압출 중에 가열되는 열가소성 플라스틱일 수 있다.
절결부, 개구 및 배수 채널은 바람직하게는 세그먼트의 표면 내로 절삭 또는 밀링에 의해 도입된다. 배수 채널은 예를 들어 가동 몰드에 의해 압출 중에 세그먼트의 표면 내로 도입될 수 있다. 대안적으로, 배수 채널은 압출 후에 그리고 적층된 층 연속체에 접착제 접합 전에 세그먼트 내에 합체될 수 있다. 다른 대안에서, 배수 채널은 적층된 층 연속체에 접착제 접합 후에 도입될 수 있다.
압출된 에지 보강부는 바람직하게는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리카보네이트(PC), 스티렌 부타디엔(SB), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레탄(PUR) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 대안적인 방법에서, 에지 보강부는 반응 사출 성형(RIM)에 의해 또는 사출 성형 프로세스에 의해 제조된다.
반응 사출 성형(RIM)으로 공지된 방법에서, 2개의 성분(및 가능하게는 다른 첨가제)은 혼합기 내에서 강렬하게 혼합되고, 이어서 반응 성형 화합물로서 성형 몰드 내로 즉시 사출된다. 경화가 성형 모드 내에서 발생한다. 절결부, 개구 및 배수 채널은 성형 몰드에 의해 미리 형성될 수 있고 또는 에지 보강부의 블랭크 내로 경화 후에 도입될 수 있다.
반응 사출 성형에 의해 에지 보강부의 제조에 특히 적합한 것은 폴리우레탄(PUR), 고밀도 폴리우레탄(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레아 및 폴리이소시아누레이트(PIR)와 같은 플라스틱이다.
공지된 사출 성형 방법에서, 열가소성 플라스틱의 용융물은 바람직하게는 성형 몰드 내에서 가압된다. 절결부, 개구 및 배수 채널이 몰드에 의해 미리 형성되거나 에지 보강부의 블랭크 내의 경화 후에 도입될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 건물 또는 수상, 육상 또는 공중 운송을 위한 차량의 평지붕 상에서의, 바람직하게는 금속 평지붕 상에서의, 본 발명에 따른 태양광 모듈의 용도를 포함한다. 지붕이 크고 노출되어 있으며 그늘이 없는 영역을 갖고 지붕 물매가 낮은 차고 또는 간이 차고, 공장 및 창고의 평지붕이 본 발명에 따른 태양광 모듈의 설치에 특히 적합하다.
본 발명의 다른 태양은 1%(0.6°) 내지 23.1%(13°), 바람직하게는 2%(1.1°) 내지 17.6%(10°), 특히 바람직하게는 5%(2.9°) 내지 17.6%(10°), 매우 특히 바람직하게는 5%(2.9°) 내지 8.8%(5°)의 물매를 갖는 평지붕 상에서의, 본 발명에 따른 태양광 모듈의 용도를 포함한다.
본 발명이 도면 및 예를 참조하여 이하에 상세히 설명된다. 도면은 완전히 실제 축적대로 도시된 것은 아니다. 본 발명은 도면에 의해 결코 한정되는 것은 아니다.
도 1a는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 단면 라인 D-D'를 따른 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 단면 라인 C-C'를 따른 단면도이다.
도 1d는 도 1a의 단면 라인 A-A'를 따른 단면도이다.
도 1e는 도 1a의 단면 라인 B-B'를 따른 단면도이다.
도 1f는 도 1a의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 접속 영역의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 대안적인 예시적인 실시예의 에지의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 대안적인 예시적인 실시예의 층 구조체의 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 평지붕의 단면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 평지붕의 대안적인 실시예의 단면도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 평지붕의 다른 대안적인 실시예의 단면도이다.
도 6a는 도 1a의 단면 라인 A-A'를 따른 본 발명에 따른 태양광 모듈의 예시적인 실시예의 단면도이다.
도 6b는 우박 충돌 테스트에서 우박이 있는 도 2a의 상세도이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 상세한 흐름도이다.
도 1a는 도면 부호 1에 의해 전체로서 나타낸 본 발명에 따른 태양광 모듈을 도시한다. 도 1a는 태양광 모듈의 정면, 즉 태양에 대면하는 측면의 평면도를 도시한다. 태양광 모듈(1)의 후면은 본 발명에 있어서, 정면으로부터 이격하여 지향하는 측면이다. 정면 및 후면의 외부 에지들을 둘러싸는 측면들은 태양광 모듈(1)의 외부측면 I, II, III, IV로서 이하에 나타낸다.
