WO2003100869A2 - Solarmodul mit gehäuse - Google Patents

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WO2003100869A2
WO2003100869A2 PCT/EP2003/004677 EP0304677W WO03100869A2 WO 2003100869 A2 WO2003100869 A2 WO 2003100869A2 EP 0304677 W EP0304677 W EP 0304677W WO 03100869 A2 WO03100869 A2 WO 03100869A2
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fluid
solar
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Wolfgang Graw
Thomas Wodke
Oliver Lang
Fredy Stahnke
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Solarc Innovative Solarprodukte Gmbh
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar module with a housing which is at least partially light- and UV-permeable, in which the solar cell string is embedded in a matrix filling the housing.
  • Solar modules are used to generate electrical energy and use sunlight as a renewable energy source. From this point of view, they are considered to be resource-saving.
  • One area of application for solar modules is power generation for self-sufficiency in the household and commercial sector and feeding into the general power grid.
  • Another important area of application of solar modules is the use in areas in which the network connection of an electrical device is not possible or only possible with considerable effort. Examples include devices for influencing traffic, navigation systems, portable handheld devices or temporary equipment. called gen.
  • Solar cell strings consist of electrically connected solar cells that e.g. can be fixed on a circuit board. Solar cell strings represent highly sensitive products with regard to vibrations, climatic influences and moisture. The thickness of the solar cells of only 200 to 400 ⁇ as well as their low flexibility and the exposed contacts make it necessary to embed them in a resistant and inert material to protect environmental influences and mechanical damage. Another advantage of embedding is the better optical adaptation between the solar cell and the front window.
  • predominantly transparent casting resins are used as embedding media, e.g. Epoxy, acrylic or polyurethane resins as well as silicone resins are used.
  • the solar cell strings are usually mounted in a housing and then protected in this housing by an additional embedding medium.
  • curing two-component resins are mainly used as embedding media.
  • the components of the resin are mixed and poured into the space between the solar module and the housing, where they harden in a period of a few hours to days, depending on the product.
  • solar cell strings are also laminated in glass / glass, glass / film or aluminum / film laminates etc. with a laminate film that crosslinks at higher temperatures.
  • the expansion behavior should not differ too much from that of the solar cells and the other materials used, in order to avoid shear stresses in the interfaces and detachments.
  • the medium must have sufficient flexibility to avoid shear stresses.
  • the refractive index should, if possible, be between that of glass or the front material and the usual solar cell surfaces.
  • soar modules also result in special requirements for the properties of the embedding media.
  • preference should be given to casting compounds that have a high degree of flexibility even when hardened to prevent damage to the solar cells.
  • the costs play a significant role in the selection of the embedding medium. The prices for the different materials can vary widely.
  • An encapsulation material for solar cells is known from DE 27 12 172 AI, in which various polymers, e.g. Polypropylene, polyisoprene or polybutadiene can be proposed as casting compounds.
  • DE 28 25 034 AI describes a solar panel and a method for its production, in which acrylic acid compounds that can be hardened as casting compound are used.
  • thermosetting resins are not without problems. Some of the liquid individual components are harmful to health and the environment. Handling and processing can require considerable technical effort and practical experience.
  • the substances for the manufacture of solar modules are mostly two-component resins. When using them, care must be taken to maintain the mixing ratio. Some resins are Different gradations with regard to their final hardness are possible by choosing different mixing ratios. Depending on this ratio, however, the addition of further components, such as catalysts, may have to be recalculated.
  • the object of the present invention is therefore to eliminate the disadvantages known from the prior art and to provide solar modules which are safe and. are built into a housing, whereby the systems are easy to handle and in toxic logically should be optimized.
  • a solar module is provided with a housing that is at least partially light- and UV-permeable.
  • This housing is filled with a liquid matrix in which the solar module is embedded. It is characteristic of the invention that the matrix is also present as a fluid when the solar module is operating under the operating conditions which are characteristic of this, such as an internal housing temperature between -40 and 90 ° C. There is no curing process which, as in the prior art, leads to the fixing of the solar cell string in the housing.
  • the liquid, non-hardening matrix can be removed and reused for repair and exchange work, which basically simplifies recycling of the individual components after the end of use.
  • the matrix is basically for a material recycling.
