WO2010133195A1 - Vorrichtung zum flexiblen schutz von bauelementen vor umwelteinflüssen - Google Patents

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Juan Rechid
Ulf Kirstein
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Cis Solartechnik Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a composite material of shingled overlapping covering elements and polymer layers in which said cover elements are embedded with the function of protecting components from water vapor and oxygen.
  • the components may generally be electronic components or more specifically photovoltaic modules. Possible flexibility of the components remains due to the flexibility of the invention.
  • the water vapor and oxygen-impermeable cover elements may for example consist of thin glass. The dimensions of thin glass are limited by manufacturing reasons. Due to the shingling overlap of the thin glass, large-size encapsulations can be realized, which amount to a multiple of the dimensions of the thin glass.
  • the applied polymer layer serves the mechanical stability stabilization and increases the breaking strength of the thin glass, so that the requirements for mechanical stability are met in particular in a hailstorm.
  • Photovoltaic modules consist of interconnected solar cells, which are provided with an adhesive layer with a top and bottom cover.
  • the top, transparent cover material used is usually glass with thicknesses in the millimeter range. Flexible photovoltaic modules can not be manufactured with it.
  • transparent plastic films can also be used.
  • Plastic films are lighter than glass, unbreakable and flexible. But they have too high water vapor and oxygen permeability, whereby the lifetime of the photovoltaic modules is shortened.
  • barrier layers By applying barrier layers, the permeability to water vapor and oxygen can be reduced.
  • Barrier films with water vapor permeabilities in the range of 10-2 g / m2d and oxygen permeabilities in the range of 10-1 cm3 / m2d are commercially available. This long-term stable photovoltaic modules are difficult to realize.
  • barrier layers with water vapor permeabilities smaller than 10-5 g / m2d and oxygen permeabilities smaller than 10-5 cm3 / m2d will be developed. Aging-stable flexible photovoltaic modules could thus be possible.
  • the object of the present invention is to design a flexible covering material of the type mentioned in the introduction in such a way that both sufficient aging stability and flexible material properties are provided.
  • any dimensions of the flexible cover material may be provided by shingling over the cover elements in up to two dimensions.
  • the diffusion path for water vapor and oxygen can be prolonged by suitable choice of the overlap area to the extent that the moisture-sensitive elements are protected aging stable.
  • the cover elements may for example consist of thin glass.
  • Fig. 1 shows a cross section through a device for the flexible protection of components from environmental influences 2 shows an embodiment in which solar cells are protected from environmental influences with the device according to the invention
  • water vapor and oxygen impermeable cover elements (2) are embedded in a polymer layer (1).
  • the cover elements (2) are arranged in a shingled overlapping manner in up to two dimensions.
  • the cover elements (2) may consist of glass, in particular thin glass.
  • the polymer layer may be composed of different polymer layers (Ia, Ib).
  • the embedding material (Ia) may consist, for example, of a heat-adhesive film.
  • the hot-melt adhesive film (Ia) can consist of an EVA, TPU, PVB, silicone or ionomer film, for example.
  • the covering polymer layer (Ib) may, for example, be a UV-stable fluoropolymer film.
  • the thickness of the polymer layer (1) can be chosen so that a sufficient breaking strength is made possible.
  • a water vapor-impermeable backing material (5) having flexible properties is connected to structural elements (4) via a polymer layer (1).
  • a backing material for example, a composite film of Tedlar, aluminum and polyester can be used.
  • the components may be CIS solar cells (copper-indium-diSelenide).
  • the polymer layer (Ia) may be formed of EVA (ethylene-vinyl acetate).
  • the components (4) are provided with a flexible cover material according to the invention. In the flexible cover material partially shingled overlapping cover elements (2) are arranged. The overlapping area (3) of the cover elements (2) can be selected be extended so that the diffusion path for water vapor and oxygen, that the components (4) are effectively protected.
  • the cover elements (2) may consist of glass, in particular of thin glass.
  • the cover elements (2) are embedded in a polymer layer (Ia).
  • the polymer layer (Ia) may consist of EVA.
  • the laminate can be finished with a weather-resistant fluoropolymer film such as ETFE.