태양광 모듈(1)은 복수의 직렬 접속된 태양 전지(4)를 포함하고, 그 중 6개가 도 1a에 도시되어 있다. 태양 전지(4)는 이 예에서, 다결정질 실리콘 태양 전지이다. 각각의 태양 전지는 예를 들어 0.63 V의 공칭 전압을 가져, 태양광 모듈(1)이 3.8 V의 총 공칭 전압을 갖게 된다. 전압은 태양광 모듈(1)의 측면 III의 에지 영역에서 2개의 버스바아(21.1, 21.2)를 경유하여 2개의 접속 하우징(20)으로 안내된다. 접속 도선(22)으로의 전기적 라인 접속이 접속 하우징(20)에서 발생한다. 접속 도선(22)은 전력 그리드 또는 다른 태양광 모듈(여기에는 도시되지 않음)에 접속된다.
버스바아(21.1, 21.2)는 태양 전지(4)에 전기 도전식으로 접속된다. 버스바아(21)는 통상적으로 금속 스트립, 예를 들어 0.03 mm 내지 0.3 mm의 두께 및 2 mm 내지 16 mm의 폭을 갖는 주석 도금 구리 스트립을 포함한다. 구리는 양호한 전기 도전성 뿐만 아니라 포일로의 양호한 가공성을 갖기 때문에, 이러한 버스바아를 위한 그 가치가 입증되어 있다. 동시에, 재료 비용이 낮다. 포일로 가공될 수 있는 다른 전기 도전성 재료가 또한 사용될 수 있다. 이러한 재료의 예는 알루미늄, 금, 은 또는 주석 및 이들의 합금이다.
도 1b는 단면 라인 D-D'를 따른 단면도를 도시하고, 도 1c는 도 1a의 단면 라인 C-C'를 따른 단면도를 도시한다. 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)은 캐리어층(2), 제1 중간층(3), 태양 전지(4), 제2 중간층(5) 및 정면 창유리(6)로 구성된 층 구조체를 포함한다. 캐리어층(2)은 예를 들어 2 cm의 정면 창유리(6)를 넘는 주연 돌출부(13)를 갖는다. 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)은 절결부(16)를 갖는 제1 에지 보강층(7.1)을 갖는다. 제1 에지 보강층(7.1)은 돌출부(13) 위에 배열된다. 게다가, 개구(17)를 갖는 제2 에지 보강층(7.2)이 제1 에지 보강층(7.1) 위에 배열된다. 제2 에지 보강층(7.2)은 예를 들어 1 cm의 정면 창유리(6)의 주연 에지 영역(9)을 커버한다.
버스바아(21.1, 21.2)는 일 단부에서 태양 전지(4)에, 다른 단부에서 전기 라인 접속부(23)를 경유하여 접속 도선(22)에 접속된다. 버스바아(21.1, 21.2)는 제1 에지 보강층(7.1)의 절결부(16) 내부의 그리고 제2 에지 보강층(7.2)의 개구(17) 내부의 에지 보강부(7)의 영역에 배열된다. 버스바아(21)는 그 중심축을 따라 90°만큼 절결부(16) 내부에서 회전된다. 회전의 부위는 도면 부호 27로 나타낸다.
도 1d는 도 1a의 단면 라인 A-A'를 따른 단면도를 도시한다. 도 1d로부터, 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)의 층 구조체가 재차 식별 가능하다. 태양광 모듈(1)은 예를 들어 유리 섬유 보강 플라스틱으로부터 제조된 캐리어층(2)을 포함한다. 유리 섬유 보강 플라스틱은 예를 들어 불포화 폴리에스터 수지로 제조된 주조 수지 성형 재료 내에 매립된 다층 유리 섬유 직물을 포함한다. 캐리어층(2)은 예를 들어 54%의 유리 함량, 1.65 kg/mm2의 면적당 중량 및 1 mm의 두께를 갖는다.
제1 중간층(3)이 캐리어층(2) 위에 배열된다. 제1 중간층(3)은 예를 들어 0.4 mm의 두께를 갖는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 제조된 접착 필름을 포함한다.