  • a non-hardening fluid as a matrix does not transmit any shear stresses, so that thermal expansion processes do not lead to critical stresses on the sensitive solar cells or to the detachment of components, e.g. of the housing, from the matrix.
  • the fluids according to the invention have excellent damping properties against shocks and impacts.
  • the fluids according to the invention have a refractive index that is comparable to that of glass and synthetic resins, as a result of which the optical transmission between solar lines and the front pane is increased.
  • the fluid preferably consists of aqueous, oil-like or gel-like components. These preferably include components from the group of water, inorganic and organic acids, mono- and polyhydric alcohols, paraffins, oils, fats, fatty acids, fatty acid esters, carboxylic acids, carboxylic acid esters, ethers and aromatic hydrocarbons. Likewise, the fluids can also be composed of the mixtures of the components just mentioned. Some other fluids according to the invention are listed as examples in Tables 1 and 2. Table 1
  • Carboxylic acids (including fatty acids)
  • Esters including lipids (fats + fatty oils) and waxes, including esters of alcohols with inorganic acids
  • the fluid preferably has a refractive index between 1.3 and 1.9, preferably between 1.45 and 1.7. This corresponds to the refractive indices of glass, plastic and the surfaces of typical solar cells, so that the transparent properties of such solar systems are not adversely affected by the matrix.
  • the fluid preferably has a viscosity between 0.1 and 10 4 mPas.
  • the fluid preferably has electrically insulating and non-hygroscopic properties.
  • the fluid can preferably contain further additives.
  • stabilizers to increase aging and weather resistance are suitable for this.
  • the matrix according to the invention has a medium transmission with layer thicknesses of approximately 2 mm customary in solar technology of over 93%, preferably over 96% in the spectral range from 200 to 1100 nm.
  • the effective range is typically around 400 - 1000 nm.
  • Fluids are preferably used which are chemically stable within the operating temperature range of the solar module, that is to say at internal housing temperatures of -40 to 90 ° C.
  • the fluids should not change their physical state in this area and should have a low vapor pressure.
  • the housing preferably has at least one opening for filling, venting and emptying. Such openings can then e.g. be closed with a stopper, a screw cap, with adhesive or with a weld.
  • a stopper e.g. be closed with a stopper, a screw cap, with adhesive or with a weld.
  • Another embodiment provides that the solar module is closed with a seal that can be passed through a hollow needle. This makes it possible for the seal to be pierced with a hollow needle, which enables a simple possibility for filling the housing with the fluid.
  • the housing has at least one pressure compensation device with which a pressure compensation of the closed system under changing external conditions, e.g.
  • Temperature fluctuations This can e.g. in the form of a membrane or a variable-volume compensation body, which is located within the fluid.
  • the solar cell string is fastened in the housing via at least one seal.
  • the solar cell string can consist of individual solar cells, which are either loosely electrically connected to one another or via a printed circuit board. In the latter case, increased stability is achieved during assembly.
  • the construction of the housing can be such that the circuit board forms the rear end wall of the housing.
  • the housing can also be formed on the front and rear from 2 plates, which are connected around the edges by a sealing frame.
  • the seal can generally also be of such a large volume and flexibility that it takes on the function of the variable-volume compensating body.
  • Such solar cell modules are used for the generation of energy from sunlight, in particular for mobile electrical devices. These include, for example, navigation devices, laptop computers etc. Other applications are large-area solar modules for stationary systems, e.g. for feeding power to house facades or in solar power plants.
  • Figure 1 shows an inventive solar module with housing in a perspective view
  • Figure 2 shows a sectional view of the device according to the invention
  • Figure 3 shows the filling of the device in a sectional view
  • Figure 4 shows the device according to the invention in the filled state in a sectional view
  • FIGS 5-7 show representations of installation variants of the solar module in the housing.
  • the housing 1 shows a solar module 3 mounted in a housing 1.
  • the housing is sealed off by means of a glass pane 2.
  • the housing 1 has two openings, a filling opening 4 and a ventilation opening 5. While the fluid is filled into the housing via the filling opening 4, the atmosphere present in the housing can escape via the ventilation opening 5.
  • the device according to the invention has a membrane 6 for pressure equalization.
  • FIG. 2 shows a device similar to Figure 1, which is shown in section.
  • a solar cell string which consists of a plurality of solar cells 8 arranged on a printed circuit board 7, is arranged in the housing 1.