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Abstract

Die Vorrichtung dient dem effektiven Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen. Die Vorrichtung weist dazu schindelartig überlappende und gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff undurchlässige Abdeckelemente auf, die in eine Polymerschicht eingebettet sind.

Description

Vorrichtung zum flexiblen Schutz von Bauelementen vor
Umwelteinflüssen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Materialverbund von sich schindelartig überlappenden Abdeckelementen und Polymerschichten, in denen besagte Abdeckelemente mit der Funktion eingebettet sind, Bauelemente vor Wasserdampf und Sauerstoff zu schützen. Bei den Bauelementen kann es sich im Allgemeinen um elektronische Bauelemente oder im Speziellen um Photovoltaikmodule handeln. Eine mögliche Flexibilität der Bauelemente bleibt aufgrund der Flexibilität der Erfindung erhalten. Die wasserdampf- und sauerstoffundurchlässigen Abdeckelemente können beispielsweise aus Dünnglas bestehen. Die Abmaße von Dünnglas sind herstellungsbedingt beschränkt. Durch die schindelartige Überlappung des Dünnglases können großformatige Verkapselungen realisiert werden, die ein Vielfaches der Abmaße des Dünnglases betragen. Die aufgebrachte Polymerschicht dient der mechanischen Sta- bilisierung und erhöht die Bruchfestigkeit des Dünnglases, so dass die Anforderungen an die mechanische Stabilität insbesondere bei einem Hagelschlag erfüllt werden.
Photovoltaikmodule bestehen aus verschalteten Solarzellen, die über eine Klebeschicht mit einer ober- und unterseitig angebrachten Abdeckung versehen sind. Als oberseitiges, transparentes Deckmaterial wird üblicherweise Glas mit Dik- ken im Millimeterbereich verwendet. Flexible Photovoltaikmodule können damit nicht gefertigt werden.
Alternativ zur Verwendung von Glas als Deckmaterial können auch transparente Kunststofffolien zum Einsatz kommen. Kunststofffolien sind leichter als Glas, bruchfest und zudem flexibel. Sie weisen aber eine zu hohe Wasserdampf- und Sauerstoffdurchlassigkeit auf, wodurch die Lebenszeit der Photovoltaikmodule verkürzt wird. Durch Aufbringen von Barriereschichten lässt sich die Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff reduzieren. Kommerziell verfügbar sind Barrierefolien mit Wasserdampfdurchlässigkeiten im Bereich von 10-2 g/m2d und Sauerstoffdurchlässigkeiten im Bereich von 10-1 cm3/m2d. Damit sind langzeitstabile Photovoltaikmodule kaum zu realisieren.
In den nächsten Jahren ist damit zu rechnen, dass Barriereschichten mit Wasserdampfdurchlässigkeiten kleiner 10-5 g/m2d und Sauerstoffdurchlässigkeiten kleiner 10-5 cm3/m2d entwickelt werden. Alterungsstabile flexible Photovoltaikmodule könnten damit möglich sein.
Mit dieser Erfindung ist es bereits heute möglich, alterungsstabile und flexible photovoltaikmodule herzustellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein flexibles Deckitiaterial der einleitend genannten Art derart zu gestalten, dass sowohl eine ausreichende Alterungsstabilität als auch flexible Materialeigenschaften bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wasserdampf- und Sauerstoffundurchlässige Abdeckelemente in eine Polymerschicht eingebettet werden.
Beliebige Dimensionen des flexiblen Deckmaterials können dadurch bereitgestellt werden, dass die Abdeckelemente in bis zu zwei Dimensionen schindelartig überlappend angeordnet sind.
Der Diffusionsweg für Wasserdampf und Sauerstoff kann über geeignete Wahl des ϋberlappungsbereiches soweit verlängert werden, dass die feuchtigkeitsempfindlichen Elemente alterungsstabil geschützt werden.
Die Abdeckelemente können beispielsweise aus Dünnglas bestehen.
Da die mechanische Stabilität von Dünnglas z.B. bei einem Hagelschlag nicht ausreichend ist, wird es durch eine Polymerschicht geschützt.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Vorrichtung zum flexiblen Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem mit der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung Solarzellen vor Umwelteinflüssen geschützt werden