그 중 3개가 도 1d에 도시되어 있는 복수의 결정질 태양 전지(4)가 제1 중간층(3) 위에 배열된다. 결정질 태양 전지(4)는 예를 들어 156 mm×156 mm의 크기를 갖는 단결정질 실리콘 태양 전지로 이루어진다. 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)의 모든 태양 전지(4)는 의도된 용도에 따라, 버스바아를 경유하여, 직렬 접속 또는 병렬 접속으로 서로 전기 도전식으로 접속된다. 게다가, 차단 다이오드 및 바이패스 다이오드가 태양광 모듈(1) 내에 일체화될 수 있다.
예를 들어 0.4 mm의 두께를 갖는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 제조된 접착 필름을 포함하는 제2 중간층(5)이 태양 전지(4) 위에 배열된다.
정면 창유리(6)가 제2 중간층(5) 위에 배열된다. 정면 창유리(6)는 예를 들어 0.9 mm 내지 2.8 mm, 특히 1 mm의 두께를 갖는 저철분 소다 석회 유리를 포함한다. 소다 석회 유리는 예를 들어 40 MPa의 프리스트레스로 열적으로 부분적으로 프리스트레스트되어 있다. 부분적으로 프리스트레스된 유리는 보다 저속인 냉각 프로세스에 의해 프리스트레스된 유리와 구별된다. 보다 저속인 냉각 프로세스는 유리의 표면들과 코어 사이의 더 낮은 전압차를 야기한다. 부분적으로 프리스트레스된 유리의 굽힘 강도는 프리스트레스되지 않은 유리의 굽힘 강도와 프리스트레스된 유리의 굽힘 강도 사이에 있다. 부분적으로 프리스트레스된 유리는 파괴시에 높은 잔류 하중 지지 능력을 가지므로 건물 상의 또는 지붕 영역 내의 낙하 방지 글레이징에 특히 적합하다.
캐리어층(2)은 예를 들어 27×10-6/K의 제1 열팽창 계수를 갖는다. 정면 창유리(6)는 예를 들어 9×10-6/K의 제2 열팽창 계수를 갖는다. 제1 열팽창 계수와 제2 열팽창 계수 사이의 차이는 18×10-6/K이고, 따라서 제2 열팽창 계수의 200%이다.
캐리어층(2)은 이 예시적인 실시예에서, 정면 창유리(6)를 넘는 주연 돌출부(13)를 갖는다. 돌출부의 폭은 바람직하게는 0.5 cm 내지 10 cm, 예를 들어 2 cm이다. 에지 보강부(7)는 캐리어층(2)의 돌출부(13) 위에 그리고 정면 창유리(6)의 에지 영역(9) 위에 배열된다. 에지 영역(9)의 폭(b)은 바람직하게는 0.5 cm 내지 10 cm, 예를 들어 1 cm이다. 에지 보강부(7)는 하나의 제1 에지 보강층(7.1) 및 하나의 제2 에지 보강층(7.2)을 포함한다. 제1 에지 보강층(7.1)은 접착층(14)을 경유하여, 예를 들어 양면 접착 테이프를 경유하여 캐리어층(2)에 접속된다. 제1 에지 보강층(7.1)의 두께는 예를 들어, 제1 에지 보강층(7.1)의 상부 및 정면 창유리(6)의 상부가 동일 높이의 편평한 표면을 형성하도록 선택된다. 제1 에지 보강층(7.1)은 복수의 층, 예를 들어 2개의 층의 층 연속체를 포함할 수도 있다. 제1 에지 보강층(7.1)은 캐리어층(2)과 정면 창유리(6) 사이의 높이차를 보상하는 접착 테이프의 두께를 갖는, 접착제, 예를 들어 양면 접착 테이프만을 포함할 수도 있다.
제2 에지 보강층(7.2)은 제1 에지 보강층(7.1) 위의 그리고 정면 창유리(6)의 에지 영역(9) 위의 섹션에 배열된다. 제2 에지 보강층(7.2)은 제1 에지 보강층(7.1) 및 정면 창유리(6)의 에지 영역(9)에 접착층(15)에 의해 접합된다. 제2 에지 보강층(7.2)은 손상에 대해, 예를 들어 우박 충돌에 대해 정면 창유리(6)의 민감성 외부 에지 영역(9)을 보호한다.