  • the housing is closed on one side with a glass cover 2.
  • the housing further has a filling opening 4 and a ventilation opening 5 and a pressure compensation membrane 6 on one housing side.
  • Figure 3 shows in section the filling of the device according to the invention.
  • a hose 9 is connected to the filling opening 4, via which the fluid 11 is filled into the housing.
  • FIG. 4 shows the housing 1 completely filled with fluid 11.
  • the escape of the fluid 11 from the housing 1 can be prevented by closing the fill opening 4 and the vent opening 5 with sealing plugs 12 and 13. Both screw connections and plugs are suitable for this. It is also possible to seal the opening with welding techniques or an adhesive.
  • FIG. 5a shows a variant for the assembly of the solar cell string in the housing.
  • the present solar cell string which consists of several solar cells 8 arranged on a printed circuit board 7, is attached to the inside of opposite walls of the housing 1 via rubber sealing rings 14, 14 '.
  • FIG. 5b shows an example of the configuration of a variant for such a rubber seal.
  • FIG. 6 shows a trough-shaped housing 1 which is closed with the solar module consisting of the printed circuit board 7 and solar cells 8.
  • the housing On the side of the housing opposite the solar module, the housing is designed to be transparent, so that the radiation permeability is ensured.
  • the solar module is non-positively connected to the housing via, for example, terminals 16 (FIG. 6b) or screws 17 (FIG. 6c).
  • terminals 16 FIG. 6b
  • screws 17 FIG. 6c
  • FIG. 7a, 7b and 7c show a further variant for the arrangement of the solar cell string in the housing in top view and in section, the housing here representing a frame 18 in which both the solar module, consisting of the printed circuit board 7 and the solar cells 8 and a glass pane 2 are used. Both the glass pane 2 and the solar module are sealed off from the frame by seals 19.
  • FIG. 7c shows a variant in which a solar module consisting of two glass panes 2, 2 ⁇ , a spacer 20 and a solar cell 8 is shown. The two glass plates are spaced apart by a seal 2.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem Gehäuse, in welches der Solarzellenstring in einer das Gehäuse füllenden Matrix eingebettet ist. Dieses findet Verwendung bei der Stromerzeugung zur Selbstversorgung in Haushalten, aber auch für gewerbliche Bereiche, z.B. in Geräten zur Verkehrsbeeinflussung, Navigationssystemen oder portablen Geräten.

Description

Solarmodul mit Gehäuse
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem Gehäuse, in welches der Solarzellenstring in einer das Gehäuse füllenden Matrix eingebettet ist.
Solarmodule werden für die Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt und nutzen Sonnenlicht als erneu- erbaren Energieträger. Sie sind unter diesem Aspekt als ressourcenschonend anzusehen. Ein Einsatzgebiet von Solarmodulen ist die Stromerzeugung zur Selbstversorgung im Haushalts- und gewerblichen Bereich und die Einspeisung in das allgemeine Stromnetz. Ein wei- teres wichtiges Anwendungsgebiet von Solarmodulen ist der Einsatz in Bereichen, in denen die Netzanbindung eines elektrischen Gerätes nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich ist. Beispielhaft seien Geräte zur Verkehrsbeeinflussung, Navigationssysteme, por- table Handgeräte oder zeitlich befristete Einrichtun- gen genannt.
Solarzellenstrings bestehen aus miteinander elektrisch verbundenen Solarzellen, die z.B. auf einer Leiterplatte fixiert werden können. Solarzellenstrings stellen hinsichtlich Erschütterungen, Klimaeinflüssen und Feuchtigkeit hochempfindliche Produkte dar. Die Dicke der Solarzellen von nur 200 bis 400 μ sowie ihre geringe Flexibilität und die offen- liegenden Kontakte machen zum Schutz von Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen die Einbettung in ein widerstandsfähiges und inertes Material notwendig. Ein weiterer Vorteil einer Einbettung ist die bessere optische Anpassung zwischen Solarzelle und Frontscheibe. Als Einbettungsmedien werden heute überwiegend transparente Gießharze, z.B. Epoxid-, Acryl- oder Polyurethan-Harze sowie Silikonharze verwendet .
Zur Erreichung der erforderlichen elektrischen Leistung oder auch der Spannung werden meistens mehrere Solarzellen zu Solarzellenstrings zusammengefaßt. Die Auswahl des Einbettungsmediums richtet sich nach der Anwendung des Solarmoduls und den daraus resultieren- den Belastungen, denen es im Normalbetrieb ausgesetzt ist.