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 sind wasserdampf- und sauerstoffundurchlässige Abdeckelemente (2) in eine Polymerschicht eingebettet (1) . Die Abdeckelemente (2) sind schindelartig überlappend in bis zu zwei Dimensionen angeordnet. Die Abdeckelemente (2) können aus Glas insbesondere Dünnglas bestehen. Die Polymerschicht kann aus unterschiedlichen Polymerschichten (Ia, Ib) aufgebaut sein. Das Einbettungsmaterial (Ia) kann beispielsweise aus einer Heißklebefolie bestehen. Die Heißklebefolie (Ia) kann beispielsweise aus einer EVA-, TPU-, PVB-, Silikon- oder Iono- merfolie bestehen. Die abdeckende Polymerschicht (Ib) kann beispielsweise eine uv-stabile Fluopolymerfolie sein. Zur Realisierung einer vergrößerten Bruchfestigkeit kann die Dicke der Polymerschicht (1) so gewählt werden, dass eine ausreichende Bruchfestigkeit ermöglicht wird.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 2 ist ein wasserdampfundurchlässiges Rückseitenmaterial (5) , das flexible Eigenschaften aufweist, über eine Polymerschicht (1) mit Bauelementen (4) verbunden. Als Rückseitenmaterial kann beispielsweise eine Verbundfolie aus Tedlar, Aluminium und Polyester verwendet werden. Bei den Bauelementen kann es sich um CIS-Solarzellen (Kupfer-Indium-DiSelenid) handeln. Die Polymerschicht (Ia) kann aus EVA (Ethylenvenylacetat) ausgebildet sein. Die Bauelemente (4) sind mit einem erfindungsgemäßen flexiblen Deckmaterial versehen. In dem flexiblen Deckmaterial sind einander teilweise schindelartig überlappende Abdeckelemente (2) angeordnet. Der Überlappungsbereich (3) der Abdeckelemente (2) kann so gewählt werden, dass sich der Diffusionsweg für Wasserdampf und Sauerstoff dahingehend verlängert, dass die Bauelemente (4) effektiv geschützt sind. Die Abdeckelemente (2) können aus Glas, insbesondere aus Dünnglas, bestehen. Die Abdeckelemente (2) sind in einer Polymerschicht (Ia) eingebettet. Die Polymerschicht (Ia) kann aus EVA bestehen. Oberflächlich kann das Laminat durch eine witterungsstabile Fluorpolymerfolie wie z.B. ETFE abgeschlossen werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum flexiblen Schutz von Bauelementen vor Umwelteinflüssen dadurch gekennzeichnet, dass wasserdampf- und sauerstoffundurchlässige Abdeckelemente (2) in eine Polymerschicht (1) eingebettet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (2) überlappend in bis zu zwei Dimensionen (Länge und Breite) angeordnet sind, so dass der flexible Materialverbund (5) bei begrenzter Größe der Abdeckelemente beliebig groß sein kann.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Oberlappungsbereich (3) so gewählt ist, dass der Diffusionsweg für
Wasserdampf und Sauerstoff dahingehend verlängert wird, dass die empfindlichen Bauelemente effektiv geschützt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (2) aus Glas ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Abdeckelementen (2) aus Glas um Dünnglas handelt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (2) Dicken aufweisen, die die Ausbildung eines flexiblen MaterialVerbunds ermöglicht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Polymerschicht (1) so gewählt wird, dass die Abdeckelemente (2) mechanischen Belastungen wie z.B. Hagelschlägen standhalten.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (1) aus unterschiedlichen Polymerschichten (Ia, Ib) aufgebaut ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die einbettende PoIy- merschicht (Ia) eine Heißklebefolie oder eine Vergußmasse ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Heißklebefolie beispielsweise um eine EVA-, TPU-, PVB-, Silikon- oder Ionomerfolie handelt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vergußmasse beispielsweise um Silikon, PU, Acrylat oder Epoxidharz handelt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die abdeckende Polymerfolie (Ib) eine witterungs- und uv-stabile Fluorpolymerfolie wie z.B. ETFE ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschichten (Ia, Ib) und die Abdeckelemente (2) transparent sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Elemente vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass photovoltaische Elemente vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
PCT/DE2010/000458 2009-05-18 2010-04-20 Vorrichtung zum flexiblen schutz von bauelementen vor umwelteinflüssen WO2010133195A1 (de)

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