제1 에지 보강층(7.1) 및 제2 에지 보강층(7.2)을 갖는 에지 보강층(7)은 예를 들어 폴리우레탄(PU) 또는 폴리염화비닐(PVC)과 같은 플라스틱으로부터 단일 부분으로 단지 용이하게 제조될 수 있다. 단일 부분으로 제조된 에지 보강부(7)는 이어서 예를 들어 스트립형 절결부를 갖는 제1 섹션과, 예를 들어 제1 섹션의 스트립형 절결부 위에 배열된 둥근 개구를 갖는 제2 섹션을 갖는다. 에지 보강부(7)는 예를 들어 압출, 사출 성형 또는 반응 사출 성형(RIM)에 의해 제조될 수 있다.
도 1e는 도 1a의 단면 라인 B-B'를 따른 단면도를 도시한다. 절결부의 형태의 복수의 배수 채널(8.1, 8.2)이 제2 에지 보강층(7.2) 내에 배열된다. 배수 채널(8.1, 8.2)은 제2 에지 보강층(7.2)의 외부 에지(11)에 제2 에지 보강층(7.2)의 내부 에지(10)를 접속시킨다. 배수 채널(8.1, 8.2)의 폭(d)은 1 mm 내지 5 mm, 예를 들어 3 mm이다. 배수 채널(8.1, 8.2)의 폭(d) 및 제2 에지 보강층(7.2)의 두께는 25 mm의 직경을 갖는 우박이 우박 충돌 테스트시에 정면 창유리를 손상시키지 않도록 선택된다. 이는 간단한 실험의 환경에서 결정될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e에 도시된 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)의 예시적인 실시예에서, 배수 채널(8.1)은 각각의 경우에 태양광 모듈(1)의 각각의 코너(12) 내에 배열된다. 배수 채널(8.1)은 예를 들어 태양광 모듈(1)의 외부측면 I, II, III, IV에 대해 45°의 각도로 배열된다. 더욱이, 태양광 모듈(1)의 각각의 기다란 외부측면 II, IV는 5개의 배수 채널(8.2)을 갖고, 태양광 모듈(1)의 각각의 짧은 외부측면 I, III은 3개의 배수 채널(8.2)을 갖는다. 태양광 모듈(1)의 외부측면 I, II, III, IV 상의 배수 채널(8.2)은 예를 들어 태양광 모듈(1)의 외부측면 I, II, III, IV에 수직으로 배열된다.
본 발명에 따른 태양광 모듈(1)은 대략 5.6 kg/m2의 면적당 중량을 갖는다.
도 1f는 도 1a의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 접속 영역의 개략도를 도시한다. 제1 에지 보강층(7.1)은 제2 에지 보강층(7.2) 아래에 배열된다. 제1 에지 보강층(7.1)의 절결부(16)는 제2 에지 보강층(7.2)의 개구(17) 아래에 배열된다. 버스바아(21.1, 21.2)는 절결부(16) 내부에서 개구(17) 아래로 줄곧 연장한다. 거기서, 버스바아(21.1, 21.2)는 캐리어층(2)에 직각으로 제2 에지 보강층(7.2) 외부로 상향으로 안내된다. 명료화를 위해, 접속 하우징 및 접속 도선은 도 1f에 도시되어 있지 않다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 대안적인 예시적인 실시예의 에지의 단면도를 도시한다. 제1 에지 보강층(7.1) 및 제2 에지 보강층(7.2)은 각각의 경우에, 제1 중간층(3), 태양 전지(4), 제2 중간층(5) 및 정면 창유리(6)로 제조된 층 구조체의 대략 절반에 대응하는 두께를 갖는다. 제2 에지 보강층(7.2)은 정면 창유리(6)와 동일 높이의 전이부(25)를 형성한다. 이 실시예는 바람직하게는 2.8 mm 초과의 두께를 갖는 두꺼운 정면 창유리(6)에 특히 적합하다. 얇은 정면 창유리(6)에 대조적으로, 두꺼운 정면 창유리(6)는 정면 창유리(6)의 에지 영역에서 우박의 충격에 의한 우박 충돌 테스트에서 손상되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 버스바아(21)는 예를 들어 5 mm의 폭 및 0.2 mm의 두께를 갖는 주석 도금된 구리로 이루어진 금속 포일을 포함한다. 버스바아(21)는 이들이 정면 창유리(6)를 넘어 돌출하는 영역에, 부가의 절연체(26), 예를 들어 폴리이미드 필름 또는 부틸 고무를 가질 수 있다. 절연체(26)는 정면 창유리(6)에 대면하는 버스바아(21)의 상부, 즉 측면 상에 배열될 수 있다. 유리한 실시예에서, 절연체(16)는 상부, 저부 및 2개의 외부측면에서 버스바아(21)를 포위한다. 