Üblicherweise werden die Solarzellenstrings in ein Gehäuse montiert und dann in diesem Gehäuse durch ein zusätzliches Einbettungsmedium geschützt. Gegenwärtig werden überwiegend aushärtende Zweikomponenten- Kunstharze als Einbettungsmedien verwendet. Die Komponenten des Harzes werden gemischt und flüssig in den Raum zwischen Solarmodul und Gehäuse eingegossen, wo sie produktabhängig in einem Zeitraum von wenigen Stunden bis Tagen aushärten. Alternativ werden Solarzellenstrings auch in Glas/Glas-, Glas/Folien- oder Alu/Folienlaminaten etc. mit einer bei höheren Temperaturen vernetzenden Laminatfolie einlaminiert.
Allgemein werden an ein aushärtendes Einbettungsmedium für Solarzellen folgende Anforderungen gestellt:
• Es soll eine hohe Transmission für Licht im sichtbaren Bereich bzw. im spektralen Arbeitsbereich der Solarzelle aufweisen.
Es muß elektrisch nichtleitend sein.
• Das Ausdehnungsverhalten sollte sich möglichst nicht zu stark von dem der Solarzellen und der anderen verwendeten Materialien unterscheiden, um Schubspannungen in den Grenzflächen und Ablö- sungen zu vermeiden. Insbesondere bei Einbettung zwischen Materialien mit stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten muss das Medium eine ausreichende Flexibilität aufweisen, um Schubspannungen zu vermeiden.
• Unter dem Einfluß der Lichteinstrahlung soll eine hohe Transmission und chemische Stabilität gewährleistet sein.
• Es soll eine hohe Stabilität gegenüber Witterungseinflüssen sowie allgemein gegen Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen aufweisen. Bei Solarmodulen im Außeneinsatz liegen die in nerhalb des Moduls auftretenden Temperaturen üblicherweise zwischen -40 und +90 °C. • Der Brechungsindex sollte möglichst zwischen dem von Glas bzw. dem Frontseitenmaterial und dem üblicher Solarzellenoberflächen liegen.
Aus den unterschiedlichen Einsatzgebieten von Soiar- modulen ergeben sich daneben auch spezielle Anforderungen an die Eigenschaften der Ξinbettungsmedien. So sind z.B. für Solarmodule, die starken Erschütterungen ausgesetzt sind, Vergussmassen zu bevorzugen, die auch im ausgehärteten Zustand eine hohe Flexibilität aufweisen, um Beschädigungen der Solarzellen zu verhindern. Des weiteren spielen die Kosten eine erhebliche Rolle bei der Auswahl des Einbettungsmediums. Die Preise für die verschiedenen Materialien können stark variieren.
Aus der DE 27 12 172 AI ist ein Einkapselungsmaterial für Solarzellen bekannt, bei dem verschiedene Polymerisate, z.B. Polypropylen, Polyisopren oder Polybuta- dien als Vergussmassen vorgeschlagen werden.
Die DE 28 25 034 AI beschreibt eine Solarscheibe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, bei dem als Vergussmasse aushärtbare AcrylSäureverbindungen ein- gesetzt werden.
Die Verarbeitung von duroplastischen Mehrkomponentenharzen ist nicht unproblematisch. Zum Teil sind die flüssigen Einzelkomponenten gesundheitsschädlich und umweltgefährdend. Die Handhabung und Verarbeitung kann erheblichen technischen Aufwand und praktische Erfahrung erfordern.
Bei den Stoffen für die Solarmodulherstellung handelt es sich meist um Zwei-Komponenten-Harze. Bei ihrer Anwendung muß auf die Einhaltung des Mischungsverhältnisses geachtet werden. Bei einigen Harzen sind verschiedene Einsteilungen hinsichtlich ihrer endgültigen Härte durch die Wahl unterschiedlicher Mischungsverhältnisse möglich. In Abhängigkeit von diesem Verhältnis muß dann jedoc ggf. die Zugabe weite- rer Komponenten, wie z.B. Katalysatoren, neu berechnet werden.
Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Einbettungsmedium und dem Solarmodul sowie dem umgebenden Gehäuse zu gewährleisten, ist meist die Verwendung von sogenannten Primern oder Haftvermittlern notwendig, die auf die jeweils verwendeten Materialien abgestimmt sein müssen.
Für die Verarbeitbarkeit der Harze ist ihre Viskosität von besonderer Bedeutung. Bei der Verwendung hochviskoser Medien ist die Gefahr groß, daß es während des Vergießens zur Bildung von Lufteinschlüssen bzw. nicht ausgefüllten Bereichen kommt. Bei manchen Harzen läßt sich die Viskosität zwar durch Erwärmung herabsetzen, dadurch wird aber gleichzeitig die Topfzeit, d.h. die Zeit, in der, das Material, verarbeitet werden kann, verringert.
Allen verwendeten Materialien ist gemeinsam, daß sich nach dem Verguß eines Solarmoduls mit einem aushärtenden Kunstharz Fehler, die während oder nach dem Verguß auftreten, nicht mehr korrigieren lassen. Das gilt für Beschädigungen einzelner Solarzellen ebenso wie für die Bildung von Lufteinschlüssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen und Solarmodule bereitzustellen, die auf si- chere Art und. eise in ein Gehäuse eingebaut sind, wobei die Systeme einfach zu handhaben und in toxiko- logischer Hinsicht optimiert sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Solarmodul mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 24 und 25 wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Solarmodule beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Solarmodul mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem Gehäuse bereitgestellt. Dieses Gehäuse ist mit einer flüssigen Matrix gefüllt, in die das Solarmodul eingebettet ist. Kennzeichnend für die Erfindung ist nun, daß die Matrix auch beim Betrieb des Solarmoduls unter den hierfür charakteristischen Betriebsbedingungen, wie einer Gehäuseinnentemperatur zwischen -40 und 90°C, als Fluid vorliegt. Es kommt dabei nicht zu einem Aushärtevorgang, der wie beim Stand der Technik zur Fixierung des Solarzellenstrings im Gehäuse führt.
Mit dieser Erfindung sind folgende Vorteile verbunden:
- Durch die Verwendung einer flüssigen Matrix wird der Verarbeitungsvorgang zur Montage des Solarmoduls im Gehäuse vereinfacht. Es fallen keine Topf- und Aushärtezeiten an.
- Die flüssige, nicht aushärtende Matrix läßt sich für Reparatur- und Austauscharbeiten entfernen und wiederverwenden, wodurch nach Gebrauchsende ein Recycling der Einzelkomponenten grundsätzlich vereinfacht wird.
Die Matrix ist grundsätzlich für ein Werkstoff- liches Recycling zugänglich.
Ein nicht aushärtendes Fluid als Matrix überträgt keinerlei Schubspannungen, so daß Wärme- ausdehnungsvorgänge nicht zu kritischen Spannungen an den empfindlichen Solarzellen oder zum Ablösen von Bauteilen, z.B. des Gehäuses, von der Matrix führen können.
- Die erfindungsgemäßen Fluide besitzen hervorragende Dämpfungseigenschaften gegenüber Erschütterungen und Schläge.
- Die erfindungsgemäßen Fluide weisen eine ver- gleichbare Brechungszahl wie Glas und Kunstharze auf, wodurch die optische Transmission zwischen Solarzeilen und Frontscheibe erhöht wird.