절연체(26)는 정면 창유리(6)와 에지 보강부(7) 사이의 중간 공간 내로 침투하는 습기에 대해 버스바아를 절연한다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)의 대안적인 예시적인 실시예의 층 구조체의 단면도를 도시한다. 층 구조체는 캐리어층(2), 제1 중간층(3), 결정질 태양 전지(4), 제2 중간층(5) 및 정면 창유리(6)를 포함한다. 캐리어층(2)은 이 예시적인 실시예에서, 금속 포일, 예를 들어 0.3 mm의 두께를 갖는 니로스타(Nirosta) 재료 번호 1.4016과 같은 고등급 스테인레스강으로 제조된 포일을 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈(1)의 유리한 실시예에서, 제1 중간층(3)은 제1 접착층(3.1), 절연층(3.2) 및 제2 접착층(3.3)의 적층 연속체를 포함한다. 제1 접착층(3.1) 및 제2 접착층(3.3)은 예를 들어 0.4 mm의 두께를 갖는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 이루어진 접착 필름을 포함한다. 절연층(3.2)은 예를 들어 50 ㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조된 고체 절연 필름을 포함한다. 절연층(3.2)은 버스바아(21) 및 태양 전지(4)의 후면을 캐리어층(2)의 전기 도전성 금속 포일로부터 절연하는 작업을 갖는다. 부가의 절연층(3.2)에 의한 전기 절연이 특히 중요한데, 이는 특히 태양 전지(4) 및 버스바아(21)의 불균일부 및 땜납 조인트가 적층 프로세스 중에 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 얇은 비교적 연성인 중간층을 관통할 수 있기 때문이다. 이는 태양광 모듈(1) 내의 단락 회로 및 누설 전류를 야기할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)을 갖는 본 발명에 따른 평지붕(30)의 단면도를 도시한다. 태양광 모듈(1)은 도 1a의 단면 라인 B-B'를 따른 단면도로 도시되어 있다. 본 발명에 따른 평지붕(30)의 지붕 멤브레인(31)은 예를 들어 역청, 폴리머-개질된 역청, 열가소성 올레핀 엘라스토머(TPO) 또는 폴리염화비닐(PVC)로 제조된 멤브레인을 포함하다. 태양광 모듈(1)은 각각의 경우에 접착층(32)을 경유하여 지붕 멤브레인(31)에 접착식으로 접합된다. 접착층(32)은 예를 들어 부틸, 아크릴, 역청, 실리콘 또는 다른 내후성 접착제를 포함한다. 평지붕(30)의 지붕 멤브레인(31)은 예를 들어 3°의 물매를 갖는다.
우천 또는 눈이 녹은 물의 경우에, 정면 창유리 상에 축적되는 물은 배수 채널(8.1, 8.2)을 경유하여 배수될 수 있다.
도 5b는 본 발명에 따른 평지붕(30)의 대안적인 실시예의 단면도를 도시한다. 태양광 모듈(1)은 도 1a의 단면 라인 B-B'를 따른 단면도로 도시되어 있다. 복수의 U형 보유 레일(35)이 평지붕(30)의 지붕 멤브레인(31)에 단단히 접속된다. 보유 레일(35)은 예를 들어 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)은 2개의 대향하는 외부측면 I, III 또는 II, IV 상에서 U형 보유 레일 내로 도입되고 그에 의해 보유된다.
도 5c는 본 발명에 따른 평지붕(30)의 다른 대안적인 실시예의 단면도를 도시한다. 태양광 모듈(1)은 도 1a의 단면 라인 B-B'를 따른 단면도로 도시되어 있다. 지붕 멤브레인(31)은 소위 웨브(web)라 칭하는 높은 지점 및 소위 주름부(corrugation)라 칭하는 웨브들 사이에 위치된 함몰부를 갖는 사다리꼴 금속 시트(34)를 포함한다. 일 주름부 중심으로부터 다음 주름부 중심까지의 거리는 예를 들어 207 mm이다. 프로파일 깊이, 즉 웨브와 주름부 사이의 높이차는 예를 들어 35 mm이다. 사다리꼴 금속 시트는 예를 들어 0.75 mm의 두께를 갖고, 아연 도금 강판으로부터 제조된다. 태양광 모듈(1)은 에지 보강부(7)의 영역에서, 특히 정면 창유리(6)를 넘는 캐리어층(2)의 돌출부의 영역에서 사다리꼴 금속 시트(34)에 볼트 결합된다.
도 6a는 도 1a의 단면 라인 A-A'에 따른 본 발명에 따른 태양광 모듈(1)의 대안적인 실시예의 단면도를 도시한다. 실시예는, 제2 에지 보강층(7.2)이 정면 창유리(6)를 중첩하지 않는 점에서 도 1b의 예와는 상이하다. 제2 에지 보강층(7.2)은 정면 창유리(6)를 넘어 높이 h만큼 상향으로 돌출한다. 높이 h는 예를 들어 1 mm이다.
도 6b는 도 6a의 태양광 모듈(1)의 에지의 상세를 도시한다. 정면 창유리(6)의 외부 영역은 예를 들어 우박 충돌 테스트에서 우박(40)의 타격에 의한, 유리의 박편화 또는 조가비형 파쇄에 특히 민감하다. 보호 영역(41)이 정면 창유리(6)를 넘는 제2 에지 보강층(7.2)의 편경사부(h)에 의해 생성된다. 예를 들어 25 mm의 직경을 갖는 우박(40)은 제2 에지 보강층(7.2)의 편경사부(h)에 의해 정면 창유리(6)의 특히 손상에 민감한 영역(41) 내로 전진할 수 없다. 높이 h는 우박 충돌 테스트에서 간단한 실험에 의해 결정될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 상세한 흐름도를 도시한다.
1: 태양광 모듈
2: 캐리어층
3: 제1 중간층
3.1: 제1 접착층
3.2: 절연층
3.3: 제2 접착층
4: 태양 전지
5: 제2 중간층
6: 정면 창유리
7: 에지 보강부
7.1: 제1 에지 보강층
7.2: 제2 에지 보강층
8.1, 8.2: 배수 채널
9: 정면 창유리(6)의 에지 영역
10: 에지 보강부(7)의 내부측면
11: 에지 보강부(7)의 외부측면
12: 태양광 모듈의 코너
13: 정면 창유리(6)를 넘는 캐리어층(2)의 돌출부
14: 접착층
15: 접착층
16: 절결부
17: 개구
20: 접속 하우징
21, 21.1, 21.2: 버스바아
22: 접속 도선
23: 버스바아(21)와 접속 도선(22) 사이의 전기 라인 접속부
25: 정면 창유리(6)와 에지 보강부(7) 사이의 동일 높이의 전이부
26: 버스바아(21)의 절연체
27: 버스바아(21)의 회전부
30: 평지붕
31: 지붕 멤브레인
32: 접착층
34: 사다리꼴 금속 시트
35: 보유 레일, U형 레일
36: 볼트 접속부
40: 우박
41: 정면 창유리(6)의 영역
a: 정면 창유리(6)를 넘는 캐리어층(2)의 돌출부(13)의 폭
b: 에지 영역(9)의 폭
d: 배수 채널(8.1, 8.2)의 폭
h: 정면 창유리(6)를 넘는 에지 보강부(7)의 편경사부의 높이
A-A': 단면 라인
B-B': 단면 라인
C-C': 단면 라인
D-D': 단면 라인
I, II, III, IV: 태양광 모듈(1)의 측면, 외부측면

Claims (15)

  1. a) 캐리어층(2)과, 그 위에 서로 중첩하여 배열된 제1 중간층(3), 적어도 하나의 태양 전지(4), 제2 중간층(5) 및 정면 창유리(6)와,
    b) 제1 에지 보강층(7.1) 및 제2 에지 보강층(7.2), 적어도 하나의 접속 하우징(20) 및 상기 접속 하우징(20)에 태양 전지(4)를 전기 도전식으로 접속시키는 적어도 2개의 버스바아(21.1, 21.2)
    를 포함하고,
    캐리어층(2)은 정면 창유리(6)를 넘는 주연 돌출부(13)를 갖고, 제1 에지 보강층(7.1)은 주연 돌출부(13) 위에 배열되고 절결부(16)를 갖고, 제2 에지 보강층(7.2)은 제1 에지 보강층(7.1) 위에 배열되고 개구(17)를 갖고, 버스바아(21.1, 21.2)는 절결부(16) 및 개구(17) 내에 배열되는 태양광 모듈(1).