Vorzugsweise besteht das Fluid aus wässrigen, öl- oder gelartigen Komponenten. Hierzu zählen bevorzugt Komponenten aus der Gruppe Wasser, anorganische und organische Säuren, ein- und mehrwertiger Alkohole, Parafine, Öle, Fette, Fettsäuren, Fettsäureester, Carbonsäuren, Carbonsäureester, Ether und aromatische Kohlenwasserstoffe. Ebenso können sich die Fluide auch aus den Mischungen der eben genannten Komponenten zusammensetzen. Exemplarisch sind einige weitere erfindungsgemäße Fluide in Tabelle 1 und 2 aufge- führt. Tabelle 1
Organische Flüssigkeiten
Kohlenwasserstoffe (KW)
Äliphatische KW Acyclische KW Gesättigte KW Ungesättigte KW Cyclische KW Gesättigte KW Ungesättigte KW Aromatische KW
Alkohole
Einwertige Alkohole Mehrwertige Alkohole
Aldehyde
Ketone
Carbonsäuren (einschließlich Fettsäuren)
Ester (einschließlich Lipide (Fette + fet te Öle) und Wachse) , einschließlich Ester von Alkoholen mit anorganischen Säuren)
Ether
Nitroalkane
Amine
Primäre Amine Sekundäre Amine Tertiäre Amine
Säureamide
Nitrile weitere Heterocyclen
Derivate (Abkömmlinge, Substitutionsprodukte der obigen Klassen) Tabelle 2
Anorganische Flüssigkeiten
Wasser
Säuren
Höhere Elementwasserstoffe (z.B. Borane oder Silane)
Verbindungen von Nichtmetallen untereinander (z.B. Borazol)
Derivate der obigen Klassen
Vorzugsweise weist das Fluid eine Brechungszahl zwischen 1,3 und 1,9, bevorzugt zwischen 1,45 und 1,7 auf. Dies entspricht den Brechungsindizes von Glas, Kunststoff und den Oberflächen typischer Solarzellen, so daß die transparenten Eigenschaften derartiger Solarsysteme durch die Matrix nicht negativ beeinflußt werden.
Vorzugsweise weist das Fluid eine Viskosität zwischen 0,1 und 104 mPas auf.
Vorzugsweise besitzt das Fluid elektrisch isolierende sowie nicht hygroskopische Eigenschaften.
Das Fluid kann bevorzugt weitere Additive enthalten. Hierfür kommen beispielsweise Stabilisatoren zur Erhöhung der Alterungs- und Witterungsbeständigkeit in Frage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Matrix bei in der Solartechnik üblichen Schichtdicken von ca. 2 mm eine mittlere Transmission von über 93 %, bevorzugt über 96 % im spektralen Bereich von 200 - 1100 nm auf. Bei Verwendung unter Tageslichtspektrum und unter Berücksichtigung üblicher Materialien für Solarzellen und transparenter Abdek- kung liegt der effektiv nutzbare Bereich typischerweise bei 400 - 1000 nm.
Vorzugsweise werden Fluide eingesetzt, die innerhalb des Betriebstemperaturbereich des Solarmoduls, also bei Gehäuseinnentemperaturen von -40 bis 90°C chemisch stabil sind. Die Fluide sollten in diesem Bereich ihren Aggregatzustand nicht verändern sowie einen niedrigen Dampfdruck aufweisen.
Vorzugsweise besitzt das Gehäuse mindestens eine Öffnung zum Befüllen, Entlüften und Entleeren. Derartige Öffnungen können dann z.B. mit einem Stopfen, einem Schraubverschluß, mit Klebstoff oder auch mit einer Schweißnaht verschlossen werden. Eine andere Ausfüh- rung sieht vor, daß das Solarmodul mit einer über eine Hohlnadel passierbare Dichtung verschlossen ist. Dadurch wird es ermöglicht, daß die Dichtung mit einer Hohlnadel durchstochen wird, wodurch eine einfache Möglichkeit zur Befüllung des Gehäuses mit dem Fluid ermöglicht wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Gehäuse mindestens eine Druckausgleichsvorrichtung aufweist, mit dem ein Druckausgleich des geschlosse- nen Systems bei wechselnden äußeren Bedingungen, z.B.
Temperaturschwankungen, erfolgen kann. Dies kann z.B. in Form einer Membran oder einer volumenvariablen Ausgleichskörper, der sich innerhalb des Fluids befindet, erfolgen.
Alternativ ist es auch möglich, daß ein Druckaus- gleich durch eine Hubbewegung der unteren und/oder oberen Platte erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Solarzellenstring über mindestens eine Dichtung im Gehäuse befestigt ist. Der Solarzellenstring kann dabei aus einzelnen Solarzellen bestehen, die entweder lose elektrisch oder über eine Leiterplatte miteinander verbunden sind. Im letzteren Fall wird bei der Montage eine erhöhte Stabilität erzielt.
Die Konstruktion des Gehäuses kanrj so ausgestaltet sein, dass die Leiterplatte die hintere Abschlusswand dees Gehäuses bildet. Alternativ kann das Gehäuse auch front- und rückseitig aus 2 Platten gebildet werden, die umlaufend an den Kanten über einen dichtenden Rahmen verbunden sind. Die Dichtung kann generell auch so großvolumig und flexibel ausgeführt sein, dass sie die Funktion der volumenvariablen Ausgleichskörpers übernimmt.