  2. 제1항에 있어서, 제2 에지 보강층(7.2)은 적어도 0.2 cm, 바람직하게는 0.5 cm 내지 5 cm, 특히 바람직하게는 1 cm 내지 2 cm의 정면 창유리(6)의 적어도 하나의 주연 에지 영역(9)을 덮는 태양광 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 에지 보강층(7.2)은 태양광 모듈(1)의 각각의 코너(12)에, 제2 에지 보강층(7.2)의 내부측면(10)과 외부측면(11)을 접속시키는 적어도 하나의 배수 채널(8.1)을 갖는 태양광 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 에지 보강층(7.2)은 태양광 모듈의 각각의 외부측면(I, II, III, IV)에, 제2 에지 보강층(7.2)의 내부측면(10)과 외부측면(11)을 접속시키는 적어도 하나의 배수 채널(8.2)을 갖는 태양광 모듈.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 배수 채널(8.1, 8.2)은 0.3 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 4 mm의 폭(d)을 갖는 태양광 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 태양 전지는 단결정질 또는 다결정질 태양 전지이고 바람직하게는 규소 또는 갈륨 비화물로 이루어진 도핑된 반도체 재료를 함유하거나, 또는 결정질 태양 전지와의 탠덤(tandem) 전지인 태양광 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 정면 창유리(6)는 0.9 mm 내지 2.8 mm의 두께를 갖고 열적 부분 프리스트레스된(prestressed) 또는 프리스트레스된 유리를 함유하는 태양광 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어층(2)은 제1 열팽창 계수를 갖고, 정면 창유리(6)는 제2 열팽창 계수를 갖고, 제1 열팽창 계수와 정면 창유리(6)의 제2 열팽창 계수 사이의 차이는 제2 열팽창 계수의 ≤300%, 바람직하게는 ≤17%인 태양광 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어층(2)은 7.3×10-6/K 내지 35×10-6/K의 제1 열팽창 계수를 갖는 유리 섬유 보강 플라스틱을 포함하는 태양광 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어층(2)은 적어도 0.3 cm, 바람직하게는 0.5 cm 내지 5 cm, 특히 바람직하게는 1 cm 내지 2 cm의 정면 창유리(6)를 넘는 주연 돌출부(13)를 갖는 태양광 모듈.
  11. a) 1% 내지 23.1%의 물매를 갖는 지붕 멤브레인(31)과,
    b) 지붕 멤브레인(31) 상에 배열된 적어도 하나의 태양광 모듈(1)
    을 포함하고,
    지붕 멤브레인(31) 및 태양광 모듈(1)은 적어도 하나의 접착층(32) 및/또는 접속 수단(35)에 의해 적어도 섹션으로 서로 접속되는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 태양광 모듈(1)을 갖는 평지붕(30).
  12. 적어도
    a) 적어도 하나의 절결부(16)를 갖는 제1 에지 보강층(7.1)이 정면 창유리(6)를 넘어 캐리어층(2)의 돌출부(13) 상에 배열되고, 버스바아(21.1, 21.2)가 절결부(16)를 통해 안내되고,
    b) 적어도 하나의 개구(17)를 갖는 제2 에지 보강층(7.2)이 제1 에지 보강층(7.1) 위에 배열되고, 버스바아(21.1, 21.2)가 개구(17)를 통해 안내되고,
    c) 적어도 하나의 접속 하우징(20)이 버스바아(21.1, 21.2)에 접속되는,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 태양광 모듈(1)의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 에지 보강층(7.2)은 적어도 섹션으로 정면 창유리(6)의 에지 영역(9)에 중첩하는, 태양광 모듈(1)의 제조 방법.
  14. 건물 또는 수상, 육상 또는 공중 운송을 위한 차량의 평지붕(30) 상에서의, 바람직하게는 금속 평지붕 상에서의, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 태양광 모듈(1)의 용도.
  15. 1% 내지 23.1%, 바람직하게는 2% 내지 17.6%, 특히 바람직하게는 5% 내지 8.8%의 물매를 갖는 평지붕 상에서의, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 태양광 모듈(1)의 용도.
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