Verwendung finden derartige Solarzellenmodule für die Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht insbesondere für mobile elektrische Geräte. Hierzu zählen beispielsweise Navigationsgeräte , Laptop-Computer etc. Weitere Anwendungen sind großflächige Solarmodule für stationäre Anlagen, z.B. zur Netzeinspeisung an Hausfassaden oder in Solarkraftwerken.
Anhand der folgenden Figuren soll der erfindungsgemä- ße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen damit auf die genannten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul mit Gehäuse in perspektivischer Darstellung; Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 3 zeigt die Befüllung der Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in gefülltem Zustand in einer Schnittdarstellung;
Figuren 5-7 zeigen Darstellungen von Einbauvarianten des Solarmoduls in das Gehäuse.
In Figur 1 ist ein in einem Gehäuse 1 montiertes Solarmodul 3 dargestellt. Das Gehäuse wird dabei mittels einer Glasscheibe 2 dichtend abgeschlossen. Weiter weist das Gehäuse 1 zwei Öffnungen auf, eine Ein- füllöffnung 4 sowie eine Entlüftungsöffnung 5. Während über die Einfüllöffnung 4 das Fluid in das Gehäuse gefüllt wird, kann die im Gehäuse vorliegende Atmosphäre über die Entlüftungsöffnung 5 entweichen. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Membran 6 für den Druckausgleich auf.
Figur 2 zeigt eine zu Figur 1 analoge Vorrichtung, wobei diese im Schnitt dargestellt ist. Im Gehäuse 1 ist dabei ein Solarzellenstring, der aus mehreren auf einer Leiterplatte 7, angeordneten Solarzellen 8 besteht, angeordnet. Gleichzeitig wird das Gehäuse zu einer Seite mit einem Glasdeckel 2 verschlossen- Das Gehäuse weist weiterhin an einer Gehäuseseite eine Einfüllöffnung 4 und eine Entlüftungsöffnung 5 sowie eine Druckausgleichsmembran 6 auf.
Figur 3 zeigt in der Schnittdarstellung die Befüllung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei wird an die Einfüllöffnung 4 ein Schlauch 9 angeschlossen, über den das Fluid 11 in das Gehäuse gefüllt wird.
Die Befüllung erfolgt dabei so lange, bis die im Ge- häuse befindliche Atmosphäre über die Ξntlüftungsöff- nung 5 und den daran angeschlossenen Schlauch 10 entwichen ist. Somit kann garantiert werden, daß das Gehäuse vollständig mit dem. Fluid 11 gefüllt ist. In Figur 4 ist das vollständig mit Fluid 11 befüllte Gehäuse 1 dargestellt. Das Austreten des Fluid 11 aus dem Gehäuse 1 kann dadurch verhindert werden, daß die Einfüllöffnung 4 und die Entlüftungsöffnung 5 mit Verschlußstopfen 12 und 13 verschlossen werden. Hier- für kommen sowohl Schraubverbindungen als auch Stopfen in Frage. Ebenso ist es möglich, durch Schweißtechniken oder einen Klebstoff die Öffnung dichtend zu verschließen.
Figur 5a stellt eine Variante für die Montage des Solarzellenstrings in dem Gehäuse dar. Der hier vorliegende Solarzellenstrings, das aus mehreren auf einer Leiterplatte 7 angeordneten Solarzellen 8 besteht, ist über Gummidichtringe 14, 14' an der Innenseite sich gegenüberliegender Wände des Gehäuses 1 befestigt. In Figur 5b ist beispielhaft die Ausgestaltung einer Variante für eine derartige Gummidichtung dargestellt.
In Figur 6 ist ein wannenförmiges Gehäuse 1 dargestellt, das mit dem aus der Leiterplatte 7 und Solarzellen 8 bestehenden Solarmodul verschlossen ist. Auf der dem Solarmodul gegenüberliegenden Seite des Gehäuses ist dieses transparent ausgestaltet, so daß die Strahlungsdurchlässigkeit gewährleistet ist. Das Solarmodul ist über z.B. Klemmen 16 (Fig. 6b) oder Schrauben 17 (Fig. 6c) mit dem Gehäuse kraftschlüssig verbunden. Gleichzeitig wird der direkte Kontakt zwischen Solarzellenleiterplatte und Gehäuse durch Dich- tungen 15, 15' erhindert. In den Figuren 7a, 7b und 7c sind weitere Variante für die Anordnung des Solarzellenstrings in dem Gehäuse in der Draufsicht und im Schnitt dargestellt, wobei das Gehäuse hier einen Rahmen 18 darstellt, in dem sowohl das Solarmodul, bestehend aus der Leiterplatte 7 und den Solarzellen 8 als auch eine Glasscheibe 2 eingesetzt sind. Sowohl die Glasscheibe 2 als auch das Solarmodul werden über Dichtungen 19 gegenüber dem Rahmen abgedichtet. Figur 7c zeigt eine Variante, bei der ein Solarmodul, bestehend aus zwei Glasscheiben 2, 2Λ, einen Abstandshalter 20 und einer Solarzelle 8, dargestellt is . Die beiden Glasplatten werden hierbei über eine Dichtung 2 beabstandet.

Claims

Patentansprüche
1. Solarmodul mit zumindest bereichsweise licht- und UV-durchlässigem Gehäuse, in dem der Solarzellenstring in einer das Gehäuse füllenden Matrix eingebettet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Matrix beim Betrieb des Solarmoduls als Fluid vorliegt.
2. Solarmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix ein unter Betriebsbedingungen nicht aushärtbares Fluid darstellt.
3. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche loder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid aus wäss- rigen, öl~ oder gelartigen Komponenten besteht.
4. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid aus mindestens einer Komponente ausgewählt aus der Gruppe Wasser, anorganische und organische Säu¬ ren, ein- und mehrwertige Alkohole, Paraffine, Öle, Fette, Fettsäuren, Fettsäureester, Carbon- säuren, Carbonsäureester, Ether und aromatische Kohlenwasserstoffe und/oder deren Mischungen besteht .
Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid bei 20°C eine Brechungszahl zwischen 1,3 und 1,9, bevorzugt zwischen 1,45 und 1,7 aufweist.
6. Solarmodul nach mindestens' einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Viskosität zwischen 0,1 und 104 mPas besitzt.
Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid elektrisch isolierend ist.
8. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid nicht hygroskopisch ist.
9. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid weitere funktionale Additive enthält, z.B. Stabilisato- ren zur Erhöhung der Alterungs- und Witterungsbeständigkeit .
10. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid bei einer Dicke von 2 mm eine mittlere Transmission von über 93 %, bevorzugt über 96 % im spektralen Bereich zwischen 200 und 1100 nm aufweist.
11. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid im Betriebstemperaturbereich des Solarmoduls chemisch stabil ist.
12. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid im Betriebstemperaturbereich des Solarmoduls seinen Aggregatzustand nicht ändert und einen niedrigen "a pfdruck aufweist.
13. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid recyclingfähig ist.
14. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine Öffnung zum Befüllen, Entlüften und Entleeren aufweist.
15. Solarmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung des Gehäuses z.B. mit einem Stopfen, einem Schraubverschluß, mit Klebstoff oder mit einer Schweißnaht verschließbar ist.
16. Solarmodul nach mindestens einem der Anspürche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul mit einer über eine Hohlnadel passierbaren Dichtung verschließbar ist.
17. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine Druckausgleichsvorrichtung, z.B. in Form einer Membran oder einer volumenvariablen Ausgleichskörpers, aufweist.
18. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul über eine Dichtung im Gehäuse befestigt ist.
19. Solarmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Dichtungen des Solarmoduls die Funktion des Ausgleichskörpers oder der Membran für den Ausgleich von Wärmeausdehnungsvorgängen übernehmen.
20. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarzellenstring aus einzelnen Solarzellen besteht, die elektrisch miteinander verbunden sind.
21. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung und mechanischen Stabilisierung der Solarzellen diese auf einer Leiterplatte montiert sind.
22. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte die hintere Abschlusswand des Gehäuses bildet.
23. Solarmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse front- und rückseitig zwei Platten aufweist, die umlaufend an den Kanten über einen dichtenden Rahmen verbunden sind.
24. Verwendung des Solarmoduls nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23 für die Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht, insbesondere für mobile elektrische Geräte.
25. Verwendung nach Anspruch 24 für die stationäre Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht, z.B. zur Netzeinspeisung an Hausfassaden oder in Solarkraftwerken.
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